Прибор для ориентации у птиц. Ориентация и навигация птиц во время миграции
До сих пор не раскрыта одна из интереснейших загадок, стоящих перед наукой,- загадка сезонных перелетов птиц, их необыкновенной способности безошибочно определять нужный курс.
Что служит птицам навигационным прибором?
Что настраивает этот прибор на заданный маршрут — Солнце, звезды, магнитные силы Земли или же что-то иное?
Одна за другой появляются на этот счет гипотезы, которые проверяются во многих лабораториях мира.
О проверке одной из таких гипотез и рассказывает публикуемый ниже материал.
Одна из самых привлекательных, но и трудных загадок живой природы — навигационные способности птиц. Как ориентируются в пространстве перелетные птицы или, например, почтовые голуби, издавна служившие человеку? Как находят они цель полета?
Более двадцати лет назад было высказано предположение, что голубь обладает особой памятью, регистрирующей две характеристики места, где он родился или же долгое время жил: величину кориолисова ускорения и напряженность магнитного поля Земли.
Напомним, что кориолисово ускорение возникает, например, тогда, когда одно тело движется поступательно по другому, имеющему вращательное движение. В частности, это ускорение заставляет речные потоки размывать правые берега русел в северном полушарии и левые — в южном.
Гипотеза говорила, что, когда птицу увозят на какое-то расстояние от дома, а затем выпускают, она летит в том направлении, где изменения величины полей — кориолисова ускорения и магнитного — происходят в сторону тех значений, к которым она привычна. То есть она летит к месту, откуда ее увезли и куда она должна вернуться.
Это предположение получало вроде бы убедительное подтверждение. Если на карте изобразить линии кориолисова и магнитного полей, то образуется сетка из скрещивающихся под углом линий. При этом окажется, что у каждой точки в северном полушарии есть «двойник» в южном — точка, где магнитное поле и кориолисово ускорение по величине имеют то же значение.
Провели такой опыт: голубя, выросшего в северном полушарии, привезли в южное и выпустили не очень далеко от точки, «симметричной» точке его месторождения. И голубь прилетел в эту точку без каких-либо колебаний, словно он летел домой по известному маршруту.
Однако как ни стремились исследователи обнаружить в организме птицы механизм, способный определять величину кориолисова ускорения, его найти не удалось.
Эксперименты выявляют новые способности птиц
Недавно подведен итог новых экспериментов, которые, кажется, приближают разгадку способностей пернатых штурманов.
После того как разрушилась гипотеза двух полей, ученые обратились к самым тонким и хитроумным методам исследования, лишь бы заставить природу заговорить.
Голубей отправляли к месту старта, например, во вращающихся барабанах или запутанными окружными дорогами.
Хирургическим путем нарушалось нормальное действие органа равновесия.
Птицам подвешивали постоянные магниты или витки проволоки, в которых магнитное поле Земли возбуждало при полете электродвижущую силу, — так изучалось взаимодействие птицы и магнитного поля планеты. Птицам завязывали глаза. Однако никакие уловки не помогли ученым запутать птиц. Они неизменно прилетали в нужное место, и самым коротким путем.
Высокая надежность ориентации (опыты, о которых мы только что говорили, безусловно, это доказывают) привела ученых к выводу, что голубь вооружен несколькими, по меньшей мере двумя системами пространственной ориентации, основанной на разных природных явлениях.
Продвинутьсявперед удалось исследователям из Корнельского университета, поставившим новую серию опытов.
В первой группе опытов голубей помещали в герметически плотной металлической камере, при этом у птиц, соединенных с приборами, можно было регистрировать частоту ударов сердца. Время от времени в камере слегка изменялось давление воздуха и одновременно голуби получали легкий удар электрическим током. Так у птиц вырабатывался условный рефлекс.
Во второй половине опыта изменялось только давление воздуха. И, тем не менее, частота ударов сердца у птиц возрастала, хотя они не получали пугающего удара током. Так удалось установить, что голуби чувствительны к очень незначительным изменениям атмосферного давления.
Сходные по методике опыты, также начинавшиеся выработкой условного рефлекса, должны были выявить, чувствительны ли эти птицы к магнитному полю Земли. И опыты доказали, что голуби улавливают даже очень слабые электромагнитные колебания. По оценкам исследователей, птицы способны реагировать на изменения в одну пятисотую и даже тысячную долю нормального магнитного поля Земли.
При взрывах на Солнце, которые отзываются у нас магнитными бурями, голуби при полете домой слегка отклоняются от обычного, наиболее выгодного пути.
Аналогичным образом, используя частоту пульса как внешний показатель реакций организма птицы, ученые доказали, что голуби так же, как и пчелы, могут отличать поляризованный свет от обыкновенного. Это означает, что достаточно голубю увидеть на небе лишь единственное пятнышко чистого, не затянутого тучами небосвода, чтобы он мог определить положение Солнца.
Некоторые исследователи уже давно предполагали, что этих способностей птицам достаточно для решения всех своих навигационных задач. Однако тонкими экспериментами было доказано, что голубь, зная положение Солнца и пользуясь своими «внутренними часами», может определить лишь север и юг, а не направление к родной голубятне.
Это подтверждают и опыты с голубями, которым «переставили» их биологические часы: благодаря искусственному освещению и затемнению у них перевернули представление о дне и ночи. Такие дезориентированные во времени птицы, отправившись в полет, совершали ошибку в выборе направления, как раз пропорциональную заложенной в их сознание временной ошибке.
Системы ориентации птиц
Однако недавно в лаборатории Корнельского университета обнаружили, что, когда небо сплошь затянуто облаками и голубь нигде не может увидеть прямого солнечного луча, а его внутренние часы «переставлены», птица, тем не менее, совершенно правильно находит дорогу домой, словно бы и не было этих двух помех, исключающих навигацию по Солнцу.
Оставалось согласиться с тем, что у птицы есть еще вторая, совершенно независимая от Солнца система ориентации. Для поисков второй системы решено было полностью исключить Солнце из опытов.
На голубятне Корнельского университета две стаи были приучены к полетам во время моросящих дождей, при плотной низкой облачности. Подозрение снова пало на магнитное поле.
Голубям одной стаи прикрепили на крылья маленькие постоянные магниты. Птицы из другой стаи получили такие же по весу грузики, однако, из немагнитного материала. Вторая стая всегда дружно возвращалась домой, чего нельзя сказать о голубях, которым подвешенные магниты мешали правильно воспринимать магнитное поле Земли.
Ученые пришли к выводу, что, когда есть хоть клочок чистого неба, голуби предпочитают пользоваться солнечной ориентацией. Если нет на небе светила — они ищут направление с помощью магнитной системы навигации.
Многие исследователи становятся, однако, в тупик: где же находятся в теле голубя органы, воспринимающие природное магнитное поле?
На этот счет недавно появилось весьма любопытное предположение. Не следует ли считать таким органом кровеносную систему птицы?
В самом деле: кровь представляет собой электролит (раствор хлористого натрия и других солей), в котором к тому же взвешены ферромагнитные частицы (красные кровяные тельца, содержащие железо).
В целом вся система артерий и вен птицы представляет собой токопроводящий контур, в котором при движении птицы в магнитном поле непременно должна возникнуть электродвижущая сила. Величина этой ЭДС, в частности, будет зависеть от того, под каким углом контур пересекает линии поля, то есть в каком направлении летит птица.
Магнитное поле земли и человек
Здесь нужны еще точные опыты и измерения. Но ведь факт, что даже огрубелые, не столь чувствительные к природным явлениям человеческие организмы реагируют на изменения магнитного поля Земли, особенно в период взрывов на Солнце.
Сильней всего они сказываются на людях с больной кровеносной системой. Не случайно лечебные учреждения, где есть такие больные, получают от астрономов, ведущих службу Солнца, предупреждения о приближении магнитной бури.
В последнее время ученые обнаруживают, что на человека — и не только больного — влияют и более мягкие факторы, связанные с магнитным полем Земли,- а не только бури.
Итак, у голубя, по меньшей мере, две системы ориентации. Однако, как мы видим, нерешенных загадок, которые задают крылатые штурманы исследователям, осталось еще достаточно много.
