Птицы, совершающие миграции на планетарном уровне, вынуждены полагаться на глобальные ориентиры, обусловленные основными физическими свойствами Земли и окружающего космоса. Особенно многообещающим для орнитологов стало изучение геомагнитного поля, которое отличает нашу планету от ближайших ей планет в Солнечной системе.

Механизмы миграций птиц

Магнитные полюса земли

Условно Землю можно представить как огромный намагниченный шар. В каждой точке поверхности планеты присутствует магнитное поле, направление которого легко определить с помощью стрелки компаса, всегда ориентированной на магнитный полюс. Напомним, что магнитные полюса находятся в некотором отдалении от географических полюсов, через которые проходит ось вращения Земли.

Стрелка стандартного компаса движется только вправо-влево, показывая направление лишь горизонтальной составляющей поля и указывая вдоль магнитного меридиана к магнитному полюсу Земли. Однако силы земного магнетизма действуют не только в горизонтальной плоскости, но и по направлению к центру планеты, т.е. магнитное поле имеет также вертикальную или, как говорят, гравитационную составляющую. Если бы стрелка компаса могла перемещаться в любом направлении, включая вверх и вниз, ее положение значительно изменялось бы при движении от экватора к полюсам.

На экваторе стрелка была бы расположена строго параллельно поверхности Земли, то есть абсолютно горизонтально, указывая своим намагниченным концом точно на север. По мере продвижения к полюсам отклонения от горизонтали становились бы более заметными, и, наконец, на северном полюсе стрелка была бы направлена к центру планеты, то есть приняла бы вертикальное положение. На южном магнитном полюсе стрелка также займет вертикальное положение, но ее намагниченный «северный» конец будет обращен строго вверх. Таким образом, компас, обладающий подобной конструкцией, можно использовать не только для указания направления на север, но и для определения своего положения на меридиане, то есть как указатель широты.

Гипотеза магнитной ориентации перелетных птиц

Могут ли птицы использовать земной магнетизм так же, как мы используем обычный компас, стрелка которого, следуя горизонтальной составляющей магнитного поля, всегда направлена на север? Способны ли птицы ощущать и оценивать эту составляющую? Гипотеза о магнитной ориентации мигрирующих птиц была предложена академиком Петербургской академии А. Миддендорфом более ста лет назад, однако реальные возможности для ее экспериментальной проверки у ученых появились лишь в последние годы.

Способ изучения миграции птиц

Исследования показали, что голуби, на которых были надеты спирали из тонкой металлической проволоки с протекающим током от миниатюрных батареек, плохо возвращались домой в пасмурную погоду. В ясный день они использовали привычный солнечный компас и уверенно направлялись к своему дому, не испытывая беспокойства о том, что направление магнитных полей вокруг их головы не совпадало с направлением земного магнетизма.

В облачную погоду голуби со спиралями на голове совершали значительные ошибки в прокладке курса и улетали куда угодно, в то время как голуби без спиралей не сталкивались с серьезными трудностями. На сегодняшний день существует множество других доказательств того, что пернатые способны использовать магнитный компас. Однако использование гравитационной составляющей магнитного поля для определения своего местонахождения вызывает больше вопросов.

Вращение Земли и миграция птиц

Ранее даже предполагалось, что у птиц могут существовать способы навигации, основанные на использовании сил Кориолиса. Эти силы возникают благодаря вращению Земли и усиливаются по направлению от полюса к экватору в соответствии с увеличением скорости вращения точек на поверхности планеты. Глобальные проявления сил Кориолиса на планетарном уровне включают подмыв берегов рек, текущих в меридиональном направлении, и закручивание гигантских атмосферных вихрей. На использовании этих сил основано устройство гирокомпаса — прибора, который при любых положениях воздушного или морского судна автоматически устанавливается вдоль географического меридиана. Силы Кориолиса могут использоваться для определения географической широты в пределах одного полушария.

