Подорожуючим птахам, розмах міграцій яких носить воістину планетарний характер, доводиться покладатися на глобальні орієнтують поля, обумовлені фундаментальними фізичними властивостями Земної кулі і навколишнього його космосу. Особливо багато надій на розуміння механізмів орієнтації мігруючих птахів породило у орнітологів геомагнітне поле, наявність якого відрізняє Землю від всіх найближчих планет Сонячної системи.

Механізми міграцій птахів

З певною часткою умовності Землю можна уявити собі як гігантський намагнічений куля. У кожній точці на поверхні Земної кулі існує магнітне поле, напрямок якого легко встановити за допомогою стрілки компаса, яка завжди звернена до магнітного полюса. Нагадаємо, що магнітні полюси планети лежать трохи осторонь від нанесених на карти або глобус географічних полюсів, крізь які проходить вісь обертання Землі.

Стрілка звичайного компаса рухається лише вправо-вліво, тому показує напрямок лише горизонтальної складової поля, будучи спрямованою уздовж магнітного меридіана до магнітного полюса Землі. Але сили земного магнетизму діють не тільки в горизонтальній площині, а й у напрямку до центру планети, тобто магнітне поле має ще й вертикальної або, як кажуть, гравітаційної складової. Якби стрілка компаса могла рухатися у всіх напрямках, в тому числі вгору і вниз, то її становище помітно змінювалося б у міру руху від екватора до полюсів.

На екваторі вона б розташовувалася строго паралельно поверхні Землі, тобто абсолютно горизонтально, вказуючи своїм намагніченим кінцем строго на північ. У міру просування від екватора її відхилення від горизонталі ставали б дедалі помітнішими і нарешті на північному полюсі стрілка звернулася б до центру планети, тобто встала б вертикально. На південному магнітному полюсі стрілка також займе вертикальне положення, але її намагнічений "північний" кінець буде звернений строго вгору. Таким чином, компас, який має подібний пристрій, можна використовувати не тільки для вказівки напряму на північ, а й для визначення свого становища на меридіані, тобто в якості покажчика широти.

Гіпотеза магнітної орієнтації перелітних птахів

Чи можуть птиці використовувати земний магнетизм так само, як ми вживаємо звичайний компас, стрілка якого, підкоряючись горизонтальної складової магнітного поля, завжди звернена на північ? Чи здатні пернаті відчувати і оцінювати цю складову? Гіпотеза магнітної орієнтації перелітних птахів була висловлена ​​академіком Петербурзької академії А. Міддендорф понад сто років тому, проте реальні можливості для її експериментальної перевірки з'явилися у вчених лише в останні роки.

Спосіб вивчення міграції птахів

Виявляється, що голуби з натягнутими на голову спіралями з тонкого металевого дроту з протікає по ним електричним струмом від мініатюрних батарейок в дослідах по в похмуру погоду погано поверталися додому. У ясну погоду вони користувалися звичним сонячним компасом і впевнено прямували до голубника, нітрохи не засмучуючись про те, що напрямок магнітних полів, що були в їхніх голови, не мало нічого спільного в напрямом земного магнетизму.

У похмуру погоду голуби зі спіралями на голові здійснювали грубі помилки при прокладанні курсу і відлітали казна-куди, тоді як голуби без спіралей не відчували помітних труднощів. На цей час є чимало й інших свідчень здатності пернатих до вживання магнітного компаса. Значно більше сумнівів викликає поки вміння птахів використовувати гравітаційну складову магнітного поля для того, щоб визначати своє місцезнаходження.

Обертання Землі і міграція птахів

У свій час припускали навіть наявність у птахів способів навігації, заснованих на використанні сил Коріоліса. Ці сили виникають завдяки обертанню земної кулі; вони зростають у напрямку від полюса до екватора відповідно до збільшення швидкості обертання точок, розташованих на поверхні земної сфери. Глобальними проявами сил Коріоліса в планетарному масштабі є підмив берегів річок, що течуть в меридіональному напрямку, і закручування велетенських атмосферних вихорів. На використанні цих сил заснований пристрій гірокомпаса - приладу, який за будь-яких положеннях повітряного або морського судна мимовільно встановлюється уздовж меридіана. Сили Коріоліса годяться для того, щоб за ними визначати географічну широту в межах однієї півкулі.

Якщо до них додати ще один покажчик місця, наприклад одну зі складових магнітного поля Землі, то можна отримати шукану систему з двох координат (за рахунок вже зазначеного нами розбіжності осей магнетизму і обертання), що дозволяє створити магнітно-гравітаційну »карту. Однак розрахунки показали, що для того, щоб бути сприйнятими пернатими, сила Коріоліса все ж занадто малі і, зокрема, безнадійно перекриваються і маскуються тими ускорениями, які впливають на птицю в польоті (на зльоті, при розгоні або гальмуванні, та й взагалі при будь-яку зміну швидкості польоту або положення в просторі).

