地磁的作用

神奇的生物磁 神奇的生物磁

劉玉山 劉玉山

地磁形成原理(dynamo theory)

„ 地球炙熱外核(outer core)液態的鐵、鎳 及其氧化物不斷的流動，且以約每秒

0.5mm的速度向外部較低的邊緣部分流 動，此股電流造成地球磁場

„ 地心熔岩金屬層中，也會被原有的地球 磁場感應出一股電流，這種感應電流又 製造出一個新的磁場

地磁的作用

„ 地球本身具有很大的磁場 會影響在磁場範圍內所有 具有磁性之物質

„ 磁性物質靜止時，皆受此磁力的作用而指向 南極或指向北極

http://content.edu.tw/junior/phy_chem

地磁與動物行為

„ 動物利用地球磁場來導航和定位

„ 種類—

簡單羅盤—利用地磁來判別方向

地磁地圖—利用地磁磁偏角和磁場強度 在地球各地理區域的差異而 精準定位以得知其位置

感磁細菌(magnetotactic bacteria)

„ 發現者—1975 Richard P. Blakemore 顯微鏡觀察 玻片中海水

„ 北半球—朝北方和一定深度 的水下游動

„ 南半球—逆著地球磁場方向 朝南和水下游動

„ 赤道—有朝北游動，也有朝南游動

http://ntserv.fys.ku.dk/mars

磁性細菌—奈米磁鐵

„ 分布—沿長條軸線排列著約20顆微細黑粒

„ 成分—黑粒是直徑約 50nm 的強磁性Fe

₃

₄

„ 奈米磁效應—

Fe

₃

₄

得到最佳的強磁性

„ 應用—

電腦硬碟貯存介質 一種磁性奈米晶體

感磁細菌的演化

„ 種類

—

„ 地磁方向

—

磁場不只往北指還向下指

„ 行為演化

—

離開海洋表面而游向少氧的海面下 深度正是養料較為豐富區域

„ 仍待進一步研究

斑眼龍蝦(Panulirus argus)

„ 分布

—

進行季節性遷徙，最遠可達200公里

„ 發現者

—

美 Kenneth J. Lohmann

„ 行為演化

—

龍蝦能在漆黑且無水流 線索的海底，利用磁場

羅盤感走動 http://www.cs.brown.edu/people/twd/fish/Curacao

相關實驗

„ 研究者—Kenneth J. Lohmann在 Nature 發表

„ 實驗—龍蝦放到距被捕處12 – 37km遠處釋放 運送過程中除去視覺和嗅覺線索

„ 結果—總是朝被捕方向前進，運送過程中利用 磁鐵干擾其地磁羅盤感，也不會迷路

„ 結論—龍蝦顯然具有地磁地圖感

綠蠵龜(Chelonia mydas)

„ 綠蠵龜每年繞行4400公里以交配和產卵 是否是利用磁場感應來導航

http://www.kepu.net.cn/gb/basic/magnetism

http://www.solaster-mb.org/mb

相關實驗

„ 研究者—Univ. of Pisa 的 Paulo Luschi

„ 實驗—巴西位於大西洋的小島出發的海龜 佩戴六個硬幣大小的磁鐵以擾亂其 周圍磁場

„ 結果—實驗組和控制組一樣可達目的地

„ 結論—海龜的導航機制仍然是個「謎」

二度登上科學雜誌的李家維

„ 1994年「科學」雜誌—

在蜜蜂體內發現「超順磁鐵」

可以隨著地磁場變化脹縮，導引 蜜蜂行動

„ 1998年「科學」雜誌—

與大陸中科院的陳均遠，共同發表 貴州省瓮安縣化石群的研究成果，

撼動「寒武紀大爆發」理論

sa.ylib.com/images/ 200408iv-4.jpg

蜜蜂磁受作

(

„ 工蜂腹部的滋養細胞(trophocyte)內 含有數顆直徑非常小的磁鐵顆粒

(Iron granule)，每顆粒子內，又含 有八千多個密集的「超順磁粒子」

(superparamagnetic particle)

„ 神經元末端(軸突)與滋養細胞相連，

循著軸突往上走，可以找到這些神 經元連接著腹部神經索

„ 滋養細胞確實可以影響蜜蜂的神經 系統，而導引蜜蜂飛行

滋養細胞(trophocyte)

www.ulb.ac.be/sciences/biodic/

李家維的假說

„ 超順磁粒子受到外加磁場的影響而互相 吸引，含有超順磁粒子的磁鐵顆粒結構 即會收縮在一起；反之，若互相排斥，

磁鐵顆粒則膨脹

„ 蜜蜂可能就是經由這些超順磁粒子的排 列方式所造成的收縮或膨脹，牽動細胞 骨架，而將訊息經由神經細胞傳送到腦 部，進而辨別方向

傳奇英雄—信鴿

„ 遷移行為—

地磁導向

春天：南→北 秋天：北→南

„ 微型指南針—

鴿子頭部的Fe ₃ O ₄ 顆粒

www.ynni.edu.cn/mzxy/compel-design

相關實驗一

„ 甲、乙兩組鴿子分別綁上強磁性的永磁鐵塊 和弱磁性的銅塊，遠離鴿巢放飛

„ 結果—

甲組—綁有銅塊的鴿子全部都飛回鴿巢 乙組—大部分綁有永磁鐵的鴿子卻迷失

方向而未返回鴿巢

„ 結論—永磁鐵的磁場干擾，使鴿子不能 識別地球磁場

相關實驗二

„ 將一組鴿子放置在鴿巢和與鴿巢的地球磁場 相同的地磁共軛點(距鴿巢數千公里)之間的 中點處

„ 結果—大約一半飛回原來鴿巢，其餘鴿子 卻飛到鴿巢的地球磁場共軛點處

„ 結論—鴿子依據地球磁場來識別鴿巢

http://image2.sina.com.cn

美好的日子還很長

我們還會有很多讓人讚歎的運動員 還會有很多讓人敬佩的科學家

—李家維

http://mlb.mlb.com/NASApp/mlb/news/article.jsp