Способы ориентирования птиц во время длительных перелетов. Как ориентируются перелетные птицы. Зрение, как способ ориентации в пространстве

Пожалуй, самая обширная, представительная и в то же время прекрасная, удивительная и малопознанная до загадочности категория представителей фауны нашей планеты – это птицы. Кажется, всё перед глазами, то есть над головой, но до сих пор не все тонкости их существования открыты и изучены.

Несмотря на то, что отряд птиц населяет Землю около 160 миллионов лет (предшественниками птиц были птеродактили), мало что известно о сезонной миграции этих существ, об их длительных перелётах. А главное –об уникальной возможности ориентации на огромном пространстве земного шара.

Читая не такие уж и многочисленные издания и научные исследования, можно сделать вывод, что исследованиями именно ориентации птиц в перелётах учёные стали заниматься всего около сотни лет назад. И до сих пор нет однозначных и конкретных ответов на все интересующие вопросы. В основном информация на уровне гипотез.

Впрочем, это не удивительно. Считается, что наша цивилизация прошла только 5-7 процентов своего существования, и такой же путь за плечами науки и других отраслей познания.

Отмечу, что лично мне пришлось два десятка лет заниматься радиолокационным и визуальным контролем за воздушным пространством, объектами обнаружения в котором достаточно часто были именно птицы как воздушные цели. Так что определённое представление об этой теме имею.

Конкретно об ориентации перелётных птиц в их полётах

Известно, что далеко не все пернатые остаются зимовать в местах обитания. Как пел Владимир Высоцкий , «всё стремится к теплу от морозов и вьюг». Хотя это мнение барда ныне оспаривается учёными-оппонентами.

Оставим пока тот факт, что не все пернатые летят на юг. Некоторые виды предпочитают северные окраины континента. Но согласитесь, способность ежегодно с завидной настойчивостью преодолевать два раза в год десятки тысяч километров и не ошибаться желаемым «аэродромом» вызывает порою изумление. Ведь нет у птиц, как у их конкурентов – созданных руками человека летательных аппаратов, ни современного навигационного оборудования, ни наземных систем слежения и контроля за полётами, способных в любое время определиться с местом нахождения, сверить курс и откорректировать маршрут.

Что же по птичьей навигации можно сказать?

Вариантов исследователями выдвигалось много. Это визуальная ориентация по особенностям местности, инфраструктуре, дорогам железным и шоссейным, городам. Что ж, это, возможно, и соответствует действительности, но, прежде всего, для оседлых, относительно далеко не улетающих птиц. Затем по солнцу, луне, звёздам и их расположению, другим постоянно существующим факторам. Однако как основные многие из этих гипотез рано или поздно отвергались не столько из-за разнообразия видов птиц, сколько из-за ещё большего разнообразия особенностей их поведения.

Ныне преобладающей, с развитием науки, стала гипотеза, что ориентация и навигация перелётными птицами производится с использованием магнитного поля планеты, которое существует между полюсами. Сие суждение впервые было высказано более 100 лет назад русским академиком А. Миддендорфом . Вначале оно имело успех, а затем его то признавали, то отрицали, не предлагая ничего существенного взамен. Ибо при тех методах, которыми тогда пользовались для проверки, идея не могла быть ни доказана, ни опровергнута.

Опыты в основном проводили на голубях, которые, как известно, не являются перелётными птицами. К голове, лапкам или крыльям птиц прикрепляли маленькие магнитики, чтобы узнать, как они действуют на полёт. Нормальный полёт из-за этого нарушался, но никакого ответа на возникающие вопросы получить было нельзя.

В настоящее время геомагнитная ориентация птиц в направлении полёта (наряду с другими ориентирами) якобы доказывается теоретически и экспериментально. Интересно, что на командных пунктах радиотехнических войск, как документ, висит «Карта орнитологической обстановки» с нанесёнными сложившимися маршрутами полёта птиц. Что стоит отметить, основной маршрут перелётных птиц, начинающийся в районе Бреста, идёт на северо-восток республики, где, похоже, птицы собираются в большие стаи, подкармливаются на дальнюю дорогу, а затем следуют в южном направлении. Однако это основывается на обобщённых многолетних наблюдениях. И только.

Обратимся к исследованиям более современного периода

В зоологическом институте во Франкфурте-на-Майне малиновок помещали в большую камеру, внутри которой создавались искусственные магнитные поля. С помощью этих полей можно было компенсировать геомагнитное поле или создавать другие его напряжённости. От всех других внешних ориентиров птицы были изолированы.

При нормальном геомагнитном поле птицы правильно выбирали направление для миграционного полёта. При ослаблении поля в 2-4 раза или усилении в два раза подконтрольные беспорядочно метались по камере, потеряв всякую ориентацию. Собирались вместе вновь лишь вне пределов зоны излучения. Подобные нарушения навигационных способностей у перелётных птиц наблюдаются и во время сильных магнитных бурь.

Кстати, насчёт чувствительности птиц к радиоизлучениям сверхвысоких частот. Если кто не знает, воздушные цели, к коим относят и обнаруживаемые плотные стаи птиц, на экранах радиолокационных станций имеют отметку, схожую с отметкой реальной малоскоростной цели, например воздушных шаров, вертолётов, легкомоторной авиации, метеообразований или ещё чего-то подобного.

Одним из проверенных способов распознавания типа «птицы или цель» является облучение этой цели прямым излучением РЛС, в частности радиолокационным высотомером. После некоторого времени интенсивного облучения, если цель – это стая птиц, она рассыпается. Вот так на практике и распознают стаи птиц.

А недавно биологи впервые выдвинули и обосновали версию, как перелётные птицы чувствуют магнитное поле.

