Какой прибор есть у птиц с рождения. Могут ли птицы ориентироваться по магнитному полю земли. Вкус, как способ ориентации 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.
Типы ориентации
Существуют разные способы ориентации. Гриффин предложил для этого следующую классификацию:
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.
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.
Из книги Заводи кого угодно, только НЕ КРОКОДИЛА! автора Орсаг МихайЧем 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
Из книги Основы зоопсихологии автора Фабри Курт ЭрнестовичОблигатное научение и ориентация Рассмотрим сначала некоторые процессы, связанные с начальной ориентацией у детеныша. У всех животных здесь первостепенное значение имеют таксисы, которые, как уже было показано, у высших животных дополняются и обогащаются элементами
Из книги Семь экспериментов, которые изменят мир автора Шелдрейк РупертРаннее факультативное научение и ориентация Уже в раннем ориентировочном поведении заметно сказываются индивидуальные особенности животного. В большой степени индивидуальные различия в поведении зависят от частоты и характера осуществленных с момента рождения
Из книги Эволюционно-генетические аспекты поведения: избранные труды автора Крушинский Леонид ВикторовичОриентация Уже на примерах кинезов мы видели, что градиенты внешних раздражителей выступают у простейших одновременно как пусковые и направляющие стимулы. Особенно наглядно это проявляется при клинокинезах. Однако изменения положения животного в пространстве еще не
Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автораОПРЕДЕЛЯЮТ ЛИ ГОЛУБИ ДОРОГУ К ДОМУ ПО СОЛНЦУ В 50-е гг. главенствующей гипотезой в отношении навигационных способностей голубей была теория “солнечной дуги”, выдвинутая Дж. В.Т. Мэтьюзом. Он предположил, что птицы использовали комбинацию высоты подъема солнца над линией
Из книги Причуды природы автора Акимушкин Игорь ИвановичИзучение поведения птиц Поведение птиц имеет ряд специфических черт, связанных с особенностями их экологии и строения высших отделов мозга.Передвижение по воздуху обусловило необходимость быстрой адаптации птиц к различной географической среде, особенно во время
Из книги Спутник следопыта автора Формозов Александр Николаевич Из книги Живые часы автора Уорд РитчиПилот, берегись птиц! Такой "дорожный знак" стоило бы повесить на всех воздушных трассах, пересекающихся с трассами перелетов птиц.Сколько летает человек, столько длится конфликт самолетов и птиц. Начало его зарегистрировано в 1910 году. Аэроплан пролетал над заливом
Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий ПавловичЗИМНИЕ СЛЕДЫ ПТИЦ
Из книги Проблемы этологии автора Акимушкин Игорь Иванович12. Навигационные способности птиц Открытие способности птиц ориентироваться по солнцу изумило ученых, но то, что во время ночных пролетов птицы ориентируются по звездам, буквально потрясло их. Это было доказано через несколько лет после открытия Крамера молодыми
Из книги Происхождение мозга автора Савельев Сергей ВячеславовичВ каком месяце Земля ближе всего к Солнцу и в каком наиболее удалена от него? Самая близкая к Солнцу точка орбиты любой планеты называется перигелием, самая удаленная – афелием. Для Земли расстояние в перигелии составляет 147 117 000 километров, в афелии – 152 083 000 километров. В
Из книги Мир животных. Том 3 [Рассказы о птицах] автора Акимушкин Игорь ИвановичБрачные игры птиц Весной самцы горихвосток прилетают к нам раньше самок. Они находят подходящее дупло или какую-нибудь уютную нишу, в которой можно устроить гнездо. Оберегают свою находку от других претендентов. Чтобы привлечь внимание самки, самец вывешивает время от
Из книги Мир животных автора Ситников Виталий Павлович§ 41. Биологическое разнообразие птиц Разнообразие птиц необычайно велико (см. рис. III-11). Современные птицы достигают массы 165 кг (африканский страус). Существуют и необычайно мелкие виды, едва достигающие нескольких граммов (колибри). Палеонтологическая летопись
Из книги автораБерегите хищных птиц! Несколько лет назад на страницах журнала «Охота и охотничье хозяйство» шла дискуссия, значение которой в полной мере будет оценено только потомками.Все началось со статьи профессора Г. П. Дементьева «Нужно ли истреблять хищных птиц?».Профессор
Из книги автораОтряды птиц 1. «Древо жизни» класса птиц по Фишеру и Петерсону. 2. «Древо жизни» класса птиц по Фишеру и Петерсону. 1. Отряд воробьиных птиц. 2. Отряд воробьиных птиц.
Несомненно, в перелетах большое значение имеет инстинкт, то есть врожденная, передающаяся по наследству способность к определенному поведению. Пример инстинкта у птиц: никто не учит птицу строить гнездо, но когда она впервые приступает к его постройке, то делает это так же, как и все птицы ее вида. У некоторых птиц сначала отлетают молодые, а затем старые птицы. Следовательно, молодым никто не показывает дорогу на зимовку, они как-то с рождения "знают" ее сами.