Предположение о том, что птицы ориентируются с помощью геомагнитных сил, впервые было высказано в 1855 г. Миддендорфом. Во время путешествия по Сибири он наблюдал перелет птиц в меридиональном направлении. Видимо, большие однообразные просторы Сибири и натолкнули Миддендорфа на мысль о том, что простым знанием местности птица не может ограничиться. В те далекие времена предположение об использовании птицами магнитных силовых линий не получило широкого распространения. Но позднее, в XX в. оно не раз возрождалось. Первые опыты по проверке этой гипотезы были проведены в 1927 г. В 1939 г. польский орнитолог Водзицкий и его коллеги опубликовали обстоятельный отчет об опытах на белых аистах и почтовых голубях. В этих опытах на голове у птиц прикрепляли сильные магнитные пластинки. Эти пластинки создавали вокруг головы постоянное магнитное поле, гораздо более сильное, чем земное. Подопытных птиц завозили и отпускали. Предполагалось, что если птицы используют для ориентации магнитные силовые линии Земли, то магниты на голове помешают их восприятию и птицы не смогут найти дорогу в незнакомой местности. Но многочисленные опыты не подтвердили этого предположения: птицы с пластинками находили дорогу.
В 1947 г. американский ученый Егли, один из наиболее горячих сторонников магнитной ориентации птиц, опубликовал новые результаты опытов. Чтобы наверняка заглушить земное поле, он решил создать вокруг летящей птицы мощное хаотически меняющееся магнитное поле. Невероятно, чтобы птица могла уловить земное поле сквозь такую магнитную бурю, которая гораздо сильнее природных. Но как создать вокруг летящей птицы такое поле? Егли достиг этого, прикрепив к крыльям птиц сильные магниты. При взмахах крыльев магнитное поле вокруг птицы хаотично и разнообразно менялось.
Годом позже, в 1948 г., английский исследователь Гордон, стремясь добиться еще более хаотических изменений поля, дополнительно подвешивал магнит на шею птицы. В полете магнит болтался, как попало, и ни один прибор не мог бы определить, как он качнется и каким полюсом повернется в следующий миг. А без этого невозможно гасить помехи. Опыты были поставлены широко, голубей было вполне достаточно для хорошего статистического анализа результатов. Анализ не порадовал ученых: голуби с магнитами находили дорогу не хуже, чем контрольные птицы, у которых магнитные пластинки были заменены медными.
В 1951 г. Мэтьюз, известный английский исследователь ориентации почтовых голубей, провел многочисленные опыты, прикрепляя магниты на голове, крыльях и шее голубей, но не подтвердил предположения о магнитной ориентации.
Почти одновременно на магнитную гипотезу обрушился новый удар: ее раскритиковали физики. Физики усомнились в том, что в организме могут быть какие-либо заменители магнитов, состоящие не из металла. Сейчас мы знаем, что они были неправы: существуют магнитные полимеры, а способность живых организмов изменять свое поведение в магнитном поле продемонстрирована в опыте. Но в то время это было серьезное возражение.
Была предложена и другая гипотеза: магнитное поле действует на птицу так же, как на проводник или виток, движущийся в магнитном поле. Но при такой ориентации птицы должны летать с постоянной скоростью, а как известно, скорость полета меняется все время в очень широких пределах.
Гипотеза магнитной ориентации достаточно полно и подробно проверена, и можно было бы навсегда оставить ее в покое. Но прошло несколько лет, и о ней вспомнили вновь. Гипотеза вновь стала объектом критики. Отголоски споров, распространяясь все шире, достигли популярной литературы, и у читателей-неспециалистов в результате сложилось представление, что если о магнитной ориентации так много пишут, значит, она существует. В популярной литературе приводились новые "доказательства": птицы массами разбиваются о мачты радиостанций, кто-то сообщил, что птицы кружат вокруг радаров, как мотыльки около лампы, мешая наблюдать за небом. Были опубликованы работы о том, что сильное магнитное поле влияет на птиц, вызывая у них повышенное беспокойство.
В это время к ориентации птиц проявили интерес инженеры, так как в технике требовались миниатюрные, точные и устойчивые к помехам навигационные приборы. Принцип таких устройств они могли бы позаимствовать у птиц, если бы ученые обнаружили у них магнитные навигационные "приборы" высокой точности. Своим живым интересом техники привлекали внимание ученых к магнитной гипотезе ориентации птиц, и о ней вновь много спорят. Поэтому разговор о магнитной ориентации придется продолжить.
Действительно, под радиомачтами, телефонными проводами, линиями высокого напряжения по утрам, особенно во время миграции, можно найти очень много погибших птиц. Под телевизионной вышкой, построенной на пролетном пути, находят до нескольких десятков птиц ежедневно. Это пока единственный способ получить для обследования птицу, участвовавшую в ночном миграционном полете.
Но разбиваются птицы одинаково часто и о действующую вышку и о недействующую. Так, 11 сентября 1937 г. о неосвещенный памятник Вашингтону (высота 182 м) в столице США за 1,5 часа разбилось 576 птиц.
Ночью летит гигантское количество птиц. Английские орнитологи были первыми людьми, увидевшими ночную миграцию. Они были поражены ее гигантскими размерами и предположили, что радар привлекает птиц.
Первые работы Крамера с круглой клеткой, помещенной вместе с птицей в сильное магнитное поле, подтвердившие результаты опытов с завозом птиц с магнитами, вызвали возражение сторонников магнитной ориентации. Искусственное магнитное поле, небольшое в диаметре, по их мнению, не убеждает, а опыты с завозами делались почти только на одомашненных птицах. Поэтому были проведены исследования на диких птицах. Осенью 1964 г. биологическая станция в Рыбачьем провела серию опытов с перелетными птицами в районе Курской магнитной аномалии. Аномалия, образованная залежами железных руд, протянулась на несколько десятков километров. Напряженность ее магнитного поля достигает 1000 эрстед, что в 1000 раз сильнее земного поля. Магнитные навигационные приборы в районе аномалии дают неверные показания. Место для опытов было выбрано в самом центре аномалии. В этом месте в радиусе пяти километров магнитное склонение меняется на 360°, т. е. можно найти точки, где северный конец стрелки компаса показывает на юг, запад, восток, север. Опыты были проведены на пяти видах птиц. Из них наибольший интерес представляли ночные мигранты зарянки, так как некоторые ученые предполагали у них способность к магнитной ориентации. Изучались также зяблики - типичные дневные мигранты, летящие на юго-запад; славки-черноголовки тоже летят на юго-запад, но ночью. Чечевицы и садовые овсянки летят в юго-восточном направлении.
Предварительно ориентация этих птиц (вне магнитной аномалии) изучалась в круглых клетках. Птицы проявляли беспокойство, ориентированное в сторону зимовок. При ясной погоде оно проявлялось очень четко, а при сплошной облачности обычно исчезало и птицы перемещались одинаково во всех направлениях либо отдавали преимущество какому-нибудь случайному направлению. Затем клетки с птицами были доставлены самолетом на магнитную аномалию, и регистрация активности птиц началась вновь. При ясной погоде птицы ориентировались в сторону зимовок. Они правильно определяли направление, и магнитная аномалия им не мешала. При сплошной густой облачности птицы теряли ориентацию или выбирали случайное направление. Мощное магнитное поле, более мощное, чем земное, не помогло им выбрать правильное направление.
Таким образом, имеются самые разнообразные опыты, отрицающие существование у птиц магнитной ориентации, и нет данных, доказывающих ее. По крайней мере ее нельзя считать доказанной.
При изложении методов изучения перелетов птиц подробно разбирались общие вопросы этой проблемы, теоретические возможности ее решения и опыты в этом направлении. Мы будем неоднократно ссылаться на них, когда перейдем к более близкому рассмотрению путей, которые привели к этим общим соображениям, и познакомимся непосредственно с проведенными в этом направлении экспериментами.
Начнем с ранее широко распространенного мнения о том, что молодым птицам перелетные пути показывают старые птицы. Это относится к тем видам, которые мигрируют семьями или еще более крупными сообществами, главным образом ко многим крупным птицам, например лебедям, аистам, журавлям и гусям. У последних молодые птицы настолько нуждаются в «руководстве» старых птиц, что не решаются отлетать без них. Ряд опытов, поставленных Тинеманом в 1926-1931 гг. и Шюцем в 1933 г., указывает на то, что молодые аисты сами могут найти правильное направление к местам зимовок. Выпущенные на волю после отлета старых птиц молодые аисты летели в основном правильно: из б. Восточной Пруссии на юго-восток. Правда, отклонения от нормального пролетного пути встречались при этом чаще, чем у других окольцованных аистов. Таким образом, руководство над молодыми птицами со стороны старых в данном случае, по-видимому, имеет значение лишь дополнительного фактора, уменьшающего опасность сбиться с дороги и гарантирующего соблюдение строго ограниченных пролетных путей. Он определяет так называемую тонкую ориентацию, в то время как знание направления перелета и общего «правильного» поведения во время перелета (грубая ориентация), вероятно, закреплено наследственностью.