«Есть две гипотезы , – объясняет Дмитрий Кишкинев , сотрудник одного из университетов Канады, – магнитная и ольфакторная (обонятельная). В настоящее время учёные активно ищут органы магниторецепции, которые могут служить птицам внутренним компасом. По одной версии, у птиц в сетчатке глаз есть определённые фоторецепторы, которые могут видеть магнитное поле. Было вроде как доказано, что чувствительность к магнитному полю завязана на зрение. Считается, что сетчатка содержит светочувствительные белки – криптохромы, которые под воздействием света и магнитного поля могут по-разному возбуждаться в зависимости от ориентации его силовых линий. Второй вариант предполагал, что у птиц в надклювье есть магниточувствительный орган – 15 лет назад там были найдены клетки, содержащие большое количество оксида железа. Учёные тогда решили, что это и есть искомый магниторецептор, соединенный с мозгом птицы тройничным нервом».

На этом тогда и остановились

Почему? Да потому, что досконально органы птиц в разрезе разрешения интересующих вопросов практически не изучены. Учёные разделяют способность в ориентации (выбору направления) птиц и навигации – умение не только поддерживать строгое направление движения, но и представлять своё истинное местоположение относительно цели.

Благодаря экспериментам, которые ведутся с 60-х годов, учёные полагали, что ориентироваться птицы могут несколькими способами.

Научные сотрудники под руководством Кишкинева ловили камышовок на биологической станции Рыбачий (Куршская коса, Калининградская область) весной, когда птицы летят на север. По данным кольцевания, биологи знают, что эти птицы должны лететь для гнездования либо в Прибалтику, либо в северо-западную часть России (в Ленинградскую область, Карелию), либо на юг Финляндии. Пойманных птиц самолётом привезли в Москву, и часть из них была прооперирована: одной половине камышовок перерезали тройничный нерв, а другой произвели такой же надрез клюва, но без перерезания нерва. Это делалось для того, чтобы исключить влияние на навигацию птиц самого факта операции на клюве.

Чтобы узнать, как повлияет операция на навигацию птиц, их привезли на биостанцию МГУ под Звенигородом, но выпускать их по каким-то причинам не стали. Для изучения миграционного поведения птиц был использован метод с клеткой Эмлена . Она представляет собой конус с сеткой наверху, через который птица может видеть звезды. Суть метода в следующем: в сезон миграции птицу сажают в эту клетку, и, когда у неё начинается миграционный «драйв», она начинает прыгать и оставлять на стенках конуса следы в том направлении, куда ей надо лететь по природному зову. Эксперимент, результаты которого были опубликованы в научной прессе, показал, что птицы с перерезанным нервом не чувствовали, что их перевезли, – они продолжали ориентироваться на северо-восток, считая, что они по-прежнему в Калининградской области. А ложно оперированные птицы поняли, что находятся за тысячу километров от места поимки, и скомпенсировали направление с северо-восточного на северо-западное.

Учёные считают, что перерезанный нерв передавал в мозг птицы некоторую информацию, скорее всего по магнитному полю, о её текущем местоположении на поверхности Земли. Но, чтобы знать своё местоположение, птице либо надо иметь в себе «сетку» магнитного поля Земли либо знать характер его изменения по долготе и широте.

Но где эта «сетка» и как знать изменение поля?

«Мне кажется, вариант с сеткой очень сложный, ведь природа всегда выбирает менее точные, но простые механизмы. Скорее всего, птицы чувствуют, что при перемещении напряжённость поля слишком растёт, и при превышении некоторого порога, который генетически задан, у птицы включается “аварийный план”. Вместо режима “лететь на северо-восток” её бортовой компьютер переключается в режим “лететь на северо-запад», – пояснил автор исследования.

Так что этот эксперимент можно было считать незавершённым. Тем более что сами магнитные рецепторы в надклювье до сих пор не найдены; более того, последние исследования показали, что железосодержащие клетки являются не нервными, а макрофагами, потребляющими бактерий. И такие клетки найдены не только в клюве, но и в других тканях.

То есть налицо мы имеем ситуацию, сложившуюся не в пользу современной мировой науки: множество наблюдений подтверждают, что пернатые прекрасно ориентируются, в особенности в ходе длительных сезонных перелётов на огромные расстояния – пролетая над обширными океанскими просторами без визуальных «контрольных точек», не только по магнитному полю Земли, но и корректируя свои маршруты с учётом магнитного склонения, то есть делая поправку на угловые расхождения направлений географического и магнитного полюсов Земли. А вот найти биологический механизм определения этих магнитных меридианов, то есть пресловутый «птичий компас», и выяснить принцип его работы человек пока не в состоянии.

Зато появилась очередная смелая и неожиданная версия. Если «миграционное беспокойство» – одна из важных причин начала миграции птиц, то возникает вопрос: не является ли непосредственным стимулом к перелётам повышение магнитной активности (примерно вдвое), которое происходит на Земле дважды в году – в периоды весеннего и осеннего равноденствия – в периоды их (птиц) миграции?

Вот и всё, что можно сказать на сегодняшний день. Гипотезы есть, а пойти дальше человек, «царь природы», пока не может.

Просто некоторая информация

Обыкновенная крачка покинула своё гнездо в Финляндии около 15 августа 1996 года и была поймана 24 января 1997 года в Австралии. Она пролетела 25 750 км. Высота полёта обычно не превышает 3 тысяч метров, однако отмечались случаи набора высоты до 6 300 метров (радарные измерения).

Основные пути миграции из европейской части России: из почти двух сотен видов улетающих птиц 16 отправляются в Австралию, 16 – в Северную Америку, 5 – в Южную, 95 – в Африку.

Лебеди, аисты, журавли и гуси летят семьями или крупными сообществами. Аисты во время длительных перелётов периодически могут засыпать на лету на 10–15 минут.

Стаю, как правило, возглавляет самая опытная птица – вожак, уже летавшая по этому маршруту. Однако были замечены случаи замены вожака в полёте летевшими следом «заместителями», а также слияния двух клиньев в один. Причём было заметно, что происходило это в случаях, когда часть птиц уставала в полёте и они начинали вываливаться «из строя». И напрашивался вывод, что временное слияние клиньев делалось для моральной поддержки уставших. Было заметно, что более сильные птицы как бы вталкивали ослабевших в строй. Через некоторое время выровненные клинья вновь делились на несколько и продолжали уже нормальный полёт.