Многие эксперименты подтверждают, что птиц ведет именно "инстинкт".
Во время одного из таких экспериментов группу аистов забрали из своих гнезд незадолго до наступления времени осеннего перелета и перенесли на другое место. С этого нового места им пришлось лететь в другом направлении, чтобы достичь места своего зимовья. Но когда пришло время, они полетели в том же направлении, в котором они летали со своего старого места!
Даже если птиц увозили от их родных мест на самолете за сотни километров, когда их отпускали, они летели точно к себе домой.
В другом эксперименте ученый вывез из Англии утиные яйца в Финляндию, и там из них вылупились утята. А надо сказать, что дикие утки, обитающие в Англии, ведут оседлый образ жизни, а утки из Финляндии перелетают зимой на запад Средиземного моря.
Эксперимент показал неожиданный результат. После отлета "финских" уток на юг, в небо поднялись и утки, вылупившиеся из "английских" яиц. Окольцованные птицы пролетали над теми же краями, которые обычно пересекали утки из Финляндии, и добрались до места зимовки своих приемных родителей. На следующий год большинство этих уток вернулось в Финляндию.
Как птицы ориентируются в пути? Нужно признать, что пока мы этого до конца не знаем.
Одна из гипотез заключается в том, что птицы чувствуют магнитные поля, которые окружают Землю. Магнитные линии располагаются по направлению от северного магнитного полюса к южному. Возможно, именно эти линии и служат для птиц направляющими.
Учёные проводили опыты: на шею голубям вешали магнитные пластинки. Это мешало птицам ориентироваться, но полностью сбить их с пути магнитные пластинки не могли.
Дополнительными ориентирами для определения направления полета служат особенности ландшафтов (поворот реки, горы, группы деревьев). Возможно, что птицы ориентируются также по расположению солнца. При дальних перелетах наибольшее значение имеют, по-видимому, не наземные, а небесные ориентиры: солнце - днем, луна и звезды - ночью.
Скорее всего, птицы в перелетах используют все эти виды ориентиров: магнитное поле, астрономические и наземные ориентиры.
Вероятно, никакие миграции животных не вызывают у человека такого восхищения, как перелеты птиц. Ежегодно весной и осенью можно видеть, как перелетные птицы собираются в стаи, готовясь в дальнюю дорогу. Вскоре после этого они отправляются в путь, пролетая огромные расстояния до мест гнездовий или зимовок. Долгие годы ученые ничего не знали о маршрутах перелетов птиц. И только с введением метода кольцевания орнитологам удалось собрать сведения о маршрутах этих путешественников.
При кольцевании птице надевают на лапку алюминиевый браслетик. Молодых, еще не летающих птенцов метят, вынимая их на несколько секупд из гнезда, авзрослых - когда их удается поймать в силки. На каждом кольце выбит номер и шифр государственного учреждения, которое ведет картотеку всех птиц, окольцованных в данной стране. При обнаружении окольцованной птицы о месте ее поимки сообщают в это учреждение. Во время перелетов птицы придерживаются в основном некоторых определенных (или главных) трасс, называемых пролетными путями. Орнитологи США различают семь основных пролетных путей: вдоль атлантического побережья, над Аппалачами, вдоль Миссисипи, над Великими Равнинами, над горами Сьерра-Невада, вдоль тихоокеанского побережья и, наконец, поперек страны.
Хотя очень многие птицы летят по всем этим трассам, отдельные виды обычно выбирают определенные излюбленные пути. Некоторые виды, например, летят вдоль атлантического побережья, держа курс очень далеко - на Аргентину. Ширококрылые канюки, используя мощные воздушные течения над Аппалачами, почти без всяких усилий достигают нужных им мест, тогда как многотысячные стаи голубых гусей собираются в долине Миссисипи и зимуют в Луизиане. Другие птицы, живущие летом в низменных местах Великих Равнин и Канады, пересекают всю Северную Америку, направляясь на зимовку на юговосточное побережье. Хорошие летуны путешествуют днем, а большинство мелких птиц и некоторые осторожные крупные птицы летят ночью, а днем кормятся и отдыхают. Птицы обычно летят на высоте около 1000 метров. Многие птицы пролетают без отдыха огромные расстояния, чтобы скорее достигнуть своей цели. По имеющимся данным, золотистая ржанка может без посадки пересечь Атлантический океан - от Новой Шотландии до Южной Америки, что составляет около 4 тысяч километров. Чемпионом по дальности перелетов является полярная крачка: она гнездится, в Арктике, а зимует в Антарктике, пролетая ежегодно более чем по 40 тысяч километров.
