Цивилизация
То, как различные птицы могут находить путь, летя домой или мигрируя к местам гнездования, волнует биологов уже не первое столетие. Важный прорыв в понимании этих механизмов недавно совершила группа российских орнитологов, изучающая повадки тростниковых камышовок. Все дело в клюве, объясняет Дмитрий Кишкинев, сотрудник факультета интегративной биологии Университета Гуэлфа (Канада), рассказавший о деталях своего открытия «Газете.Ru».
Ученые разделяют способность к ориентации (выбору направления) птиц от навигации — умения не только поддерживать строгое направление движения, но и представлять себе истинное местоположение относительно цели. Благодаря экспериментам, которые ведутся с 60-х годов, ученые знают, что ориентироваться птицы могут несколькими способами:
оценивая поляризацию солнечного света, положение солнца на небе, вращение звезд вокруг Полярной звезды и используя магнитный компас.
«Ночью мигрируют большинство мелких воробьиных, славки, соловьи, камышовки», — говорит Кишкинев. С навигацией птиц пока остается много вопросов, есть две гипотезы — магнитная и ольфакторная (обонятельная). В настоящее время ученые активно ищут органы магниторецепции, которые могут служить птицам внутренним компасом. По одной версии, у птиц в сетчатке есть определенные фоторецепторы, которые могут видеть магнитное поле. Было доказано, что чувствительность к магнитному полю завязана на зрение. Считается, что сетчатка содержит светочувствительные белки-криптохромы, которые под воздействием света и магнитного поля могут по-разному возбуждаться в зависимости от ориентации силовых линий поля.
Второй механизм предполагает, что у птиц в надклювье есть магниточувствительный орган: 15 лет назад там были найдены клетки, содержащие большое количество оксида железа.
Ученые предположили, что это и есть искомый магниторецептор, соединенный с мозгом тройничным нервом.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые под руководством Кишкинева ловили камышовок на биологической станции Рыбачий (Куршская коса, Калининградская область) весной, когда птицы летят на север. По данным кольцевания, биологи знают, что эти птицы должны лететь для гнездования либо в Прибалтику, либо в северо-западную часть России (в Ленинградскую область, Карелию), либо на юг Финляндии.
Пойманных птиц самолетом привезли в Москву, и часть из них была прооперирована: одной половине камышовок перерезали тройничный нерв, а другой произвели такой же надрез клюва, но без перерезания нерва.
Это делалось для того, чтобы исключить влияние на навигацию птиц самого факта операции на клюве.
Чтобы узнать, как повлияет операция на навигацию птиц, их привезли на биостанцию МГУ под Звенигородом, но выпускать их не пришлось. Для изучения миграционного поведения птиц давно разработан метод с клеткой Эмлена. Она представляет собой конус с сеткой наверху, через который птица может видеть звезды.
В сезон миграции птицу сажают в круглую клетку, у нее начинается миграционный «драйв»: она начинает прыгать и оставлять на стенках конуса следы в том направлении, куда ей надо лететь по природному зову.
Эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Plos One, показал, что птицы с перерезанным нервом не чувствовали, что их перевезли, — они продолжали ориентироваться на северо-восток, считая, что они по-прежнему в Калининградской области.
А ложнооперированные птицы поняли, что находятся за тысячу километров от места поимки, и скомпенсировали направление с северо-восточного на северо-западное. Ученые считают, что перерезанный нерв передает в мозг птицы некоторую информацию, скорее всего по магнитному полю, о ее текущем местоположении на поверхности Земли.
Но, чтобы знать свое местоположение, птице либо надо иметь «сетку» магнитного поля Земли, либо знать характер его изменения по долготе и широте. «Мне кажется, вариант с сеткой очень сложный, ведь природа всегда выбирает менее точные, но простые механизмы. Скорее всего, птицы чувствуют, что при перемещении напряженность поля слишком растет, и при превышении некоторого порога, который генетически задан,
у птицы включается «аварийный план». Вместо режима «лететь на северо-восток» ее бортовой компьютер переключается в режим «лететь на северо-запад», — пояснил автор исследования.
Ученые отмечают, что сами магнитные рецепторы в надклювье до сих пор не найдены; более того, исследования показали, что железосодержащие клетки являются не нервными, а макрофагами, потребляющими бактерий. И такие клетки найдены не только в клюве, но и в других тканях.
«Мы предполагаем, что наши результаты указывают именно на использование магнитной информации для навигации у данного вида птиц (тростниковые камышовки), а возможно, и у других воробьиных мигрантов. Наше исследование является важным шагом в понимании нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе навигации у птиц», — считает Кишкинев. После эксперимента птиц из обеих групп выпустили на волю. Но что же с ними стало после опытов орнитологов?
Ученые считают, что если ориентацию в клетках Эмлена считать отражением ориентации в природе, то прооперированные птицы полетели на северо-восток и, вероятно, остановились там, где нет гнездящихся тростниковых камышовок. Вряд ли они погибли, но партнера для гнездования, скорее всего, не нашли. Где эти птицы зимовали и смогли ли они вернуться на следующий год в район гнездования, неизвестно. Ложнооперированные птицы, скорее всего, прилетели в район гнездования и нормально отгнездились.