Опыты с аистами были продолжены Шюцем на орнитологической станции Росситтен в 1934 г. с целью проверки, постоянно ли «знание» птицами направления перелета и в тех случаях, когда различные популяции ведут себя неодинаково, или оно изменяется в соответствии с условиями внешней среды. Как указывалось выше, все без исключения восточногерманские аисты улетают в юго-восточном направлении, а западногерманские - в юго-западном. Учитывая это, молодых аистов из б. Восточной Пруссии перевезли в Рейнскую область, где их вырастили и выпустили на волю, когда старые птицы уже отлетели. Большая часть молодых аистов придерживалась юго-восточного направления (меньшая часть отклонилась на юго-запад) и, перелетев через Альпы, достигла долины р. По. По-видимому, наследственно закрепленное направление перелета сохраняется и в измененной обстановке, а влияние наследственности оказывается сильнее влияния ландшафта, если о таковом вообще можно говорить.
В том же 1933/34 г. и позже орнитологическая станция Росситтен перевезла молодых аистов из б. Восточной Пруссии, где они многочисленны, в Центральную и Западную Германию; там их содержали в условиях, по возможности близких к естественным. Это мероприятие проводилось для решения следующих вопросов: возможности акклиматизации аистов, выяснения направления, в котором произойдет отлет, и для проверки «приверженности» птиц к гнездовой территории. При этом были получены результаты, противоречащие данным изложенного выше опыта с аистами. Большинство выращенных в Центральной и Западной Германии аистов было обнаружено на пролете в юго-западном направлении - во Франции. Можно предположить, что, следуя примеру выросших на свободе аистов, они при отлете направились по этому не свойственному для них пути «против воли». Факты возврата этих аистов на родину (Южная Франция) и гнездования на западе (только в одном случае) говорят в пользу переселения этих птиц на запад.
Подобный же результат дала попытка выращивания в Финляндии молодых крякв из Англии. Яйца этих птиц высиживались в Финляндии. Вылупившиеся особи акклиматизировались, полностью восприняли поведение финских крякв, совершали длительные миграции и большей частью возвращались следующей весной на свою новую родину.
То же произошло и с сизыми чайками, когда их яйца были привезены из Хиддензе в Росситтен и Силезию. Их высиживали в колониях обыкновенные чайки, которые также вскармливали птенцов. Впоследствии часть этих переселенных птиц вернулась на новую родину и даже гнездилась там.
Таким образом, отношение птиц к перелету далеко не неизменно, и они могут быстро акклиматизироваться в неизвестных для них местностях. К этому выводу мы пришли и при ознакомлении с опытами по перевозке европейских птиц за океан. Приспособление к новым условиям существования может привести даже к неожиданному увеличению численности, расселению и вытеснению местных видов, как это отмечено у скворца в США и домового воробья во многих частях света.
Противоречащие результаты, полученные при описанных выше опытах с аистами, могут быть объяснены тем, что ни юго-восточное, ни юго-западное направления, очевидно, наследственно у них не закреплены. Миграции молодых аистов в общем направлены к югу, и лишь в результате влияния рельефа земной поверхности, экологических условий и следования молодых птиц за старыми они в дальнейшем летят на восток или на запад (Путциг, 1939).
При описании опытов с переселением аистов мы говорили о возможном источнике ошибок, связанных с тем, что чуждые данной местности птицы как бы увлекаются пролетающими стаями местных представителей данного вида. Это затруднение, которое едва ли можно устранить, не позволило получить точные результаты и в опыте с переселением птиц, проведенном орнитологической станцией Рооситтен. В этом опыте 3000 скворцов из Прибалтики были перевезены в Силезию и Саксонию. Большая часть этих птиц, очевидно, под влиянием силезских и саксонских скворцов отлетела на юго-запад, в то время как прибалтийские скворцы обычно мигрируют преимущественно в западном направлении. Однако они перелетели за северные границы зимовок силезских и саксонских скворцов и достигли своей прежней области распространения (Кретциг и Шюц, 1936).
Объяснение ориентации как результата традиции (следование молодых особей за старыми птицами или совместный перелет стаями) невозможно для птиц, у которых различные по возрасту и полу особи мигрируют отдельными группами, а также для многочисленных видов, совершающих перелеты поодиночке и ночью. Молодая кукушка, которую воспитывали приемные родители, принадлежащие к другому виду, совершает перелет одна и тем не менее находит правильное направление к месту зимовки. Жуланы достигают места зимовок также самостоятельно очень сложными и часто окольными путями. Не менее удивителен перелет молодых новозеландских кукушек Chalcites lucidus , которые значительно позже старых птиц направляются к своим зимовкам на Соломоновых островах и островах Бисмарка, пролетая при этом над восточноавстралийским побережьем, т. е. летят сначала в северо-западном, а затем в северо-восточном направлении. Известно, что некоторые виды (например, пеночки, гренландская каменка, галстушник) осенью отлетают в направлении тех мест, откуда они когда-то вселились в современную гнездовую область. (Об этом уже упоминалось при анализе направлений перелетов.) Как находит нужное направление подавляющее большинство перелетных птиц - мы не знаем и поэтому вынуждены пользоваться такими абстрактными понятиями, как «чувство направления» и «восприятие географического положения», о которых речь шла выше.
Для исследования этих загадочных для человека способностей птиц пытались использовать данные опытов с почтовыми голубями. Как известно, эти птицы находят обратный путь к своей голубятне даже из очень отдаленных местностей. Способность этих птиц находить обратный путь можно развить при помощи дрессировки и тренировки, учебных полетов и тщательного отбора. Возвращение голубей с небольших расстояний можно очень просто объяснить зрительной ориентацией. Но не так легко понять, как голуби находят обратный путь с больших расстояний, превышающих иногда несколько сот километров; это трудно объяснить даже огромной зрительной памятью почтового голубя. Поэтому голубеводы приписывали птицам особое «чувство ориентации», позволяющее им найти голубятню. В качестве раздражителей, воздействующих на это чувство ориентации, они называли самые различные факторы - влияние магнитного поля Земли, электрические волны, космические лучи, метеорологические условия - или же предполагали наличие врожденного чувства направления. Однако все эти доводы были опровергнуты точной проверкой при помощи физических или биологических методов исследования (насколько подобная проверка вообще была возможна).
Прошло довольно много времени, прежде чем О. и К. Хейнротам (1941) удалось точно доказать, что способность голубей находить дорогу домой основана исключительно на зрении. С присущей им смелостью в полете птицы долго кружатся над незнакомой местностью и ищут до тех пор, пока вновь не попадут в такие места, над которыми они когда-то пролетали. Хорошая память облегчает им ориентацию. Это накопление и запечатление «зрительных восприятий в памяти», сохраняющиеся в течение очень длительных промежутков времени, определяют поразительные способности голубей находить правильный обратный путь.
Таким образом, отпадает предположение о существовании врожденного или развившегося в результате обучения особого чувства направления. Подводя итог своим исследованиям, О. и К.Хейнроты отмечают, что основа поведения перелетных птиц совершенно отлична от этого чувства направления у почтовых голубей. До них это различие никогда так ясно не формулировалось. Поэтому его следует особенно подчеркнуть теперь, когда мы переходим к сравнению сведений, полученных при изучении поведения голубей, с соответствующими данными о перелетных птицах (Согласно неопубликованным сообщениям, Крамер получил недавно экспериментальные данные, противоречащие результатам О. и К. Хейнротов и доказывающие возможность развития у почтовых голубей чувства направления в результате обучения).