Благодаря методу кольцевания удалось выяснить, что птицы данного вида из года в год летят по одним и тем же трассам. Есть птицы, которые каждую весну, пролетев тысячи километров, возвращаются на тот же самый куст или дерево, откуда они отправились на зимовку. Как объяснить столь замечательную способность птиц к навигации? Врожденное ли это свойство или приобретенное? У тех птиц, которые летят стаями, молодые особи, возможно, узнают дорогу от старших: они, так сказать, следуют за толпой. В пользу этого предположения говорит V-образный строй стан у таких птиц, как канадские казарки, у которых, по-видимому, дорогу указывает наиболее опытпып вожак. Однако у некоторых видов молодые птицы отправляются в путь значительно раньше стариков, а иногда стаи молодых даже летят по новым трассам.
Создается впечатление, что молодые птицы даже без руководства со стороны родителей от рождения знают, куда им надо лететь на зимовку. Однажды в городе Альберта (Канада) выпустили группу молодых окольцованных ворон, причем это было намеренно сделано спустя довольно много времени после того, как последняя ворона улетела из Канады к местам своей обычной зимовки в штатах Канзас и Оклахома (США). А впоследствии некоторые из этих окольцованных птиц были выловлены в различных пунктах, расположенных вдоль того пути, по которому обычно мигрируют вороны. По-видимому, при этом первом и к тому же самостоятельном перелете птицы руководствовались каким-то врожденным чувством направления. Возможно, что способность правильно определить общее направление полета при миграциях представляет собой врожденное свойство, однако, вероятно, необходим опыт - этот старый и мудрый учитель, чтобы общее направление превратилось в некий строго определенный маршрут.
Незадолго до начала второй мировой войны профессор Дрост обнаружил, что если каким-то образом «столкнуть» молодых птиц с обычного пути миграции они летят в направлении, параллельном этому пути. Если же подобный опыт проделывали с птицами постарше, то они стремились вновь вернуться па уже оевоенную ими в прошлом трассу. Осенью ястреб перепелятник летит из Скандинавии через Северное море и многочисленные мелкие водные преграды на юго-запад. Птицы пролетают через Северную Европу и заканчивают свое путешествие в Голландии, Бельгии или на севере Франции. Дрост отловил по нескольку молодых и взрослых перепелятников на одном из островов у северного побережья Европы, перевез их в Гиммель (Польша) и выпустил. Оказавшись на свободе, молодые ястреба продолжали лететь на юго-запад, как если бы с ними ничего не произошло; позднее все они были обнаружены в пределах узкой полосы, расположенной параллельно обычному маршруту скандинавских перепелятников, причем некоторые птицы оказались даже на франкоиспанской границе, на средиземноморском побережье.
Старые же птицы, уже летавшие по этому маршруту, отправились на запад, стремясь добраться до знакомой трассы. Многие из них были впоследствии обнаружены на традиционном маршруте. Для объяснения способности птиц к навигации предлагалось много теорий, нередко очень слабо обоснованных экспериментальными данными. Более 100 лет назад было выдвинуто предположение о наличии у птиц чего-то вроде «магнитного компаса», который позволяет им ориентироваться по магнитному полю Земли.
С тех пор в научных журналах разных стран периодически появлялись различные варианты этой теории. Магнитную теорию навигации птиц, по-видимому, окончательно опровергли эксперименты, в которых к крыльям почтовых голубей прикрепляли небольшие магнитики; было установлено, что эти магнитики не оказывают никакого влияния на способность птиц ориентироваться в полете. Если бы птицы действительно ориентировались по магнитному полю Земли, то собственные поля магнитов, прикрепленных к их крыльям, сбивали бы их с правильного курса. Высказывалось также предположение, что птицам помогают ориентироваться в полете так называемые силы Кориолиса, возникающие вследствие вращения Земли вокруг собственной оси. Силы Кориолиса достигают максимальных значений вблизи полюсов и ослабевают по мере приближения к экватору.
Авторы рассматриваемой теории утверждали, что птицы, летящие, например, с севера на юг, могут определять свое местонахождение по величине этих сил в данной точке. Однако вследствие незначительной величины сил Кориолиса, а также по ряду других причин можно предполагать, что они лежат за пределами чувствительности воспринимающих органов птиц. Поэтому большинство ученых не придали этой теории скольконибудь серьезного значения. В начале пятидесятых годов орнитологи в надежде разрешить загадку способности птиц к навигации обратились к небу. Послевоенные работы указывали на то, что разрешение этой проблемы следует искать именно в изучении неба, и в настоящее время по существу во всех исследованиях, касающихся ориентации птиц, так или иначе фигурируют какие-либо небесные ориентиры. . Солнечный компас. Ни у кого не возникает сомнений в том, что завтра утром взойдет солнце. Это одно из самых привычных явлений нашей жизни. Поэтому у некоторых ученых возникло естественное предположение, что птицы используют для навигации этот привычный небесный ориентир. В 1949 году Г. Крамер начал серию своих блестящих экспериментов по изучению способности птиц к навигации. В результате этих исследований было убедительно показано, что птицы могут ориентироваться по солнцу.
