Пътуващите птици, чийто обхват на миграция е наистина планетарен по природа, трябва да разчитат на глобално ориентиращи се полета, поради основните физически свойства на земното кълбо и околното пространство. Особено много надежди за разбиране на механизмите за ориентация на мигриращите птици породиха геомагнитно поле сред орнитолозите, наличието на което отличава Земята от всички най-близки планети на Слънчевата система.
Механизмите на миграцията на птиците
С известна степен на конвенционалност Земята може да бъде представена като гигантска намагнетизирана топка. Във всяка точка на повърхността на земното кълбо има магнитно поле, посоката на което е лесно да се установи с помощта на компасната игла, която винаги е обърната към магнитния полюс. Спомнете си, че магнитните полюси на планетата се намират малко по-далеч от географските полюси, начертани на карта или земно кълбо, през които минава оста на въртене на Земята.
Стрелката на конвенционалния компас се движи само наляво и надясно, следователно показва посоката само на хоризонталния компонент на полето, насочена по магнитния меридиан към магнитния полюс на Земята. Но силите на земния магнетизъм действат не само в хоризонталната равнина, но и към центъра на планетата, тоест магнитното поле също има вертикален или, както се казва, гравитационен компонент. Ако иглата за компас можеше да се движи във всички посоки, включително нагоре и надолу, тогава позицията му ще се промени значително, когато се движи от екватора към полюсите.
На екватора той би бил разположен строго успоредно на повърхността на Земята, тоест абсолютно хоризонтално, сочещ с намагнетизирания си край строго на север. Докато се отдалечава от екватора, отклоненията му от хоризонталата ще станат по-забележими и накрая на северния полюс стрелката ще се обърне към центъра на планетата, тоест ще се издигне вертикално. На южния магнитен полюс стрелата също ще заеме вертикално положение, но нейният намагнетизиран „северен“ край ще бъде обърнат строго нагоре. По този начин компас, който има такова устройство, може да се използва не само за посочване на посоката на север, но и за определяне на неговото положение на меридиана, тоест като индикатор за ширина.
Хипотеза за магнитната ориентация на мигриращите птици
Могат ли птиците да използват наземния магнетизъм по същия начин, както ние използваме конвенционален компас, стрелката на който, подчинявайки се на хоризонталния компонент на магнитното поле, винаги е обърната на север? Птиците умеят ли да усещат и оценяват този компонент? Хипотезата за магнитната ориентация на мигриращите птици е изразена от академика на Петербургската академия А. Миддендорф преди повече от сто години, но реални възможности за нейната експериментална проверка се появяват у учените едва през последните години.
Метод за изследване на миграцията на птиците
Оказва се, че гълъбите със спирали, направени от тънка метална тел на главите им с електрически ток, преминаващ през тях от миниатюрни батерии при експерименти в облачно време, се върнаха слабо. При ясно време те използваха познатия слънчев компас и уверено се насочиха към гълъбовия кок, никак не тъжно, че посоката на магнитните полета около техните глави няма нищо общо с посоката на земния магнетизъм.
В облачно време гълъбите със спирали на главата си допуснаха груби грешки при нанасянето на курса и излетяха навсякъде, докато гълъбите без спирали не изпитваха забележими затруднения. Към днешна дата има много повече доказателства за способността на птиците да използват магнитен компас. Много по-голямо съмнение предизвиква засега способността на птиците да използват гравитационния компонент на магнитното поле, за да определят тяхното местоположение.
Въртене на Земята и миграция на птици
По едно време дори се предполагаше, че птиците имат навигационни методи, основани на използването на сили на Кориолис. Тези сили възникват поради въртенето на земното кълбо; те се увеличават в посока от полюса към екватора в съответствие с увеличаване на скоростта на въртене на точки, разположени на повърхността на земната сфера. Глобалните прояви на силите на Кориолис в планетарен мащаб са излугване на бреговете на реки, които текат в меридионална посока, и усукване на гигантски атмосферни вихри. Използването на тези сили се основава на изграждането на жирокомпас - устройство, което при всякакви позиции на въздухоплавателно средство или морски кораб спонтанно се задава по географския меридиан. Силите на Кориолис са подходящи за определяне на географската ширина в рамките на едно полукълбо от тях.
Ако добавим още един индикатор за място, например, един от компонентите на магнитното поле на Земята, тогава можем да получим желаната система от две координати (поради несъответствието между осите на магнетизма и въртенето), което ни позволява да създадем карта на магнитната гравитация. Изчисленията обаче показаха, че за да бъде възприет от птиците, силата на Кориолис все още е твърде малка и по-специално безнадеждно се припокрива и маскира ускоренията, които влияят на птицата в полет (при излитане, по време на ускорение или забавяне и наистина когато всяка промяна в скоростта на полета или положението в космоса).
