GPS в голове: как перелётные птицы находят путь без карт?

Каждый год миллиарды птиц мигрируют в Соединённые Штаты и обратно. А по всему миру птицы пролетают тысячи миль, чтобы добраться до своих сезонных мест обитания. Некоторые птицы, такие как полярная крачка (Sterna paradisaea), за свою жизнь пролетают столько миль, что хватило бы долететь до Луны и обратно.

Но как птицы, отправляющиеся в эти эпические путешествия, узнают, куда они летят?

У птиц есть целый арсенал органов чувств, которые они используют для ориентации в пространстве. Некоторые из них нам знакомы, а некоторые до сих пор остаются за пределами человеческого понимания.

«Мы знаем, что птицы используют различные ориентиры, чтобы сохранять направление миграции», — Мириам Лидвогель, директор Института исследований птиц в Германии, сообщила Live Science в электронном письме.

Зрение и обоняние — два основных ориентира, которые птицы используют, чтобы найти дорогу. Если птицы уже когда-то мигрировали, они, скорее всего, запомнили знакомые ориентиры, такие как реки и горные хребты. С другой стороны, у птиц, которые мигрируют над водой, меньше ориентиров, по которым они могут ориентироваться. В таких условиях они могут больше полагаться на обоняние. Одно исследование показало, что, когда учёные блокировали носовые ходы буревестников Скополи (Calonectris diomedea), они всё равно могли летать над сушей, но теряли ориентацию при полёте над водой.

Птицы также могут использовать солнце и звёзды в качестве ориентиров. Для этого птицы, которые летают днём, используют «солнечный компас», который объединяет представление птиц о том, где находится солнце на небе, с их внутренним восприятием времени суток, основанным на циркадном ритме. Объединяя эти два фактора, птицы могут определять направление, в котором они летят, как живые солнечные часы. Исследования показывают, что нарушение циркадного ритма птиц с помощью искусственного освещения мешает им точно ориентироваться, что свидетельствует о важности солнечного компаса.

Однако большинство птиц на самом деле мигрируют ночью, а значит, положение солнца им мало помогает. В этом случае птицы ориентируются по положению и вращению звёзд, чтобы найти дорогу. Они используют этот звёздный компас, запоминая расположение звёзд вокруг небесного полюса, который примерно соответствует Полярной звезде (Северной звезде) — той самой звезде, которую люди использовали для навигации на протяжении тысячелетий.

Магнитные поля

Но что, если небо затянуто облаками и птицы не видят ни солнца, ни звёзд, ни каких-либо ориентиров? Тогда в игру вступают более фантастические чувства птиц. Птицы могут находить дорогу даже без солнца и звёзд, отчасти благодаря чувству, называемому магниторецепцией. Это чувство позволяет птицам воспринимать магнитные поля Земли, которые генерируются пульсирующими расплавленными металлами в ядре нашей планеты. Этот трюк может показаться научной фантастикой, но исследования показывают, что воздействие на магнитные поля оказывает большое влияние на птиц. Например, одно исследование показало, что изменение магнитного поля вокруг голубей нарушает их способность возвращаться домой.

Хотя очевидно, что птицы способны к магнитовосприятию, точно неизвестно, как именно они это делают. Питер Хор, профессор химии в Оксфордском университете, сказал, что птицы должны использовать какую-то химическую реакцию, результат которой зависит от силы и направления магнитного поля Земли. Существует несколько теорий о том, как происходит эта реакция, но Хор делает ставку на молекулу под названием криптохром, которая присутствует в сетчатке глаз птиц.

Исследователи в лаборатории подтвердили, что изолированный криптохром реагирует на магнитные поля и что для этой реакции необходим синий свет, который, как было показано, также необходим для магнитовосприятия у птиц. Тем не менее исследователи не совсем уверены в том, что криптохром достаточно чувствителен, чтобы улавливать малейшие изменения в магнитном поле Земли.

«Мы так мало знаем о том, как именно работает этот компас, — сказал Хор. — Я имею в виду, что мы даже не знаем, сколько молекул криптохрома содержится в сетчатке глаз птиц».

Некоторые исследования также указывают на наличие механизма магнитовосприятия в клювах птиц. В ходе исследований в верхней части клювов птиц были обнаружены рецепторы, взаимодействующие с магнетитом, минералом на основе железа. Эти рецепторы связаны с мозгом важными нервными путями, что позволяет предположить, что они могут быть ещё одним способом, с помощью которого птицы измеряют интенсивность магнитного поля.

Помимо магниторецепции, птицы могут получать информацию о направлении, в котором они движутся, с помощью поляризованного света — типа света, в котором волны колеблются в определённой, выровненной плоскости. Солнечный свет поляризуется предсказуемым образом при прохождении через атмосферу Земли. С помощью специальных клеток в сетчатке глаза птицы могут улавливать эти закономерности, которые дают им информацию о том, где находится солнце на небе, даже в пасмурную погоду.

Собираю кусочки воедино

Подобно тому, как мы полагаемся на своё зрение днём, но можем использовать руки, чтобы ориентироваться в слабо освещённой комнате ночью, птицы в разное время суток используют разные органы чувств.

«Птицы, вероятно, используют компас для навигации, и мы почти уверены, что разные сигналы имеют разную важность во время их путешествия», — сказал Лидфогель. Хор также отметил это: например, магнитовосприятие менее полезно во время грозы или в периоды высокой солнечной активности, которые могут нарушать магнитное поле Земли.

В конечном счёте все эти стратегии основаны на генетической предрасположенности птиц к миграции. Птицы наследуют склонность к миграции от своих родителей, объяснил Лидфогель, а расстояние и направление, в которых они летают, в первую очередь определяются генетикой. Такие исследователи, как Лидфогель, до сих пор изучают, какие именно гены отвечают за это и как они работают.

Оба учёных заявили, что понимание этих систем будет иметь важное значение для сохранения птиц в будущем. Перемещение или реинтродукция видов птиц стали основным направлением усилий по сохранению дикой природы, но до сих пор результаты были неоднозначными. Один анализ показал, что в 45% исследований птицы покидали новое место обитания.

«Попытки людей переселить этих птиц не увенчались успехом, — сказал Хор. — Отчасти это связано с тем, что они настолько хорошо ориентируются, что, если их потревожить, они просто улетят обратно».

Кошки — единственные животные, которые мурлычут?