Уже давно известно, что поведение птиц в период размножения подобно поведению почтовых голубей, т. е. после насильственного удаления с гнезда они всегда вновь возвращаются к нему даже с большого расстояния. Это свойство впервые использовал Лоос для проверки способности птиц к ориентации. В дальнейшем его примеру последовали многие другие орнитологи. Лоос экспериментировал с ласточками и скворцами, Уотсон и Лешли (1915) - с американскими крачками, которые были переброшены на 800-1200 км от своих гнездовий в Мексиканском заливе и, тем не менее, несколько дней спустя вновь возвратились к ним. Подобные результаты были получены Дирксеном (1932) для полярных и пестроносых крачек из района Халлиг Нордероог (из группы Северофризских островов). В это же время братья Штиммельмайр установили, что варакушки и горихвостки-лысушки, увезенные на несколько сот километров от гнездовых участков, возвращались через 2-3 недели. Вскоре после этогоВодзицкий и Войтусяк (1934) предприняли подобные опыты с деревенскими и городскими ласточками. Одновременно Рюппель приступил к постановке многочисленных опытов, продолжавшихся несколько лет. Существенно новым в этих опытах было большое число подопытных птиц (преимущественно ласточки и скворцы, но также и вертишейки, жуланы, тетеревятники, обыкновенные чайки, серые вороны и лысухи) и завоз их в самые различные места, в том числе и в направлениях, противоположных нормальному направлению перелета данного вида (например, в опытах с жуланами, которых завозили на север, запад и юго-запад вместо юго-востока). Кроме того, эти опыты производились с птицами, перелет которых в норме происходит ночью; были учтены и другие специальные проблемы, на которых мы остановимся особо. В результате в большинстве случаев было установлено, что птицы находят обратный путь к гнезду; правда, это выражалось в различной степени, но вместе с тем не зависело от каких-либо поддающихся учету внешних факторов, например погоды, времени суток, длительности перевозок или средств транспорта; необходимым условием являлось лишь достаточно хорошее физическое состояние птицы. Из других недавно проведенных опытов по перевозке птиц назовем следующие: опыты Лэка и Локли (1938) и Гриффина (1940) с морскими птицами, из которых один буревестник (Puffinus puffinus ) за 14 дней возвратился из Венеции к гнезду, находящемуся в юго-западной Англии. Эта птица, следуя вдоль берегов, покрыла, очевидно, 6000 км . Из числа Oceanodroma leucorrhoa , гнездящихся в Новой Шотландии и выпущенных над открытым морем в сотнях километров от суши, обратную дорогу нашли 75%. Водзицкий, Пухальский и Лихе (1939) перевозили аистов на самолете из Львова в Палестину, находящуюся на пути пролета этого вида. Даже с расстояния, составляющего приблизительно 1/4 часть пути их миграции на зимовку, куда они все равно должны были бы лететь через 1-2 месяца, аисты вернулись за 12 дней обратно к гнездам. Шифферли (1942) отметил возвращение в трехдневный срок белобрюхих стрижей, перевезенных из Швейцарии в Лиссабон (1620км ). Наконец, следовало бы упомянуть опыт Гриффина (1943) по изучению ориентации у серебристых чаек и обыкновенных крачек, хотя его данные о возвращении многочисленных перевезенных птиц с большого расстояния (1200 км ) из неизвестных им местностей не представляют чего-то принципиально нового.
Мейзе считал основой ориентации прилетающих в гнездовую область перелетных птиц так называемые кинестетические ощущения. Согласно его представлениям, в памяти птиц должно фиксироваться направление полета, а может быть, даже и все их движения во время осеннего перелета. В таком случае весной птицам пришлось бы только повторить все движения в обратном направлении, и, таким образом, летя как бы вдоль невидимой нити, они достигли бы родины. Исходя из этого предположения, можно было бы легко объяснить нахождение обратной дороги подопытными птицами даже в тех случаях, когда они были завезены в местность, путь которой противоположен направлению их перелета.
Чтобы исключить возможность всяких возражений, Рюппель при перевозке непрерывно вращал подопытных скворцов, а Клюйвер наркотизировал их, прежде чем отправить в дорогу. Результат был в обоих случаях один и тот же: птицы находили обратный путь так же хорошо, как и контрольные. Гриффита (1940) также вращал в дороге некоторых из перевозимых птиц, а других помещал на короткое время в сильное магнитное поле. Эти птицы, несмотря на такое воздействие, возвращались назад так же уверенно и быстро, как и контрольные.
Мы слишком бы отвлеклись, если бы стали подробно описывать все опыты по перемещению насиживающих птиц. Поэтому мы ограничимся приведенными примерами и вытекающими из них выводами. Следует отметить общий для всех видов факт, что во многих случаях птицы во время гнездования вновь находят обратную дорогу к гнездовому участку, даже когда их перевозят в неизвестные местности, лежащие вне области их перелетов. При этом исключается возможность зрительной ориентации, так же как и кинестетического управления полетом.
Так как эти опыты ограничивались периодом гнездования, то невольно возникает предположение, что способность птиц к возвращению находится в тесной связи с инстинктом размножения. Для проверки этого вопроса Дрост (1938) перевозил многочисленных ястребов-перепелятников, пойманных во время осеннего пролета из Скандинавии на острове Гельголанд, в Силезию и установил, что старые птицы направились по «правильному пути» на свои зимовки, т. е. отклонились сильно на запад, пока не достигли обычного района пролетов. Молодые перепелятники полетели в обычномнаправлении и попали на новые места зимовок, к которым в последующие годы приспособились и некоторые старые перепелятники. Аналогичные результаты дал знаменитый опыт Рюппеля (1942), в котором 900 серых ворон были перевезены из Росситтена в Фленсбург. И в этом случае произошло переселение птиц в новую гнездовую область, так как после перевозки они придерживались обычного направления перелета (рис. 40).
Чтобы исключить возражения о том, что способность находить обратный путь свойственна только перелетным птицам, Рюппель (1937, 1940) перевез тетеревятников на большое расстояние (600 км ), после чего птицы вернулись если и не в самую гнездовую область, то примерно в ту же местность. Когда же этих птиц удаляли на небольшие расстояния (до 200 км ), они, как правило, возвращались. Гете (1937) установил, что серебристые чайки (которые, будучи кочующими птицами, не улетают в каком-либо определенном направлении от гнездовья) в подавляющем числе случаев находят обратный путь к месту гнездования. Хильпрехт (1935) перевозил зимой на значительные расстояния многочисленных черных дроздов, зябликов, зеленушек, коноплянок и больших синиц из района Магдебурга, где эти виды являются большей частью оседлыми, и также очень часто наблюдал их возвращение к прежнему месту обитания. В опытах Крейца (1942) перевезенные зеленушки возвращались зимой даже с расстояния более 790 км . В 1939 г. Рюппель и Шифферли производили различные испытания с обыкновенными чайками и лысухами, которых они перевозили с их берлинских или, соответственно, швейцарских мест зимовок, после чего птицы вновь к ним возвращались (рис. 41).
Эти данные говорят о том, что способность птиц находить обратный путь не зависит от периода размножения и что зимой их приверженность к местообитанию так же сильна, как и летом. Связана ли эта «верность» с особенностями биологии питания, как склонны считать Рюппель и Шифферли, или же в основе ее лежат более общие причины - неизвестно. Примечательно, однако, что перевозка птиц в период перелетов может привести к смене одной гнездовой территории на другую, так же как одного места зимовки на другое. Это относится прежде всего к молодым птицам, которые в данном случае ведут себя несколько иначе, чем старые. К такому же выводу пришли Рюппель и Шейн (1941) в опытах с молодыми выращенными в неволе скворцами, которые в отличие от птиц, в течение года содержавшихся в клетке, не возвращались на «родину» после перевозки на большие расстояния. Таким образом, можно сделать вывод, что у молодых птиц способность находить обратную дорогу еще не выражена в такой степени, как у старых, и что для ее развития требуется известная сноровка или опыт при перелете, которые невозможно приобрести ни в течение первого года жизни, ни в неволе.
В этой связи приведем некоторые данные относительно общей верности птиц родной местности. Кольцеванием удалось доказать, что подавляющее большинство перелетных птиц возвращается к месту своего рождения. Многочисленные виды птиц занимают даже то же самое гнездо, что и в предыдущем году, или хотя бы то место, где оно находилось. Так поступает, во всяком случае, один из партнеров прежней насиживавшей пары, к которому затем часто вновь присоединяется и второй партнер. В общем можно сказать, что приблизительно в 80% случаев верность родине является правилом, особенно у старых птиц. Молодые птицы чаще расселяются в более широких пределах гнездового ареала и нередко впоследствии вновь сближаются. У форм, живущих колониями, привязанность к месту рождения резко выражена уже на первом году жизни. Эти особенности в поведении молодых и старых птиц вполне соответствуют тем различиям, которые выявились в опытах по нахождению птицами обратного пути.
Наблюдающаяся в норме привязанность к местности не исключает, однако, возможности «добровольного» переселения в очень отдаленные районы. В таких случаях мы говорим об «абмиграции» («Auswanderung»), которая чаще всего наблюдается у уток. Причина кроется в свойственном этим птицам раннем образовании пар, происходящем еще во время осеннего перелета или на зимовке. Весной одна из птиц следует за своим партнером (самец может последовать за самкой, и наоборот) на его родину. При этом возможны переселения из Англии в Германию, Финляндию или СССР и из Исландии в СССР.
Понятие постоянства местообитания включает и приверженность птиц к одному и тому же месту зимовки. Это удалось установить для многих видов птиц при помощи метода кольцевания. Подобная «верность» может выразиться и в том, что одни и те же птицы в течение ряда лет гнездятся не только в одной и той же местности, но даже в одних и тех же определенных местах (водные птицы - у прудов, чайки - в руслах рек, мелкие певчие птицы - у мест кормления и в садах и даже у определенных окон с кормушками). Сюда же относится и отыскивание птицами одних и тех же мест отдыха, сборных пунктов и т. д.
