Каким образом перелетные птицы используют магнитное поле Земли
Миллионы пернатых нашей планеты совершают ежегодные миграции из мест гнездования к местам зимовки и обратно. Они преодолевают сотни и тысячи километров, проводя долгое время в дороге. Каждый год новые поколения птиц устремляются в путь и всегда достигают свой цели.
Как же птицам удается ориентироваться на столь дальних расстояниях? Может быть, они используют расположение солнца и карту звездного неба или распознают очертания земной поверхности, ориентируясь на примечательные объекты суши? Возможно, умение ориентироваться и знание точного пути миграции заложено в них генетически.
Как считают ученые, при подлете к местам стоянок или к конечному пункту назначения, птицы действительно ориентируются по элементам ландшафта. Они узнают знакомые заливы и бухты, долины рек или горные системы с характерными вершинами. Но во время длительных перелетов, которые происходят чаще всего на высоте более 3000 метров, когда земная поверхность далеко внизу и закрыта облаками, такой способ ориентирования им недоступен. Вот тут и приходит на помощь их уникальная способность определять свое положение в пространстве при помощи магнитного поля Земли. Но каким образом это происходит?
Параметры магнитного поля уникальны в каждой конкретной точке планеты. Российские ученые совместно с британскими коллегами проводили эксперименты с тростниковыми камышовками. Эти небольшие птички каждый год совершают перелеты из мест гнездования в нашей стране в районы северной Африки, где они проводят зиму. Исследователи выяснили, что в организме птиц существуют особые рецепторы, которые реагируют на изменение магнитного поля по ходу их следования. В дальнейших экспериментах птички были помещены в искусственную среду, в которой показатели магнитного поля имитировали таковые на территории Шотландии. В исследованиях участвовали пернатые из популяции камышовок, гнездящихся на Куршской косе (Калининградская область). Причем в испытуемую группу входили как молодые особи, никогда не совершавшие перелетов, так и их опытные сородичи.
В результате эксперимента выяснилось, что взрослые птицы, которые хотя бы раз мигрировали на юг, определили свое положение в соответствии с «навязанным» им магнитным полем. Как только опытные камышовки оказались на свободе, они тут же приняли юго-восточное направление полета с целью скорректировать свое положение, то есть развернулись, как они полагали, в направлении Калининграда. Но что интересно, молодые особи, птенцы этого года, не смогли самостоятельно сделать того же. Получается, что эти птицы, как, вероятно, и все остальные, получают навыки ориентирования только после того, как совершили хотя бы один перелет по маршруту, а не наследуют эту способность от своих предков. Иными словами, способность является приобретенной, а не генетически обусловленной.
Перелетные птицы совершают миграции в южные страны, чтобы пережить неблагоприятные сезонные изменения, которые наступают в местах их гнездования. И пока этот удивительный механизм, основанный на глубинных процессах нашей планеты, будет служить птицам, они смогут совершать дальние перелеты, сохраняя жизнь себе и своим потомкам.
Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек ��
Почему птицы улетают в теплые края и как узнают, куда им возвращаться
Птицы пролетают за день сотни километров и распознают дорогу домой даже при ограниченной видимости.
Некоторые виды птиц осенью покидают насиженные места и улетают в теплые края. Что заставляет их менять место обитания, почему они возвращаются обратно и как узнают дорогу домой?
Большинство видов птиц летят V-образным клином, который составляет 55 градусов. Вожак стаи летит впереди и создает воздушный поток, который облегчает полет летящим за ним следом. Другие птицы периодически подменяют его, чтобы дать время на отдых.
Многие уверены, что с миграцией птиц наука давно разобралась, что они ориентируются по магнитному полю. Однако недавно авторитетный научный журнал Science признал, что миграция птиц по-прежнему остается для науки загадкой. А ведь ее изучают более 100 лет. Насколько продвинулись ученые в понимании этого феномена?
Никита Чернецов: Чтобы птица могла за тысячи километров вернуться к месту гнездования, ей нужны карта и компас. Это понял в середине 50-х годов прошлого века немецкий ученый Гюнтер Крамер. Вначале должна понять, где находится по отношению к цели, и тут ей нужна карта, а затем уже с помощью компаса выбрать и поддерживать направление движения. Сегодня наука считает, что и компас, и карта могут «работать» на разных физических принципах.
То есть магнитным полем Земли дело не ограничивается?
