Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
Стая пеликанов летит на остров Пеликан на реке Индиан-Ривер, Дейтон-Бич, шт. Флорида. Этот остров — самое северное в США место гнездования пеликанов, которые зимуют в Венесуэле. В 1907 г. по приказу президента США Теодора Рузвельта остров Пеликан стал первым в Америке заповедником дикой природы (фото автора).
Казалось, что чем больше известно о птицах, тем сильнее запутывается ситуация. Но не только и не столько колоссальная протяженность миграционных маршрутов ставила ученых в тупик. Еще более непонятными были пути миграций, совершенно разные у различных видов. Так, большинство континентальных птиц как будто избегают прокладывать путь через морские просторы, и это выглядит вполне резонно — в открытом море негде остановиться для отдыха и кормежки. Однако упомянутые выше полосатые древесные славки летят над океаном 4 суток без передышки. Еще загадочнее ведут себя краснозобые колибри. Эти крошечные птички, поглощающие относительно огромное количество пищи для восполнения энергии, которая затрачивается на необычайно быстрые движения крыльями, путешествуют из южной части США к полуострову Юкатан, преодолевая более 800 км над водным пространством Мексиканского залива. Таким птицам скорее всего следовало бы лететь в обход, над сушей.
Подобные загадки оставляют мало надежды на то, что тайна миграции птиц будет когда-либо раскрыта. В первой половине XX века здесь был достигнут известный прогресс: с помощью кольцевания удалось установить маршруты сезонных миграций некоторых видов птиц. Благодаря участию многочисленных добровольных энтузиастов, сообщавших о виденных ими птицах с кольцом или меткой, были составлены карты миграционных перемещений. И хотя механизм миграций по-прежнему оставался неясным, по крайней мере, прояснилось, куда и когда мигрируют птицы.
Оказалось, что большинство птиц не путешествует семьями. Как правило, самцы улетают с летних гнездовий раньше самок со слетками (иногда с разницей в несколько месяцев). Самцы краснозобых колибри отправляются в Мексику в конце июля, а самки с детенышами — только в конце октября. С другой стороны, некоторые лебеди, в том числе американский лебедь и лебедь-трубач, мигрируют семьями. В северной Америке они гнездятся в Канаде и на Аляске, а зимой кормятся на территории США. Такая «семейственность» объясняется тем, что лебеди достигают половой зрелости медленнее большинства видов пернатых, поэтому молодые особи дольше нуждаются в родительской опеке, особенно во время долгого путешествия.
Последнее соображение, в свою очередь, порождает более трудный вопрос: почему у одних видов имеется врожденное, по-видимому, знание миграционного маршрута, а у других молодым особям нужна помощь родителей? Напрашивается ответ, что разные виды пользуются различными системами ориентирования и навигации. Если это так, то вряд ли удастся разобраться в загадках птичьих миграций на основе какой-то одной теории. Каждый случай потребует своего объяснения, т. е. возможно множество различных способов навигации.
В начале 1970-х годов среди ученых преобладало мнение, что птицы используют различные системы ориентирования. Поскольку эксперименты в этой области очень сложны, исследования сосредоточились в основном на отдельных аспектах проблемы. В итоге появился ряд конкурирующих гипотез.
Общепризнано, что у птиц, как и у млекопитающих, ключевую роль играют циркадианные ритмы (околосуточные, от латинского circa — около и dies — день). В организме животного имеются своего рода часы, согласованные с 24-часовым обращением Земли вокруг Солнца. По-видимому, синхронизованность внутренних часов с суточным циклом у птиц еще более выражена, чем у млекопитающих. При резком изменении продолжительности светового дня птице понадобится 2—3 суток на адаптацию; в этот период приспособления организма к новым условиям ритм чередования сна и бодрствования и другие активности будут несколько «сбиты». Однако впоследствии внутренние часы вернутся к 24-часовому циклу независимо от внешних раздражителей.
Считается, что наличие точных внутренних часов играет важнейшую роль в процессах миграции. В ходе суточного вращения Земли долгота данного места на ее поверхности изменяется на 15° в час (15° х 24 ч = 360° за сутки). Ошибка в хронометрии привела бы к отклонению от нужного курса почти на 30 км за каждую минуту. Очевидно, одни только циркадианные ритмы не смогли бы обеспечить прилет птиц на одни и те же места гнездования каждый год после преодоления сотен и даже тысяч километров.