Навигация за птици
Разликата между ориентацията на компаса и навигацията
Стигането до целта включва два компонента. Първо, ориентация към компас - способността да се поддържа избран курс за дълго време, и второ, навигация - способността да се очертае курс между две точки въз основа на сравнение на техните координати, тоест на карта, запазена в паметта.
Разликите между обикновената ориентация на компаса и навигацията се илюстрират от опита на транспортиране на скорци. Няколко хиляди птици бяха уловени и позвънени, транспортирани от Холандия до Швейцария и освободени. Младите птици, които направиха първата миграция в живота си, заминаха от Швейцария на югозапад. Те успяха да изберат правилната посока, но в крайна сметка се отклониха от курса и бяха забележимо южно от мястото, към което се насочиха, и съответно нямаха друг избор, освен да зимуват в Испания и южните райони на Франция.
Според компаса младежите се ориентирали правилно, но скорците не могат да си позволят да се коригират за определена смяна от обичайния си маршрут. И възрастните скорци, които вече имат опит в миграцията, отлично показаха, че имат отлична снайперска навигация. Те успяха да се ориентират и веднага зададоха нов курс в северозападната и западната посока и в резултат на това лесно достигнаха обичайната си зимуване.
Разликата между пространствената ориентация на възрастните и младите птици
Каква е разликата между пространствената ориентация на възрастните и младите птици? Най-вероятно движението за зимуване при млади животни, преодоляване на маршрута за първи път в живота им, е подчинено главно на инстинктивни програми на поведение. С други думи, младият скорцинг има вродената способност да лети в посока на зимуване и доста точно си представя точно какво разстояние трябва да преодолее, за да ги достигне.
Друго нещо са възрастните птици, които вече са посетили зимни апартаменти и са получили определена информация там. Кой от тях е най-трудният и ключов въпрос, точният отговор на който все още не съществува. Това може да бъде всяка астрономическа или геофизична информация, чрез която е възможно да се даде уникална характеристика на всяка точка на повърхността на земното кълбо. Така че възрастна птица най-вероятно е в състояние да сравнява съхранената информация за зимуване с актуална информация за нейното местоположение.Всичко това е въпрос на технология и е проста задача за всеки предмет, който знае уменията за ориентиране, използвайки компас.
Способността на гълъбите да намерят своя път към къщата
Невероятната способност на гълъбите да намерят пътя си до къщата е позната от незапомнени времена. Армиите на древните перси, асирийци, египтяни и финикийци изпращали съобщения от кампании с гълъби. По време на двете световни войни гълъбният пост обслужва такава служба, че паметници са издигнати в чест на пернатите превозвачи на писма в Брюксел и френския град Лион. На състезания гълъбите-носители се транспортират на 150-1000 километра и се освобождават. Времето за връщане на птиците в гълъбовия се записва с помощта на специални устройства. Добре обучени гълъби летят до къщата със средна скорост 80 километра в час, най-добрите от тях успяват да преодолеят 1000 километра на ден.
Третият паметник на гълъбите все още не е изграден, но те отдавна са заслужени поради изключителния си принос в изучаването на начините за ориентация на птиците. Оказа се, например, че гълъбите могат да се върнат от далеч до гълъбарника, въпреки най-силната „късогледство“. „Близогледите“ птици са правени по време на експеримента, като върху очите им са поставени матови контактни лещи, което дава възможност да се разграничат само контурите на най-близките предмети. И с такива лещи гълъбите бяха пуснати на 130 км от гълъбарника. Полуслепи птици се извисяха нагоре и се втурнаха към къщи на голяма надморска височина, като не виждаха нищо около себе си, освен непроницаема сива мъгла. Почти всички успяха безопасно да стигнат до мястото, въпреки че „късогледството“ не позволи да намери самия гълъб. Гълъбите се спуснаха в радиус на 200 метра от нея и търпеливо очакваха да се отърват от досадните лещи.
Компаси за птици
Когато курс е известен, можете да го следвате дълго време само с помощта на компас. В зависимост от обстоятелствата птиците уверено използват „компаси“ от поне три различни типа. През деня птиците с голяма точност определят позицията на кардиналните точки на слънцето. Това не е възпрепятствано дори от леко покритие от облаци, стига все пак да ви позволява да усетите позицията на звездата в небето. През нощта звездният „компас“ идва да замени слънцето и в изкуството да се справя с него много птици, извършващи нощни миграции, също постигат голям успех. Когато времето се влоши напълно и небето е денонощно покрито с облаци, магнитният „компас“ идва на помощ на пернатите пътешественици, с които те също управляват много умело.