Вернемся к обсуждению способности птиц находить обратный путь. Опыты с перевозкой птиц дали ясные результаты только у старых особей, которые в это время высиживали, готовились к высиживанию или уже вывели птенцов. Молодые птицы, очевидно, не смогли разобраться в изменившихся условиях, поэтому их способность к ориентации кажется менее развитой. Отсюда вытекает возможность развития этой способности, хотя мы и не знаем, чем она определяется.
Поэтому попревшему остается загадочным, как птицы впервые находят свои зимовки и обратный путь на родину. Не ясно также, чем руководствуются старые птицы при своих повторных миграциях из гнездовой области и обратно, особенно когда их перевозят в совершенно чуждые им местности в направлении, противоположном нормальному направлению их перелета. При этом невольно возникает предположение о существовании «чувства географического положения» («Gefuhl fur die geographische Lage»), своего рода компаса, который может быть установлен на определенные направления. Примечательно, что пролетающие птицы сохраняют прежнее направление перелета даже после их перемещения на большие расстояния на несколько градусов широты и долготы.
Таким образом, предварительные результаты многочисленных экспериментов с перевозкой птиц сводятся к тому, что при отсутствии опыта перелетная птица летит сначала бесцельно, придерживаясь лишь определенного направления, которое свойственно всему виду или всей популяции и всегда передается по наследству. Крамер (1949) поставил опыты с выращенными в неволе жуланами и черноголовыми славками, перелеты которых происходят ночью, и установил, что эти птицы придерживаются определенного направления перелета и при отсутствии зрительной ориентации. Правда, направление, избранное указанными особями, не вполне соответствовало направлению перелетов их видов.
Как уже упоминалось выше и повторно отмечалось при разборе вопроса об ориентации почтовых голубей, для объяснения этой удивительной способности птиц выдвигали самые разнообразные теории, которые подкупали своей простотой, хотя и не отличались убедительностью. На первый взгляд, многие факты как будто подтверждали их, но ни одна из этих теорий не выдержала более тщательной проверки. Кое-что в них, возможно, правильно, многое, повидимому, заслуживает дальнейшего изучения, но сделанные выводы поспешны и ошибочны. Мы не беремся здесь оценивать эти теории, а лишь кратко излагаем важнейшие из них.
В связи с опытами по перевозке птиц братья Штиммельмайр установили, что на перелеты птиц, их время и направление влияет изменение положения солнца при перемещении с севера на юг. Это влияние осуществляется будто бы через электрические и магнетические явления в атмосфере. Именно поэтому летом птицы чувствуют себя хорошо только в гнездовой области, а зимой - только на зимовках, а при насильственном перемещении всегда стремятся возвратиться в условия соответствующего положения солнца. Если в период перелета содержать птиц в железных или медных клетках,исключая якобы тем самым действие электрических и магнетических сил, то птицы не проявляют типичного беспокойства, или перелетного поведения. Предполагалось, что органом восприятия направляющих излучений служит оперение. Однако во многих случаях предположения братьев Штиммельмайр не соответствовали фактам. Кроме того, Бессерер и Дрост (1935) не смогли подтвердить результаты опытов с «отгораживающими» клетками (В более поздних сообщениях А. Штиммельмайра и некоторых его единомышленников о космических и астрономических причинах перелетов птиц не приведено никаких новых фактов, и поэтому эти работы не способствовали обогащению наших знаний).
Предположения о влиянии на птиц электрических волн нередко вызывают беспокойство и озабоченность, особенно в кругах голубеводов, которые нередко объясняют неудачи состязаний голубей в полете влиянием мощных радиостанций. В 1921 г. проф. Пфунгст установил, что такие высокочастотные колебания, какими являются электрические волны, не могут проникнуть в тело голубя или другой птицы. Опыт, приобретенный во время второй мировой войны, противоречит этим данным. Дрост и другие авторы (1949), бесспорно, доказали, что сверхкороткие волны, применявшиеся в радарных установках, оказывали влияние на пролетающих птиц.
Как уже отмечалось, предположения о том, что птицы, возможно, реагируют на действие магнитного поля Земли, впервые были высказаны Миддендорфом в 1855 г. Но за пределами России его данные не были подтверждены. 15 лет назад этим вопросом, основываясь на старой теории Вигье, занимался Штреземан. Вигье предполагал, что птица обладает высокоразвитым магнитным чувством, т. е. способностью определять магнитное наклонение и склонение. В результате птицы из любого места в состоянии возвратиться к цели прямым путем. Это предположение поддержали в 1923 и 1927 гг. физики Морен и Казамайор. Орган предполагаемого магнитного чувства Вигье искал в полукружных каналах внутреннего уха. Штреземан обратил внимание на статолиты, находящиеся в улитке, круглом и овальном окошке. Опыты с применением сильных магнитных полей, при которых присутствовал и автор, не дали удовлетворительного результата. Не был успешным и опыт Водзицкого и др. (1939) с прикреплением намагниченных железных палочек к голове подопытных птиц с целью исключения влияния магнитного поля Земли. Данье (1936) не без основания подвергал сомнению теорию Вигье и показал, что магнитное поле Земли, возможно, действует на птиц, но что с его помощью птицы могут определить лишь географическую широту, но не долготу своего местообитания. В более поздней работе (1941) он подчеркнул важность содержания подопытных птиц в клетках без железных деталей и высказал мнение о том, что воспринимающий раздражение орган находится не во внутреннем ухе. В широко разрекламированных сообщениях американских журналов, которые частично нашли отражение и в немецкой печати, утверждалось, будто физик Йегли (1948) в Пенсильванском университете после многочисленных опытов с почтовыми голубями, наконец, объяснил их чувство «местности». Согласно его мнению, воздействия от точек пересечения одинаковых магнитных силовых линий с параллелями якобы воспринимаются определенным органом «ориентации» в теле птицы. Предполагают, что таким органом являются веерообразные образования, окружающие глаза птицы. Во всех случаях, когда к крыльям птиц прикрепляли небольшие «мешающие» магниты, ориентация нарушалась. Не обсуждая эти сообщения, отметим только, что, согласно данным Хейнрота и бесчисленным известным фактам, ориентацию у голубей можно объяснить и без влияния магнитного поля Земли и что нарушение ориентации при прикреплении к крыльям магнитов, по-видимому, связано с изменением нормального состояния подопытных птиц. Такие предположения уже высказывались в отношении опытов с аистами, проведенных Водзицким и др. (1939). Крамер (1948) также отклонил гипотезу Йегли, причем в основном по физическим соображениям. После первоначально положительной оценки со стороны авторитетных физиков она подверглась критике даже в Америке, так что в настоящее время объясненияЙегли надо считать, по меньшей мере, сомнительными.
Таким образом, наши знания о влиянии внешних факторов на ориентацию птиц, о специальных органах, воспринимающих раздражение извне, и о возможностях определения направления перелета при помощи этого «компаса» ничтожны. Неоднократно указывалось, что при разрешении этих вопросов необходимо сотрудничество физиков, анатомов и физиологов с орнитологами, изучающими перелеты птиц. В противном случае можно легко ошибиться, опереться на несостоятельные предпосылки или пойти по ложному пути, который заранее может быть отвергнут специалистом в этой области. В результате страдают и наука о перелетах птиц, и смежные исследования.
Наблюдающееся в последние годы сотрудничество американских физиков и физиологов уже дало определенные результаты, хотя удовлетворительных данных пока не получено.
Закончим наш обзор по изучению ориентации птиц меткими словами Кёлера (1942): «Таким образом, мы пока не видим пути, который приблизил бы нас к разрешению загадки, поставленной перед физиологией органов чувств фенологическим изучением перелетов птиц. Пока нам остается лишь не очень приятная обязанность отвергнуть фантастические, надуманные гипотезы и убрать их с дороги как строительный мусор. Для начала будет правильным продолжить критическое изучение перелетов птиц, стараясь при этом накопить по возможности больше данных; эти данные дадут нам возможность судить о том, чего мы можем достигнуть, основываясь только на знакомых нам психических способностях и управляемых ими известных механизмах ориентации. Если при этом окажется (что уже сейчас представляется в какой-то мере вероятным), что одних этих данных недостаточно, то указания к раскрытию этой физиологической загадки «компаса» мы, возможно, найдем при изучении отрицательных случаев, т. е. при неудачах. Поэтому в дальнейшем последним следует уделять не меньшее внимание, чем положительным результатам».
Путешествующим птицам, размах миграций которых носит поистине планетарный характер, приходится полагаться на глобальные ориентирующие поля, обусловленные фундаментальными физическими свойствами Земного шара и окружающего его космоса. Особенно много надежд на понимание механизмов ориентации мигрирующих птиц породило у орнитологов геомагнитное поле, наличие которого отличает Землю от всех ближайших планет Солнечной системы.
