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候鸟迁徙最显著的特点是每一种鸟均有其固定的繁殖区和越冬区。为此，迁徙的鸟类必须知道它们所在的位置，它们所要飞往的地区和它们前往目的地的路线和方向，也就是说，鸟类在迁徙过程中必须具有定向导航的能力。鸟类不仅具有定向导航的能力，并且是相当发达的。实验证明，许多鸟类（例如家燕、企鹅）次年春天可返回原巢繁殖。即使用飞机将迁徙鸟类运至远离迁徙路线的地区内，释放数天后，仍可返回原栖地。因而人们对于鸟类定向导航的现象，早就有所了解。然而对于导航定向机制的研究，直到本世纪50年代才开始。通过实验，人们相继提出了许多解释鸟类定向机制的理论，主要有如下几种看法：
1.训练和记忆 认为鸟类具有一种固有的由遗传所决定的方向感。这种方向感，随着幼鸟跟随亲鸟迁徙，不断地加强对迁徙路线的记忆。
2.视觉定向 依靠居留和迁徙途径的地形和景观如山脉、海岸、河流、森林和荒漠等作为标记，并不断地从老鸟学会传统的迁徙络线。例如将憨坚鸟人为地运往300余公里以外的地方放飞。这些鸟首先要经过努力找到其所熟悉的大西洋海岸线，而后迅速地飞回其原栖息地。虽然陆地特征对子夜间迁徙的鸟类可能并不十分重要，但仍有一些鸟类能根据陆地标志来确定位置和调整飞行的方向。
3.天体导航 鸟类能利用太阳和星辰的位置定向。星辰对子夜间迁徙的鸟类尤为重要。关于太阳定位的实验，克莱默对紫翅掠鸟的研究为这一看法提供了证据。他把具有迁徙习性的椋鸟，放在四面有窗的笼内，用激素处理使其进入迁徙状态，则可见掠鸟朝着一定方向（即其迁徙方向）扇翼，而且扇翼的行为在阴天不出现。当用一面镜子代换太阳的方位时，其扇翼方向可按人所预定的方向变更。因此，他认为掠鸟迁徙是根据太阳的位置来定的。对于企鹅、伯劳的研究工作也都说明太阳定向机制是存在的。关于星辰定向，由索尔首次在圆形笼内对欧洲苇莺进行实验得出的。证明这些鸟能根据夜空中的星辰的位置定向。此后又做了大量的实验研究，而且用改变人造星辰位置的方法，也可以象上述实验一样，使鸟类按预定的方向改变其迁飞方向。现在已知能够利用星辰定向的鸟类还有白喉雀等。
4.磁定向 是鸟类通过感应地球磁场极性的方法进行定向的一种方式。很早以前，人们就推测在鸟类迁徙过程中的导航定向可能与磁场有着某种联系。近年来的实验已证实了地磁场定向机制的存在。当给信鸽的头上加上一块具有特定极性的人工