Книга Дженнифер Аккерман «Эти гениальные птицы» рассказывает об исследованиях различных сторон поведения птиц - от их социального взаимодействия и средств коммуникации до умения использовать орудия.
Научный журналист и писательница Дженнифер Аккерман более тридцати лет рассказывает читателям о научных исследованиях, природе и здоровье. Ее публикации выходят в таких изданиях как National Geographic, The New York Times Magazine и Scientific American. «Эти гениальные птицы», седьмая по счету книга Аккерман, вошла в список бестселлеров New York Times и была переведена на двадцать языков.
С разрешения издательства «Альпина нон-фикшн», выпустившего русский перевод книги, мы публикуем фрагмент из раздела книги Аккерман, посвященного ориентации птиц в пространстве.
Чтобы протестировать навигационные способности птиц, ученые грузят их на корабли, самолеты, автомобили и отвозят в отдаленные, абсолютно незнакомые места. Затем они выпускают птиц и смотрят, сориентируются ли те и найдут ли правильное направление. Этот вид исследований с перемещением — самый эффективный инструмент для исследования механизма навигации у птиц.
В настоящее время ученые предполагают, что голуби и другие птицы используют двухступенчатую навигационную стратегию «карта + компас». Сначала они определяют свое местоположение в момент выпуска и то, в каком направлении может находиться дом. (Это картографический этап: если говорить в человеческих терминах, это пространственная система координат вроде «Я нахожусь к югу от дома, значит, мне нужно идти на север».) Далее птицы используют наземные, небесные и другие внешние ориентиры в качестве компаса, чтобы держаться строго по курсу. Эта система «карта + компас» включает множество элементов, затрагивающих различные типы информации, такие как солнце, звезды, магнитные поля, ландшафтные особенности, ветер и погода.
Компасный компонент навигации изучен довольно хорошо во многом благодаря тысячам исследований, когда птиц (как правило, голубей) лишали того или иного источника сенсорной информации, перемещали в незнакомое место и смотрели, найдут они дорогу или же собьются с курса.
Голуби, как и люди, воспринимают мир преимущественно визуально. Было бы удивительно, если бы они не использовали для ориентирования на местности такие заметные визуальные маркеры, как кривые дубы, старицу в долине реки, живую изгородь или необычный треугольный небоскреб. Оказывается, они так и делают, по крайней мере на последнем этапе путешествия.
Солнце тоже помогает. Как и пчелы, голуби используют солнце как компас. Благодаря тому, что у всех птиц есть очень точные внутренние часы, они обладают хорошим ощущением времени и знают, где должно находиться солнце в любой момент дня. Но, чтобы использовать солнце для навигации, голубь должен хорошо знать, как оно движется по небу. Для этого молодые голуби наблюдают за высотой солнца над горизонтом в разное время суток, за скоростью его движения — около 15° в час — и таким образом формируют весьма точное представление об этой системе. Если птица видит солнце только по утрам, она не сможет использовать его для навигации после полудня. Птицы ежедневно калибруют свой солнечный компас, предположительно используя поляризованный свет, видимый вблизи горизонта на закате. Как только птица овладевает искусством навигации по солнечному свету, она предпочитает его всем остальным сигналам. Даже в нескольких километрах от родной голубятни она полагается не на знакомые наземные ориентиры, а на солнечный компас.
Но вот что удивительно: даже когда голубям закрывали глаза матовыми линзами, они правильно находили путь домой. Чарльз Уолкотт, почетный профессор орнитологии в Корнеллском университете, говорит, что, когда птицы с матовыми линзами приближаются к знакомой местности, где находится их голубятня, они летят очень высоко и снижаются в «вертолетной» манере. По-видимому, у них есть запасной компас. Но какой?
Более 40 лет назад Уильям Китон из Корнеллского университета обнаружил, что в условиях облачности голуби, которым к спине прикрепили маленькие магнитные палочки, дезориентируются в пространстве и находят путь домой намного медленнее, чем их сородичи из контрольной группы. («Конечно, человек тоже начнет спотыкаться, если ему на спину привязать штангу!» — можете подумать вы. Но для чистоты эксперимента исследователи прикрепили на спины голубей из контрольной группы палочки-муляжи из латуни.)
Наша планета представляет собой гигантский магнит: силовые линии магнитного поля выходят из одного полюса и входят в другой, причем по мере приближения к экватору напряженность поля ослабевает, а направление линий становится все более горизонтальным. По-видимому, птицы способны улавливать даже крошечные изменения в угле наклона силовых линий магнитного поля и использовать их для определения широты своего местонахождения.
Первые указания на то, что в своих путешествиях птицы могут ориентироваться по магнитному полю, были получены в конце 1960-х в экспериментах с содержащимися в неволе зарянками. В дикой природе зарянки мигрируют из Северной Европы в Южную Европу и Африку. Лабораторные птицы находились в помещении, изолированном от любых внешних сигналов и ориентиров, однако в период так называемого «перелетного беспокойства» (когда их сердце начинает колотиться так, словно они находятся в активном полете) они стремились улететь в южном направлении, несмотря на отсутствие любых визуальных подсказок, где может быть юг. Когда ученые обернули клетки электромагнитными катушками, птицы были дезориентированы и стали менять направление своих порханий и прыжков случайным образом.
