Как перелетные птицы знают, куда им лететь: ученые дали интересное объяснение

Знали ли вы, что некоторые птицы, например полярные крачки, за всю свою жизнь преодолевают такие большие расстояния, что их хватило бы, чтобы взлетать к Луне и вернуться назад? Чтобы совершить такие грандиозные путешествия, им необходимо ориентироваться в пространстве — избегать ложных маршрутов и не тратить силы на лишние километры. Журналисты Live Science исследовали, как именно птицы справляются с этой задачей без GPS, карт и смартфонов.

В полете пернатые полагаются на целый набор сенсорных механизмов — некоторые из них уже хорошо известны науке, а другие до сих пор остаются загадочными. “Птицы используют множество сигналов, чтобы сохранять правильное направление во время миграций”, — объяснила Мириам Лидфогель, глава Института исследований птиц в Германии, в комментарии для Live Science.

Прежде всего, птицы ориентируются благодаря зрению и обонянию. Те, кто уже не впервые преодолевает знакомый маршрут, могут узнавать ландшафт — реки, горы, побережья. Но над открытым морем все иначе: визуальных ориентиров нет, и именно здесь обоняние играет ключевую роль. Во время одного из экспериментов исследователи временно заблокировали носовые проходы средиземноморским буревестникам (Calonectris diomedea). В результате птицы и дальше хорошо летали над сушей, однако над водой полностью теряли способность ориентироваться.

Птицы также способны ориентироваться по небесным светилам — солнцем и звездами. Эти виды, которые путешествуют в дневное время, пользуются так называемым “солнечным компасом”. Его работа основывается на способности птиц соотносить положение солнца на небосводе с собственными “внутренними часами”, которые определяют текущее время суток в соответствии с их биоритмом — циркадным циклом.

Сочетая эти два сигнала — где именно на небе расположено солнце и час, — птицы могут точно определять свой курс. В буквальном смысле их мозг работает как живое навигационное устройство, синхронизирующееся с солнечным светом. Научные наблюдения свидетельствуют: если циркадный ритм птицы нарушается, например из-за чрезмерного искусственного освещения, его способность ориентироваться ухудшается. Это подчеркивает критическую роль “солнечного компаса” в миграционных путешествиях.

Интересно, что большинство птиц отправляются в миграционные путешествия именно ночью, поэтому ориентироваться за солнцем они не могут. В темное время суток их указателем становятся звезды. Птицы изучают расположение созвездий вокруг небесного полюса — той же точки, которую условно обозначает Полярная звезда. Кстати, люди тоже веками использовали ее для морской и наземной навигации.

Магнитные поля

Но что делать, когда ночное небо затянуто облаками и не видно ни одного ориентира ни солнца, ни звезд, ни ландшафта? В таких случаях птицы задействуют одну из самых загадочных своих способностей — магниторецепцию. Это уникальное чутье позволяет им ощущать магнитное поле Земли, возникающее благодаря руслу раскаленных металлов в земном ядре. Это звучит почти фантастически, однако научные исследования подтверждают: любое вмешательство в природное магнитное поле способно дезориентировать птиц. Один из экспериментов, например, показал, что изменение магнитной среды вокруг голубей полностью разрушило их способность находить дорогу домой.

Хотя ученые несомненно установили, что птицы способны ощущать магнитное поле Земли, механизм этого явления по-прежнему остается тайной. Профессор химии Оксфордского университета Питер Хор предполагает, что ориентация в магнитном поле может быть результатом специфической химической реакции, чувствительной к силе и направлению геомагнитных линий.

Существует несколько гипотез, как именно эта реакция происходит, но Хор предпочитает одну: он считает, что ключевую роль играет молекула криптохрома — вещество, присутствующее в сетчатке глаза птиц. без синего света магниторецепция у птиц не активируется.

Однако даже несмотря на эти результаты, ученые до сих пор не уверены, действительно ли криптохром достаточно чувствителен, чтобы улавливать тонкие вариации магнитного поля нашей планеты. Ответ на этот вопрос до сих пор остается открытым.

“Наши знания о тонкостях работы этого магнитного компаса крайне ограничены. На самом деле у нас даже нет четкого представления о том, сколько именно молекул криптохрома содержится в сетчатке птичьего глаза”, — признается Хор.

Некоторые научные работы также свидетельствуют о существовании механизма магниторецепции, расположенного непосредственно в клювах птиц. Исследователи обнаружили там специальные рецепторы, взаимодействующие с магнетитом — железосодержащим минералом. Эти рецепторы локализованы в верхней части клюва и имеют связь с мозгом из-за важных нервных путей. Это дает основание предполагать, что этот механизм является дополнительным каналом, посредством которого птицы могут ощущать силу магнитного поля Земли.

Помимо магниторецепции, птицы способны ориентироваться, распознавая поляризованный свет — особый тип света, в котором колебания волн происходят в определенной упорядоченной плоскости. Когда солнечные лучи проходят через земную атмосферу, они рассеиваются и приобретают предполагаемую поляризацию. Благодаря специализированным клеткам в сетчатке глаза птицы могут воспринимать эти уникальные световые узоры, что позволяет им определять положение солнца даже в облачную погоду.

Что из этого следует

Как мы полагаемся на зрение днем, но в темноте ориентируемся с помощью прикосновения, так и птицы применяют разные органы чувств в зависимости от обстоятельств. “Вероятно, птицы объединяют сигналы из нескольких “компасов” во время миграции, и мы уверены, что значимость каждого из них варьируется в разные этапы их путешествия”, — объясняет Лидфогель.

Хор также обратил внимание на важный момент: магниторецепция теряет эффективность во время гроз или в периоды повышенной солнечной активности, когда магнитное поле Земли испытывает искажения, пояснил он.

В конце концов, все эти навигационные стратегии основываются на глубоком генетическом инстинкте птиц мигрировать. По словам Лидфогеля, склонность к миграции птицы наследуют от родителей, а направление и расстояние их перелетов преимущественно закодированы в их геноме. Исследователи типа Лидфогеля продолжают работать над тем, чтобы выявить конкретные гены, ответственные за этот процесс, и понять, как они функционируют.

Оба ученых, с которыми общалось издание, подчеркнули, что более глубокое понимание этих механизмов будет иметь решающее значение для будущих усилий по сохранению птиц. Переселение и обновление диких популяций птиц является ключевым направлением охранных программ, но пока их результаты остаются противоречивыми. Один из анализов показал, что до 45% переселенных птиц не оставались на новом месте обитания. “Человеческие попытки переселить этих птиц не были слишком успешными”, — признал Хор.