Способы ориентирования птиц во время длительных перелетов. Птицы. Важность необходимости умения ориентироваться в пространстве для птиц

Крылатые странники

Механизмы ориентации птиц

Самый трудный, до сих пор таящий множество загадок вопрос в изучении миграций птиц - это вопрос об их ориентации. Многие годы ученые бились над его разрешением, то ища специальные "органы ориентации", то приписывая феноменальные способности перелетных птиц инстинктам, "врожденному чувству направления". Как птицы узнают направление к местам гнездования и зимовок? Обучение молодых птиц старыми играет здесь ничтожную роль, так как часто молодые улетают раньше взрослых и путешествуют отдельно. Запомнить дорогу по видимым приметам птицы тоже не могут, так как многие летят ночью, за облаками, а возвращаются к местам гнездования другой дорогой. Многие орнитологи проводили опыт с птицами, завозя их в закрытых ящиках за сотни километров от дома. Ящики иногда вращали по дороге, чтобы исключить всякое запоминание. Скворцов увозили на 100-300 км от гнезда, соловьев - на 270 км, городских ласточек - на 317 км. Все они довольно быстро возвращались домой. Обыкновенные буревестники из Венеции вернулись к побережью Уэльса, пролетев 6000 км за 14 дней. Альбатросы вернулись на остров Мидуэй, пролетев 6590 км за 32 дня. Обыкновенные крачки возвращались, преодолевая расстояние в 600 км, серебристые чайки - 1300-1400 км.

О механизмах ориентации птиц при перелетах существует множество гипотез. Некоторые из них давно отброшены как не подтвержденные фактами, другие выглядят более убедительно. Однако вопрос о навигации птиц до сих пор нельзя считать решенным. Рассмотрим несколько гипотез.

Ориентация по ландшафтным признакам кажется наиболее естественной с точки зрения человека. Существуют так называемые направляющие линии: долины рек, побережья морей, распадки в горах и другие крупные детали ландшафта, которые птица может видеть с воздуха. Но чтобы ориентироваться по этим линиям, птица должна хотя бы раз увидеть их. Таким образом, ориентация молодых птиц, летящих самостоятельно, по этому признаку исключается. Птицы, летящие ночью, тоже не могут использовать направляющие линии. Многие морские птицы прекрасно ориентируются над открытым морем, где нет никаких примет. В этом случае гипотеза тоже не подтверждается.

Инфракрасное тепловое излучение с юга не может сигнализировать птицам о выборе пути, так как птицы не обладают повышенной чувствительностью к инфракрасной части спектра.

Итальянские ученые выдвинули гипотезу о том, что определенные области поверхности Земли имеют специфический запах. Орнитологи из ФРГ предположили, что обонятельные ощущения могут помочь птицам находить родные места. Они поставили опыт по изучению чувства дома (хоминга) у голубей. Птиц, разделенных на две группы, контрольную и опытную, отвезли на 180 км от голубятни. Опытной группе предварительно перерезали обонятельные нервы. Оперированные голуби сильно отклонялись от курса в отличие от птиц контрольной группы. Но эксперимент, проведенный по той же схеме со стрижом, не подтвердил эту гипотезу. Большинство орнитологов ее не принимает, так как у птиц обоняние вообще развито хуже, чем у других позвоночных.

Гипотеза обладания врожденным чувством направления ничем не доказана.