Навігація птахів

Різниця між компасної орієнтацією і навігацією

Рух до мети включає два компонента. По-перше, компасну орієнтацію - вміння підтримувати протягом тривалого часу обраний курс, і, по-друге, навігацію - вміння прокласти курс між двома пунктами, виходячи з порівняння їх координат, тобто по зберігається в пам'яті карті.

Відмінності між простий компасної орієнтацією і навігацією ілюструє досвід з перевезення шпаків. Кілька тисяч пташок спіймали і окольцевали, перевезли з Голландії в Швейцарію і випустили. Молоді птахи, які здійснювали першу в своєму житті міграцію, попрямували з Швейцарії на південний захід. У них вийшло вибрати правильний напрямок, але вони в підсумку відхилилися від курсу і виявилися помітно південніше місця, до якого прямували, і відповідно їм нічого не залишалося, як перезимувати в Іспанії і південних областях Франції.

За компасу молодняк зорієнтувався вірно, але зробити поправку на деякий зсув зі звичною їм траси шпакам виявилося не під силу. А дорослі шпаки, які вже мали міграційний досвід, прекрасно показали, що володіють відмінною снайперської навігацією. Вони змогли зорієнтуватися і відразу проклали новий курс в північно-західному і західному напрямках і в підсумку з легкістю досягли звичних їм зимівель.

Різниця між просторовою орієнтацією дорослих і молодих птахів

У чому ж різниця між просторовою орієнтацією дорослих і молодих птахів? Швидше за все в тому, що рух до зимівниках у молодняка, що долає маршрут вперше в житті, підпорядковується в основному інстинктивним програмам поведінки. Іншими словами, юний шпак володіє природженою здібністю летіти в напрямку зимівель і досить точно уявляє собі, яке саме відстань йому необхідно подолати для того, щоб їх досягти.

Інша справа дорослі птахи, що вже побували на зимових квартирах і отримали там певну інформацію. Яку саме - найважчий і ключове питання, точної відповіді на яке поки що не існує. Це може бути будь-яка астрономічна або геофізична інформація, за допомогою якої можна дати унікальну характеристику будь-якої точки на поверхні Земної кулі. Так ось, дорослий птах швидше за все вміє порівнювати зберігається в пам'яті інформацію про зимівлю з поточною інформацією про місце свого перебування.Все подальше - вже справа техніки і являє собою просту задачу для будь-якого суб'єкта, який володіє навичками орієнтування за допомогою компаса.

Здатність голубів знаходити шлях до дому

Вражаючі здібності голубів знаходити шлях до будинку відомі з незапам'ятних часів. Армії давніх персів, ассірійців, єгиптян і фінікійців відправляли з голубами повідомлення з походів. Під час обох світових воєн голубина пошта послужила таку службу, що в честь пернатих листонош були споруджені пам'ятники в Брюсселі і французькому місті Ліоні. На змаганнях поштових голубів відвозять за 150-1000 кілометрів і випускають. Час повернення птахів в голубник реєструється за допомогою спеціальних пристроїв. Добре треновані голуби летять до дому з середньою швидкістю 80 кілометрів на годину, кращі з них здатні подолати 1000 кілометрів за день.

Третій пам'ятник голубам ще не побудований, але давно ними заслужений завдяки видатного внеску у вивчення способів орієнтації пернатих. З'ясувалося, наприклад, що голуби можуть здалеку повертатися в голубник всупереч найсильнішою «короткозорості». «Короткозорість» птахів робили на час досвіду, надягаючи їм на очі матові контактні лінзи, які дозволяли розрізняти лише контури найближчих предметів. І ось з такими лінзами голубів випускали в 130 км від голубники. Напівсліпі птиці злітали вгору і на великій висоті спрямовувалися додому, не бачачи навколо себе нічого, крім непроникного сірого туману. Майже всім вдалося благополучно дістатися до місця, хоча «короткозорість» не дозволила знайти саму голубник. Голуби опускалися в радіусі 200 метрів від неї і терпляче чекали позбавлення від обридлих лінз.

Компаси птахів

Коли курс відомий, слідувати за ним протягом тривалого часу можна тільки за допомогою компаса. Залежно від обставин птиці впевнено користуються «компасами» принаймні трьох різних типів. У денний час птиці з великою точністю визначають положення сторін світу по сонцю. Цьому не перешкоджає навіть легка пелена хмар до тих пір, поки вона ще дозволяє відчувати положення світила на небозводі. Вночі на зміну сонячному приходить зоряний «компас», і в мистецтві поводження з ним багато птахів, які вчиняють нічні міграції, також досягли великих успіхів. Коли погода псується остаточно і небо закрите хмарами цілодобово, на виручку пернатим мандрівникам приходить магнітний «компас», з яким вони також керуються дуже вміло.