Механизмы миграций птиц
С известной долей условности Землю можно представить себе как гигантский намагниченный шар. В каждой точке на поверхности Земного шара существует магнитное поле, направление которого легко установить с помощью стрелки компаса, которая всегда обращена к магнитному полюсу. Напомним, что магнитные полюса планеты лежат несколько в стороне от нанесенных на карты или глобус географических полюсов, сквозь которые проходит ось вращения Земли.
Стрелка обычного компаса двигается лишь вправо-влево, поэтому показывает направление лишь горизонтальной составляющей поля, будучи устремленной вдоль магнитного меридиана к магнитному полюсу Земли. Но силы земного магнетизма действуют не только в горизонтальной плоскости, но и по направлению к центру планеты, то есть магнитное поле обладает еще и вертикальной или, как говорят, гравитационной составляющей . Если бы стрелка компаса могла двигаться во всех направлениях, в том числе вверх и вниз, то ее положение заметно менялось бы по мере движения от экватора к полюсам.
На экваторе она бы располагалась строго параллельно поверхности Земли, то есть абсолютно горизонтально, указывая своим намагниченным концом строго на север. По мере продвижения от экватора ее отклонения от горизонтали становились бы все более заметными и наконец на северном полюсе стрелка обратилась бы к центру планеты, то есть встала бы вертикально. На южном магнитном полюсе стрелка также займет вертикальное положение, но ее намагниченный «северный» конец будет обращен строго вверх. Таким образом, компас, имеющий подобное устройство, можно использовать не только для указания направления на север, но и для определения своего положения на меридиане, то есть в качестве указателя широты.
Гипотеза магнитной ориентации перелетных птиц
Могут ли птицы использовать земной магнетизм так же, как мы употребляем обычный компас, стрелка которого, повинуясь горизонтальной составляющей магнитного поля, всегда обращена к северу? Способны ли пернатые чувствовать и оценивать эту составляющую? Гипотеза магнитной ориентации перелетных птиц была высказана академиком Петербургской академии А. Миддендорфом более ста лет тому назад, однако реальные возможности для ее экспериментальной проверки появились у ученых лишь в самые последние годы.
Способ изучения миграции птиц
Оказывается, что голуби с надетыми на голову спиралями из тонкой металлической проволоки с протекающим по ним электрическим током от миниатюрных батареек в опытах по в пасмурную погоду плохо возвращались домой. В ясную погоду они пользовались привычным солнечным компасом и уверенно направлялись к голубятне, ничуть не печалясь о том, что направление магнитных полей, окружавших их головы, не имело ничего общего в направлением земного магнетизма.
В пасмурную погоду голуби со спиралями на голове совершали грубые ошибки при прокладке курса и улетали невесть куда, тогда как голуби без спиралей не испытывали заметных трудностей. К настоящему времени имеется немало и других свидетельств способности пернатых к употреблению магнитного компаса. Значительно больше сомнений вызывает пока умение птиц использовать гравитационную составляющую магнитного поля для того, чтобы определять свое местонахождение.
Вращение Земли и миграция птиц
Одно время предполагали даже наличие у птиц способов навигации, основанных на использовании сил Кориолиса. Эти силы возникают благодаря вращению Земного шара; они возрастают по направлению от полюса к экватору в соответствии с увеличением скорости вращения точек, расположенных на поверхности земной сферы. Глобальными проявлениями сил Кориолиса в планетарном масштабе являются подмыв берегов рек, текущих в меридиональном направлении, и закручивание исполинских атмосферных вихрей. На использовании этих сил основано устройство гирокомпаса - прибора, который при любых положениях воздушного или морского судна самопроизвольно устанавливается вдоль географического меридиана. Силы Кориолиса годятся для того, чтобы по ним определять географическую широту в пределах одного полушария.
Если к ним добавить еще один указатель места, например одну из составляющих магнитного поля Земли, то можно получить искомую систему из двух координат (за счет уже отмеченного нами несовпадения осей магнетизма и вращения), позволяющую создать магнитно-гравитационную» карту. Однако расчеты показали, что для того, чтобы быть воспринятыми пернатыми, сила Кориолиса все же слишком малы и, в частности, безнадежно перекрываются и маскируются теми ускорениями, которые воздействуют на птицу в полете (на взлете, при разгоне или торможении, да и вообще при любом изменении скорости полета или положения в пространстве).
Навигация птиц
Различие между компасной ориентацией и навигацией
Движение к цели включает два компонента. Во-первых, компасную ориентацию - умение поддерживать в течение длительного времени выбранный курс, и, во-вторых, навигацию - умение проложить курс между двумя пунктами, исходя из сравнения их координат, то есть по сохраняемой в памяти карте.
Различия между простой компасной ориентацией и навигацией иллюстрирует опыт по перевозке скворцов. Несколько тысяч птичек поймали и окольцевали, перевезли из Голландии в Швейцарию и выпустили. Молодые птицы, которые совершали первую в своей жизни миграцию, направились из Швейцарии на юго-запад. У них получилось выбрать правильное направление, но они в итоге отклонились от курса и оказались заметно южнее места, к которому направлялись, и соответственно им ничего не оставалось, как перезимовать в Испании и южных областях Франции.
По компасу молодняк сориентировался верно, но сделать поправку на некоторое смещение с привычной им трассы скворцам оказалось не под силу. А взрослые скворцы, уже имевшие миграционный опыт, прекрасно показали, что владеют отличной снайперской навигацией. Они смогли сориентироваться и сразу проложили новый курс в северо-западном и западном направлениях и в итоге с легкостью достигли привычных им зимовок.
Разница между пространственной ориентацией взрослых и молодых птиц
В чем же разница между пространственной ориентацией взрослых и молодых птиц? Скорее всего в том, что движение к зимовкам у молодняка, преодолевающей маршрут впервые в жизни, подчиняется в основном инстинктивным программам поведения. Иными словами, юный скворец обладает врожденной способностью лететь в направлении зимовок и довольно точно представляет себе, какое именно расстояние ему необходимо преодолеть для того, чтобы их достигнуть.
Другое дело взрослые птицы, уже побывавшие на зимних квартирах и получившие там определенную информацию. Какую именно - самый трудный и ключевой вопрос, точного ответа на который пока не существует. Это может быть любая астрономическая или геофизическая информация, при посредстве которой можно дать уникальную характеристику любой точки на поверхности Земного шара. Так вот, взрослая птица скорее всего умеет сравнивать хранящуюся в памяти информацию о зимовке с текущей информацией о месте своего нахождения. Все дальнейшее - уже дело техники и представляет собой простую задачу для любого субъекта, владеющего навыками ориентирования с помощью компаса.
Способность голубей находить путь к дому
Поразительные способности голубей находить путь к дому известны с незапамятных времен. Армии древних персов, ассирийцев, египтян и финикийцев отправляли с голубями сообщения из походов. Во время обеих мировых войн голубиная почта сослужила такую службу, что в честь пернатых письмоносцев были воздвигнуты памятники в Брюсселе и французском городе Лионе. На соревнованиях почтовых голубей отвозят за 150-1000 километров и выпускают. Время возвращения птиц в голубятню регистрируется с помощью специальных устройств. Хорошо тренированные голуби летят к дому со средней скоростью 80 километров в час, лучшие из них способны преодолеть 1000 километров за день.
Третий памятник голубям еще не построен, но давно ими заслужен благодаря выдающемуся вкладу в изучение способов ориентации пернатых. Выяснилось, например, что голуби могут издалека возвращаться в голубятню вопреки сильнейшей «близорукости». «Близорукими» птиц делали на время опыта, надевая им на глаза матовые контактные линзы, позволявшие различать лишь контуры ближайших предметов. И вот с такими линзами голубей выпускали в 130 км от голубятни. Полуслепые птицы взмывали ввысь и на большой высоте устремлялись домой, не видя вокруг себя ничего, кроме непроницаемого серого тумана. Почти всем удалось благополучно добраться до места, хотя «близорукость» не позволила найти саму голубятню. Голуби опускались в радиусе 200 метров от нее и терпеливо ожидали избавления от надоевших линз.
Компасы птиц
Когда курс известен, следовать по нему в течение длительного времени можно только с помощью компаса. В зависимости от обстоятельств птицы уверенно пользуются «компасами» по крайней мере трех разных типов. В дневное время птицы с большой точностью определяют положение сторон света по солнцу. Этому не препятствует даже легкая пелена облаков до тех пор, пока она еще позволяет чувствовать положение светила на небосводе. Ночью на смену солнечному приходит звездный «компас», и в искусстве обращения с ним многие птицы, совершающие ночные миграции, также достигли больших успехов. Когда погода портится окончательно и небо закрыто облаками круглосуточно, на выручку пернатым путешественникам приходит магнитный «компас», с которым они также управляются очень умело.
