Навигатор для воробьиных
Уже вышла статья в важном научном журнале Current Biology, объединившая работы наших и западных биологов; уже и в «обычных» СМИ вкратце сообщили: люди приблизились к ответу на детский вопрос (детский в том смысле, что уже дети терзают им родителей): как птицы находят дорогу домой, даже если летят из Африки? «В принципе если будет создана навигационная система, которая весит меньше 1 г (как мозг пеночки или камышевки) и может из любой точки мира без связи со спутниками выйти в квадрат размером 1 х 1 км (как это делает пеночка или камышевка), то такую систему можно будет использовать для многих полезных вещей – как военных, так и гражданских», – говорят ученые. Наш собеседник – один из авторов исследования и. о. директора биологической станции «Рыбачий» (филиала Зоологического института РАН в Калининградской области) Никита ЧЕРНЕЦОВ рассказал об итогах десятилетней работы.
Это и есть тростниковая камышевка – полноценный «участник» открытия.
ФОТО Andy MORFFEW/UK Birds Stock Photos
Из «Росситтена» –
в «Рыбачий»
Станция «Рыбачий» (по названию тамошнего поселка) – первая в мире орнитологическая станция. Но гордиться этим скорее пристало немцам: это они основали станцию под названием «Росситтен» недалеко от тогдашнего Кенигсберга, на Куршской косе, очень подходящей для наблюдения за перелетными птицами.
Именно на «Росситтене» в самом начале ХХ века кольцевание птиц стало полноценным научным методом. Это сейчас едва ли не в каждой стране орнитологи применяют свои «национальные» кольца, а в первом десятилетии ХХ века даже в Петербургской губернии ученые пользовались немецкими росситтеновскими.
После Второй мировой станция в уже Калининградской области РСФСР и под названием «Рыбачий» возобновила работу – правда, только в 1956 году. А в 1957-м пополнилась полевым стационаром для массового кольцевания «Фрингилла» (Fringilla – по-нашему «зяблик», в честь самой массовой птицы на Куршской косе).
В этом полевом стационаре уже почти шесть десятилетий на одном месте в стандартные сроки (с 1 апреля до конца октября) проводится массовый отлов птиц для кольцевания.
– Это позволяет сравнивать данные почти за 60 лет, – говорит Никита Чернецов. – Численность пойманных птиц, их состояние, сроки миграций.
Сроки миграций, к примеру, «существенно изменились»: весной птицы стали прилетать намного раньше, на 10 – 14 дней. Это напрямую связывают с изменениями климата, которые в Прибалтике (да и в Петербурге с Ленобластью) бросаются в глаза: зима – мягче, весна – раньше. Но подтвердить перемены в миграционном поведении птиц и прогнозировать его возможно только потому, что мы располагаем данными за многие десятилетия. Кстати, посмотреть, как работают самые большие в мире ловушки (70 м в длину, более 15 – в высоту), можно хоть на YouTube, хоть живьем: Калининградская область в последние полтора десятилетия заделалась пляжным курортом, а орнитологическая станция стала пунктом экскурсионной программы. В этом году на станцию наведались не меньше 30 тысяч любознательных. Процесс кольцевания таков: птицы (в основном мелкие) залетают в сетевой лабиринт, в него входит ученый и прытко, но мягко, голыми руками их хватает. У пойманных определяют вид, пол, возраст, вес, длину крыла (это то же, что для человека рост), уровень жировых запасов. Кольцуют и отпускают.
За 60 лет окольцовано больше 3 млн птиц. Получены огромные объемы данных по т. н. дальним находкам – проще говоря, это когда птицу с кольцом, надетым в «Рыбачьем», находят вне места кольцевания.
Количество дальних находок зависит от того, насколько в той или иной стране развито общение, так сказать, широких масс населения с тамошними учеными. Широкие массы должны бы рассказать своим экспертам об увиденной/пойманной окольцованной птице, те – сообщить коллегам на место кольцевания. В Западной Европе эта связь очень развита; в Китае, к примеру, не развита совсем, хотя китайцы активно ловят пернатых на еду.