И ещё нечто невероятное

В подразделениях, обеспечивающих полёты авиации и управления ею, на вооружении у нас были приводные радиостанции типа ПАР-8 (затем более современные системы). Эти системы представляют собой передатчик средневолнового диапазона, излучающий код Морзе. Причём набор знаков устанавливается индивидуальным для каждого конкретного радиопривода.

Антенна представляла четыре параллельных троса-излучателя, расположенных на высоте на мачтах. Эта антенна формировала в противоположных направления две диаграммы направленности, то есть два луча. И самолёт, принявший именно этот набор, ориентируясь на максимум излучения, выходил именно на этот привод. И в периоды сезонных перелётов, в частности, журавлей, мы каждый раз замечали, что стаи выходили прямо на наш привод, а затем корректировали дальнейшее направление полёта.

Несмотря на то, что в шести километрах от нашего небольшого подразделения был расположен центральный городок, весьма обширный, с трёх-четырёхэтажными зданиями, трубами и прочим, который мог служить намного более контрастным визуальным ориентиром. Получается, что птицы улавливали излучение привода?

Стоит отметить, что на этих антенных тросах на ночёвку останавливались стаи более мелких птиц. Благо прочность позволяла. А после ночного отдыха полёт продолжался. Возможно, находить такое нетрадиционное место отдыха в темноте им также помогало излучение радиопривода. Стоит сказать, что деревьев вокруг не было, местность пустынная, а высоковольтная линия, тогда ещё не подключённая, находилась в стороне от птичьих трасс и их, видимо, не устраивала.

Часть моих однокашников по выпуску получила распределение на флот, в частности на корабли командно-измерительного комплекса, обеспечивающие постоянное наблюдение за космическими объектами. В том числе и обитаемыми. Ребята рассказывали о случаях, когда стаи птиц, обычно в ненастную погоду, находили посреди океанов (по радиоизлучению корабельных средств?) эти судна и, чтобы не погибнуть, буквально облепливали их палубы, оборудование и надстройки. И после того как распогодится, подкормленные моряками, возобновляли полёт. Предварительно делая вокруг корабля прощальный облёт. Естественно, кроме тех, кто погибал. Подобное рассказывали и моряки других военных судов. Орнитологи такой облёт считают не знаком благодарности, а проверкой крыльев и способности стаи продолжать полёт.

И пока птицы не будут досконально изучены, пока не будет создан эффективный, хотя бы в виде действующего макета, махолёт как действующая копия птицы, видимо, гипотезы так ими и останутся.

Чтобы правильно проложить курс к намеченной цели, штурман корабля или самолета прибегает к помощи сложных навигационных приборов, пользуется картами, таблицами, а теперь и GPS навигацией, gps мониторингом . Тем более удивительной кажется в связи с этим способность птиц и животных поразительно точно ориентироваться относительно поверхности земли. Особенно безошибочно ведут себя в пространстве пернатые. Расстояния, которые преодолевают птицы во время сезонных миграций, иногда очень большие. Так, например, полярные крачки совершают двухмесячный перелет из Арктики в Антарктику, покрывая около 17 тысяч километров. А кулики мигрируют с Алеутских островов и Аляски на Гавайские острова, пролетая над океаном около 3 300 километров. Эти факты представляют интерес не только с точки зрения физиологии. Особое удивление вызывает безошибочная ориентировка птиц над океаном. Если при полете над сушей можно предполагать наличие каких-либо привычных зрительных ориентиров, то какие же ориентиры могут встретиться на однообразной водной поверхности?

Известно также, что птицы после дальних странствий всегда возвращаются на свои места. Так, американские крачки, перевезенные на 800-1200 километров от своих гнездовий, через несколько дней вернулись на старые места, к берегам Мексиканского залива. Подобного рода опыты были проделаны и с другими птицами. Результаты были те же.

Определенной способностью к ориентировки обладают не только «пролетные», но и «оседлые» птицы (тренированный может вернуться в голубятню с расстояния 300-400 километров). Способности птиц ориентироваться в пространстве были известны еще в древности. Тогда уже пользовались голубиной почтой. Однако сами по себе наблюдения за перелетами птиц, их поведением практически ничего не дали для выяснения причин ориентировки. До сих пор по этому вопросу существуют лишь многочисленные догадки и теории.

Английский ученый Метоз опытным путем установил, что почтовые голуби в пасмурные дни ориентируются хуже. Выпущенные с расстояния более 100 километров, они отклонились на известный угол от правильного направления полета. В солнечный день эта ошибка была значительно меньшей. На этом основании было выдвинуто мнение, что птицы ориентируются по солнцу.

Известно, что ориентировка по солнцу в природе действительно существует. Так, например, некоторые водные насекомые, морские пауки обладают способностью ориентироваться по солнцу. Выпущенные в открытое море, они безошибочно устремятся обратно к берегу – обычному месту их обитания. При изменении положения солнца на небосводе пауки изменяют соответственно и угол и направления движения.

Все эти факты в какой-то степени говорят в пользу теории Метоза. Однако существенным возражением против нее являются ночные перелеты многих птиц. Правда, некоторые ученые считают, что в данном случае птицы ориентируются по звездам. Широкое распространение получила так называемая магнитная теория. Идея о существовании у птиц особого, «магнитного чувства», позволяющего им ориентироваться в магнитном поле Земли, была высказана еще в середине 19-го столетия академиком Мидендорфом. Впоследствии эта теория нашла много приверженцев. Однако многочисленные лабораторные опыты, во время которых создавались магнитные поля, по напряженности во много раз большие, чем магнитное поле Земли, не оказывали на птиц видимого влияния.