Обычно изучение способности птиц ориентироваться во время дальних полетов сильно затрудняет один из факторов изучаемого явления - большое расстояние. После того как птица осенью покидала свою гнездовую территорию, экспериментатор, в сущности, больше не видел ее до следующего года. Даже если птица была окольцована и впоследствии ее удалось обнаружить на каком-либо этапе ее пути, это дает весьма приблизительные сведения о ее маршруте. При этом остается неизвестным, какими ориентирами пользовалась птица на этом отрезке пути и какие другие факторы оказывали влияние на ее продвижение по маршруту. В ряде экспериментов для того, чтобы определить, каким образом голуби или дикие птицы, выпущенные вдали от их гнезд, находят путь домой, использовали самолеты.
Самолет кружил над летящими птицами на некотором расстоянии, для того чтобы не спугнуть их, а находившийся на борту экспериментатор наносил на карту путь птиц и наблюдал за их поведением во время полета. Совершенно очевидно, что возможности такого эксперимента были ограниченны, не говоря уже о том, что оставалось совершенно неизвестным, оказывал ли влияние на птицу шум моторов самолета. Крамеру удалось разрешить эту проблему, прибегнув к помощи самих птиц. Эксперименты этого ученого основывались на известном явлении миграционного возбуждения птиц.
Когда наступает время отлета, птицы начинают проявлять сильное беспокойство, их как бы охватывает жгучее нетерпение. Некоторые птицы, независимо от того, сидят ли они в клетке или находятся на свободе, поворачивают голову в направлении полета и машут крыльями. Время от времени они совершают короткие полеты в этом же направлении, а затем возвращаются назад. Возбуждение бывает настолько сильным, что птицы, находящиеся в неволе, иногда разбиваются о стенки клетки, преграждающие им путь к зимовке. Однажды осенью в вашингтонском зоопарке я видел ястреба, буквально бросавшегося на стенку своей проволочной клетки.
Он на несколько минут оставался прижатым к проволоке, а затем возвращался на жердочку. Его взгляд был устремлен в небо сквозь крышу клетки и зоркие глаза, казалось, видели его свободных собратьев, направлявшихся на юг. Время от времени птица повторяла свои тщетные попытки вырваться на волю. Для того чтобы испытать влияние солнца на перелетных птиц, Крамер построил под открытым небом центро-симметричпый шестигранный павильон с шестью окнами. В павильон поставили круглую проволочную клетку со стеклянным дном, в которую посадили -скворца Sturnus vulgaris, иаходившегося в состоянии миграционного возбуждения. Подопытная птица могла видеть сквозь окна павильона лишь небольшие участки неба. За поведением птицы можно было наблюдать сквозь стеклянное дно клетки, лежа в специальной камере под павильоном. Когда сквозь окна павильона светило солнце, скворец почти всегда поворачивал голову в сторону обычного направления миграции.
Если при помощи зеркал изменяли направление солнечных лучей на 90°, то скворец также поворачивался на 90°. По-видимому, скворец ориентировался по солнцу, независимо от того, было ли это настоящее солнце или же его отражение в зеркале. Если солнце бывало закрыто плотными облаками, птица совершенно утрачивала чувство направления и могла повернуться в любую сторону; если же сильный ветер разгонял облака и вновь показывалось солнце, скворец вновь принимал правильное положение.
Поскольку описанные эксперименты можно было проводить лишь в период миграционного возбуждения, Крамер разработал другой эксперимент, который давал больше времени для наблюдений относительно влияния солнца на способность скворцов определять направление. По периметру круглой клетки были расставлены на равном расстоянии друг от друга несколько совершенно одинаковых кормушек, что исключало возможность использовать их в качестве ориентиров. Каждая кормушка была накрыта сверху резиновой пленкой со щелями для клюва, с тем чтобы птица не могла видеть, какая кормушка содержит корм.
Затем Крамер старался приучить скворца к тому, что одна из кормушек, расположенная в определенном направлении от центра клетки, содержит корм. Так, например, ежедневно между 7 и 8 часами утра Крамер приучал скворца к тому, что кормушка, расположенная на восток от центра, т. е. почти на одной линии с солнцем, наполнена кормом. (Кормушки периодически смещали по периметру клетки, чтобы исключить возможность распознавания птицей какой-либо определенной кормушки.) После многочисленных попыток скворец научился выбирать именно восточную кормушку.
Этот эксперимент затем проводили в другое время суток (17.45), когда положение солнца было иным (на западе). При этом птица в большинстве случаев направлялась опять-таки к восточной кормушке. Если же Крамер при помощи зеркал «смещал солнце», то птица выбирала другую кормушку. По-видимому, птица ориентировалась по положению солнца, вводя поправку на время дня, с тем чтобы направиться к кормушке, находящейся на востоке, а когда «положение солнца» изменяли, птица сбивалась и делала ошибку. На основании этих результатов Крамер сделал вывод о наличии у скворца «часов», благодаря которым он может учитывать перемещение солнца во времени. В противном случае’ птица должна была бы «следовать за солнцем», т. е. во второй половине дня выбирала бы кормушку, расположенную на западе, - почти на одной линии с солнцем. Таким образом, поскольку птица могла научиться связывать положение кормугаки с положением солнца, то возможно, что и во время перелетов она использует в качестве компаса солнце. Совершенно независимо от Крамера профессор Кембриджского университета Дж. Мэттьюз также пришел к выводу, что птицы используют солнце в качестве ориентира.