Таким образом, на вопрос о том, каким «компасом» пользуются пернатые путешественники, ученые располагают почти исчерпывающим ответом. Хуже пока обстоит дело с пониманием того, что собой представляет «штурманская карта» птиц и какими методами пользуются они для того, чтобы отмечать на ней свое местоположение. Напомним, что мореплаватели научились делать это по-настоящему лишь с появлением точных измерительных приборов.
Прежде всего хронометра - часов с очень точным ходом, позволяющих в строго определенный час в течение многомесячного плавания отслеживать высоту светил над горизонтом и их азимут - то есть расположение по отношению к направлению на север. Положение светил определяют с помощью секстанта - довольно сложного инструмента, без которого на протяжении трех последних столетий не покинуло порта ни одно судно дальнего плавания. Чтобы «получить место» корабля, необходимо проделать минимум два измерения высоты или азимута светил - в любом сочетании.
Получив необходимые цифры с помощью навигационных таблиц, частично освобождающих штурмана от сложных расчетов, он может с точностью до нескольких миль определить географическую долготу и широту, под которыми в момент измерений находилось судно. Более точные, но несоизмеримо более дорогие способы навигации, подсказывающие положение морского или воздушного судна с точностью до десятков метров, стали возможны лишь с появлением космических средств.
Солнечные и звездные компасы
Таким образом, по положению Солнца или звезд на небе можно не только поддерживать курс, используя светила как замену компасу, но и определять свое положение на поверхности планеты, используя светила как указатели места. В настоящее время твердо установлено, что птицы обладают врожденным умением пользоваться солнечным и звездным «компасами», благодаря наличию у них точных «внутренних часов», позволяющих выбирать правильное направление при любом положении светил в течение суток.
Могут ли птицы использовать Солнце и звезды для определения местоположения?
Если эволюция навигационных систем птиц пошла бы по тому же пути, что и развитие штурманского дела, то пернатым пришлось бы найти замену хронометру, секстанту, календарю и сверх того овладеть суммой знаний по астрономии хотя бы в объеме программы средней школы. Тогда, очутившись в незнакомой местности, тот же почтовый голубь мог бы определить свое положение по отношению к дому, оценивая разницу между высотой стояния солнца и азимутом светил в новом месте и сохраненной в памяти высотой и азимутом тех же светил в тот же самый день и то же самое время над родной голубятней.
Проще всего дождаться на новом месте наступления местного полудня - момента верхней кульминации центра Солнца. Затем следует сделать две вещи. Во-первых, посмотреть на часы, идущие по «домашнему» времени, и установить разницу в моменте наступления полудня. Если Солнце вышло в зенит раньше 12.00, то дом остался на западе, если позже - то на востоке. Во-вторых, надо взглянуть на Солнце и оценить его высоту над горизонтом. Если Солнце в полдень стоит выше, чем дома, значит, судьба занесла вас на юг, если ниже - юго на север (в Южном полушарии, естественно, наоборот).
На первый взгляд здесь все просто, но в действительности трудности неописуемые. Чтобы пользоваться этим методом, даже в его простейшей модификации, нужен колоссальный объем памяти и высочайшая точность измерений. Такими ресурсами памяти мозг птиц не располагает. К тому же измерения в целях навигации слишком сложны для того, чтобы их можно было произвести «на глазок».
Например, на широте города Симферополя на каждые 100 километров пути высота Солнца меняется всего на 1°, время восхода и заката - менее чем на 5 минут, азимут Солнца - меньше чем на 1,5°. Пользоваться астрономической ориентацией легче на дальних расстояниях - по мере его сокращения требования к точности измерений неуклонно возрастают.
Орнитологи приложили много сил для того, чтобы обнаружить сходство в методах навигации птиц и людей. Но все исследования в этом направлении пока не принесли успеха. Скорее всего, пернатые определяют свое местоположение на поверхности Земли и вычерчивают свои «карты» иными способами. Какими именно - это предстоит выяснить в будущем. Вот как видит эту проблему известный специалист в области миграций птиц петербургский профессор В.Р. Дольник: «Приходится признать, - пишет он, - что навигационная система ведет птиц в точку - в самом прямом смысле этого слова, в которой они когда-то получали (или из которой продолжают получать) некую информацию.
Очевидно, что известных нам пределов точности систем, обеспечивающих астрономическую, геомагнитную или гравитационную навигацию у птиц, на 2-3 порядка недостаточно для навигации в точку. Это вновь (как и при изучении хоминга почтовых голубей) ставит вопрос о некоем неизвестном нам факторе, позволяющем подразумевать абсолютную навигацию, или об известном факторе, но неизвестном способе его использования для навигации».
Пожалуй, самая обширная, представительная и в то же время прекрасная, удивительная и малопознанная до загадочности категория представителей фауны нашей планеты – это птицы. Кажется, всё перед глазами, то есть над головой, но до сих пор не все тонкости их существования открыты и изучены.
Несмотря на то, что отряд птиц населяет Землю около 160 миллионов лет (предшественниками птиц были птеродактили), мало что известно о сезонной миграции этих существ, об их длительных перелётах. А главное –об уникальной возможности ориентации на огромном пространстве земного шара.
Читая не такие уж и многочисленные издания и научные исследования, можно сделать вывод, что исследованиями именно ориентации птиц в перелётах учёные стали заниматься всего около сотни лет назад. И до сих пор нет однозначных и конкретных ответов на все интересующие вопросы. В основном информация на уровне гипотез.
Впрочем, это не удивительно. Считается, что наша цивилизация прошла только 5-7 процентов своего существования, и такой же путь за плечами науки и других отраслей познания.
Отмечу, что лично мне пришлось два десятка лет заниматься радиолокационным и визуальным контролем за воздушным пространством, объектами обнаружения в котором достаточно часто были именно птицы как воздушные цели. Так что определённое представление об этой теме имею.
Конкретно об ориентации перелётных птиц в их полётах
Известно, что далеко не все пернатые остаются зимовать в местах обитания. Как пел Владимир Высоцкий , «всё стремится к теплу от морозов и вьюг». Хотя это мнение барда ныне оспаривается учёными-оппонентами.
Оставим пока тот факт, что не все пернатые летят на юг. Некоторые виды предпочитают северные окраины континента. Но согласитесь, способность ежегодно с завидной настойчивостью преодолевать два раза в год десятки тысяч километров и не ошибаться желаемым «аэродромом» вызывает порою изумление. Ведь нет у птиц, как у их конкурентов – созданных руками человека летательных аппаратов, ни современного навигационного оборудования, ни наземных систем слежения и контроля за полётами, способных в любое время определиться с местом нахождения, сверить курс и откорректировать маршрут.
Что же по птичьей навигации можно сказать?
Вариантов исследователями выдвигалось много. Это визуальная ориентация по особенностям местности, инфраструктуре, дорогам железным и шоссейным, городам. Что ж, это, возможно, и соответствует действительности, но, прежде всего, для оседлых, относительно далеко не улетающих птиц. Затем по солнцу, луне, звёздам и их расположению, другим постоянно существующим факторам. Однако как основные многие из этих гипотез рано или поздно отвергались не столько из-за разнообразия видов птиц, сколько из-за ещё большего разнообразия особенностей их поведения.
Ныне преобладающей, с развитием науки, стала гипотеза, что ориентация и навигация перелётными птицами производится с использованием магнитного поля планеты, которое существует между полюсами. Сие суждение впервые было высказано более 100 лет назад русским академиком А. Миддендорфом . Вначале оно имело успех, а затем его то признавали, то отрицали, не предлагая ничего существенного взамен. Ибо при тех методах, которыми тогда пользовались для проверки, идея не могла быть ни доказана, ни опровергнута.
Опыты в основном проводили на голубях, которые, как известно, не являются перелётными птицами. К голове, лапкам или крыльям птиц прикрепляли маленькие магнитики, чтобы узнать, как они действуют на полёт. Нормальный полёт из-за этого нарушался, но никакого ответа на возникающие вопросы получить было нельзя.
В настоящее время геомагнитная ориентация птиц в направлении полёта (наряду с другими ориентирами) якобы доказывается теоретически и экспериментально. Интересно, что на командных пунктах радиотехнических войск, как документ, висит «Карта орнитологической обстановки» с нанесёнными сложившимися маршрутами полёта птиц. Что стоит отметить, основной маршрут перелётных птиц, начинающийся в районе Бреста, идёт на северо-восток республики, где, похоже, птицы собираются в большие стаи, подкармливаются на дальнюю дорогу, а затем следуют в южном направлении. Однако это основывается на обобщённых многолетних наблюдениях. И только.
Обратимся к исследованиям более современного периода
В зоологическом институте во Франкфурте-на-Майне малиновок помещали в большую камеру, внутри которой создавались искусственные магнитные поля. С помощью этих полей можно было компенсировать геомагнитное поле или создавать другие его напряжённости. От всех других внешних ориентиров птицы были изолированы.