В последнее время «магнитная теория» подверглась критике со стороны физиологов и физиков. Тем не менее, нельзя не отметить, что к некоторым особым видам электромагнитных колебаний пролетные птицы проявляют определенную чувствительность. Так, например, любители-голубеводы давно отмечали, что голуби хуже ориентируются вблизи мощных радиостанций. Их заявления обычно всерьез не принимались. Но во время второй мировой войны были получены многочисленные сведения о влиянии на пролетных птиц ультракоротких волн, излучаемых радиолокационными установками (радарами). Любопытно, что на сидящих птиц даже с очень близкого расстояния, излучение радара не оказывало видимого воздействия, но излучение, направленное на летящих птиц разбивало их строй.

С точки зрения , науки, изучающей условия жизни различных животных. наличие у птиц способности ориентироваться в пространстве вполне закономерно. Необычайная скорость передвижения и возможность за короткий срок покрывать значительные расстояния выделяет птиц из среды других представителей живого мира нашей планеты. Поиски корма далеко от гнезда, несомненно, способствовали выработке необычайных по сравнению с другими животными способностей ориентироваться в пространстве. Однако, как мы видим, механизм этого интересного явления еще не раскрыт. Пока можно лишь предположить, что сложный инстинкт птиц основан не на одном каком-либо факторе. Возможно, он включает в себя элементы астрономической ориентировки по солнцу, тем более что ряд животных обладает такой способностью.

Очевидно, важную роль может играть и зрительная ориентировка по поверхности Земли, если учесть, что зрение птиц отличается рядом особенностей. Есть безусловно, и еще какие-то важные, пока неизвестные науке факторы. Входит ли в их число, так называемое магнитное чувство птиц, сказать с достоверностью пока нельзя. Только дальнейшие исследования с участием ученых различных специальностей помогут видимо, разрешить эту загадку природы.

Относительно небольшое число видов и особей гусеобразных, поганок, голенастых, хищников, куликов, чаек, воробьиных зимуют в южных районах бывшего СССР по берегам Черного моря, в Закавказье, на юге Каспия, в некоторых районах Средней Азии. Подавляющее большинство видов и особей наших птиц зимует за пределами страны на Британских островах и в Южной Европе, в Средиземноморье, во многих районах Африки и Азии. Например, в Южной Африке зимуют многие мелкие птицы из европейской части бывшего СССР (пеночки, камышовки, ласточки и др.), пролетающие от мест зимовок до 9-10 тыс. км. Пролетные пути некоторых видов еще длиннее. Гнездящиеся по побережьям Баренцева моря полярные крачки - Sterna paradisea зимуют у побережья Австралии, пролетая лишь в одну сторону до 16-18 тыс. км. Почти такой же пролетный путь у гнездящихся в тундрах Сибири бурокрылых ржанок - Charadrius dominica, зимующих в Новой Зеландии, и у колючехвостых стрижей - Hirundapus caudacutus, из Восточной Сибири отлетающих в Австралию и Тасманию (12-14 тыс. км); часть пути они пролетают над морем.

Во время миграций птицы летят с обычными скоростями, чередуя перелет с остановками для отдыха и кормежки. Осенние миграции обычно совершаются с меньшей скоростью, чем весенние. Мелкие воробьиные птицы при миграциях за сутки перемещаются в среднем на 50-100 км, утки - на 100-500 км и т. п. Таким образом, в среднем за сутки птицы тратят на перелет относительно небольшое время, иногда всего лишь 1-2 ч. Однако некоторые даже мелкие наземные птицы, например американские древесные славки - Dendroica, мигрируя над океаном, способны пролетать без остановки 3-4 тыс. км. за 60-70 ч непрерывного полета. Но такие напряженные миграции выявлены лишь у небольшого числа видов.

Высота полета зависит от многих факторов: вида птицы и пелетных возможностей, погоды, скорости воздушных потоков на разной высоте и т. п. Наблюдениями с самолетов и с помощью радаров было установлено, что миграции большинства видов проходят на высоте 450-750 м; отдельные стаи могут пролетать и совсем низко над землей. Значительно реже пролетных журавлей, гусей, куликов, голубей отмечали на высотах до 1,5 км и выше. В горах стаи летящих куликов, гусей, журавлей отмечали даже на высоте 6- 9 км над уровнем моря (на 9-м километре содержание кислорода на 70% меньше, чем на уровне моря). Водные птицы (гагары, поганки, чистиковые) часть пролетного пути проплывают, а коростель проходит пешком. Многие виды птиц, обычно активные только в дневное время, мигрируют ночью, а днем кормятся (многие воробьиные, кулики и др.), другие и в период миграции сохраняют обычную суточную ритмику активности.

У перелетных птиц в период подготовки к миграциям изменяется характер обмена веществ, приводящий при усиленном питании к накоплению значительных жировых запасов. При окислении жиры выделяют почти вдвое больше энергии, чем углеводы и белки. Резервный жир по мере надобности поступает в кровь и доставляется в работающие мышцы. При окислении жиров образуется вода, чем компенсируется потеря влаги при дыхании. Особенно велики запасы жира у видов, вынужденных во время миграции длительное время лететь без остановок. У уже упоминавшихся американских древесных славок перед полетом над морем запасы жира могут составлять до 30-35% их массы. После такого -броска- птицы усиленно кормятся, восстанавливая энергетические резервы, и опять продолжают перелет.

Изменение характера обмена, подготавливающего организм к перелету или к условиям зимовки, обеспечивается сочетанием внутренней годовой ритмики физиологических процессов и сезонных изменений условий жизни, в первую очередь изменением длины светового дня (удлинением - весной и укорочением - в конце лета); вероятно, определенное значение имеет и сезонное изменение кормов. У накопивших энергетические ресурсы птиц под влиянием внешних стимулов (изменение длины дня, погода, недостаток кормов) наступает так называемое -перелетное беспокойство-, когда поведение птицы резко меняется и возникает стремление к миграции.