Многие живые существа, от пчел до китов, чувствуют магнитные поля и используют их для ориентации в пространстве. Но мы до сих пор не знаем, каким образом животные это делают. Обнаружить магнитное излучение с помощью высокочувствительных электронных приборов — это одно. «Но как почувствовать такое слабое магнитное поле, которое излучает Земля, с помощью одних только биологических материалов?» — удивляется Хенрик Моритцен, биолог из Ольденбургского университета в Германии, изучающий механизмы навигации животных. У птиц нет специального сенсорного органа для восприятия магнитного поля. Но поскольку силовые линии могут проходить сквозь ткани, крошечные сенсоры могут скрываться где-то глубоко внутри их тел.
Одна гипотеза утверждает, что птицы «видят» магнитное поле благодаря находящимся в сетчатке специальным молекулам, активизируемым световыми волнами определенной длины. Магнитные сигналы влияют на химические реакции этих молекул, ускоряя или замедляя их в зависимости от направления магнитного поля. В ответ нейроны сетчатки подают сигналы в визуальную область птичьего мозга, информируя его о направлении поля. Все это происходит на субатомном уровне, влияя на вращение электронов вокруг атомных ядер, из чего вытекает шокирующее предположение: вероятно, птицы способны воспринимать квантовые эффекты. По всей видимости, это восприятие связано с областью переднего мозга, связанной с обработкой зрительной информации и известной как кластер N. Если кластер N поврежден, птицы не могут найти север.
Но как именно птицы «видят» магнитное поле? Трудно сказать. Возможно, как призрачный узор из точек или из пятен света и тени, наложенный поверх местности и остающийся неизменным, даже когда они поворачивают голову из стороны в сторону.
Вторая гипотеза гласит, что где-то внутри птичьего тела может скрываться магнитный датчик, состоящий из крошечных кристаллов окиси железа, — что-то наподобие компасной иглы. Этот датчик улавливает градиенты магнитного поля и преобразует их в нервные импульсы.
Недавно ученые решили было, что нашли эти магнитные сенсоры в клюве голубей, а именно в шести скоплениях клеток с высоким содержанием железа в носовой полости в верхней части клюва. Но когда исследователи изучили более 250 000 образцов ткани, взятых из клювов почти 200 голубей, оказалось, что количество этих железосодержащих клеток значительно варьируется от птицы к птице. У одного голубя их было обнаружено больше 100 000, у другого всего 200, а у третьего с инфицированным клювом десятки тысяч таких клеток были сосредоточены в месте инфицирования. Судя по всему, эти богатые железом клетки, первоначально принятые за сенсорные, на самом деле просто белые клетки крови, известные как макрофаги, которые перерабатывают железо из поглощаемых ими эритроцитов.
И что же, история на этом закончилась? Не совсем. Новые данные свидетельствуют о том, что где-то в верхней части птичьего клюва, близко к коже, действительно могут находиться магнитные рецепторы, отвечающие за восприятие интенсивности магнитного поля, которая меняется в зависимости от широты. Повреждение нерва, связывающего клюв птицы с мозгом, нарушает ее навигационные способности. Но как именно устроен этот магнитный детектор и где именно в клюве он расположен, пока остается загадкой.
Чтобы еще больше запутать дело: недавно было найдено еще одно возможное место расположения магниторецепторов — в крошечных железных шариках, обнаруженных в волосковых нейронах во внутреннем ухе птиц, что указывает на то, что птицы могут «слышать» магнитные поля. Однако, когда исследователи удалили у почтовых голубей внутреннее ухо, это никак не повлияло на их способность находить дорогу домой.
Где бы ни находился этот магнитный датчик, он обладает невероятной чувствительностью. В 2014 году Моритцен и его команда сообщили в журнале Nature, что даже чрезвычайно слабый электромагнитный «шум», создаваемый электронными устройствами в городской среде, может нарушать точность магнитных компасов мигрирующих зарянок. Речь идет даже не о вышках сотовой связи или высоковольтных линиях электропередач, а о фоновом шуме от всех приборов, работающих на электрическом токе. Эта новость вызвала глубокий резонанс в научном мире. Если это действительно так, то «электросмог», как его называют, уже мог вызвать серьезные навигационные проблемы у птиц, негативно влияя на их выживаемость.
Долгое время ученые считали, что магнитный компас у птиц служит своего рода резервной системой для навигации в пасмурные дни. Оказывается, это совсем не так. Наряду с солнечным компасом это важнейшая часть их навигационной системы. Вполне вероятно, что птицы располагают не одним, а несколькими различными типами магниторецепторов, благодаря взаимодействию которых они могут улавливать даже мельчайшие колебания магнитных полей. Эволюция, которая постаралась сэкономить буквально на всех птичьих системах, в этом случае позволила себе переусердствовать — чтобы голубь, летящий темной безлунной ночью над Средиземным морем, мог найти путь к дому в Северной Африке.
Акерман Дж. Эти гениальные птицы. Перевод с английского Ирины Евстигнеевой, Евгения Симановского. Научный редактор Павел Квартальнов. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.