При нормальном геомагнитном поле птицы правильно выбирали направление для миграционного полёта. При ослаблении поля в 2-4 раза или усилении в два раза подконтрольные беспорядочно метались по камере, потеряв всякую ориентацию. Собирались вместе вновь лишь вне пределов зоны излучения. Подобные нарушения навигационных способностей у перелётных птиц наблюдаются и во время сильных магнитных бурь.
Кстати, насчёт чувствительности птиц к радиоизлучениям сверхвысоких частот. Если кто не знает, воздушные цели, к коим относят и обнаруживаемые плотные стаи птиц, на экранах радиолокационных станций имеют отметку, схожую с отметкой реальной малоскоростной цели, например воздушных шаров, вертолётов, легкомоторной авиации, метеообразований или ещё чего-то подобного.
Одним из проверенных способов распознавания типа «птицы или цель» является облучение этой цели прямым излучением РЛС, в частности радиолокационным высотомером. После некоторого времени интенсивного облучения, если цель – это стая птиц, она рассыпается. Вот так на практике и распознают стаи птиц.
А недавно биологи впервые выдвинули и обосновали версию, как перелётные птицы чувствуют магнитное поле.
«Есть две гипотезы , – объясняет Дмитрий Кишкинев , сотрудник одного из университетов Канады, – магнитная и ольфакторная (обонятельная). В настоящее время учёные активно ищут органы магниторецепции, которые могут служить птицам внутренним компасом. По одной версии, у птиц в сетчатке глаз есть определённые фоторецепторы, которые могут видеть магнитное поле. Было вроде как 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 его силовых линий. Второй вариант предполагал, что у птиц в надклювье есть магниточувствительный орган – 15 лет назад там были найдены клетки, содержащие большое количество оксида железа. Учёные тогда решили, что это и есть искомый магниторецептор, соединенный с мозгом птицы тройничным нервом».
На этом тогда и остановились
Почему? Да потому, что досконально органы птиц в разрезе разрешения интересующих вопросов практически не изучены. Учёные разделяют способность в ориентации (выбору направления) птиц и навигации – умение не только поддерживать строгое направление движения, но и представлять своё истинное местоположение относительно цели.
Благодаря экспериментам, которые ведутся с 60-х годов, учёные полагали, что ориентироваться птицы могут несколькими способами.
Научные сотрудники 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 самолётом 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 по каким-то причинам не стали. Для изучения миграционного поведения птиц был использован метод с клеткой Эмлена . Она представляет собой конус с сеткой наверху, через который птица может видеть звезды. Суть метода в следующем: в сезон миграции птицу сажают в эту клетку, и, когда у неё 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 были опубликованы в научной прессе, 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 ложно оперированные птицы поняли, что находятся за тысячу километров от места поимки, и скомпенсировали направление с северо-восточного на северо-западное.
Учёные считают, что перерезанный нерв передавал в мозг птицы некоторую информацию, скорее всего по магнитному полю, о её текущем местоположении на поверхности Земли. Но, чтобы знать своё местоположение, птице либо надо иметь в себе «сетку» магнитного поля Земли либо знать характер его изменения по долготе и широте.
Но где эта «сетка» и как знать изменение поля?
«Мне кажется, вариант с сеткой очень сложный, ведь природа всегда выбирает менее точные, но простые механизмы. Скорее всего, птицы чувствуют, что при перемещении напряжённость поля слишком растёт, и при превышении некоторого порога, который генетически задан, у птицы включается “аварийный план”. Вместо режима “лететь на северо-восток” её бортовой компьютер переключается в режим “лететь на северо-запад», – пояснил автор исследования.
Так что этот эксперимент можно было считать незавершённым. Тем более что сами магнитные рецепторы в надклювье до сих пор не найдены; более того, последние 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.
То есть налицо мы имеем ситуацию, сложившуюся не в пользу современной мировой науки: множество наблюдений подтверждают, что пернатые прекрасно ориентируются, в особенности в ходе длительных сезонных перелётов на огромные расстояния – пролетая над обширными океанскими просторами без визуальных «контрольных точек», не только по магнитному полю Земли, но и корректируя свои маршруты с учётом магнитного склонения, то есть делая поправку на угловые расхождения направлений географического и магнитного полюсов Земли. А вот найти биологический механизм определения этих магнитных меридианов, то есть пресловутый «птичий компас», и выяснить принцип его работы человек пока не в состоянии.
Зато появилась очередная смелая и неожиданная версия. Если «миграционное беспокойство» – одна из важных причин начала миграции птиц, то возникает вопрос: не является ли непосредственным стимулом к перелётам повышение магнитной активности (примерно вдвое), которое происходит на Земле дважды в году – в периоды весеннего и осеннего равноденствия – в периоды их (птиц) миграции?
Вот и всё, что можно сказать на сегодняшний день. Гипотезы есть, а пойти дальше человек, «царь природы», пока не может.
Просто некоторая информация
Обыкновенная крачка покинула своё гнездо в Финляндии около 15 августа 1996 года и была поймана 24 января 1997 года в Австралии. Она пролетела 25 750 км. Высота полёта обычно не превышает 3 тысяч метров, однако отмечались случаи набора высоты до 6 300 метров (радарные измерения).
Основные пути миграции из европейской части России: из почти двух сотен видов улетающих птиц 16 отправляются в Австралию, 16 – в Северную Америку, 5 – в Южную, 95 – в Африку.
Лебеди, аисты, журавли и гуси летят семьями или крупными сообществами. Аисты во время длительных перелётов периодически могут засыпать на лету на 10–15 минут.
Стаю, как правило, возглавляет самая опытная птица – вожак, уже летавшая по этому маршруту. Однако были замечены случаи замены вожака в полёте летевшими следом «заместителями», а также слияния двух клиньев в один. Причём было заметно, что происходило это в случаях, когда часть птиц уставала в полёте и они начинали вываливаться «из строя». И напрашивался вывод, что временное слияние клиньев делалось для моральной поддержки уставших. Было заметно, что более сильные птицы как бы вталкивали ослабевших в строй. Через некоторое время выровненные клинья вновь делились на несколько и продолжали уже нормальный полёт.
И ещё нечто невероятное
В подразделениях, обеспечивающих полёты авиации и управления ею, на вооружении у нас были приводные радиостанции типа ПАР-8 (затем более современные системы). Эти системы представляют собой передатчик средневолнового диапазона, излучающий код Морзе. Причём набор знаков устанавливается индивидуальным для каждого конкретного радиопривода.
Антенна представляла четыре параллельных троса-излучателя, расположенных на высоте на мачтах. Эта антенна формировала в противоположных направления две диаграммы направленности, то есть два луча. И самолёт, принявший именно этот набор, ориентируясь на максимум излучения, выходил именно на этот привод. И в периоды сезонных перелётов, в частности, журавлей, мы каждый раз замечали, что стаи выходили прямо на наш привод, а затем корректировали дальнейшее направление полёта.
Несмотря на то, что в шести километрах от нашего небольшого подразделения был расположен центральный городок, весьма обширный, с трёх-четырёхэтажными зданиями, трубами и прочим, который мог служить намного более контрастным визуальным ориентиром. Получается, что птицы улавливали излучение привода?
Стоит отметить, что на этих антенных тросах на ночёвку останавливались стаи более мелких птиц. Благо прочность позволяла. А после ночного отдыха полёт продолжался. Возможно, находить такое нетрадиционное место отдыха в темноте им также помогало излучение радиопривода. Стоит сказать, что деревьев вокруг не было, местность пустынная, а высоковольтная линия, тогда ещё не подключённая, находилась в стороне от птичьих трасс и их, видимо, не устраивала.
Часть моих однокашников по выпуску получила распределение на флот, в частности на корабли командно-измерительного комплекса, обеспечивающие постоянное наблюдение за космическими объектами. В том числе и обитаемыми. Ребята рассказывали о случаях, когда стаи птиц, обычно в ненастную погоду, находили посреди океанов (по радиоизлучению корабельных средств?) эти судна и, чтобы не погибнуть, буквально облепливали их палубы, оборудование и надстройки. И после того как распогодится, подкормленные моряками, возобновляли полёт. Предварительно делая вокруг корабля прощальный облёт. Естественно, кроме тех, кто погибал. Подобное рассказывали и моряки других военных судов. Орнитологи такой облёт считают не знаком благодарности, а проверкой крыльев и способности стаи продолжать полёт.
И пока птицы не будут досконально изучены, пока не будет создан эффективный, хотя бы в виде действующего макета, махолёт как действующая копия птицы, видимо, гипотезы так ими и останутся.