对于候鸟来说，良好的时机选择关乎生死。
每年春天，无数的莺、鹅、蜂鸟以及更多鸟类——据统计，占鸟类物种的五分之一——离开它们在冬季的隐匿处，开始漫长的跋涉，最终到达交配、筑巢和孵化幼鸟的地点。然而，对于这些动物来说，知道何时出发是一项精细的计算。它们需要及时到达繁殖地，以便成功繁殖。但如果它们到达得太早，冬季可能还没有完全结束，这会使鸟类面临饥饿的风险。
为了使到达时间与最有利于繁殖的条件相吻合，加州大学戴维斯分校的行为内分泌学家玛丽莲·拉梅诺夫斯基说，候鸟会追踪每天的光照时长，即光周期。拉梅诺夫斯基专门研究鸟类。这种追踪在动物体内本能地发生，它们利用大脑中特殊的光感受器来探测光线。这些感受器类似于控制人类昼夜节律的感受器。尽管科学家们并不完全了解这些光敏感受器，但一个团队在鹌鹑身上识别出某些可以直接探测光线的大脑细胞，这是一项发表在2014年《当代生物学》杂志上的研究。
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总的来说，一旦这些光感受器注册到冬末初春白昼正在变长，它们就会触发体内一系列系统的活动。
例如，鸟类会换羽，脱落磨损的羽毛并长出新的羽毛。它们的激素会发生变化，影响它们的消化模式，导致它们吃得更多，增加体重并增强飞行肌肉。在一些鸟类中，一旦它们吃饱了，一种叫做胃饥饿素的消化激素就会开始使它们感到不安，并促使它们起飞。鸟类的生殖道也开始发生变化，以确保它们在繁殖时具有生育能力。
拉梅诺夫斯基说：“这实际上是一系列不同的内分泌系统共同作用，将鸟类的状态从冬季生存转变为迁徙准备。”
当所有要素就位时，鸟类就为抚养幼鸟做好了充分的准备，同时充分利用夏季家园提供的漫长白昼和季节性昆虫、浆果和其他资源的繁荣。
每只鸟经历这些季节性变化的方式都略有不同。拉梅诺夫斯基说：“它们都像小机器一样被启动，但也有个体决策。”
例如，政府机构加拿大环境与气候变化部的鸟类学家安娜·M·冈萨雷斯说，冬季栖息地质量较高可能会延迟个体鸟类的出发时间。
冈萨雷斯说，天气状况对于时机选择尤其重要。她指出，鸟类可能会等到暴风雨过后才出发。此外，冈萨雷斯说，已经在途中的鸟类可以根据天气加快或减慢它们的旅程，这可以帮助它们掌握到达繁殖地的时间。
理解迁徙也很复杂，因为这种现象有多种形式。一些鸟类，如萨凡纳麻雀和美洲丘鹬，只进行短距离迁徙。另一些鸟类，如蓝色林莺和红腹滨鹬，在南半球开始它们的繁殖前迁徙之旅，那里的白天正在变短，而不是变长，然后跨越赤道到达北美洲。
两位科学家都强调，研究人员尚不完全了解塑造每个物种迁徙的细微差别，更不用说每只个体鸟类的迁徙时间表了。冈萨雷斯说：“物种之间甚至物种内部都存在很多变异。”
繁殖后的返回旅程更加令人费解。一天的光周期似乎与繁殖步骤的启动有关，但到了鸟类返回的年份，它们不再对日照长度的变化敏感，她补充道。“实际的线索，我们不知道，”拉梅诺夫斯基说。
幸运的是，科学家们理解迁徙的工具正在改进。用于跨长距离追踪鸟类的技术，特别是通过卫星，正在变得更好。社区科学倡议——特别是eBird计划，该计划收集观鸟者在哪里看到哪些物种的报告，并帮助科学家追踪迁徙路径和时间表——正在为研究人员提供更多的鸟类观察视角。