對於候鳥來說，良好的時機選擇關乎生死。
每年春天，無數的鶯、鵝、蜂鳥以及更多鳥類——據統計，佔鳥類物種的五分之一——離開它們在冬季的隱匿處，開始漫長的跋涉，最終到達交配、築巢和孵化幼鳥的地點。然而，對於這些動物來說，知道何時出發是一項精細的計算。它們需要及時到達繁殖地，以便成功繁殖。但如果它們到達得太早，冬季可能還沒有完全結束，這會使鳥類面臨飢餓的風險。
為了使到達時間與最有利於繁殖的條件相吻合，加州大學戴維斯分校的行為內分泌學家瑪麗蓮·拉梅諾夫斯基說，候鳥會追蹤每天的光照時長，即光週期。拉梅諾夫斯基專門研究鳥類。這種追蹤在動物體內本能地發生，它們利用大腦中特殊的光感受器來探測光線。這些感受器類似於控制人類晝夜節律的感受器。儘管科學家們並不完全瞭解這些光敏感受器，但一個團隊在鵪鶉身上識別出某些可以直接探測光線的大腦細胞，這是一項發表在2014年《當代生物學》雜誌上的研究。
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總的來說，一旦這些光感受器註冊到冬末初春白晝正在變長，它們就會觸發體內一系列系統的活動。
例如，鳥類會換羽，脫落磨損的羽毛並長出新的羽毛。它們的激素會發生變化，影響它們的消化模式，導致它們吃得更多，增加體重並增強飛行肌肉。在一些鳥類中，一旦它們吃飽了，一種叫做胃飢餓素的消化激素就會開始使它們感到不安，並促使它們起飛。鳥類的生殖道也開始發生變化，以確保它們在繁殖時具有生育能力。
拉梅諾夫斯基說：“這實際上是一系列不同的內分泌系統共同作用，將鳥類的狀態從冬季生存轉變為遷徙準備。”
當所有要素就位時，鳥類就為撫養幼鳥做好了充分的準備，同時充分利用夏季家園提供的漫長白晝和季節性昆蟲、漿果和其他資源的繁榮。
每隻鳥經歷這些季節性變化的方式都略有不同。拉梅諾夫斯基說：“它們都像小機器一樣被啟動，但也有個體決策。”
例如，政府機構加拿大環境與氣候變化部的鳥類學家安娜·M·岡薩雷斯說，冬季棲息地質量較高可能會延遲個體鳥類的出發時間。
岡薩雷斯說，天氣狀況對於時機選擇尤其重要。她指出，鳥類可能會等到暴風雨過後才出發。此外，岡薩雷斯說，已經在途中的鳥類可以根據天氣加快或減慢它們的旅程，這可以幫助它們掌握到達繁殖地的時間。
理解遷徙也很複雜，因為這種現象有多種形式。一些鳥類，如薩凡納麻雀和美洲丘鷸，只進行短距離遷徙。另一些鳥類，如藍色林鶯和紅腹濱鷸，在南半球開始它們的繁殖前遷徙之旅，那裡的白天正在變短，而不是變長，然後跨越赤道到達北美洲。
兩位科學家都強調，研究人員尚不完全瞭解塑造每個物種遷徙的細微差別，更不用說每隻個體鳥類的遷徙時間表了。岡薩雷斯說：“物種之間甚至物種內部都存在很多變異。”
繁殖後的返回旅程更加令人費解。一天的光週期似乎與繁殖步驟的啟動有關，但到了鳥類返回的年份，它們不再對日照長度的變化敏感，她補充道。“實際的線索，我們不知道，”拉梅諾夫斯基說。
幸運的是，科學家們理解遷徙的工具正在改進。用於跨長距離追蹤鳥類的技術，特別是透過衛星，正在變得更好。社群科學倡議——特別是eBird計劃，該計劃收集觀鳥者在哪裡看到哪些物種的報告，並幫助科學家追蹤遷徙路徑和時間表——正在為研究人員提供更多的鳥類觀察視角。