Самое дальнее, куда добирались окольцованные в «Рыбачьем» птицы, – Южная Африка.
Компас и карта
Но исследование, которое стало предметом публикации в Current Biology, – особого рода.
– Мы изучаем способы ориентации и навигации птиц, – объясняет Никита Чернецов. – Как они умудряются из Африки вернуться в то место, где родились либо гнездились в прошлом году? Как физиологически регулируется их миграционное состояние? Почему птица жила-жила, а потом взяла и полетела на юг, а весной – на север? Понятно, что это связано с изменениями в физиологии, птицы в определенный момент начинают есть больше, накапливают жир, поскольку полет – очень энергетически дорогой способ перемещения...
Но дорогу-то они как находят?
Ученый объясняет на пальцах: если вам нужно перемещаться на дальние расстояния, нужны карта и компас. Карта потому, что если мы хотим понять, где, скажем, находится
Москва, то нужно увидеть ее на карте. Ага, она на юго-востоке от Петербурга. А куда двигать на юго-восток? Укажет компас.
– И вопрос «Как птицы находят дорогу?» распадается на два: «Как устроена карта?» и «Как устроен компас?».
О птичьих компасных системах, ориентирующих по сторонам света, известно немало: исследования ведутся с конца 1940-х, и большинство ученых согласны в том, что у птиц три независимые компасные системы. Стороны света они могут определять по Солнцу, по звездам и по магнитному полю Земли.
– А вот как устроена карта, до самого недавнего времени было неизвестно вообще, – рассказывает Никита Чернецов. – Были гипотезы, но мало основанные на данных.
Может, птичья карта – астрономическая? Чернецов очень сомневается: для ориентировки по небесным телам птицы должны бы уметь мерить углы с невероятной точностью. Сэр Фрэнсис Дрейк и пираты Карибского моря ориентировались по небесным телам, но здорово в этом «плавали»: определять направление на звезду с точностью до минуты научились позже, в XVII – XVIII веках.
– Кроме того, по звездам и Солнцу можно определять широту. Долготу – теоретически можно, но птицы этим не пользуются: мы проводили эксперименты, – продолжает биолог.
Еще одна «небезумная» гипотеза – «запаховая»: птицы, возможно, используют для составления карты распределение запахов.
– Но как могут существовать запаховые ландшафты при наличии ветров? – комментирует Никита Чернецов. – В отношении морских птиц есть данные о том, что обоняние им необходимо для навигации, но даже сторонники гипотезы запаховых карт не утверждают, что по ним можно из тропической Африки попасть в Ленобласть.
Наконец, еще одна идея: для карты, как и для компаса, птицы используют параметры магнитного поля – его общую интенсивность и то, под каким углом направлены линии поля по отношению к поверхности Земли. Это именно та гипотеза, которая перестала быть гипотезой, поскольку ученые показали: во всяком случае мелкие воробьиные используют именно магнитную карту.
Перепроложить маршрут
Ученые Зоологического института РАН проводили эти эксперименты с 2004 года. Ловили на Куршской косе перелетных тростниковых камышевок (маленькие такие, зимуют в Африке) и изучали их поведение в специальных круглых клетках: птица по своему миграционному зову порывается прыгать в том направлении, куда летела бы, будь она свободна.
Находясь в Калининградской области, птицы устремляются на северо-восток – в район размножения: в Ленобласть, Эстонию, Южную Финляндию. Но если птиц перемещали на Звенигородскую биостанцию под Москвой, так что птицы оказывались юго-восточнее районов, куда им нужно попасть, пернатые сами себя «перепрограммировали». И ориентировались уже на северо-запад. То есть они не только не теряли способности ориентироваться, но и быстро реориентировались.