У подавляющего большинства кочующих и перелетных птиц отчетливо выражен гнездовой консерватизм . Он проявляется в том, что размножавшиеся птицы на следующий год возвращаются с зимовки на место предыдущего гнездования и либо занимают старое гнездо, либо поблизости строят новое. Молодые, достигшие половой зрелости птицы возвращаются на свою родину, но чаще поселяются на каком-то расстоянии (сотни метров - десятки километров) от того места, где они вылупились ( рис. 63). Менее отчетливо выраженный у молодых птиц гнездовой консерватизм позволяет виду заселять новые, пригодные для него территории и, обеспечивая перемешивание популяции, предотвращает инбридинг (близкородственное скрещивание). Гнездовой же консерватизм взрослых птиц позволяет им гнездиться в хорошо знакомом районе, что облегчает и поиски пищи, и спасение от врагов. Существует и постоянство мест зимовок.

Как птицы ориентируются во время миграций, как выбирают направление перелета, попадая в определенный район на зимовку и возвращаясь за тысячи километров на место гнездования- Несмотря на разнообразные исследования, ответа на этот вопрос пока нет. Очевидно, у перелетных птиц есть врожденный миграционный инстинкт, позволяющий им выбирать нужное общее направление миграции. Однако этот врожденный инстинкт под влиянием условий среды, видимо, может быстро изменяться.

Яйца оседлых английских крякв были инкубированы в Финляндии. Выросшие молодые кряквы, как и местные утки, осенью улетели на зимовку, а следующей весной значительная их часть (36 из 66) вернулась в Финляндию в район выпуска и там загнездилась. В Англии ни одна из этих птиц не была обнаружена. Черные казарки перелетные. Их яйца инкубировались в Англии, и молодые птицы осенью вели себя на новом месте как оседлые птицы. Таким образом, объяснить и само стремление к миграции, и ориентировку во время перелета только врожденными рефлексами пока нельзя. Экспериментальные исследования и полевые наблюдения свидетельствуют, что мигрирующие птицы способны к астронавигации: к выбору нужного направления перелета по положению солнца, луны и звезд. При пасмурной погоде или при изменении картины звездного неба при опытах в планетарии способность к ориентации заметно ухудшалась.

С сегодняшнего дня, дня Герасима Грачевика, в России ждут перелетных птиц. Совершая дальние перелеты, они возвращаются из теплых стран. Как они ориентируются? Почему летят клином? Чем питаются? Мы решили ответить на эти и другие "птичьи" вопросы.

Как проложить маршрут

Как не ошибиться с маршрутом? Ведь ошибка будет стоит жизни! Но для крылатых путешественников это вовсе не проблема: маршруты давно определены и остаются неизменными из года в год. Куда держать курс, молодое поколение узнает от старших товарищей. Но как быть, если в стае остался один неопытный молодняк? Как узнать дорогу, не имея карты и gps-навигатора? Оказывается, такой навигатор есть у каждой птицы, это врожденный инстинкт, который и ведет птиц в верном направлении. Это подтверждают случаи, когда свой первый полет молодые особи совершали абсолютно самостоятельно.

Ветер, ветер, ты могуч!

Погодные условия, безусловно, влияют на ход миграции. В теплую погоду птицы летят дольше, и поток прилетающих птиц резко увеличивается. А если вдруг наступает сильное похолодание, птицы и вовсе могут развернуться обратно на юг. Во время осеннего перелета похолодание способствует более быстрому отлету. Утки могут двигаться на юг без остановки, покрывая большие расстояния -150-200 км. Ветер может мешать перелету, и, наоборот, способствовать. Чайки, летающие довольно медленно, летят в штиль или с попутным ветром. Естественно, при наличии такого помощника перелет происходит интенсивнее.

По порядку рассчитайсь!

Многие птицы летят клином, как, например, журавли и гуси. Некоторые считают, что клином летят птицы для того, чтобы рассекать воздух подобно тому, как нос корабля рассекает волны. Но это не так. Смысл клинообразного строя, впрочем, как и любого другого (шеренгой, дугой, косой линией), заключается в том, чтобы птицы не попадали в вихреобразные потоки воздуха, создаваемые движениями крыльев соседей. За счет того, что впереди летящие птицы взмахивают крыльями, создается дополнительная подъемная сила для тех, кто летит сзади. Гуси таким образом экономят до 20% энергии. При этом, на птицу, летящую впереди, возлагается большая ответственность: она является проводником и направляющим для всей стаи. Это тяжелая работа: органы чувств и нервная система находятся в постоянном напряжении. Поэтому ведущая птица быстрее устает и ее вскоре подменяет другая.

Перелет перелетом, а обед по расписанию!

Во время перелета стае не всегда удастся полноценно питаться - возможности для добычи пищи очень ограничены. Откуда взять силы для такой тяжелой работы? Собираясь в долгий путь, мы, как правило, заранее думаем о своем питании. Вот и птицы предпочитают хорошо подкрепиться на дорожку: готовясь к перелету, они кушают очень плотно для того, чтобы накопить побольше жировых запасов для долгого перелета.

Отдыху время, а перелету час

Перелет – дело трудное, и запас энергии быстро иссякает, поэтому птахам очень важно восстанавливать силы. Некоторые виды птиц летят практически без отдыха: вальдшнеп, например, за одну ночь покрывает расстояние до 500 км без остановок. Другие же не могут похвастаться такой выносливостью и делают много остановок. Как правило, и скорость у этих птиц небольшая. Они устраивают себе отдых у водоемов, где могут восстановить силы, подкрепиться и утолить жажду. На это уходит большое количество времени, а на перелет в день в среднем приходится около часа.

Блуждая в потемках

Многие птицы совершают перелет в ночное время. Перепела, лысухи и вальдшнепы, например, летят только в темное время суток. Причем, ночью совершают перелеты не только птицы, ведущие ночной образ жизни: дикие гуси, гагары и многие виды уток продолжают свой путь в любое время суток. А как же летят в ночных условиях птички, привыкшие к дневному свету? Дело в том, что птицы умеют ориентироваться по звездам, солнцу и очертаниям ландшафта. Также они легко определяют свое местоположение по магнитному полю Земли, поэтому могут передвигаться в условиях очень плохой и даже нулевой видимости.

