Ученые выяснили, как птицы не сбиваются с пути при дальних перелетах
Одним из наиболее значимых последних достижений Российской академии наук ее глава Александр Сергеев назвал результаты исследований орнитологов. Они нашли еще один механизм, который позволяет птицам с поразительной точностью совершать перелеты на расстояния в тысячи километров. О сути этого исследования рассказывает директор биологической станции «Рыбачий», член-корреспондент РАН Никита Чернецов.
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.
Авторитетный журнал Science признал, что миграция птиц по-прежнему остается для науки загадкой, хотя ее изучают более 100 лет
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.
Источник
Японские ученые выяснили, как птицам удается не потеряться в пространстве
Птицы преодолевают тысячи километров на пути к месту зимовки и обратно. Но как они понимают, куда надо лететь, и что помогает им не сбиваться с пути? Японские ученые смогли разобраться в птичьей системе навигации
Первооткрыватель птичьей навигации
В 1942 году американскому зоологу Уильяму Китону было 9 лет. На день рождения родители подарили ему несколько почтовых голубей. Он пытался тренировать птиц, чтобы они научились летать по специальным маршрутам. Однако у него редко получалось достичь успеха. Это побудило его заняться наукой. В 1965 году Китон уже был профессором биологии в Корнелльском университете в Нью-Йорке, однако страсть к птицам не покидала его. Уже существовали научные работы, в которых предполагалось, что магнитное поле Земли может влиять на животных. Китон выдвинул гипотезу, что оно играет роль в их ориентировании на местности. Чтобы проверить это, он нацеплял на голубей обычные магниты и отпускал в полет. У птиц сразу же нарушалась навигация.
Компас в голове и глазах
В следующие десятилетия исследователи пытались понять, как именно перелетные птицы распознают магнитные поля. Доктор Питер Роджерс, инженер-биомедик из Алабамского политехнического института, подчеркивает: «В основном большая часть ученых отвергла идею, что у птиц под крыльями был спрятан компас. Это, разумеется, было бы нелепо». На самом деле функцию ориентировочного прибора выполнял чувствительный к магнитному полю белок, который спрятан у птиц в мозгу и в глазах. Может показаться, что на этой находке исследования закончились. Однако оставался главный вопрос: как пернатые переводят белок в направление? Именно это выяснили японские ученые, проанализировав поведение малых буревестников.
Три этапа навигации
Представьте, что вы потеряли смартфон в гостях у друга и просите его позвонить вам. Вы слышите мелодию вашего рингтона, но пока не можете распознать, где находится телефон. Вы поворачиваете голову направо, затем налево. Диван! В этой ситуации ухо сразу же распознало звуковые волны. А потом мозг собрал данные, проанализировал поступающие сигналы и на основании этого выдал результат: смартфон находится где-то в районе дивана. Доктор Питер Рождерс объясняет эту аналогию: «Таким образом в навигации есть три этапа: распознать ориентир (звуковые волны), разработать маршрут к нему (куда-то в направлении дивана) и начать двигаться (к дивану)».
Мозг как навигатор
Специальный белок позволяет птицам распознать ориентир через магнитные поля. Маршрут же вырабатывает отдельная часть мозга. Японские исследователи предположили, что это медиальный паллий. Он похож на гиппокамп у млекопитающих, который таким же образом отвечает за направление. Для проверки гипотезы ученые прикрепили малым буревестникам шестиграммовые механизмы, которые отслеживали функционирование паллия в полете. Выяснилось, что клетки в нем активизировались, когда птицы поворачивались на север.
Будущие разработки
Исследователи доказали гипотезу. Как только специальный белок в мозгах и глазах птиц фиксирует магнитные волны, медиальный паллий разрабатывает маршрут движения по ним. Пернатые используют его для того, чтобы ориентироваться в пространстве. В будущих научных работах ученые планируют определить, как именно птицы руководствуются этими данными.
Источник