Цивилизация
Известно, что птицы, совершающие ежегодно дальние сезонные перелеты, прекрасно ориентируются в пространстве. Этот факт уже давно наталкивает на мысль о том, что им должна быть по силам двухкоординатная навигация по географической широте и долготе, по крайней мере, в ходе полета.
В том, что птицы могут справиться с определением широты, ученые уже давно не сомневаются. Вообще говоря, это не так сложно. Например, одним из ориентиров может служить высота солнца в полдень над горизонтом. Однако этот способ определения широты в отношении птиц до сих пор не доказан. Другим способом определения широты является ориентировка по углу между полным вектором магнитного поля Земли и направлением на магнитный полюс. Прежде учёным удалось доказать, что таким способом определения широты пользуются певчие перелётные птицы — соловьи.
А вот с определением долготы все обстоит существенно сложнее. Даже человек разумный научился надежно определять географическую долготу только к началу XVIII века, а до этого морская навигация была сильно осложнена. Доказательств тому, что пернатые в ходе эволюции выработали какой-либо механизм определения долготы, опирающийся ли на суточное вращение звездного неба, или опять же использующий магнитное поле, нет. Более того, метод компаса и часов совершенно точно не получил развития в организмах птиц, а использование только магнитного поля Земли для этих целей ненадежно, так как оно демонстрирует одинаковую напряженность на достаточно протяженных участках.
Многие специалисты уже готовы были смириться с тем, что птицам не под силу определять долготу, и в своем путешествии на юг или на север пернатые полагаются только на широту, а если и используют еще какие-то данные для более точной ориентировки, то ими является топография местности, над которой совершается полет.
В частности, такого мнения придерживался один из авторов работы, вышедшей в последнем номере Current Biology, крупный немецкий специалист в области птичьей навигации — Хенрик Моуритсен.
Его коллега, наш соотечественник Никита Чернецов, исследователь навигационных способностей птиц из Института Зоологии РАН, был с ним в корне не согласен.
И в итоге оказался прав.
Как рассказал «Газете.Ru» сам Чернецов, поставить новый эксперимент и проверить способность птиц к определению долготы его вынудил богатый личный опыт наблюдения за птицами в Западной Сибири. Чернецов из года в год наблюдал, как одни и те же особи с большой долей вероятности возвращаются весной на места гнездовья. При этом трудно поверить, что для столь точного определения места гнездования птицы использовали географические ориентиры, так как местность в этом регионе предельно однообразна на протяжении тысяч километров.
Таким образом, учёный a priori заключил, что некоторые виды птиц обладают способностью ориентироваться в пространстве с помощью двух координат — долготы и широты. Оставалось только аккуратно проверить эту гипотезу.
Для этого, вообще говоря, необходимо проведение экспериментов по искусственному перемещению перелетных птиц на пути их следования в ходе весенней миграции. До сих пор мало кому удавалось поставить такой опыт корректно.
В ходе собственного эксперимента Чернецов и его коллеги изучали навигационные навыки тростниковых камышевок — ночных перелетных птиц, которых отловили в ходе их весенней миграции на пути следования к местам гнездования и размножения. Эти камышевки были перемещены на расстояние порядка 1000 км из окрестностей города Рыбачий в Калининградской области в Звенигород.
По предположению ученых, неспособность этого вида птиц к двухкоординатной навигации определила бы их путешествие из Звенигорода далее на северо-восток вдоль направления, которому они следовали до начала эксперимента. Наличие же механизма определения долготы неизбежно должно вызвать корректировку дальнейшего курса либо в направлении места поимки, либо в направлении места гнездования.
Как оказалось, камышевки действительно сменили направление своего движения с северо-восточного на северо-западное.
Работа ученых опубликована в журнале Current Biology.
Результаты, полученные Чернецовым с коллегами, расходятся с экспериментальными данными, опубликованными в 1944 году Рюппелем, который проводил эксперименты с серыми воронами. Его подопытные были отловлены и перемещены в ходе весенней миграции на запад. Оказалось, что вороны не могут корректировать свой маршрут в соответствии с перемещением и продолжают после него путешествие вдоль своего привычного направления миграции.
Комментируя эту старую работу, Никита Чернецов отметил несколько её слабых мест: «Во-первых, Рюппель перемещал своих птиц не на самолете, как это сделали мы, а на корабле, так что птицы в его эксперименте подверглись сильному стрессу, сидя долгое время в транспортных клетках. Во-вторых, серые вороны — дневные странники, никогда не перемещающиеся на дальние расстояния. Корректировка курса в эксперименте Рюппеля потребовала бы от них пролета над морем, чего эти птицы не делают никогда в принципе».
В то же время достижение Чернецова и его коллег находится в хорошем соответствии с данными недавнего эксперимента, поставленного коллективом американских специалистов. Эти результаты были опубликованы парой месяцев раньше. В своей работе американцы смещали белоголовых овсянок с пути их следования в ходе осенней миграции. Оказалось, что эти перелетные птицы так же способны к корректировке курса, а следовательно, и определению долготы.
Однако поменяли траекторию не все пернатые. Так как эксперимент был поставлен осенью, в нем приняло участие молодое поколение овсянок, ни разу не совершавшее дальних перелетов. Именно они не проявили способности к смене направления. По-видимому, это вызвано тем, что молодые птицы попросту не знают точной локации места своей осенней миграции, а потому в ходе первого масштабного перемещения в своей жизни используют не двухкоординатную навигацию, а попросту следуют определенному вектору.
Природа биологического механизма, позволяющего птицам чувствовать долготу, до сих пор не установлена.
Сам Чернецов выдвигает по этому поводу две гипотезы. Согласно первой, птицы могут использовать для определения долготы геомагнитную информацию. Например, в районе между Рыбачьим и Звенигородом, где был поставлен эксперимент отечественных специалистов, магнитное поле земли демонстрирует монотонное изменение напряженности на 3%. Однако в таком случае непонятно, как птицы ориентируются в других географических зонах, где поле практически однородно.
Вторая возможность заключается в ориентировании между западным и восточным направлением на основе так называемого временного лэга (задержки). Учеными не так давно было установлено, что супрахаизматичекое ядро головного мозга — небольшая структура, состоящая у человека всего из 10 тысяч нейронов и контролирующая работу внутренних биоритмов организма — состоит у млекопитающих из двух субструктур. Одна из них, внутреннее ядро, переключается под давлением изменившегося светового режима довольно быстро. Внешняя же оболочка, представляющая вторую субструктуру, перестраивается на новое время существенно медленнее.
Если птицы и в самом деле обладают способностью к сравнению хода двух встроенных часов, одни из которых быстро перестраиваются под текущее время, а вторые остаются настроены на один и тот же часовой пояс, это может обеспечить им весьма надежный способ определения долготы.
Впрочем, эта гипотеза, по словам Чернецова, также на данный момент остается лишь гипотезой, так как существование двух «внутренних часов» показано только у млекопитающих — мышей.