9. Ориентация птиц по солнцу

В истории науки нередки случаи, когда исследователь, стремясь к одному результату, получал другой, иногда гораздо более важный. Однако бывает и так, что ученый находит блестящее решение именно той задачи, которую ставил перед собой, и при этом обнаруживает, что причины исследуемого явления значительно глубже, чем он предполагал.

Именно таким образом сделал свое открытие Крамер, после чего многие биологи в различных исследовательских центрах забросили свою текущую работу, чтобы присоединиться к тем, кто бился над разрешением загадки живых часов.

Густав Крамер родился в Мангейме в 1910 году и получил биологическое образование в университетах Фрейбурга и Берлина. Его первая научная работа в области физиологии низших позвоночных оказалась настолько многообещающей, что в возрасте двадцати семи лет он был назначен руководителем отдела физиологии Неаполитанской зоологической станции.

Свои всемирно известные исследования по ориентации птиц в полете он начал в Гейдельбергском университете и продолжил в Институте биологии моря им. Макса Планка в Вильгельмсхафене, расположенном на западном побережье холодного Северного моря. Наблюдая за стремительными перелетами морских птиц к местам гнездовий, Крамер размышлял над вековой загадкой перелетов, над той изумительной точностью, с которой перелетные птицы находят путь к далекой цели.

Рис. 30. Исключительный по своей дальности маршрут перелета полярной крачки.

Он дивился геройству полярной крачки, этого необыкновенного летуна, что гнездится в полутора сотнях километров от Северного полюса, а с наступлением осени пролетает над Канадой, затем над безжизненными пространствами Атлантического океана к западным берегам Африки и, обогнув мыс Доброй Надежды, остается зимовать южнее Порт-Элизабета.

Но полярная крачка не единственный пример совершенства в навигационном искусстве. Новозеландская бронзовая кукушка покрывает расстояние в две тысячи километров, летя через Тасманово море к Австралии, а оттуда еще полторы тысячи километров на север через Коралловое море к крошечным участкам своих зимовок на архипелаге Бисмарка и Соломоновых островах. Еще более удивительно, что молодая кукушка, совершая такой перелет впервые, может проделать его в одиночестве, опередив своих родителей по меньшей мере на месяц.

Окольцованная белоголовая зонотрихия возвращается из года в год на один и тот же куст в саду профессора Л. Менвальда в Сан-Жозе (штат Калифорния), пролетев три с половиной тысячи километров от мест своих гнездовий на Аляске.

Загадка столь точно нацеленных перелетов очень давно интересовала биологов, и они объясняли это по-разному. И не удивительно: проблема была исключительно сложной, а возможностей научно разрабатывать ее тогда еще не было.

Поэтому, когда Крамер доложил на международном конгрессе орнитологов о результатах своих экспериментов по изучению ориентации птиц, конгресс был изумлен и восхищен. Р. Питерсон сказал: «Сообщение Густава Крамера об экспериментах со скворцами, показавших, что единственный источник ориентации птиц - солнце, чрезвычайно захватывает и увлекает».

Сфера исследования миграций животных очень обширна, и определение направления миграций, конечно, только один из ее аспектов. Но проникновение в один аспект часто приводит к прояснению всей проблемы в целом.

Как мы видели, животные часто мигрируют к очень удаленным местам и там находят конечную, подчас ничтожно малую по размерам цель своего перелета. Такая точность была бы физически невозможной при отсутствии некой системы управления, аналогичной системе управления самонаводящейся торпеды.

При этом крайне важно понимать, что такая система управления не может функционировать без постоянного притока информации из окружающего мира. Самонаводящаяся торпеда должна получать сигналы, которые отражаются от цели, иначе она промахнется. Подобно этому, и животные должны получать сигналы из окружающей среды, иначе направляющий их механизм не сработает.

Но какие сигналы? Информация, поступающая из окружающей среды, может восприниматься либо известными нам органами чувств птицы, либо пока не известными. При этом независимо от того, каким образом воспринимается эта информация, она должна быть такой, чтобы птица смогла решить три задачи.

Во-первых, где она находится в данный момент и в каком направлении ей нужно следовать дальше.

В-третьих, как узнать место назначения, прилетев туда.

Существует ли какое-то единое чувство, известное или неизвестное нам, благодаря которому птица могла бы получить ответ на все эти вопросы? Попробуем рассмотреть возможные виды информации.

Каждый объект на поверхности Земли излучает тепло. Горячие предметы испускают излучение высокой интенсивности с малой длиной волны, а холодные - низкой интенсивности с большой длиной волны. Поэтому и частота и интенсивность излучения на полюсах будут сильно отличаться от таковых у экватора. Можно было бы предположить, что дальние мигранты улавливают эту разницу. Но, как заметил Гриффин, это было бы слишком простым объяснением способности птиц к ориентации.

Такому объяснению противоречат три факта. Излучение распространяется прямолинейно. Поэтому излучение от объекта, находящегося всего в полуторастах километрах от птицы, попадет в точку, расположенную значительно выше уровня обычных полетов птиц. Кроме того, тепловое излучение сильно искажается такими особенностями ландшафта, как леса, озера, пустыни, города, которые вносят в него так называемый «шум». И наконец, никто до сих пор убедительно не доказал, что птицы могут воспринимать изменения теплового излучения.

Все это касается обычного теплового излучения. А как же быть с чем-то менее очевидным? С магнитным полем Земли, например. Его тоже называли в качестве возможного «компаса» для птиц. Эквипотенциальные линии напряженности магнитного поля Земли примерно совпадают с параллелями. Если птица ощущает разницу в напряженности магнитного поля, то она может определить географическую широту своего местонахождения. Или, скажем, магнитное наклонение. Если птица воспринимает его, стрелка ее «компаса» будет находиться в горизонтальном положении над экватором и почти вертикальном - у полюсов. Изменение положения этой стрелки скажет птице о том, где она находится. Но и тут возникают препятствия. Опыты показали, что птицы не реагируют на магнитное поле, даже значительно более сильное, чем магнитное поле Земли. Кроме того, экспериментаторам ни разу не удалось научить птиц реагировать на магнитные поля.