Если добавить к ним еще один индикатор местоположения, например одну из составляющих магнитного поля Земли, то можно создать искомую систему из двух координат (за счет уже упомянутого несовпадения осей магнетизма и вращения), позволяющую составить магнитно-гравитационную карту. Однако расчеты показали, что сила Кориолиса слишком мала, чтобы ее могли воспринимать птицы, и, в частности, она полностью перекрывается и маскируется теми ускорениями, которые воздействуют на птицу во время полета (при взлете, разгонке или торможении и вообще при любом изменении скорости полета или положения в пространстве).

Различие между компасной ориентацией и навигацией

Движение к цели включает два компонента. Во-первых, компасную ориентацию — способность поддерживать выбранный курс в течение длительного времени, и, во-вторых, навигацию — умение проложить маршрут между двумя пунктами, основываясь на сравнении их координат, то есть по сохраненной в памяти карте.

Разница между простой компасной ориентацией и навигацией хорошо иллюстрируется опытом с перевозкой скворцов. Несколько тысяч птиц были пойманы, окольцованы, перевезены из Голландии в Швейцарию и выпущены. Молодые птицы, совершающие свою первую миграцию, направились из Швейцарии на юго-запад. У них получилось выбрать правильное направление, но они в конце концов отклонились от курса и оказались значительно южнее своей цели, в результате чего им ничего не оставалось, как перезимовать в Испании и южных регионах Франции.

По компасу молодые птицы сориентировались правильно, но учесть смещение с привычного маршрута для скворцов оказалось невозможным. В то же время взрослые скворцы, уже имеющие миграционный опыт, продемонстрировали отличные навыки навигации, уверенно проложив новый курс на северо-запад и запад и без труда достигнув знакомых зимовок.

Разница между пространственной ориентацией взрослых и молодых птиц

В чем же заключается различие в пространственной ориентации между взрослыми и молодыми птицами? Скорее всего, в том, что движение молодняка к зимовкам, совершающему маршрут впервые, в основном подчиняется инстинктивным программам поведения. Иными словами, молодой скворец имеет врожденную способность лететь в сторону зимовок и довольно точно представляет, какое расстояние ему необходимо преодолеть, чтобы достичь их.

Ситуация иная для взрослых птиц, которые уже были на зимних квартирах и получили определенную информацию. Какую именно — это самый сложный и ключевой вопрос, на который на данный момент нет точного ответа. Это может быть любая астрономическая или геофизическая информация, позволяющая уникально охарактеризовать любую точку на поверхности Земли. Таким образом, взрослая птица, вероятно, умеет сопоставлять информацию о зимовке, хранящуюся в памяти, с текущими данными о своем местоположении. Все дальнейшее – это уже вопрос техники и представляет собой простую задачу для любого существа, владеющего навыками ориентирования с помощью компаса.

Способность голубей находить путь к дому

Удивительные способности голубей находить путь к дому известны с древних времен. Армии древних персов, ассирийцев, египтян и финикийцев отправляли сообщения с голубями из походов. Во время обеих мировых войн голубиная почта сыграла такую важную роль, что в честь этих пернатых посланцев были установлены памятники в Брюсселе и французском Лионе. На соревнованиях почтовых голубей увозят на расстояние от 150 до 1000 километров и выпускают. Время возвращения птиц в голубятню фиксируется с помощью специальных устройств. Хорошо обученные голуби летают к дому со средней скоростью 80 километров в час, а лучшие из них способны преодолеть 1000 километров за день.

Третий памятник голубям еще не воздвигнут, но они уже заслужили его благодаря выдающемуся вкладу в изучение способов ориентации пернатых. Выяснилось, что голуби могут возвращаться в голубятню издалека, несмотря на сильную «близорукость». «Близорукими» птиц делали на время эксперимента, надев на их глаза матовые контактные линзы, позволяющие различать лишь контуры ближайших объектов. С такими линзами голубей выпускали на расстоянии 130 км от голубятни. Полуслепые птицы взмывали ввысь и на большой высоте стремились домой, не видя вокруг ничего, кроме непроницаемого серого тумана. Почти всем удалось успешно добраться до места, хотя «близорукость» не позволила найти саму голубятню. Голуби опускались в радиусе 200 метров от нее и терпеливо ждали, когда их избавят от надоевших линз.

