Без навігаційних приладів: як птахи успішно перетинають тисячі кілометрів, не втрачаючи напрямку.

Щороку безліч мігруючих птахів здійснюють подорожі на тисячі кілометрів, аби досягти сонячних регіонів або повернутися до рідних місць. Як їм вдається знаходити свій шлях без допомоги компаса чи GPS - це питання залишалося нерозгаданим тривалий час.

Дослідники виявили, що птахи мають унікальну здатність "відчувати" магнітне поле нашої планети і використовують цю інформацію для орієнтування. Завдяки особливим білкам, які містяться в їхніх сітківках, ці птахи можуть бачити магнітні лінії, що дозволяє їм точно прокладати свій шлях і уникати втрати напрямку.

Чи уявляли ви, що певні птахи, такі як полярні крячки, протягом свого життя перетинають настільки великі відстані, що їх вистачило б для подорожі до Місяця і назад? Щоб здійснити такі вражаючі мандрівки, їм потрібно досконало вміти орієнтуватися в просторі — уникати зайвих маршрутів і не витрачати енергію на непотрібні кілометри. Журналісти Live Science провели дослідження, щоб з’ясувати, як ці птахи справляються з цим завданням без використання GPS, карт або смартфонів.

Під час польоту птахи використовують різноманітні сенсорні системи – частина з них вже детально вивчена наукою, тоді як інші досі залишаються нерозгаданими.

"Птиці застосовують різноманітні сигнали для орієнтації в процесі міграцій," - розповіла Live Science Міріам Лідфогель, директорка Інституту досліджень птахів у Німеччині.

Передусім, птахи використовують зір і нюх для навігації. Ті, хто вже не раз проходив знайомий маршрут, можуть легко впізнавати різноманітні природні ландшафти — річки, гори, узбережжя. Однак, коли мова йде про відкритий океан, ситуація кардинально змінюється: візуальні орієнтири відсутні, і саме в таких умовах нюх стає надзвичайно важливим. В одному з досліджень вчені тимчасово закрили носові проходи середземноморським буревісникам (Calonectris diomedea). Як виявилося, птахи продовжували впевнено літати над сушею, але повністю втратили здатність орієнтуватися над водною поверхнею.

Птахи мають унікальну здібність орієнтуватися за допомогою небесних світил — сонця та зірок. Види, які здійснюють подорожі вдень, використовують так званий "сонячний компас". Цей механізм функціонує завдяки здатності птахів співставляти положення сонця на небосхилі з їхнім "внутрішнім годинником", що визначає час доби згідно з їхнім біоритмом — циркадним циклом.

Поєднуючи ці два сигнали - де саме на небі розташоване сонце і котра година, - птахи можуть точно визначати свій курс. У буквальному сенсі їхній мозок працює як живий навігаційний пристрій, що синхронізується із сонячним світлом. Наукові спостереження свідчать: якщо циркадний ритм птаха порушується, наприклад, через надмірне штучне освітлення, його здатність орієнтуватися погіршується. Це підкреслює критичну роль "сонячного компаса" в міграційних мандрівках.

Цікаво, що більшість птахів обирають нічні години для своїх міграційних шляхів, тому вони не можуть покладатися на сонячне світло. У темряві зорі стають їхніми орієнтирами. Птахи вивчають, як розташовані сузір'я навколо небесного полюса, який умовно вказує Полярна зірка. Цікаво, що й люди протягом багатьох століть використовували її для орієнтування на морі та в землі.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Унікальна колонія рідкісних червонокнижних птахів оселилась в Україні

Але що робити, коли нічне небо затягнуте хмарами і не видно жодного орієнтира - ані сонця, ані зірок, ані ландшафту? У таких випадках птахи задіюють одну з найзагадковіших своїх здібностей - магніторецепцію. Це унікальне чуття дає їм змогу відчувати магнітне поле Землі, яке виникає завдяки руслу розпечених металів у земному ядрі. Це звучить майже фантастично, проте наукові дослідження підтверджують: будь-яке втручання в природне магнітне поле здатне дезорієнтувати птахів. Один із експериментів, наприклад, показав, що зміна магнітного середовища довкола голубів повністю зруйнувала їхню здатність знаходити дорогу додому.

Хоча науковці беззаперечно довели, що птахи мають здатність сприймати магнітне поле Землі, його механізм залишається невідомим. Професор хімії з Оксфордського університету Пітер Хор висловлює припущення, що орієнтація в магнітному полі може виникати внаслідок унікальної хімічної реакції, яка реагує на силу та напрямок геомагнітних ліній.

Існує кілька теорій, що пояснюють механізм цієї реакції, але Хор підтримує одну з них: він вважає, що основну роль відіграє молекула криптохрому — речовина, яка знаходиться в сітківці пташиного ока. Дослідження, проведені в лабораторних умовах, вже продемонстрували, що ізольований криптохром дійсно взаємодіє з магнітними полями, при цьому для його активізації потрібне синє світло. Крім того, попередні спостереження підтвердили, що без синього світла у птахів не спостерігається активація магніторецепції.

Проте, незважаючи на отримані результати, науковці все ще сумніваються, чи насправді криптохром має достатню чутливість для виявлення незначних змін у магнітному полі Землі. Це питання поки залишається без відповіді.

Наші знання про деталі функціонування магнітного компаса обмежені. Насправді, ми навіть не можемо точно визначити, скільки молекул криптохрому присутні в сітківці ока птахів. Однак наукові дослідження вказують на наявність механізму магніторецепції, який знаходиться безпосередньо в дзьобах птахів. Вчені виявили специфічні рецептори, що взаємодіють із магнетитом — мінералом, що містить залізо. Ці рецептори розташовані в верхній частині дзьоба і мають зв’язок із мозком через важливі нервові шляхи. Це дозволяє припускати, що даний механізм може слугувати додатковим способом, за допомогою якого птахи здатні сприймати магнітне поле Землі.

Крім магніторецепції, птахи можуть орієнтуватися, виявляючи поляризоване світло - специфічний вид світла, де коливання хвиль відбуваються в певній упорядкованій площині.

Як ми покладаємося на зір вдень, але в темряві орієнтуємося за допомогою дотику, так і птахи застосовують різні органи чуття залежно від обставин.

"Здається, що птахи використовують сигнали з різних 'компасів' під час своєї міграції, і ми переконані, що роль кожного з них змінюється на різних етапах їхньої подорожі," - зазначає Лідфогель.

Хор акцентував на суттєвому аспекті: магніторецепція знижує свою ефективність під час гроз або в моменти підвищеної сонячної активності, коли магнітне поле Землі зазнає змін, зазначив він.

У кінцевому рахунку, усі ці стратегії навігації базуються на глибокому генетичному інстинкті, що спонукає птахів до міграції. Як зазначає Лідфогель, птахи успадковують схильність до міграції від своїх батьків, а також напрямок і відстань їхніх подорожей в основному закладені в їхньому генетичному коді. Вчені, такі як Лідфогель, продовжують досліджувати, які конкретні гени відповідають за цю поведінку та як вони діють.

Обидва науковці, з якими спілкувалося видання, підкреслили, що глибше усвідомлення цих механізмів матиме критично важливе значення для майбутніх ініціатив щодо збереження пташиних видів. Переселення та відновлення диких пташиних популяцій є основними напрямками охоронних програм, однак результати цих заходів наразі виявляються неоднозначними. Один з проведених аналізів виявив, що до 45% переселених птахів не змогли адаптуватися до нового середовища.

"Людські спроби переселити цих птахів не були надто успішними", - визнав Хор.