Какие же другие особенности окружающей птицу среды могут давать ей информацию о ее местоположении? Очевидно, вращение Земли. Угловая скорость ее вращения такова, что точка на поверхности Земли, расположенная недалеко от экватора, движется со скоростью около 1600 км/час. Если птица летит на восток со скоростью 100 км/час, ее истинная скорость (относительно солнца) будет около 1700 км/час, а если она летит на запад, то около 1500 км/час. Если птица воспринимает эту разницу, то она может, по-видимому, определить направление полета и географическую широту своего местоположения.

А если птица не летит? Известен случай, когда гуси с подрезанными крыльями прошли несколько километров в направлении своих обычных перелетов. Кроме того, было убедительно показано, что содержащиеся в клетках птицы прекрасно определяют направление. Но, несмотря на очевидность фактов, ученые до сих пор не смогли установить, что помогает птицам ориентироваться в полете.

Итак, мы получили некоторое представление о сложности проблемы, с которой столкнулся Крамер. Немалую трудность в экспериментах по изучению ориентации птиц представляло определение направления их полета, поскольку наблюдать его можно было, лишь следуя за птицами. Нужен был новый экспериментальный метод.

Давно известно, что в сезон перелетов птицы, содержащиеся в клетках, обнаруживают так называемое «перелетное беспокойство»: они перепархивают с места на место, но сохраняют при этом определенное направление. Не это ли направление они избрали бы для полета, если бы были на свободе? На этот вопрос и решил ответить Крамер.

Объектом для своих наблюдений он выбрал европейского скворца, который превосходно переносит содержание в клетках, легко приручается и поддается обучению.

И вскоре лаборатория в Вильгельмсхафене обзавелась молодыми желторотыми птицами, а Крамер нетерпеливо ждал конца лета, когда начинаются осенние перелеты.

Еще до наступления прохладных октябрьских дней он установил непрерывное наблюдение за своими скворцами в светлое время суток (поскольку пролет скворцов идет днем). Из Вильгельмсхафена скворцы осенью обычно направляются на юго-запад. Предпочтут ли находящиеся в клетках скворцы именно это направление? Ждать Крамеру пришлось недолго: в октябре его птицы нервно бились в юго-западных углах своих клеток.

Какими ориентирами воспользовались птицы? Может быть, каким-нибудь чисто физическим признаком местности вроде дерева или холма? Крамер ставил клетки в различные места, прикрывал нижнюю часть клеток, чтобы скворец мог видеть только небо, но птицы по-прежнему столь же упорно стремились на юго-запад. Следующей весной, когда направление перелетов скворцов изменилось на северо-западное, птицы в своих клетках отдавали предпочтение северо-западному направлению.

Такова суть экспериментального метода, который столь долго искал Крамер. Теперь ему предстояло создать оборудование, чтобы проводить тысячи наблюдений и статистически обрабатывать их.

Была построена круглая клетка с абсолютно симметричной внутренней поверхностью: находящаяся в ней птица не имела никаких ориентиров, по которым она могла бы определить направление. С жердочки, расположенной в центре клетки, птица в период перелетного беспокойства постоянно вспархивала, порываясь лететь все время в одном направлении. Прозрачный пластиковый пол позволял наблюдателю, лежащему под клеткой, следить за птицей. Чтобы обеспечить точную регистрацию положения птицы в любой момент, пластик был размечен на ряд секторов.

Самой важной переменной в опытах Крамера было направление света, попадавшего в клетку. Поэтому он поместил экспериментальную круглую клетку в шестигранный павильон, каждая из сторон которого имела окно со ставнем. К внутренней стороне ставня прикреплялось зеркало, изменявшее направление луча света, идущего в клетку. И наконец, и клетку и экран вокруг павильона можно было вращать.

Когда все было готово, Крамер расположился под прозрачным дном клетки с тетрадью и карандашом в руках и каждые десять секунд записывал, какой из размеченных секторов занимала птица. По утрам в течение по крайней мере часа Крамер отмечал положение птицы и очень скоро убедился, что ни оборудование, ни его собственное присутствие не беспокоят скворцов.

Теперь исследователям уже не мешали неопределенности и неточности, неизбежные при наблюдениях в поле. Лабораторный опыт позволял экспериментатору менять контролируемые условия любым нужным ему образом. Как, например, будут вести себя птицы, если луч света, попавший в клетку, отразится зеркалом под прямым углом к его естественному направлению? Ведь в такой ситуации положение солнца должно казаться находящейся в клетке птице повернутым на 90°.

Рис. 32. Скворец, обученный летать в одном и том же направлении в одно и то же время (например, когда солнечные лучи падали в направлении, обозначенном светлой стрелкой), знал, в каком направлении нужно лететь и в любое другое время дня (например, когда солнечные лучи падали в направлении темной стрелки). Точками показаны отдельные положения птицы.

И снова Крамер педантично записывал: «Первые 10 секунд птица в секторе № 8; вторые 10 секунд - в секторе № 9; третьи 10 секунд - в секторе № 7; четвертые 10 секунд - в секторе № 9; пятые 10 секунд - в секторе № 8…» и так далее, пока не сделал более 350 записей в течение всего лишь часа. Вскоре достоверность полученных результатов стала очевидной. Но примут ли их скептически настроенные ученые? Наверняка нет, поскольку из этих результатов следовал совершенно поразительный вывод. И Крамер снова принимается за свои утомительные наблюдения.

Когда же он объявил о своих выводах, научный мир был действительно поражен. Более всего ученых удивил тот факт, что когда направление солнечных лучей было изменено на 90°, скворцы порывались лететь в новом направлении, повернутом на те же 90°. Значит, для определения направления перелета птицам необходимо взять пеленг по солнцу!