Таким чином, на питання про те, яким «компасом» користуються пернаті мандрівники, вчені мають у своєму розпорядженні майже вичерпним відповіддю. Гірше поки йде справа з розумінням того, що собою являє «штурманської карта» птахів і якими методами користуються вони для того, щоб відзначати на ній своє місце розташування. Нагадаємо, що мореплавці навчилися робити це по-справжньому лише з появою точних вимірювальних приладів.

Перш за все хронометра - годин з дуже точним ходом, що дозволяють в строго визначений час протягом багатомісячного плавання відстежувати висоту світил над горизонтом і їх азимут - тобто розташування по відношенню до напрямку на північ. Положення світил визначають за допомогою секстанта - досить складного інструменту, без якого протягом трьох останніх сторіч не покинуло порту жодне судно далекого плавання. Щоб «отримати місце» корабля, необхідно виконати мінімум два виміри висоти або азимута світил - в будь-якому поєднанні.

Отримавши необхідні цифри за допомогою навігаційних таблиць, частково звільняють штурмана від складних розрахунків, він може з точністю до декількох миль визначити географічну довготу і широту, під якими в момент вимірювань знаходилося судно. Більш точні, але незрівнянно більш дорогі способи навігації, що нагадують положення морського або повітряного судна з точністю до десятків метрів, стали можливі лише з появою космічних засобів.

Сонячні та зіркові компаси

Таким чином, за положенням Сонця або зірок на небі можна не тільки підтримувати курс, використовуючи світила як заміну компасу, але і визначати своє положення на поверхні планети, використовуючи світила як покажчики місця. В даний час твердо встановлено, що птахи мають вродженим умінням користуватися сонячним і зоряним «компасами», завдяки наявності у них точних «внутрішнього годинника», що дозволяють вибирати правильний напрямок при будь-якому положенні світил протягом доби.

Чи можуть птиці використовувати Сонце і зірки для визначення місця розташування?

Якщо еволюція навігаційних систем птахів пішла б тим же шляхом, що і розвиток штурманського справи, то пернатим довелося б знайти заміну хронометру, секстант, календарем і понад те опанувати сумою знань з астрономії хоча б в обсязі програми середньої школи. Тоді, опинившись у незнайомій місцевості, той же поштовий голуб міг би визначити своє становище по відношенню до будинку, оцінюючи різницю між висотою стояння сонця і азимутом світил в новому місці і збереженої в пам'яті висотою і азимутом тих же світил в той же самий день і то же самий час над рідною голубником.

Найпростіше дочекатися на новому місці настання місцевого полудня - моменту верхньої кульмінації центра Сонця. Потім слід зробити дві речі. По-перше, подивитися на годинник, що йдуть по «домашньому» часу, і встановити різницю в моменті настання полудня. Якщо Сонце вийшло в зеніт раніше 12.00, то будинок залишився на заході, якщо пізніше - то на сході. По-друге, треба поглянути на Сонце і оцінити його висоту над горизонтом. Якщо Сонце опівдні стоїть вище, ніж удома, значить, доля занесла вас на південь, якщо нижче - південно на північ (у Південній півкулі, природно, навпаки).

На перший погляд тут все просто, але в дійсності труднощі неймовірні. Щоб користуватися цим методом, навіть в його найпростішій модифікації, потрібен колосальний обсяг пам'яті і висока точність вимірювань. Такими ресурсами пам'яті мозок птахів не має. До того ж вимірювання з метою навігації занадто складні для того, щоб їх можна було зробити «на око».

Наприклад, на широті міста Сімферополя на кожні 100 кілометрів шляху висота Сонця змінюється всього на 1 °, час сходу і заходу - менш ніж на 5 хвилин, азимут Сонця - менше ніж на 1,5 °. Користуватися астрономічної орієнтацією легше на далеких відстанях - у міру його скорочення вимоги до точності вимірювань неухильно зростають.

Орнітологи доклали багато сил для того, щоб виявити схожість в методах навігації птахів і людей. Але все дослідження в цьому напрямку поки не принесли успіху. Швидше за все, пернаті визначають своє місце розташування на поверхні Землі і викреслюють свої «карти» іншими способами. Якими саме - це належить з'ясувати в майбутньому. Ось як бачить цю проблему відомий фахівець в області міграцій птахів петербурзький професор В.Р. Дольник: «Доводиться визнати, - пише він, - що навігаційна система веде птахів в точку - в самому прямому сенсі цього слова, в якій вони колись отримували (або з якої продовжують отримувати) якусь інформацію.

Очевидно, що відомих нам меж точності систем, що забезпечують астрономічну, геомагнітну або гравітаційну навігацію у птахів, на 2-3 порядки недостатньо для навігації в точку. Це знову (як і при вивченні хомінг поштових голубів) ставить питання про якийсь невідомому нам факторі, що дозволяє мати на увазі абсолютну навігацію, або про відомого факторі, але невідомому способі його використання для навігації ».