Относительно небольшое число видов и особей гусеобразных, поганок, голенастых, хищников, куликов, чаек, воробьиных зимуют в южных районах бывшего СССР по берегам Черного моря, в Закавказье, на юге Каспия, в некоторых районах Средней Азии. Подавляющее большинство видов и особей наших птиц зимует за пределами страны на Британских островах и в Южной Европе, в Средиземноморье, во многих районах Африки и Азии. Например, в Южной Африке зимуют многие мелкие птицы из европейской части бывшего СССР (пеночки, камышовки, ласточки и др.), пролетающие от мест зимовок до 9-10 тыс. км. Пролетные пути некоторых видов еще длиннее. Гнездящиеся по побережьям Баренцева моря полярные крачки - Sterna paradisea зимуют у побережья Австралии, пролетая лишь в одну сторону до 16-18 тыс. км. Почти такой же пролетный путь у гнездящихся в тундрах Сибири бурокрылых ржанок - Charadrius dominica, зимующих в Новой Зеландии, и у колючехвостых стрижей - Hirundapus caudacutus, из Восточной Сибири отлетающих в Австралию и Тасманию (12-14 тыс. км); часть пути они пролетают над морем.

Во время миграций птицы летят с обычными скоростями, чередуя перелет с остановками для отдыха и кормежки. Осенние миграции обычно совершаются с меньшей скоростью, чем весенние. Мелкие воробьиные птицы при миграциях за сутки перемещаются в среднем на 50-100 км, утки - на 100-500 км и т. п. Таким образом, в среднем за сутки птицы тратят на перелет относительно небольшое время, иногда всего лишь 1-2 ч. Однако некоторые даже мелкие наземные птицы, например американские древесные славки - Dendroica, мигрируя над океаном, способны пролетать без остановки 3-4 тыс. км. за 60-70 ч непрерывного полета. Но такие напряженные миграции выявлены лишь у небольшого числа видов.

Высота полета зависит от многих факторов: вида птицы и пелетных возможностей, погоды, скорости воздушных потоков на разной высоте и т. п. Наблюдениями с самолетов и с помощью радаров было установлено, что миграции большинства видов проходят на высоте 450-750 м; отдельные стаи могут пролетать и совсем низко над землей. Значительно реже пролетных журавлей, гусей, куликов, голубей отмечали на высотах до 1,5 км и выше. В горах стаи летящих куликов, гусей, журавлей отмечали даже на высоте 6- 9 км над уровнем моря (на 9-м километре содержание кислорода на 70% меньше, чем на уровне моря). Водные птицы (гагары, поганки, чистиковые) часть пролетного пути проплывают, а коростель проходит пешком. Многие виды птиц, обычно активные только в дневное время, мигрируют ночью, а днем кормятся (многие воробьиные, кулики и др.), другие и в период миграции сохраняют обычную суточную ритмику активности.

У перелетных птиц в период подготовки к миграциям изменяется характер обмена веществ, приводящий при усиленном питании к накоплению значительных жировых запасов. При окислении жиры выделяют почти вдвое больше энергии, чем углеводы и белки. Резервный жир по мере надобности поступает в кровь и доставляется в работающие мышцы. При окислении жиров образуется вода, чем компенсируется потеря влаги при дыхании. Особенно велики запасы жира у видов, вынужденных во время миграции длительное время лететь без остановок. У уже упоминавшихся американских древесных славок перед полетом над морем запасы жира могут составлять до 30-35% их массы. После такого -броска- птицы усиленно кормятся, восстанавливая энергетические резервы, и опять продолжают перелет.

Изменение характера обмена, подготавливающего организм к перелету или к условиям зимовки, обеспечивается сочетанием внутренней годовой ритмики физиологических процессов и сезонных изменений условий жизни, в первую очередь изменением длины светового дня (удлинением - весной и укорочением - в конце лета); вероятно, определенное значение имеет и сезонное изменение кормов. У накопивших энергетические ресурсы птиц под влиянием внешних стимулов (изменение длины дня, погода, недостаток кормов) наступает так называемое -перелетное беспокойство-, когда поведение птицы резко меняется и возникает стремление к миграции.

