Ученые обнаружили, что молодые перелетные птицы используют сложную систему врожденных «маяков» для ориентации во время первой миграции, при этом способы навигации у разных видов отличаются. Так, ориентирами могут служить звезды, линии магнитного поля Земли или продолжительность светового дня. Полученные данные меняют ранее существовавшие более простые представления об ориентировании птиц и могут быть полезны при разработке автономного навигационного оборудования, например беспилотных систем, работающих в условиях отсутствия сигналов GPS. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журналах Frontiers in Physiology и Journal of Experimental Biology.
Ежегодно миллиарды птиц совершают сезонные миграции, преодолевая тысячи километров между местами гнездования и зимовки, очень точно определяя места планируемого прибытия. Долгое время ученые считали, что молодые особи, впервые отправляющиеся в путь, руководствуются простой генетически обусловленной врожденной программой, которая условно состоит из «компаса», указывающего направление, и «часов», определяющих продолжительность полета.
Еще в середине XX века ученые проводили эксперименты по искусственному смещению птиц с их обычных миграционных путей. Например, исследователи перевозили скворцов из Нидерландов в Швейцарию и отслеживали их дальнейшее перемещение.
Результаты тех экспериментов показали, что взрослые птицы способны скорректировать маршрут и вернуться к привычным местам зимовки, тогда как молодые особи продолжали движение в исходном направлении, подтверждая теорию врожденной программы «часов и компаса». Авторы исследования пришли к выводу, что взрослые особи пользуются другой системой навигации — своего рода двухкоординатной картой, которая позволяет им корректировать естественные (например, из-за ветра) и искусственные (из-за вмешательства человека) смещения.
Исследователи из Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) и Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) изучили существующие на сегодняшний день работы по навигации у птиц и определили, что навигационные способности птиц гораздо сложнее, чем предполагалось ранее, и они включают целую систему природных ориентиров.
В лаборатории авторы смоделировали условия, с которыми птицы сталкиваются при пересечении магнитного экватора. Магнитный компас птиц устроен таким образом, что птицы не отличают север от юга, а могут различать направление «к полюсу» (в северном полушарии это направление на север) и «к экватору» (в северном полушарии это направление на юг).
Когда летящая на юг птица пересекает магнитный экватор (здесь магнитное поле Земли становится горизонтальным, поскольку вертикальная составляющая поля равна нулю), ей нужно переключиться от полета к экватору на полет к полюсу. В реальных условиях это южный полюс, и птица дальше летит на юг. Географически магнитный экватор проходит близко к обычному экватору, но отклоняется в некоторых регионах. Например, в Южной Америке он смещен к северу, а в Индийском океане — к югу.
Биологи поместили в такой ориентационно «слепой участок» на два дня и три ночи молодых — еще не совершавших перелетов — болотных камышевок (Acrocephalus palustris) и серых мухоловок (Muscicapa striata). Эти виды выбрали потому, что они регулярно пересекают магнитный экватор во время миграции из Европы в Африку. При этом птицы не имели возможности получать какие-то другие сигналы, помимо геомагнитных, для ориентирования — например, видеть расположение звезд или оценить длину светового дня. После того как птиц подержали в условиях магнитного экватора, авторы проверили направление их ориентации в круговых аренах — небольших клетках в форме конуса.
Оказалось, что оба вида птиц сохранили прежнее направление ориентации и после пребывания в зоне магнитного экватора. Они продолжали ориентироваться к экватору, то есть на юг. В ранее проведенных экспериментах на садовых славках (Sylvia borin) наблюдался иной эффект: славки изменяли направление своего полета и летели к полюсу (на север).
Авторы предполагают, что такие отличия могут быть связаны с тем, что разные виды используют неодинаковые стратегии ориентирования. Так, кроме магнитного поля, птицы могут оценивать расположение звезд или изменение длины светового дня. Вероятно, именно из-за этого в отсутствие дополнительных сигналов болотные камышевки и серые мухоловки не смогли «переориентироваться» после условного пересечения магнитного экватора.
«Ранее мы показали, что птицы могут осваивать звездный "компас" не только в ходе предыдущих миграций, но и непосредственно перед первым полетом и во время него. Во время миграции они могут наблюдать за звездным небом, останавливаясь по пути следования. Например, болотные камышевки делают длительную остановку в Кении, где они имеют возможность изучить новые звездные "карты". Наше новое исследование подтверждает, что навигация птиц — это не просто следование строгой программе, а сложный процесс, сочетающий врожденные механизмы и адаптацию к внешним условиям. Понимание этих механизмов не только расширяет наши знания о природе, но и открывает новые возможности для создания биовдохновленных технологий, например в робототехнике и системах автономного перемещения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Никита Чернецов, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией орнитологии Зоологического института РАН.
В дальнейшем ученые планируют провести эксперименты со взрослыми особями серой мухоловки, которые уже пересекали магнитный экватор и были в горизонтальном магнитном поле. Благодаря этому исследователи хотят понять, смогут ли опытные птицы отреагировать на горизонтальное поле как на сигнал к тому, чтобы начать ориентироваться не к магнитному экватору, а к магнитному полюсу, чтобы продолжать лететь на юг.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