По този начин, на въпроса какво използват "компас" пернатите пътешественици, учените имат почти изчерпателен отговор. Ситуацията е по-лоша засега с разбирането за това какво представлява „навигационната карта“ на птиците и какви методи използват за маркиране на местоположението им върху нея. Спомнете си, че моряците се научиха да правят това реално само с появата на точни измервателни уреди.
На първо място, хронометър - часовник с много точен напредък, който ви позволява да проследявате височината на звездите над хоризонта и техния азимут в строго определен час по време на многомесечно плаване - тоест тяхното разположение спрямо северната посока. Положението на светилата се определя с помощта на секстант - доста сложен инструмент, без който през последните три века нито един съд на дълги разстояния не е напуснал пристанището. За да „получите място“ на кораба, е необходимо да направите поне две измервания на височината или азимута на звездите - във всяка комбинация.
След като получи необходимите числа с помощта на таблици за навигация, частично освобождавайки навигатора от сложни изчисления, той може да определи географската дължина и географска ширина, с която корабът е бил в момента на измерване, с точност от няколко мили. По-точните, но несравнимо по-скъпи навигационни методи, предполагащи положението на кораб или самолет с точност от десетки метра, стана възможно само с появата на космически превозни средства.
Слънчеви и звездни компаси
По този начин, според положението на Слънцето или звездите на небето, не само може да се поддържа курса, използвайки светила като заместител на компас, но и да се определи положението на повърхността на планетата, използвайки светила като индикатори за място. В момента е твърдо установено, че птиците имат вродена способност да използват слънчеви и звездни „компаси“, поради наличието на точни „вътрешни часовници“, което ви позволява да изберете правилната посока за всяка позиция на звездите през деня.
Могат ли птиците да използват слънцето и звездите, за да определят местоположението?
Ако еволюцията на навигационните системи за птици ще следва същия път като развитието на навигационните дела, тогава птиците ще трябва да намерят заместител на хронометъра, секстанта, календара и освен това да овладеят сумата от знания по астрономия поне в обема на програмата за средно образование. Тогава, намирайки се в непозната област, един и същ гълъб-носител може да определи положението си по отношение на къщата, оценявайки разликата между височината на слънцето и азимута на звездите на ново място и запаметената височина и азимут на същите звезди в паметта в същия ден същото време над родния гълъб.
Най-лесният начин е да изчакате на новото място на местния обяд - момента на горната кулминация на центъра на Слънцето. Тогава трябва да се направят две неща. Първо, погледнете часовника, който работи на "домашното" време, и установете разликата в момента на обяд. Ако Слънцето отиде в зенита преди 12.00, тогава къщата остана на запад, ако по-късно - на изток. Второ, трябва да погледнете Слънцето и да оцените височината му над хоризонта. Ако Слънцето по обяд е по-високо, отколкото у дома, тогава съдбата ви е довела на юг, ако е по-ниска - на юг на север (в Южното полукълбо, разбира се, обратно).
На пръв поглед всичко е просто, но в действителност трудностите са неописуеми. За да използвате този метод, дори и в най-простата му модификация, се нуждаете от огромно количество памет и най-високата точност на измерване. Мозъкът на птиците няма такива ресурси на паметта. В допълнение, измерванията за навигационни цели са твърде сложни, за да могат да се правят „по око“.
Например на географската ширина на град Симферопол за всеки 100 километра от пътя височината на Слънцето се променя само с 1 °, времето на изгрев и залез - с по-малко от 5 минути, азимутът на Слънцето - с по-малко от 1,5 °. По-лесно е да използвате астрономическата ориентация на дълги разстояния - тъй като тя намалява, изискванията за точност на измерването непрекъснато се увеличават.
Орнитолозите усилено са работили, за да намерят сходства в методите на навигация на птици и хора. Но всички изследвания в тази посока все още не са успешни. Най-вероятно птиците определят местоположението си на земната повърхност и нарисуват своите „карти“ по други начини. Кои от тях - това остава да видим в бъдеще. Ето как един известен специалист в областта на миграцията на птици вижда професора от Санкт Петербург В.Р. Долник: „Трябва да признаем - пише той, - че навигационната система води птиците до точка - в най-буквалния смисъл на думата, в която веднъж са получили (или от която продължават да получават) някаква информация.
Очевидно ограниченията на точността на познатите ни системи, които осигуряват астрономическа, геомагнитна или гравитационна навигация при птиците, са 2-3 порядъка, недостатъчни за навигация до точка. Това отново (както при изследването на гълъбите при настаняване) повдига въпроса за някакъв неизвестен фактор, който ни позволява да означаваме абсолютна навигация или известен фактор, но неизвестен начин да го използваме за навигация. "