У подавляющего большинства кочующих и перелетных птиц отчетливо выражен гнездовой консерватизм . Он проявляется в том, что размножавшиеся птицы на следующий год возвращаются с зимовки на место предыдущего гнездования и либо занимают старое гнездо, либо поблизости строят новое. Молодые, достигшие половой зрелости птицы возвращаются на свою родину, но чаще поселяются на каком-то расстоянии (сотни метров - десятки километров) от того места, где они вылупились ( рис. 63). Менее отчетливо выраженный у молодых птиц гнездовой консерватизм позволяет виду заселять новые, пригодные для него территории и, обеспечивая перемешивание популяции, предотвращает инбридинг (близкородственное скрещивание). Гнездовой же консерватизм взрослых птиц позволяет им гнездиться в хорошо знакомом районе, что облегчает и поиски пищи, и спасение от врагов. Существует и постоянство мест зимовок.

Как птицы ориентируются во время миграций, как выбирают направление перелета, попадая в определенный район на зимовку и возвращаясь за тысячи километров на место гнездования- Несмотря на разнообразные исследования, ответа на этот вопрос пока нет. Очевидно, у перелетных птиц есть врожденный миграционный инстинкт, позволяющий им выбирать нужное общее направление миграции. Однако этот врожденный инстинкт под влиянием условий среды, видимо, может быстро изменяться.

Яйца оседлых английских крякв были инкубированы в Финляндии. Выросшие молодые кряквы, как и местные утки, осенью улетели на зимовку, а следующей весной значительная их часть (36 из 66) вернулась в Финляндию в район выпуска и там загнездилась. В Англии ни одна из этих птиц не была обнаружена. Черные казарки перелетные. Их яйца инкубировались в Англии, и молодые птицы осенью вели себя на новом месте как оседлые птицы. Таким образом, объяснить и само стремление к миграции, и ориентировку во время перелета только врожденными рефлексами пока нельзя. Экспериментальные исследования и полевые наблюдения свидетельствуют, что мигрирующие птицы способны к астронавигации: к выбору нужного направления перелета по положению солнца, луны и звезд. При пасмурной погоде или при изменении картины звездного неба при опытах в планетарии способность к ориентации заметно ухудшалась.

Одна из самых удивительных и загадочных способностей птиц – миграция. Каждый год они собираются стаями и преодолевают тысячи километров, чтобы переждать холода в более благоприятном климате и при этом никогда не ошибаются в выбранном пути.

Зачем же птицы путешествуют?

Основная причина перелета – недостаток корма. В холодное время года трудно добыть насекомых, фрукты или семена в нужном количестве. Но южнее, они в избытке. Некоторые птицы не переносят длительный перелёт и погибают, но большинство выживают и возвращаются с теплом.

Чтобы выдержать длительное путешествие у птицы должно быть хорошее здоровье, значительный жировой запас, который в пути является единственным источником энергии и новое оперение. Поэтому сразу, после того как птенцы подросли, они занимаются своим обновлением и подготовкой.

Так как же птицы ориентируются в пространстве?

Известно, что птицы всегда возвращаются на старое обжитое место и это касается не только перелетных. Голуби, например, не улетают на зимовку, но ориентируются на местности не хуже и могут найти свой дом на расстоянии более 100 км. До недавнего времени орнитологи считали, что птиц ведут инстинкты и способность ориентироваться по солнцу и звездам. Но последние исследование указывают на то, что птицы чувствуют магнитное поле земли, линии которого располагаются по направлению от севера к югу и служат направляющими.


Улавливать магнитное поле птицам помогают особые кристаллы, расположенные на переносице – магнетиты, они воспринимают информацию как компас. Это помогает птице определять не только направлении полета, а и настоящее местоположение. В вопросе геомагнитной ориентации осталось еще много вопросов и решения на них не найти пока ни в одной книге, но ученые не сдаются и, не обращая внимание на мнение скептиков, продолжают свои исследования.

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.

Перелеты птиц давно привлекали внимание людей. Еще в глубокой древности было установлено, что в каждой местности в различные времена года живут разные птицы. Но в те далекие времена достоверным сведениям о явлениях природы часто сопутствовали самые фантастические сказки. Так, Аристотель считал, что ласточки, скворцы, дрозды и некоторые другие птицы не являются перелетными. Они якобы прячутся и впадают в зимнюю спячку в местах своего постоянного обитания.

