每年，数十亿只鸣禽在欧洲和非洲之间迁徙数千英里——然后年复一年地重复同样的旅程，在它们第一次伟大旅程中选择的同一个地方筑巢。这些小鸟在暴风雨的海面上空、广阔的沙漠上空以及极端的天气和温度下独自旅行的导航精度，一直是行为生物学中一个持久的谜团。我们知道，被风吹得偏离迁徙路线的鸟类，如果它们已经完成了一次迁徙，就能重新调整它们的航线。
这表明鸟类的导航能力——其中一些是基于方向感——包括一种从未去过的地方找到回家路的机制。我们的新研究发现了这种非凡的能力涉及一种“磁力地图”，这种地图像我们人类坐标系统一样工作。令人惊讶的是，我们的研究发现，这些鸟类理解数千英里之外的磁场，这表明一些鸟类可能拥有一个“全球GPS系统”，可以告诉它们如何从地球上的任何地方回家。长期以来，人们就知道成年鸟类发展出某种导航地图来帮助它们迁徙。
它们如何做到这一点一直存在争议。已经提出了几种线索作为候鸟的向导——包括气味、次声，甚至重力的变化。然而，越来越多的证据表明，地球的磁场是这个谜团最可能的解决方案之一。这是因为磁场强度（磁场的强度）和磁倾角（磁场线与地球表面形成的角度，也称为“倾角”）都大致从北到南运行。磁偏角——磁北极与地理北极方向之间的差异——提供了东西轴。
尽管科学家们普遍认为某些鸟类通过地球的磁场导航，但他们还没有弄清楚它们使用什么感官装置来检测它——或者是否使用多个系统来检测磁场的不同参数。其他动物，如海龟，也能感知磁场，但同样的不确定性也适用。无论如何，如果鸟类已经学会了磁场强度随着它们向北增加，它们应该能够在它们所在的任何地方检测到它们在南北轴上的位置。同样，如果它们经历的磁偏角值大于它们之前经历的任何值，它们应该知道它们更靠东。
基于此，理论是它们可以计算它们在网格上的位置并纠正它们的朝向。这意味着鸟类基本上使用类似于我们笛卡尔坐标的系统进行导航——现代GPS导航的基础。如果这个坐标理论是准确的，这意味着鸟类应该能够使用它们对磁场参数的知识来估计它们在地球上任何地方的位置——通过推断或扩展它们的导航规则。然而，到目前为止，还没有明确的证据表明鸟类可以以这种方式使用磁场。但我们的新研究首次清楚地表明，它们确实可以做到这一点。
为了证明坐标理论，我们使用了一种称为“虚拟位移”的技术。我们通过将它们放在一个称为“Emlen漏斗”的小笼子中来测试鸟类的定向行为。当一只鸟试图从笼子中飞出时，它会留下它试图飞向的方向的划痕。值得注意的是，我们发现这与它在野外试图迁徙的方向相对应，这是我们从之前的实验中知道的。
为了测试鸟类是否使用磁场从起飞时绘制它们的航线，我们将Emlen漏斗放在一个“亥姆霍兹线圈”内——一种允许我们改变鸟类附近磁场性质的装置。通过这样做，我们创建了一个虚拟位移。鸟没有移动：它在被捕获的地点进行测试，所有其他变量保持不变——除了我们改变的磁场，以匹配它们正常范围东北方向远处的位置。我们选择的位置远远超出了鸣禽之前经历过的任何磁场。
只有当鸟类能够根据周围的磁场绘制它们的位置时，它们才会识别出它们的位移——事实上它们确实如此，在现实世界中朝着“错误”的方向起飞，但在我们为它们创建的磁场世界中朝着“正确”的方向起飞。虽然这种线索可能与芦苇莺和其他候鸟相关，但它绝不是鸟类使用的唯一导航系统。其他鸟类，包括海鸟和信鸽，已被证明需要嗅觉线索（气味和气味）来导航。在这一点上，我们还不理解这些不同偏好的原因。
而且，尽管我们更接近于理解鸟类如何使用磁场线索导航的谜团，但它们如何感知磁场仍然是一个谜。有人提出，鸟类通过一种称为隐花色素的感光分子或含有磁性氧化铁颗粒的感官细胞来感知磁场值——但尚未提供这两种情况的明确证据。然而，行为证据继续强调地球磁场在帮助一些鸟类每年进行史诗般的繁殖之旅中的关键作用——提供了一个全球定位系统，可能只是为鸟类提供了一个完整的全球导航地图。