Как птицы ориентируются в пространстве
Одна из интереснейших проблем, касающихся поведения животных, – это вопрос о том, каким образом животные находят путь при миграциях на дальние расстояния. Хотя способность к навигации обнаружена у многих видов позвоночных, в наибольшей степени она проявляется у птиц при их перелетах на большие расстояния, что и по сей день остается самым непонятным явлением в поведении животных. Расстояния, которые птицы преодолевают при этом, огромны: например, полярная крачка размножается в Арктике, а зимует в Антарктике. Точность ориентации птиц также впечатляюща: они могут перелетать на другой континент, возвращаясь всегда на одно и то же место. Хотя такие перелеты вызывают множество интересных вопросов, все же наиболее важен вопрос о том, как птицы находят свой путь.
Существуют разные способы ориентации. Гриффин предложил для этого следующую классификацию:
Пилотирование – определение курса с помощью знакомых ориентиров. Многие виды птиц для определения направления полета используют какие-либо заметные особенности данной местности.
Ориентация по странам света – способность двигаться в направлении определенной страны света без каких-либо ориентиров. Некоторые виды птиц для определения направления полета используют различные ключевые стимулы. Если бы эти птицы ориентировались только по странам света, то отклонение от правильного курса по долготе привело бы к тому, что в конце концов они оказались бы далеко от их настоящей цели, так как они не смогли бы внести поправку на подобное смещение.
Истинная навигация – способность ориентироваться в направлении определенного места (цели) без соотнесения с ориентирами на местности. Животное, обладающее такой способностью, может внести поправку на отклонение от курса по долготе и прибыть в нужное место.
Возможные ключевые стимулы
Истинная навигация представляет собой наиболее яркий пример способности птиц ориентироваться в пространстве. Рассмотрим ключевые стимулы, которые при этом могли бы использоваться.
Звезды. Поскольку люди могут ориентироваться по звездам, естественно было предположить, что и птицы используют звезды для навигации. Эта гипотеза была четко сформулирована Зауэром. Эмлен подвел итоги большой исследовательской программы по изучению ориентации с помощью звезд у овсянки – певчей птицы, которая размножается на востоке Соединенных Штатов, а зимует в Центральной Америке и на Карибских островах. Эмлен разработал простой, но остроумный способ определения предпочтительного направления в ориентации птиц. Каждая из птиц содержалась в специальной клетке, на полу которой лежала пропитанная чернилами подушечка. Боковые стенки клетки были закрыты белой фильтровальной бумагой, сложенной в виде расширяющейся кверху воронки. Помещенная в такую клетку птица видит только то, что находится непосредственно над ней. Когда птица становится активной и начинает подпрыгивать вверх, чернила с ее лап отпечатываются на фильтровальной бумаге, благодаря чему осуществляется постоянная регистрация ее движений. Если птиц в таких клетках содержали на открытом воздухе, то осенью их движения были направлены на юг, а весной – на север.
Для более полного изучения, способности к ориентации у перелетных птиц Эмлен вслед за Зауэром провел исследования в планетарии. Он обнаружил, что направление, в котором предпочтительно ориентировались овсянки, варьировало в зависимости от их физиологического состояния. Изменяя длину дня, он мог одновременно исследовать две группы птиц: одну в «осеннем» состоянии, а другую – в «весеннем». Результаты соответствовали ожидаемым: хотя все опыты проводились в мае, у птиц, находившихся в осеннем физиологическом состоянии (вследствие укорочения длины дня), движения были ориентированы на юг, а у птиц в весеннем состоянии – на север.
Изменяя расположение звезд в планетарии, Эмлен обнаружил, что для определения направления птицы используют группу звезд, расположенных в пределах 35° от Полярной звезды. Поправку на время они не вносят. Каким же образом овсянки приобрели способность находить свой путь по звездам, лежащим рядом с Полярной звездой? Можно было бы думать, что это инстинктивное поведение. Для проверки такого предположения Эмлен исследовал ориентацию у трех групп птиц, выращенных человеком. Птицы, выращенные в условиях рассеянного освещения, обнаруживали осенью высокий уровень активности, но никакой определенной ориентации движений у них не наблюдалось. Способность к ориентации была, по-видимому, следствием научения. Другую группу выращенных человеком птиц в течение двух месяцев помещали каждую вторую ночь в планетарий, где имитировали нормальное вращение звездного неба. Эти птицы обладали нормальной способностью к ориентации на юг. С третьей группой проводили точно такой же двухмесячный опыт, как и со второй, но в этом случае звездное небо в планетарии вращалось вокруг звезды Бетель-гейзе, на которую впоследствии и ориентировались птицы этой группы. Эмлен высказал предположение, что молодые овсянки следят за движением звезд и узнают «северную» звезду по характеру вращения звездного неба. Какова же адаптивная роль эволюции системы, с помощью которой птицы научаются определенным способам ориентации? Эмлен отмечает, что при изменении направления земной оси меняются и полярные звезды. Таким образом, в результате длительной эволюции овсянки приобрели способность ориентироваться по наиболее подходящей звезде, хотя при изменении вращения Земли это будут разные звезды.