Это мнение удерживалось очень долго. О спячке птиц писали еще в XVI в. В частности, считали, что ласточки на зиму прячутся в тину болот или зарываются в ил. В 1740 г. была даже попытка доказать эту теорию с помощью опыта. К лапкам большого количества ласточек были привязаны красные тряпочки. Некоторых из этих птиц удалось поймать в следующем году. Никаких следов пребывания тряпочек в тине или иле не было обнаружено. Опыт доказал, что ласточки не зимуют под водой, однако он не мог служить свидетельством того, что ласточки улетают на зимовку в отдаленные страны.

На рубеже XIX и XX вв. начали широко применять кольцевание птиц, которое позволило получить подробные сведения об их жизни. В наши дни кольцевание применяется многими научными организациями. К лапке птицы прикрепляется легкое кольцо с необходимыми данными (время и место кольцевания птицы, наименование и адрес организации). Кольцо является точным «документом», фиксирующим, откуда и куда перелетела птица.

Большое количество сведений о перелетных птицах было собрано еще до широкого распространения кольцевания. Особенно ценные данные опубликовал в 1853 и 1866 гг. русский орнитолог К. Ф. Кеслер, производивший систематические наблюдения в Киевской губернии. В то время было распространено мнение, что птицы всегда летят вдоль больших рек, текущих в меридиональном направлении. Кеслер же выяснил, что вдоль Днепра летят лишь одиночные птицы. Большинство перелетных птиц пересекает Днепр и направляется весной на северо-восток, а осенью на юго-запад.

Наблюдения Кеслера позволили сделать вывод, что птицы летят широким фронтом в определенном направлении, но не придерживаются каких-либо узких пролетных путей.

Этот вывод, оспаривавшийся многими учеными, подтвержден в наши дни данными, полученными в результате широкого применения кольцевания птиц.

В 1855 г. в Петербурге появилась замечательная работа русского ученого А. Ф. Миддендорфа, исследовавшего перелеты птиц на огромных пространствах восточной Европы и северной Азии. Он вычертил на карте линии, соединяющие места одновременного весеннего прилета птиц семи распространенных пород. На основании этих наблюдений Миддендорф пришел к неожиданному выводу: все эти птицы летят по направлению к северному магнитному полюсу Земли. В связи с этим он предположил, что в теле перелетных птиц существуют особые электрические токи, которые и помогают им ориентироваться.

Большинство ученых отвергало эту поразительную гипотезу. Но наблюдения последних лег вновь возродили ее. Хотя вопрос о том, каким образом птицы ориентируются в полете, не может считаться окончательно разрешенным и сейчас.

Существенно, что птицы способны ориентироваться не только во время сезонных перелетов, а постоянно. Эта их способность доказана экспериментально.

Так, например, в 1907 г. крячек, гнездящихся на островах Мексиканского залива, увозили

на дальние расстояния (до 1368 км). Птицы самостоятельно возвращались в гнездовья по незнакомой трассе над морем. В 1934 г. такие же опыты проводились с полярными крачками на расстояниях свыше 400 км. В некоторых случаях птиц увозили на сотни километров в закрытых клетках и даже под наркозом. Несмотря на это, они в большинстве случаев возвращались к своим гнездам.

Опыты с голубями показывают, что их врожденные навигационные способности уступают способностям диких перелетных птиц. Однако они могут быть сильно развиты тренировкой. Навигационные способности голубей позволяют им после больших перелетов над незнакомой местностью выйти на цель с ошибкой, не превышающей 50 км. После этого они находят голубятню, пользуясь земными ориентирами.

Обычно голубь, выпущенный в незнакомой местности, делает несколько больших кругов и только после этого берет нужный курс. Очевидно, сидя на земле, голубь не может определить необходимого направления. Это значит, что эффекты, используемые птицей для навигации, возникают только во время полета.