Однако Мэттьюз сделал еще шаг вперед, предложив гипотезу «солнечной дуги», основанную на широком изучении исключительной способности почтовых голубей и диких птиц находить родной дом. Необыкновенная способность почтовых голубей находить путь к своей голубятне широко использовалась как в военное, так и в мирное время. В период первой мировой войны, например, почтовые голуби приносили донесения из находящихся на передовой окопов, а теперь они участвуют в соревнованиях на скорость и дальность полета, устраиваемых любителями голубиного спорта. Соревнования, в которых голубей выпускают на расстоянии до 1800 километров от дома, стали в последнее время совершенно обычными. Многие дикие птицы, выпущенные на незнакомой территории, также могут возвращаться назад, к своим гнездам. Малый буревестник, который пересек Атлантический океан на пути от Бостона до Англии, представляет выдающийся пример такой способности.
Многие из этих буревестников, обитающих на прибрежных или океанических островах, если их выпустить на волю во внутренних областях континента, вдали от моря, сразу же летят в направлении к побережью. Мэттьюз выпустил 338 окольцованных буревестников на различных расстояниях от их гнезд (от 300 до 600 километров). Многие птицы не просто вернулись к своим гнездам, но определили нужное направление полета в течение нескольких минут после освобождения, как если бы они располагали картой и компасом. Однако, как и в экспериментах Крамера со скворцами, способность птиц находить дорогу к дому в облачную погоду сильно уменьшалась. По мнению Мэттьюза, птицы определяют географическое положение незнакомой им местности, оценивая путь, который проходит солнце по небосводу.
Птица обладает чем-то таким, что заменяет ей точные навигационные приборы, которыми пользуется человек. Моряк, например, может определить широту своего корабля при помощи специальных таблиц и секстанта - инструмента, который измеряет высоту солнца над горизонтом. В полдень, когда солнце стоит на небе выше всего, секстант дает широту данной точки на поверхности земли. Чем выше солнце в полдень, тем южнее находится данная точка в северном полушарии. Мэттьюз предполагает, что с помощью своего «секстанта» птицы могут «вычислить» высоту солнца в любое время дня, последив за ним всего несколько минут. Измерив крошечный отрезок пути, который описывает солнце по небу за этот очень короткий промежуток времени, птицы могут установить, в какой точке неба солнце будет находиться в полдень. Затем, сравнивая высоту солнца над горизонтом в данной местности с высотой его «дома», птица может узнать, на север или на юг надо лететь к своему гнезду. Определение высоты солнца над горизонтом можно использовать и для вычисления долготы местности. Например, в полдень солнце в западной части НьюЙорка стоит ниже, а в восточной - выше, тогда как в Калифорнии в этот момент солнце едва только поднимается над горизонтом.
Для пассажиров же корабля, находящегося у восточного побережья Лонг-Айленда, солнце в этот момент уже достигнет наибольшей высоты над горизонтом и начнет «скатываться» в западную часть неба. Если у пассажира этого корабля есть точные часы, показывающие нью-йоркское время, он может легко определить, к востоку или к западу от НьюЙорка находится корабль. Для этого нужны часы, называемые хронометром. Это точный прибор, необходимый для навигации. Аналогичным образом птица, имеющая «хронометр», показывающий ее «домашнее» время, может по положению солнца определить, к востоку или к западу от гнезда она находится. Теория Мэттьюза вызвала вполне обоснованную критику. Во-первых, за то время, которого достаточно птицам для определения своего местонахождения, солнце практически не сдвигается на небосводе. В экспериментах самого Мэттьюза буревестники выбирали общее направление полета в течение нескольких минут.
В других экспериментах было установлено, что некоторым голубям достаточно для этого даже 20 секунд. Солнце же описывает на небе дугу примерно в один градус за каждые 4 минуты, что соответствует 7 расстояния от линии горизонта до зенита. Для того чтобы определить на глаз такое изменение положения солнца и на основании этой оценки - точку наивысшего положения солнца над горизонтом, птице пришлось бы провести совершенно фантастические расчеты. Кроме того, орнитологам, повторившим эксперименты Мэттьюза, но в гораздо больших масштабах, не удалось воспроизвести его результаты.
Тем не менее, несмотря на множество недостатков теории Мэттьюза, она пока что дает наиболее правдоподобное объяснение ориентации птиц при дневных полетах. Путь в ночи. На протяжении тысячелетий звезды и созвездия ночного псба служили для человека не только источником вдохновения, но и помогали ему ориентироваться в ночное время. По звездам водили свои корабли древние мореплаватели. Древние греки и римляне считали, что «звезды сделаны пз горящих облаков»; они давали названия звездам, и мы до сихпор пользуемся греческими и латинскими названиями звезд и созвездий. Однако теперь мы знаем, что еще более древние астрономы имеются в. царстве животных.