Никита Чернецов: Сейчас общепризнано, что птицы ориентируются с помощью трех компасных систем: по Солнцу, по звездам и по магнитному полю Земли. Солнечный компас зависит от чувства времени птиц, по сути, от их внутренних часов. А навигации по звездам они обучаются с самого раннего возраста. Вообще умение пользоваться звездным компасом своей сложностью поражает многих специалистов. Оно требует от птиц хорошо развитых когнитивных способностей, гораздо более продвинутых, чем при работе с магнитным компасом. К примеру, птицы должны замечать медленное вращение неба, выделять центр вращения.
А вот магнитный компас, о котором наслышаны многие, на самом деле долгое время не признавался рядом ученых. Ведь он предполагает, что у птиц должна быть особая система, которой нет у человека, так называемая сенсорная модальность. А потому к подобным исследованиям относились так же скептически, как, например, к изучению телепатии у людей. Ситуация изменилась, когда в 70-х годах на научных фактах было доказано существование у птиц магнитного компаса. Считается, что, в отличие от солнечного и звездного, он у птиц является врожденным. Этот компас не действует в полной темноте, работает в синем и зеленом свете и «отключается» в желтом и красном.
А каков механизм? Как птицы воспринимают магнитное поле?
Никита Чернецов: Это сложная система, на пальцах не объяснишь. Важно лишь отметить, что в сетчатке их глаза есть рецепторы, через которые запускаются химические реакции. Они преобразуют поле в зрительные образы. Можно сказать, что птицы фактически «видят» магнитное поле. Но вот что интересно. Помимо глаза для получения информации о магнитном поле у птиц существует еще один канал — это тройничный нерв. Его чувствительные окончания находятся в надклювье, откуда информация по нерву поступает в мозг.
Почему природа столь расточительна? Зачем она подарила птице сразу три компаса? Кстати, какой из них точней?
Никита Чернецов: Над этим вопросом давно бьются ученые. Кстати, над птицами очень сложно ставить эксперименты, которые дали бы однозначные ответы. Сейчас считается, что иерархия различных компасов зависит не только от видов птиц, но они разные даже у популяций одного вида. Некоторые птицы, скажем, «дальнобойщики», регулярно сверяют свой магнитный компас с астрономическим. Для тех, кто мигрирует на короткие расстояния, достаточно одного магнитного компаса. Но если с компасами у науки есть определенная ясность, хотя вопросов еще множество, то ситуация с навигационными картами птиц куда хуже.
То есть остается неясным, как птицы определяют свое местоположение по отношению к цели перелета?
Никита Чернецов: Здесь много гипотез, среди них две наиболее реалистичные. Согласно первой, птицы пользуются картой градиентов магнитного поля, в частности, его напряженности и наклонения. Они меняются от полюса к экватору, а потому могут быть координаторами широты, направления «север-юг». И в экспериментах показано, что пернатые каким-то образом умеют это измерять. Но вот как им определить на карте географическую долготу, координаты «восток-запад»? Даже люди научились определять долготу только в XVIII веке.
А чтобы птицам решить эту проблему, им надо измерять еще и третий параметр, магнитное склонение — угол между географическим и магнитным полюсами. Такая гипотеза высказана давно, но не было ее реальных подтверждений. И нам впервые в мире удалось в экспериментах с тростниковыми камышовками показать, что они обладают такой способностью, могут измерять склонение в направлении «восток — запад». Значит, могут пользоваться магнитной картой. Именно эту работу имел в виду президент РАН Александр Сергеев, говоря о последних достижениях академии. Теперь нам надо показать, что подобный механизм работает и у других птиц.
А удалось понять механизм, физику явления?
Никита Чернецов: Мы показали, что информация о долготе может поступать в мозг по тройничному нерву, о котором я уже говорил. Возможно, в надклювье есть маленькие частицы магнетита, по сути, это похоже на наш обычный компас. Сейчас данную версию изучаем вместе с учеными питерского Института ядерной физики.
Есть версия, что птицы могут ориентироваться в пространстве по запаху …
Никита Чернецов: Да,Ведь концентрация определенных веществ в атмосфере может меняться, а значит и здесь вероятно есть градиент. В ряде экспериментов птицы с «отключенной» системой обоняния теряли ориентацию. Но у этой версии немало критиков, она требует очень серьезной аргументации.