Первоначальная гипотеза Миддендорфа, который предположил, что во время весеннего перелета птицы летят по направлению к северному магнитному полюсу, несомненно, имеет большое значение. Однако только этой гипотезой нельзя объяснить их навигационные способности. Для безошибочной ориентировки в полете недостаточно знать направление север-юг. Птица должна не только знать, в каком направлении находится северный или южный магнитный полюс, но и иметь возможность определить свое местоположение, а также находить направление, в котором ей надо лететь, чтобы возвратиться к гнезду.

На языке наших понятий это значит, что она должна знать, например, широту и долготу обеих точек, лежащих на концах его маршрута. Широта и долгота в данном случае - величины совершенно условные, вместо них можно пользоваться и другими. Необходимо только, чтобы это были две независимые величины, которые принимают различные значения в разных точках земной поверхности. Такие величины называют координатами.

Существует сравнительно большое количество физических величин, которые могут служить такими координатами.

Из-за суточного вращения Земли все тела подвержены действию центробежной силы. Она уменьшает вес тела, измеренный пружинными весами, и вызывает отклонение отвеса от линии, соединяющей точку подвеса с центром Земли.

Центробежная сила, при постоянной скорости вращения, тем больше, чем дальше тело находится от оси вращения. Поэтому на полюсах центробежная сила равна нулю, а на экваторе она достигает наибольшего значения, равного трем тысячным долям веса тела. Таким образом, центробежная сила зависит от географической широты и поэтому в принципе может служить величиной, определяющей широту места.

Суточное вращение Земли является также причиной возникновения особых, так называемых кориолисовых сил, действующих на тела, движущиеся по отношению к поверхности Земли. В северном полушарии Земли кориолисова сила направлена вправо по отношению к направлению движения, в южном полушарии - влево.

При постоянной скорости вращения кориолисова сила возрастает с расстоянием от оси вращения и со скоростью движения тела. Существенно, что эта сила зависит и от направления движения тела. Она равна нулю, если тело движется вдоль оси вращения, и становится наибольшей, если оно движется перпендикулярно к этой оси. Для тел, движущихся вдоль поверхности Земли, кориолисова сила, так же как и центробежная, равна нулю на полюсах и становится наибольшей у экватора. Эта сила вызывает отклонение отвеса, помещенного на движущихся телах, и изменение веса движущихся тел. Она является причиной известного явления - размыва правых берегов рек северного полушария и левых берегов рек южного полушария. Размыв этот объясняется тем, что кориолисова сила прижимает текущую воду к соответствующему берегу реки. При этом разница уровней у противоположных берегов достигает вполне заметных величин.

В северном полушарии кориолисова сила прижимает колеса железнодорожных составов к правому рельсу, что вызывает усиленный износ правого рельса двухколейных дорог в этом полушарии. В южном полушарии по этой же причине изнашивается левый рельс.

Кориолисовыми силами частично объясняется деривация - отклонение пуль и артиллерийских снарядов, что приходится учитывать при стрельбе.

Кориолисовы силы вызывают отклонение воздушных и морских течений, что приводит к образованию циклонов.

Величина центробежной и кориолисовой сил в различных точках Земли зависит от географической широты. Таким образом, в принципе они обе могут служить птицам для ориентировки в полете. Однако правильнее считать, что птицы используют для ориентировки не центробежную, а кориолисову силу. Об этом свидетельствует тот факт, что перед определением нужного направления птица совершает круги или, во всяком случае, часть круга.

Вторую координату, необходимую для ориентировки птиц, несомненно, образует магнитное поле Земли.

Если птицы способны реагировать на величину магнитного и кориолисова полей, то в их распоряжении оказывается своеобразная координатная сетка, с помощью которой они могут ориентироваться в полете. Это предположение было проверено на опыте. К обоим крыльям каждого из десяти обученных почтовых голубей прикрепили по одному сильному магниту весом около 0,8 г., имевшему вид пластинки размером 25,4 X 4,9 X 0,62 мм. К крыльям десяти контрольных голубей прикрепили медные пластинки таких же размеров. Расстояние между магнитами или пластинками при полете птицы составляло примерно 30 см.

