Як перелітні птахи знають, куди їм летіти: науковці дали цікаве пояснення

Чи знали ви, що деякі птахи, наприклад, полярні крячки, за все своє життя долають такі великі відстані, що їх вистачило б, аби злітати до Місяця і повернутися назад? Щоби здійснити такі грандіозні подорожі, їм необхідно досконало орієнтуватися в просторі — уникати хибних маршрутів і не витрачати сили на зайві кілометри. Журналісти Live Science дослідили, як саме птахи справляються з цим завданням без GPS, карт і смартфонів.

У польоті пернаті покладаються на цілий набір сенсорних механізмів — деякі з них науці вже добре відомі, а інші досі залишаються загадковими. “Птахи використовують безліч сигналів, аби зберігати правильний напрям під час міграцій”, — пояснила Міріам Лідфогель, очільниця Інституту досліджень птахів у Німеччині, в коментарі для Live Science.

Насамперед, птахи орієнтуються завдяки зору та нюху. Ті, хто вже не вперше долає знайомий маршрут, можуть впізнавати ландшафт — річки, гори, узбережжя. Але над відкритим морем усе інакше: візуальних орієнтирів немає, і саме тут нюх відіграє ключову роль. Під час одного з експериментів дослідники тимчасово заблокували носові проходи середземноморським буревісникам (Calonectris diomedea). У результаті птахи й надалі добре літали над суходолом, проте над водою повністю втрачали здатність орієнтуватися.

Птахи також здатні орієнтуватися за небесними світилaми — сонцем і зорями. Ті види, що подорожують у денний час, користуються так званим “сонячним компасом”. Його робота ґрунтується на здатності птахів співвідносити положення сонця на небосхилі з власним “внутрішнім годинником”, який визначає поточний час доби відповідно до їхнього біоритму — циркадного циклу.

Поєднуючи ці два сигнали — де саме на небі розташоване сонце і котра година, — птахи можуть точно визначати свій курс. У буквальному сенсі їхній мозок працює як живий навігаційний пристрій, що синхронізується із сонячним світлом. Наукові спостереження свідчать: якщо циркадний ритм птаха порушується, наприклад, через надмірне штучне освітлення, його здатність орієнтуватися погіршується. Це підкреслює критичну роль “сонячного компаса” в міграційних мандрівках.

Цікаво, що більшість птахів вирушають у міграційні подорожі саме вночі — тож орієнтуватися за сонцем вони не можуть. У темну пору доби їхнім дороговказом стають зорі. Птахи вивчають розташування сузір’їв довкола небесного полюса — тієї самої точки, яку умовно позначає Полярна зірка. До речі, люди також століттями використовували її для морської та наземної навігації.

Магнітні поля

Але що робити, коли нічне небо затягнуте хмарами і не видно жодного орієнтира — ані сонця, ані зірок, ані ландшафту? У таких випадках птахи задіюють одну з найзагадковіших своїх здібностей — магніторецепцію. Це унікальне чуття дає їм змогу відчувати магнітне поле Землі, яке виникає завдяки руслу розпечених металів у земному ядрі. Це звучить майже фантастично, проте наукові дослідження підтверджують: будь-яке втручання в природне магнітне поле здатне дезорієнтувати птахів. Один із експериментів, наприклад, показав, що зміна магнітного середовища довкола голубів повністю зруйнувала їхню здатність знаходити дорогу додому.

Хоча вчені безсумнівно встановили, що птахи здатні відчувати магнітне поле Землі, механізм цього явища досі залишається таємницею. Професор хімії Оксфордського університету Пітер Хор припускає, що орієнтація в магнітному полі може бути результатом специфічної хімічної реакції, яка чутлива до сили та напрямку геомагнітних ліній.

Існує кілька гіпотез, як саме ця реакція відбувається, але Хор надає перевагу одній: він вважає, що ключову роль відіграє молекула криптохрому — речовина, присутня в сітківці ока птахів. У лабораторних умовах дослідники вже довели, що ізольований криптохром дійсно реагує на магнітні поля, і для цього йому потрібне синє світло. До того ж, попередні спостереження підтвердили: без синього світла магніторецепція у птахів не активується.

Однак навіть попри ці результати, вчені досі не впевнені, чи справді криптохром достатньо чутливий, щоб уловлювати тонкі варіації магнітного поля нашої планети. Відповідь на це питання досі залишається відкритою.

“Наші знання про тонкощі роботи цього магнітного компаса вкрай обмежені. Насправді ми навіть не маємо чіткого уявлення про те, скільки саме молекул криптохрому міститься у сітківці пташиного ока”, — зізнається Хор.

Деякі наукові роботи також свідчать про існування механізму магніторецепції, розташованого безпосередньо в дзьобах птахів. Дослідники виявили там спеціальні рецептори, які взаємодіють із магнетитом — залізовмісним мінералом. Ці рецептори локалізовані у верхній частині дзьоба і мають зв’язок з мозком через важливі нервові шляхи. Це дає підстави припускати, що цей механізм є додатковим каналом, за допомогою якого птахи можуть відчувати силу магнітного поля Землі.

Окрім магніторецепції, птахи здатні орієнтуватися, розпізнаючи поляризоване світло — особливий тип світла, у якому коливання хвиль відбуваються в певній впорядкованій площині. Коли сонячне проміння проходить через земну атмосферу, воно розсіюється і набуває передбачуваної поляризації. Завдяки спеціалізованим клітинам у сітківці ока, птахи можуть сприймати ці унікальні світлові візерунки, що дозволяє їм визначати положення сонця навіть у хмарну погоду.

Що з цього випливає

Як ми покладаємося на зір вдень, але в темряві орієнтуємося за допомогою дотику, так і птахи застосовують різні органи чуття залежно від обставин. “Ймовірно, птахи поєднують сигнали з кількох “компасів” під час міграції, і ми впевнені, що значимість кожного з них варіюється в різні етапи їхньої подорожі”, — пояснює Лідфогель.

Хор також звернув увагу на важливий момент: магніторецепція втрачає ефективність під час гроз або в періоди підвищеної сонячної активності, коли магнітне поле Землі зазнає спотворень, пояснив він.

Врешті-решт, всі ці навігаційні стратегії ґрунтуються на глибокому генетичному інстинкті птахів мігрувати. За словами Лідфогель, схильність до міграції птахи отримують у спадок від батьків, а напрямок і відстань їхніх перельотів переважно закодовані в їхньому геномі. Дослідники на кшталт Лідфогель продовжують працювати над тим, щоб виявити конкретні гени, відповідальні за цей процес, та зрозуміти, як вони функціонують.

Обидва вчені, з якими спілкувалося видання, наголосили, що глибше розуміння цих механізмів матиме вирішальне значення для майбутніх зусиль із збереження птахів. Переселення і відновлення диких популяцій птахів є ключовим напрямом охоронних програм, але поки що їхні результати залишаються суперечливими. Один із аналізів показав, що до 45% переселених птахів не залишалися на новому місці проживання. “Людські спроби переселити цих птахів не були надто успішними”, — визнав Хор.