Крамер искал ответ на интересовавшие его вопросы, всячески изменяя условия своего эксперимента. Вращал непрозрачный экран вокруг павильона, так что птицы могли видеть лишь часть неба. Вращал клетку. Прикрывал павильон экранами, чтобы варьировать количество проникающего в него света, имитируя различную степень облачности. Но как бы он ни изменял условия, скворцы всегда выбирали правильное направление, если видели солнце непосредственно.

Крамер, конечно, был знаком с ранней работой Белинг, показавшей, что пчел можно научить искать пищу в определенном направлении. А что, если попробовать таким же образом обучать птиц?

Исследователь строит круглую дрессировочную клетку, которая так же, как и первая, выглядит изнутри абсолютно симметричной. Но снаружи вокруг клетки он равномерно разместил двенадцать совершенно одинаковых кормушек, прикрытых резиновыми мембранами с прорезями. Пока птица не просовывала клюв сквозь прорезь, она не знала, в какой из кормушек лежит зерно.

Теперь Крамеру нужно было обучить птицу искать пищу в одной какой-нибудь стороне клетки. Он выбрал для этого восточную кормушку и в семь часов утра насыпал в нее зерно. Птица проявила большую настойчивость и после серии попыток обнаружила, что пища лежит только в восточной кормушке. Через 28 дней обучения (дрессировка проходила от 7 до 8 часов утра) скворец усвоил урок.

Пришло время решительной проверки. Крамер перенес клетку на десять километров и в 17.45 насыпал зерно в восточную кормушку. Как теперь поведет себя птица?

Во время утренних дрессировок солнце находилось чуть-чуть правее восточной кормушки. Теперь же, к концу дня, оно было позади западной. Будет ли птица и сейчас искать пищу в восточной кормушке или повернет за ней в направлении солнца? Крамер напряженно ждал. Скворец немного пометался по клетке, видимо, в нерешительности, а затем, ошибившись всего один раз, повернулся к восточной кормушке.

Итак, птица каким-то образом знала, что для того, чтобы найти восток утром, надо двигаться по направлению к солнцу, а в конце дня - так, чтобы солнце оставалось непосредственно сзади!

Чтобы еще более утвердиться в своих выводах, Крамер придумал исключительно изящный эксперимент. Прежде всего он обучил скворца находить пищу независимо от времени дня в западной кормушке. Затем он закрыл клетку защитной ширмой от настоящего солнца и осветил ее искусственным солнцем, но так, что свет падал все время с одной и той же стороны - с запада.

Рис. 33. Установка Крамера для изучения выбора скворцом направления при фиксированном положении «солнца» (С) (вверху). Сначала скворца обучали искать пищу при открытом небе (а) в кормушке (П), находящейся в западном секторе клетки (К). Затем загораживали клетку защитным экраном (Э) от настоящего солнца и включали фиксированное «солнце». И птица, принимая искусственное «солнце» за настоящее, искала пищу в восточной кормушке утром (б), в северной - в полдень (в) и в западной - в конце дня (г).

Что будет делать бедная птица при таком «солнце», которое непрерывно светит с одной и той же стороны? К удивлению сгоравшего от нетерпения Крамера, скворец отнесся к этому светилу, как к настоящему, то есть повел себя так, словно «солнце» перемещалось, как ему и положено, по небосводу. Поскольку он был обучен искать пищу в любое время дня в западной кормушке, он искал ее в восточной кормушке в 6 часов утра, в северной - в полдень и в западной - в 17 часов.

Можно ли было теперь сомневаться в том, что эта птица с темными переливающимися перьями могла определять время дня с точностью до минуты?

Вот о таких удивительных открытиях сообщил Крамер научному миру в начале 50-х годов. И хотя эти открытия очень быстро принесли ему мировую известность, сам он смотрел на свои достижения глазами непредубежденного человека. Предстояло сделать еще очень много, чтобы выяснить, как же именно ориентируются птицы.

Поскольку он показал, что птица определяет направление, ориентируясь по солнцу и учитывая его суточное перемещение, можно было считать, что она обладает солнечным компасом, которым пользуется точно так же, как штурман магнитным компасом для прокладывания курса. Но это было лишь частичным решением проблемы. Ведь человек для определения направления должен иметь еще и карту, а также знать свое местоположение на этой карте. Значит, для того, чтобы достигнуть конечной цели перелета, птице тоже необходимо располагать какой-то картой. Но о такой карте пока никто не знал. И Крамер обращается к литературе. Один из английских исследователей, Джеффри Мэтьюз, долгое время изучал поведение почтовых голубей и написал после этого пространную монографию о навигации птиц. Она заинтересовала Крамера, который очень скоро понял, сколь многое обещала ему разработанная Мэтьюзом техника эксперимента. Мэтьюз выпускал почтовых голубей, предварительно унесенных от голубятни в специально выбранное для этого место (открытые равнины с одинаковой видимостью во все стороны), и следил за направлением их полета в бинокль до тех пор, пока птица не скрывалась из виду. Эти наблюдения тщательно сопоставлялись со сроками возвращения птиц к гнезду.

Учитывая результаты Мэтьюза, Крамер наметил широкую программу собственных экспериментов, которую он, к сожалению, не смог осуществить.

В поисках хорошо ориентирующихся птиц он начал отлавливать диких голубей в горах Калабрии, на юге Италии. 4 апреля 1959 года во время одного из восхождений он сорвался и погиб.

Густав Крамер неоспоримо доказал, что птицы способны ориентироваться по положению Солнца на небосводе с внесением поправок на его перемещение. И объяснялось все это единственным способом - птицы имеют собственные часы. Причем настолько точные, что сравнить их можно разве что с хронометром, которым пользуются штурманы.

Рис. 34. Густав Крамер выпускает почтовых голубей с башни старого Гейдельбергского замка около Гессена.

Чем кормить птиц! С таким вопросом ко мне частенько обращались по телефону или лично и знакомые, и совершенно посторонние люди. Случается, что в квартиру залетела какая-нибудь птица или вы подобрали выпавшего из гнезда хилого птенца, а то и взяли под свою опеку взрослых