Солнце. Для определения ключевых стимулов, используемых птицами для ориентации в дневное время, была исследована способность голубей возвращаться «домой». Г. Крамер и его сотрудники показали, что птицы определяют направления сторон света по солнцу. Кроме того, птицы способны учитывать те изменения, которые происходят в положении солнца над горизонтом в течение дня (эти изменения составляют в среднем 15° в 1 ч). Птицы, содержавшиеся в условиях искусственного фотопериодизма, сдвинутого на 6 ч по отношению к естественному, при полете на открытом воздухе отклонялись на 90° от того направления, которое они выбрали бы, если бы ориентировались по солнцу.
Хотя ориентация, позволяющая птицам определять стороны света по солнцу с поправкой на время, быть может, и важна для навигации, она недостаточна для объяснения истинной навигации. Было предложено множество других, более сложных гипотез. Мэттьюз выдвинул гипотезу солнечной дуги, согласно которой птицы сравнивали высоту солнца, экстраполированную к высшей точке над горизонтом, с его высотой в тот же момент времени (определяемый по внутренним часам) у себя «дома». С помощью такого механизма можно было бы получать достаточно информации для выбора правильного направления. Исследование различных перцептивных способностей голубей показывает, что голуби воспринимают движение, подобное движению солнца. К сожалению, более поздние данные несовместимы с гипотезой солнечной дуги. Большинство исследователей, по-видимому, склоняется к гипотезе «карты и компаса» Крамера. Для навигации птица нуждается не только в компасе, который, как было показано, у нее есть, но и в карте. Хотя природа этой карты еще не установлена, результаты большого числа исследований, в основном связанных с изменением фотопериодов, Позволяют предположить, что при истинной навигации животные должны так или иначе сверять по какой-то «карте» полученную ими информацию о сторонах света.
Магнитные ориентиры. Так как некоторые птицы способны возвращаться домой в условиях значительной облачности, предположение об использовании в качестве ориентира солнца не может полностью объяснить, каким образом голуби находят дорогу при возвращении «домой». Данные о том, что птицы используют информацию о характере магнитного поля земли, представляются в настоящее время вполне убедительными. Китон прикреплял к телу голубей магниты или кусочки латуни, а затем исследовал их ориентацию. В ясные дни магниты не оказывали никакого действия. В пасмурные дни голуби с кусочками латуни (контрольные) обнаруживали хорошую ориентацию, тогда как у птиц с магнитами (искажавшими магнитное поле вокруг них) ориентация была случайной. Уолкот пошел дальше и прикрепил к голове голубя катушку Гельмгольца – устройство, генерирующее постоянное магнитное поле. И в этом случае изменение магнитного поля вызывало дезориентацию голубей, но только в пасмурные дни. Очевидно, в системе навигации голубей имеется избыточность: в ясные дни они используют в качестве ориентира солнце, а когда его не видно, переключаются на магнитные ключевые стимулы.
Обонятельные ориентиры. Как говорилось выше, голуби способны воспринимать и различать некоторые запахи. Группа итальянских исследователей (см. например, Papi et al. 1973) выдвинула предположение, что голуби находят дорогу домой по обонятельным раздражителям, вызвавшим у них когда-то своего рода «обонятельное запечатление», подобное тому, которое наблюдается у лососей. Хотя Папи и его сотрудники представили данные, свидетельствующие в пользу «обонятельной» гипотезы, существуют некоторые сомнения относительно их воспроизводимости, а также возможности использовать обонятельные стимулы при перелетах на большие расстояния.
Слухевые ориентиры. Гриффин и Хопкинс, измерив интенсивность звуков, издаваемых лягушками, на высоте 500 и 1000 м, высказали предположение, что естественные звуки (например, пение лягушек, звуки насекомых, шум волн или ветвей) могут служить для перелетных птиц ключевыми стимулами.
Заключение. Требуется дополнительное изучение сенсорно-перцептивных механизмов, лежащих в основе ориентации птиц при их миграциях на большие расстояния. Предположения о ключевой роли описанных выше и некоторых других стимулов находят как сторонников, так и противников. Ясно, что ориентироваться птицам помогает не один какой-то раздражитель, а скорее целый их комплекс, причем относительная важность каждого из компонентов варьирует у разных видов. Ориентация при перелетах на большие расстояния, безусловно, представляет собой один из наиболее ярких примеров сенсорно-перцептивного контроля поведения животных.
Рекомендуем ознакомится: http://biofile.ru