В сущности, это даже не астропомы, а скорее древнейшие из мореплавателей, потому что, путешествуя в воздушном океане, они ориентировались по звездам задолго до того, как весло человека впервые погрузилось в морскую воду. Речь идет о птицах, совершающих свои перелеты в ночное время. Известно, что многие птицы пускаются в путь только под покровом темноты. Если в период миграций паправить в почное небо луч радиолокатора, то обнаружится, что ночью в небе гораздо больше птиц, чем днем. Ф. Зауэр получил несомненные доказательства того, что певчие птицы, мигрирующие ночью, ориентируются именно по звездам.
Весной и летом в Северной Европе можно видеть множество певчих птиц, которые выкармливают своих птенцов, гнездясь в кустарниках и живых изгородях парков и садов. С наступлением осени все они, стар и млад, отправляются зимовать в Африку. Одна из таких птиц, славка-завирушка (Sylvia curruca), летит обычно с севера на юго-восток через Балканы, а затем, пролетев над Средиземным морем и путешествуя в основном по ночам, направляется по долине Нила на юг, к месту своей постоянной зимовки в верховьях этой реки. Зауэр провел в планетарии очень остроумный эксперимент: он заставил славку-завирушку, выращенную в его лаборатории, совершить «путешествие в Африку», не покидая клетки.
Находясь под искусственным звездным небом, птица продемонстрировала ученым свою изумительную способность к «навигации». Когда на купол планетария спроецировали картину осеннего неба, характерную для Северной Европы, птица, сидящая в клетке, повернулась на юго-восток, то есть в ту сторону, куда она обычно летит осенью. Затем расположение звезд и созвездий на искусственном небе постепено изменяли так, чтобы птице казалось, что она перемещается по миграционному маршруту. Когда на куполе планетария появилось изображение неба юга Греции, птица повернулась сильнее к югу, а как только картина неба стала соответствовать небу Северной Африки, славка «взяла курс» прямо на юг. Конечно, птица сидела на месте и не пролетала ни над морями, ни над лесами, однако вела она себя так, как будто ее длительное путешествие подходило к концу.
Птица, которая провела всю свою короткую жизнь в клетке и никогда не видела неба, продемонстрировала врожденную способность ориентироваться по звездам. Она следовала по пути своих предков. Сильный «сдвиг по долготе» привел к таким же результатам. При появлении картины неба, характерного для Сибири, птица какое-то время находилась в растерянности. Такое изменение вида ночного неба было равносильно тому, как если бы ее в одно мгновенье перебросили на несколько тысяч километров на восток. Сбитая с толку птица взволнованно смотрела на незнакомое небо и с минуту оставалась неподвижной. Затем она резко повернулась и попыталась лететь (в клетке!) на запад,» т. е. стремилась вернуться назад, туда, где была раньше. Картину ночного неба постепенно меняли, как будто птица летела в Европу, и, оказавшись наконец под «осенним небом Северной Европы», она снова повернулась на юг, в направлении обычного осеннего маршрута славок. Когда на куполе планетария появилось небо Вены, птица повернулась еще больше на юг. Узнала ли она какую-то звезду или созвездие, которые, как подсказывала ей врожденная способность ориентироваться, должны быть видны при миграцпн. на юг? Наконец на куполе планетария звезды приняли такое же положение, как и на настоящем небе над планетарием, и славка повернулась на юго-восток - в направлении своей обычной миграции.
Птица снова была дома. Результаты этого эксперимента свидетельствуют о том, что славка, по-видимому, сопоставляет расположение звезд на ночном небе не только с временем суток, но и с временем года. Увидев незнакомое небо Сибири, птица обратилась к своим «часам и календарю», спрятанным где-то под перьями, и, выяснив, где в данное’ время должна наблюдаться именпо такая картина звездного неба, определила свое местонахождение. Вряд ли можно сомневаться, что славка при этом ориентировалась по звездам. Без всяких видимых ориентиров, взглянув лишь один раз на небо, птица точно определяла, где она находится. Столь сложная и точная система навигации у существа весом всего лишь около 30 граммов кажется совершенно поразительной. Ведь помимо всего прочего взаимное расположение звезд на черном бархате неба постоянно меняется: для каждого времени года характерно свое расположение звезд и каждую ночь звезды и созвездия движутся по небосводу.