После тренировки птиц выпустили в незнакомой местности, на расстоянии 100 км от голубятни. В итоге испытаний пять голубей, несших медные пластинки, возвратились на голубятню в тот же день, и на другой день прилетели еще три. Из десяти голубей, несших магниты, на голубятню вернулся лишь один, и то только на четвертый день.

Этот опыт убедительно подтверждает, что магнитное поле Земли играет важную роль в процессе ориентировки птиц. Магниты, прикрепленные к крыльям, мешали голубям выбрать правильное направление полета

Совокупность известных фактов заставляет предположить, что для восприятия кориолисовых сил у птиц служат необычайно сильно развитые органы равновесия. У быстролетающих птиц эти органы занимают большую часть объема головы. Если птица видит поверхность земли, то она может, таким образом, по кажущемуся отклонению вертикали ощутить величину кориолисовой силы, а оценивая полетную скорость, - определить место полета.

Опыт Густава Крамера

Наблюдать, как ориентируются перелетные птицы, трудно, поскольку (в отличие от пингвинов) они весьма быстро скрываются из виду, и наблюдатели успевают заметить только, в каком направлении они летят. Густав Крамер решил эту проблему, поставив опыт, который ныне по праву считается классическим. Отловленных перелетных птиц Крамер посадил в клетку, стоявшую под открытым небом, и с наступлением прохладных осенних дней установил за ними постоянное наблюдение. Как только наступила пора перелетов, птицы обнаружили «перелетное беспокойство»: они безостановочно перепархивали в клетке с места на место, но при этом сохраняли определенное направление. В ненастную погоду такого предпочтительного направления не было, но стоило показаться Солнцу, как птицы (а это были дневные мигранты) возобновляли попытки лететь в направлении своих обычных миграций. Крамеру удалось убедительно доказать роль Солнца и биологических часов в ориентации птиц. Если Солнце закрыть от птиц непрозрачным экраном и с помощью зеркала направить на них солнечные лучи с другой стороны, то менялось и направление полета. При легко осуществимом в лабораторных условиях с помощью искусственного цикла свет-темнота сдвиге фазы внутренних часов птиц на 6 часов они устремлялись на восходе Солнца в направлении, составлявшем с истинным курсом угол в 90°.

Возникает вопрос, какие биологические часы использует организм для своей ориентации и те ли это часы, которые регулируют протекание других процессов его жизнедеятельности?

Скворцов обучили тому, что корм всегда находится к северу от клетки. У птиц, содержавшихся при постоянных условиях, устанавливался ритм активности с периодом 23,5 часа. Через 10-12 дней скворцов выпускали на волю. Выбранное ими направление полета показало, что выработавшийся у скворцов сдвиг фазы на 5-6 часов распространился и на способность ориентироваться в пространстве: вместо того чтобы лететь на север, они отправились на поиски корма на запад. Следовательно, оба циклических процесса регулируются одними и теми же часами.

Другой вопрос: является ли способность ориентироваться по Солнцу результатом обучения или она передается по наследству?

Едва вылупившихся птенцов аиста и чирка окольцевали, продержали в неволе до тех пор, пока птицы старшего поколения не улетели, и только тогда выпустили. Следующей весной окольцованных птиц обнаружили в родных местах вместе с собратьями по виду, улетевшими осенью без всякой задержки. Следовательно, способность находить дорогу основана на наследственных механизмах.

С иной ситуацией мы сталкиваемся у птиц, совершающих перелеты ночью. Судя по всему, они ориентируются главным образом по звездам. Видимое движение звезд происходит по своему, звездному времени: звездные сутки составляют 23 часа 56 минут. Следовательно, при движении по таким часам необходимо вносить поправку, которая всего на 4 минуты отличается от периода 24-часового цикла, регулирующего любые другие суточные ритмы.