24 Мая 2019

«Встроенный» птичий навигатор: как работает магнитная ориентация у пернатых

Опубликовал А.А. Алексеенко

Еще с уроков природоведения каждый ребенок выносит, что птицы зимой улетают на юг, а потом возвращаются обратно. Мы наблюдаем ежегодно эту захватывающую картину: как огромные стаи ворон, издавая басистые кличи, закрывают собой все небо. Тысячи и тысячи птиц точно знают, когда и куда им нужно лететь. И никого не удивляет этот факт, но истинная природа этого явления действительно поразительна.

Магнитная ориентация свойственна не только птицам, но также и кошкам, собакам и другим позвоночным животным. Именно этим объясняется их способность преодолевать значительные расстояния, находя дорогу домой. Что касается пернатых, то в 60-х годах прошлого века впервые была открыта магнитная ориентация у птиц. Однако сказать точно, как построена связь, на чем держится магниторецепция у птиц, долго не удавалось. Научному миру еще предстоит кропотливая работа по изучению реакции сетчатки птичьего глаза на магниторецепторные сигналы.

За счет чего работает магнитный компас

Прежде всего, необходимо обосновать связь между магнитным полем Земли и зрением. Магнитный компас, созданный человеком, реагирует на желто-зеленый спектр света с длиной волны 570 нанометров. Стрелка компаса остается параллельной по отношению к направлению линии магнитного поля планеты. Устройство может давать сбой вблизи месторождения железа или ферромагнитных минералов, а также вблизи магнитных полюсов планеты. Сбивают с толку компас электроприборы, магнитные бури и даже предметы из металла.

Еще в 1600 году Уильям Гильберт, ученый из Англии, представил миру свой труд под названием «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». И действительно, утверждение ученого о том, что наша планета является магнитом, совершенно справедливо. Им была подмечена некоторая «неточность», а именно: ось Земли не совпадает с осью ее вращения, в следствие чего возникает «магнитное склонение», то есть, полученный угол. Таким образом, стрелка компаса указывает в сторону острова Соммерсет, который находится чуть более, чем за 2 тысячи километров от Северного полюса.

Интересен и другой факт. Магнитное поле Земли постоянно претерпевает изменения. Оно неоднократно менялось (происходила так называемая «переполюсовка»), и это будет происходить вновь. Полюса поменяются местами, по подсчетам некоторых исследователей, в течение одной-двух тысяч лет. И уже сейчас отмечается постепенное ослабевание магнитного поля Земли (на 0,5 процента в течение каждого десятилетия). Но, как бы там ни было, именно магнитное поле нашей планеты воздействует на иглу компаса, помогая морякам, летчикам, путникам и птицам ориентироваться в пространстве.

Как это работает у птиц

«Магия» заключается в способности пернатых видеть магнитное поле Земли. В 2009 году было сделано сенсационное открытие о том, что такой способности у птиц способствует особая молекула белка криптохрома. С помощью этого белка глаз способен различать синий цвет. К такому выводу пришли ученые Илья Сольвьев из Института передовых исследований во Франкфурте и его коллега Клаус Шультен из Института штата Иллинойс. По словам Клауса Шультена, ранее считалось невозможным, чтобы столь слабое влияние магнитного поля Земли как-то меняло ход химических реакций. В научном журнале Journal of the Royal Society Interface были опубликованы данные одного эксперимента. Учеными из университета Лунда было установлено, что в глазу зябликов есть один ген криптохром, который остается неизменно активным, в отличие от остальных других, в любое время суток. Название этого гена Cry4.

В ходе ряда экспериментов стало понятно, что в деле участвует криптохром, но оставался пробел – как именно этот белок мгновенно активизируется. Оказалось, что в химическом процессе принимает активное участие радикал супероксид. Тот самый, который существует короткое время и может привести ко всевозможным клеточным повреждениям, в том числе – самым тяжелым.

Именно эта «парочка» криптохрома и супероксида служит той самой «стрелкой» птичьего компаса. Птицы имеют преимущество перед человеком, который обладает суперксидом в гораздо меньшем количестве и потому не видит магнитного поля. Ученые считают, что этот механизм не так нужен человеку, как постоянно мигрирующим и практически живущим в полете птицам.