Компасы птиц

Когда курс известен, следовать ему на протяжении длительного времени можно только с помощью компаса. В зависимости от обстоятельств птицы уверенно используют «компасы» по меньшей мере трех различных типов. В дневное время они с высокой точностью определяют положение сторон света по солнцу. Это не мешает даже легкой облачности, пока она не затеняет позицию светила на небосводе. Ночью на смену солнечному приходит звездный «компас», и многие птицы, совершающие ночные миграции, также добились значительных успехов в его использовании. Когда погода становится плохой и небо закрыто облаками, на помощь пернатым путешественникам приходит магнитный «компас», с которым они также умеют обращаться очень умело.

Таким образом, на вопрос о том, каким «компасом» пользуются пернатые путешественники, ученые имеют почти полный ответ. Гораздо сложнее обстоит дело с пониманием того, что собой представляет «штурманская карта» птиц и какими методами они пользуются для обозначения на ней своего местоположения. Напомним, что мореплаватели научились делать это по-настоящему лишь с появлением точных измерительных приборов.

Прежде всего хронометра — часов с высокой точностью, позволяющих в строго определенный момент во время 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 ни одно судно дальнего плавания не покидало порта. Чтобы «получить место» корабля, необходимо провести минимум два измерения высоты или азимута светил — в любом сочетании.

Получив необходимые данные с помощью навигационных таблиц, которые частично освобождают 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, позволяющие определить положение морского или воздушного судна с точностью до десятков метров, стали возможны лишь с появлением космических технологий.

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 местоположение на поверхности планеты, используя светила как указатели местоположения. В настоящее время 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 развивалась бы так же, как и развитие штурманского дела, то пернатым пришлось бы найти замену хронометру, секстанту, календарю и, более того, овладеть знаниями по астрономии хотя бы на уровне школьной программы. Тогда, оказавшись в незнакомом месте, тот же почтовый голубь мог бы определить свое положение относительно дома, оценивая разницу между высотой солнца и азимутом светил в новом месте и сохраненной в памяти высотой и азимутом тех же светил в тот же день и в то же самое время над родной голубятней.

Проще всего дождаться на новом месте наступления местного полудня — момента верхней кульминации центра Солнца. Затем следует сделать два шага. 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, необходимо взглянуть на Солнце и оценить его высоту над горизонтом. Если Солнце в полдень выше, чем дома, значит, судьба занесла вас на юг, если ниже — на север (в Южном полушарии, естественно, наоборот).

На первый взгляд, это кажется простым, но на самом деле трудности колоссальные. Для использования этого метода, даже в его простейшей модификации, требуется огромный объем памяти и высокая точность измерений. К сожалению, такими ресурсами памяти мозг птиц не располагает. Кроме того, измерения для навигации слишком сложны, чтобы их можно было произвести «на глаз».

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°. Астрономическая ориентация проще на больших расстояниях — по мере их уменьшения требования к точности измерений неуклонно возрастают.

Орнитологи приложили много усилий, чтобы выявить сходство в методах навигации птиц и людей. Однако все исследования в этом направлении пока не увенчались успехом. Вероятнее всего, пернатые определяют свое местоположение на поверхности Земли и составляют свои «карты» другими способами. Какими именно — это еще предстоит выяснить. Вот как рассматривает 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 неком неизвестном нам факторе, позволяющем подразумевать абсолютную навигацию, или об известном факторе, но неизвестном способе его использования для навигации».

Как птицы ориентируются при дальних перелётах – интересное видео

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.