Несомненно, птицы используют для навигации свое острое зрение. Возможно, вам доводилось вздрагивать от неожиданности, когда где-нибудь за городом откуда ни возьмись прямо вам в ноги камнем падала голубая сойка и хватала полевку, которую вы даже не заметили. Птицы превосходно видят на большом расстоянии. Недаром существуют выражения «орлиное зрение» и «соколиный глаз». Специалисты полагают, что детальная точность зрительной информации о земной поверхности у птиц в полете превосходит возможности фотосъемки со спутников.
Конечно, далеко не все объясняется зрением. Не вызывает сомнения, что птицы используют зрение при поисках пищи и ориентировании на месте гнездования, но крайне мало свидетельств того, что зрительное восприятие наземных ориентиров имеет значение в дальних перелетах. Экспериментировать здесь затруднительно, но полученные данные, хотя и ограниченны, заставляют сомневаться в роли ориентирования по ландшафту. В самом деле, он может быстро и радикально меняться в результате землетрясений, наводнений, лесных пожаров или человеческой деятельности. Наземные ориентиры при перелетах на большие расстояния не могут быть ключевыми.
Возможно, навигация осуществляется по небесным ориентирам? Используют ли птицы информацию о положении солнца, звезд и планет? Судя по всему, птицы, как и люди, избегают смотреть на солнце в упор. Голуби в полете вместо этого следят за собственной тенью на поверхности земли. В 1968 г. известный орнитолог Джеффри Матьюз выдвинул предположение, что птицы пользуются своего рода солнечным компасом, а именно — оценивают угол падения солнечных лучей. Врожденные «математические способности» не редкость в животном мире. Примеры можно найти в деятельности пчел или бобров. Немалую популярность снискала также гипотеза Дж. Д. Петтигру, предположившего, что специфический вырост («гребень» глаза) у птиц служит для создания тени на задней поверхности глаза, и это используется для навигации.
Даже если бы эти гипотезы удалось доказать, множество вопросов осталось бы без ответа. Некоторые птицы во время миграции летят по ночам, а днем отдыхают, другие же машут крыльями день и ночь без остановки. Вероятно, ночные путешественники ориентируются по звездам. В 1940-х годах начались попытки экспериментально исследовать эту проблему. Например, в известной работе Стивена Эмлина новорожденных индиговых овсянковых кардиналов помещали в клетки в планетарии, где им демонстрировали различные варианты ночного неба. Результаты этих опытов свидетельствуют о том, что «звездный компас» у данного вида не был врожденным, а приобретался. В этом есть определенный смысл: положение звезд меняется со временем, и если бы звездный компас был фиксированным, его коррекция стала бы делом естественного отбора, что заняло бы тысячи лет эволюции.
Наиболее результативными оказались эксперименты по изучению способности птиц ориентироваться по магнитному полю Земли. Фундаментальное исследование в этой области провели немецкие ученые в 1970-х годах во Франкфурте. Многие другие работы так или иначе базировались на их данных. В совокупности полученные результаты убедительно свидетельствуют о том, что птицы воспринимают магнитное поле. Так, например, у голубей в голове обнаружены магниточувствительные структуры: между черепом и мозгом расположено небольшое образование, содержащее магнетит — магнитный материал биологического происхождения. Это образование обнаружено пока лишь у нескольких видов, тем не менее можно говорить о наличии у птиц «шестого чувства».
Итак, теоретически можно дать ряд объяснений давним загадкам миграции пернатых: циркадианные ритмы, острое зрение, ориентирование по солнцу и звездам, магниторецепция. Проблема в том, что роль этих систем навигации весьма различна у разных видов. Собственно, почти любая биологическая характеристика — от особенности гнездования до характера питания — видоспецифична, стало быть, и механизмы навигации разнятся от вида к виду. Птицам, мигрирующим на несколько сотен километров, не нужны навигационные системы, обеспечивающие ориентацию тем видам, которые путешествуют за тысячи километров. Например, в Антарктике пингвины тоже мигрируют — почти на 500 км, но пешком! Этим птицам не нужны ни острое зрение, ни магниторецепция.