Быть может, Полярная звезда, постоянно находящаяся близ северпого полюса неба, служит небесным маяком для летящих ночью птиц? Однако эксперименты доктора Зауэра заставили отвергнуть это предположение. Что же нам остается? Отрицать наличие у птицы высокоорганизованной системы навигации только потому, что мы не в силах объяснить ее устройство и принцип действия? При выдвижении гипотез о системах ориентации разных животных вряд ли будет правильным исходить из того, что существует некая единая система ориентации, свойственная всем птицам и даже всем животным. Несомненно, например, что сильная облачность мешает большинству птиц правильно ориентироваться и днем и ночью; погвидимому, солнце и звезды служат ориентирами для птиц. Но как же в таком случае объяснить, что однажды стая кайр достигла одного островка в Беринговом море раньше корабля, который она обогнала в густом тумане и который двигался к тому же острову, ориентируясь по компасу? Как ориентировались эти птицы? Ответ на этот вопрос может дать только будущее.
Лучше всего, если мы сразу признаемся, что не знаем точного ответа. Разумеется, кое-что нам все же известно, но наша теория не всегда выдерживает проверку.
Способность перелетных птиц к ориентации поразительна. Вдумайтесь сами: ласточка по одним лишь ей ведомым приметам прилетает в Африку! Но самое удивительное заключается в том, что живущая в наших краях ласточка (а это убедительно доказало кольцевание птиц) возвращается из Африки домой. Не только в Венгрию, но даже в ту самую деревню, откуда она пустилась в дальний путь, к тому самому дому, под крышей которого она свила гнездо. Можно сказать, что все эти чудеса объясняются работой некоего таинственного внутреннего механизма. Мы называем механизм ориентации таинственным, потому что еще не сумели раскрыть его тайну.
Самая распространенная теория ориентации состояла в том, что птицы обучают маршрутам перелетов себе подобных. Маршрут передается из поколения в поколение: старшие летят во главе стаи, младшие следуют за ними и со временем сами обретают способность находить дорогу домой или к местам зимовки. В основном это верно: тому есть примеры. Но начнем с "контрдовода"- с кукушки. Всем известно, что кукушка не знает своих истинных родителей: взрослая кукушка откладывает яйцо в чужое гнездо, и выращиванием птенца занимаются птицы других видов. Осенью кукушки улетают в Африку или в тропические леса Южной Азии. Но удивительнее всего, что потомство пускается в путь позже, когда кукушки старшего поколения находятся уже в пути. Они летят без вожаков, и никогда не ошибаются в выборе маршрута. Их ведет врожденный инстинкт.
Как выбирают маршрут перелета аисты? Следуют за старшими или руководствуются врожденным инстинктом? Выяснением этого вопроса занимался немецкий орнитолог Шюц. Он поставил весьма остроумные эксперименты. Аист-птица крупная, и сравнительно легко удалось установить, что западноевропейские аисты совершают перелеты по одним, а восточноевропейские - по другим маршрутам. Аисты летают планируя, они любят восходящие воздушные потоки и поэтому не срезают путь, прокладывая маршрут напрямик через море, а стремятся пересечь его в узких местах. Европейские аисты стремятся попасть кратчайшим путем в Африку. Восточноевропейские аисты летят через Босфор, а западноевропейские пересекают море у Гибралтара. Требовалось выяснить, обучаются ли аисты навигационному искусству у старших или же маршрут им подсказывает врожденный инстинкт.
Для своего первого опыта Шюц взял восточноевропейских аистов. Из гнезд он выбрал по птенцу и выкормил их сам. На волю Шюц выпустил птенцов лишь после того, как старшие аисты улетели. Молодым аистам не оставалось ничего другого, как проложить маршрут самим, без опытного вожака, и они успешно справились с задачей, избрав тот же маршрут в Африку, что и их родители. Несколько аистов было поймано в Греции: очевидно, они не сумели найти кратчайший путь через море в районе Босфора. Но направление полета в основном было выбрано верно. Значит, аистов вел врожденный инстинкт.
Затем Шюц поставил новый опыт. На этот раз он взял 754 птенца восточноевропейского аиста, отвез их на запад и предоставил выкармливать местным аистам. Сообщения удалось получить почти о 100 окольцованных птенцах: вместе со старшими они проследовали через Средиземное море по западному маршруту - у Гибралтара. Влияние старших на выбор направления оказалось сильнее, чем врожденный инстинкт.
После этого Шюц поставил еще более интересный опыт. Он увез на запад птенцов восточноевропейского аиста и там выкормил их. На волю Шюц выпустил птенцов, когда местные аисты старшего поколения уже улетели. Молодые аисты отправились было сначала в юго-западном направлении, затем повернули на юго-восток, т. е. полетели по традиционному маршруту своих предков. Из опытов Шюца следовало, что аистам подсказывает маршрут перелета врожденный инстинкт, руководствуясь которым, летали их родители. Если же поблизости оказывались аисты старшего поколения, то маршрут выбирался под влиянием вожака стаи, а им был аист старшего поколения. Следовательно, влияние старших подавляло выбор маршрута, диктуемый врожденным инстинктом.
До сих пор мы говорили о том, что перелетные птицы умеют ориентироваться, т. е. так или иначе находить дорогу к местам зимовки, а затем обратную дорогу домой. Как они ориентируются? Мы видели, что известную роль играет обучение, но не все здесь до конца ясно.