Следующим шагом было исследование поведения птиц в магнитных кольцах. Пернатых не перемещали с Куршской косы, но в клетки были вмонтированы особым образом настроенные магнитные кольца, которые несколько изменяли поле. Все было прежним: ландшафт, запахи, положение звезд, но именно измененное магнитное поле заставляло птицу «думать», будто она оказалась на новом месте. И она делала переориентировку.
Рассказывать об этом опыте много проще, чем его провести. Аналогичные эксперименты ставили и в других странах, рассказывает Чернецов, но «фокус не удавался»: птицы вообще переставали ориентироваться.
– Почему у нас получилось? Мы пользовались очень качественными кольцами, которые создавали точное и стабильное поле. И помещали птиц в это поле однократно. А в других экспериментах птиц ночью (миграционное поведение проявляется в это время суток) сажали в измененное поле, днем возвращали в вольер, ночью опять в магнитное поле... Получалось, будто бы их рывком перемещали на тысячу километров туда-обратно... У птицы появлялись стрессорные реакции. Говоря научным языком, источники давали ненадежную информацию, а в такой ситуации самое разумное – просто остановиться. В нашем случае принципиально было то, что птицы были не дезориентированы, а реориентированы. Это и «этический» момент: если бы мы птиц слишком напрягали, то просто не получили бы никакого результата.
Где же у нее «кнопка»?
В каком месте в мозге птицы локализованы рецепторы, воспринимающие магнитное поле для «составления» карты, точно неизвестно. Предполагается, где-то в надклювье. И что информация туда поступает по глазной ветви тройничного нерва.
Вот уж где штучная профессия: в мире всего два человека, способные в мозге крохотной птахи пересечь ветвь так, чтобы через несколько дней птица была «как новая». Один из таких специалистов – физиолог Доминик Хайерс из Ольденбургского университета. Он регулярно приезжает на станцию «Рыбачий», участвует в исследованиях.
Обнаружилось: птицы, у которых ветвь в нерве пересечена, даже если их перевозили на сотни километров, продолжали ориентироваться в прежнем направлении. Они не понимали, что их переместили.
– Опять-таки существенно, – говорит Никита Чернецов, – они не были дезориентированы, они продолжали проявлять миграционную активность. То есть пересечение нерва не вызывало стресса.
Доминик Хайерс вместе с коллегами по университету (в том числе с Хенриком Муритсеном) показал: информация, передающаяся по тройничному нерву, – магнитная. Петербургские ученые по поведению птиц определили: эта информация дает птице сигнал, если нужна переориентация.
Но, как говорит Никита Чернецов, «это не вся история, это часть истории»:
– Из Африки те же тростниковые камышевки возвращаются с точностью в километр! По сравнению с расстоянием это точка. Магнитное поле не имеет такой разрешающей способности. Я пытаюсь добиться от наших физиков, чтобы они провели исследования, но думаю, максимальная точность, которую может дать магнитное поле, – порядка 50 км. Наверное, до какого-то места птица пользуется параметрами магнитного поля, а дальше должно быть что-то еще.
«Что-то еще» может быть и просто зрительным восприятием. Но если в случае с характерным ландшафтом Куршской косы это объяснимо, то как птицы снайперски угадывают нужное место где-нибудь в Сибири? Возможно, на локальном уровне как раз запускается ориентация по запахам.
Чернецов не сомневается: предстоит еще разбираться и с особенностями разных видов птиц. «Птицы не давали нам подписку, что они все одинаковые». У птиц такой же статус, что и у млекопитающих: это целый класс. Если наблюдается некоторая разница между млекопитающим-человеком и млекопитающим-кошкой, то, надо думать, и птицы разнятся.
Исследования продолжатся в том числе с коллегами из Ольденбургского университета. То есть с немецкими учеными – представителями школы, когда-то создавшей станцию «Росситтен», которая теперь «Рыбачий». Вот так все закольцевалось.
Эту и другие статьи вы можете обсудить и прокомментировать в нашей группе ВКонтакте
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 222 (5593) от 26.11.2015.
Комментарии