Что показали научные эксперименты

Опытным путем удалось достоверно установить, что птицы не просто чувствуют магнитное поле Земли, а видят его в виде вполне конкретного «объекта». При чем подобный механизм был обнаружен не только у перелетных птиц, а у и одомашненных (кур).

Известно, что пернатые используют целый арсенал средств навигации:

  • Магнитные частицы в клювах
  • Ориентирование по запаху
  • Ориентирование по Солнцу и звездам
  • Зрение

Ученые из Олденбургского университета под руководством Доминика Хейерса провели эксперимент, в ходе которого садовым славкам были внедрены молекулы-маркеры. Эти молекулы помогли отследить весь путь сигнала по нервным рецепторам. Один из сигналов поступал прямо в сетчатку глаза, а второй -  в область мозга, отвечающую за способность птиц ориентироваться в пространстве. Во время, близкое к необходимости лететь в далекие края, оба маркера оказывались в области таламуса, который ответственен за способность видеть.

Другие способы ориентации по «птичьему компасу»

Не только в глазах у пернатых расположен «компас», но и в клювах. Ученые из Новой Зеландии под руководством Кордулы Мора, установили, что в верхней части голубиного клюва находятся магнитные частицы. В ходе эксперимента с магнитными катушками, которые периодически включались и выключались, заранее дрессированные птицы меняли свое направление полета к разным кормушкам. Но стоило исследователям ввести местную анестезию в клювы или прикрепить к клювам голубей магниты, как «птичий навигатор» сразу же сбивался.

Несколько удивительных сведений об особенностях миграции птиц

Среди птиц, обитающих в наших широтах, есть те, которые улетают на незначительное расстояние (речь идет о сотнях километрах) – как синицы - и есть те, которые совершают удивительно далекие полеты. Например, ласточка покидает наши края, чтобы перезимовать в Африке (Восточной или Южной).

Есть птицы, которые совершают путешествие в 70 тысяч километров, как крачка или буревестник: из Новой Зеландии к Алеутским островам и из Гренландии к Антарктике. Это совершенно потрясающе.

Ученые, наблюдавшие за птицами в Ленинградской области, пришли к интересному выводу, что окольцованные пернатые, которые покидают зимой пределы Санкт-Петербурга и области и улетают в далекие теплые края (в частности, вальдшнеп), возвращаясь, оказываются точно на том же месте, где их когда-то окольцевали. Этот факт удивлял исследователей, но сейчас он всего лишь подтверждает эксперименты о способности пернатых ориентироваться строго по магнитному полю Земли.

Интересно, что, помимо внутреннего «компаса», птицы могут ориентироваться по биологическим часам, с точностью определяя время, когда необходимо лететь. Интересно, что, в попытках установить способы ориентации мигрирующих птиц в пространстве и во времени, ученые еще в середине прошлого века проводили интересные наблюдения. Так, Густав Крамер наблюдал за скворцами в неволе. Вне зависимости от того, в какую сторону света были ориентированы клетки, пернатые следовали как будто заранее заданному направлению: северо-восток. Похожие эксперименты проводились в Финляндии с утками, выращенными в неволе. Птенцы вылупились из яиц, уже будучи не на свободе, поэтому они не могли перенять опыт у своих сородичей и, тем не менее, они «инстинктивно» отправлялись в то место, где всегда зимуют финские утки.

Вместо заключения

Наблюдая за поведением птиц в ходе миграции, исследователи обнаружили ряд закономерностей в поведении пернатых.  Как будто в том, как птицы поворачивают голову, смотрят на небо и движутся есть особый смысл. Это производит впечатление некой осознанности, словно пернатые пытаются «навести ориентиры». И действительно, ученые теперь не сомневаются, что смысл этих птичьих действий в том, чтобы найти небесный полюс, установить свое смещение по географической широте и долготе.

Конечно, помимо магнитной ориентации, есть еще ряд средств, которыми пользуются птицы. Например, это атмосферное давление, которое периодически меняется, а также банальная коммуникация в стае со своими сородичами. Расстояние друг от друга также птицы могут фиксировать с помощью звуков собственных голосов.

Итак, поле для исследований поистине широкое, и ученым еще только предстоит открыть секреты птичьих навигационных систем и компасов.