Императорские пингвины (Aptenodytes)
Есть основания полагать, что птицы ориентируются так же, как моряки. Что необходимо капитану парусного судна для того, чтобы в открытом море проложить правильный курс и прийти в порт назначения? Прежде всего для этого необходим высокоточный прибор, известный под названием секстанта и позволяющий измерять высоту солнца над горизонтом. Однако одного лишь секстанта недостаточно, так как высота солнца зависит от времени года. Необходимы специальные таблицы. Еще капитану понадобятся точные часы - хронометр: положение солнца на небосводе непрестанно изменяется с утра и до вечера. Разумеется, ни один капитан судна не обрадуется столь скудному выбору навигационных средств, но любой судоводитель в случае необходимости смог бы проложить курс с их помощью.
Выяснилось, что перелетные птицы днем ориентируются по высоте солнца, т. е. пользуются своими естественными "навигационными приборами". Разумеется, никаких "биологических секстантов" и "биологических хронометров" у птиц нет. Это доказал своими опытами в первую очередь Крамер.
Он посадил скворцов в сферическую камеру, опирающуюся на кольцеобразную подставку. Камеру можно было по желанию затемнять и освещать. Если светило солнце, то скворцы ориентировались так же, как во время полета: они выдерживали направление движения или стремились вырваться на свободу в ту сторону, куда летели бы, не будь на их пути стенки. Но стоило затемнить камеру, как скворцы утрачивали способность ориентироваться и не могли выдержать направление движения.
Затем Крамер раздвинул шторки. Скворцы могли снова видеть солнце сквозь стеклянные окошки, на этот раз заклеенные папиросной бумагой. Свет был таким, как в тумане. Но это не мешало ориентироваться скворцам, они точно "знали" свой маршрут и бились о стенку камеры, стремясь продолжить полет в правильном направлении.
В следующем опыте Крамер зашторил окошко, обращенное к солнцу, и одновременно с противоположной стороны поставил зеркало, отражавшее солнечные лучи. Скворцы изменили направление полета на противоположное: ведь теперь они ориентировались по зеркальному отражению солнца! Так было доказано, что солнце влияет на способность скворцов ориентироваться в пространстве и даже что скворцов можно обмануть.
Некоторые перелетные птицы "путешествуют" по ночам . Сразу же возникает мысль о том, что они ориентируются по звездам. Такое предположение менее вероятно, поскольку свет звезд не столь интенсивен, как солнечный. К тому же, чтобы ориентироваться по звездам, необходимо основательно знать небосвод, чтобы уметь распознавать отдельные звезды и созвездия, да и наблюдать приходится не один сильный источник света, а множество слабых.
Заслуга в решении этого вопроса принадлежит немецкому орнитологу Зауэру. Для своих опытов он выбрал славку - неприхотливую певчую птицу размером меньше воробья. Зауэр содержал славок в неволе в таких условиях, что они вообще не видели естественного света. С того момента, как они вылуплялись из яиц, птенцы славки жили только при искусственном освещении. Опыт Зауэра показал, что жившие в неволе птицы осенью и весной, когда их свободные родичи совершали свои сезонные перелеты, приходили в состояние сильного возбуждения. "Биологический календарь" как бы говорил им: настала пора пускаться в путь.
Затем Зауэр поместил славок в клетки, полностью закрытые со всех сторон стеклом. Птицы могли видеть звездное небо. Теперь осенью и зимой, т. е. во время перелетов, подопытные славки стремились вырваться из клеток на север в том направлении, в котором улетают славки на волю.
Результат, полученный Зауэром, был особенно убедительным, поскольку орнитолог экспериментировал со многими видами славок. Гаичка, садовая и полевая славки стремились лететь на юго-запад, а малая славка - на юго-восток. Именно в этих направлениях летят осенью соответствующие виды, отправляясь на зимовку в Африку. Опыт Зауэра показал, что птицы ориентируются по звездному небу.
Затем экспериментатор перенес птиц в планетарий, где специальный аппарат проектирует на огромный яйцевидный купол светлые пятнышки, яркость, размеры и положение которых в точности соответствуют звездам и созвездиям на небосводе. (Зауэр поместил в планетарий стеклянные клетки с птицами.)
Первый из таких опытов проводился осенью. Сначала птицам показали "правильное" ночное небо - такое, какое они увидели бы, находясь на воле, и малая славка настойчиво стремилась вырваться из клетки в том направлении, в каком улетают на зимовье славки на воле. Но вдруг картина ночного неба изменилась: опыт производился в планетарии, и стоящий в центре зрительного зала специальный проекционный аппарат (планетарий) позволял с легкостью воспроизводить на своде ночное небо, видимое в любом месте на земле в любое время года. Теперь птицы видели звездное небо таким, как если бы находились не во Фрейбурге (где производились опыты), а в районе озера Балхаш. (За один час Земля поворачивается вокруг своей оси на 15° географической долготы, а наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что небосвод поворачивается с такой же скоростью, но в противоположном направлении.)