Як мігруючі птахи визначають свої маршрути: науковий аналіз

Щороку українці з нетерпінням очікують на повернення лелек Одарки та Грицика, щоб з упевненістю стверджувати: весна вже настала. А про прихід літнього тепла свідчать галасливі серпокрильці, які з’являються в небі. Проте, чи задумувались ви над тим, як птахи, що проводять зиму за тисячі кілометрів, орієнтуються під час своїх сезонних міграцій?

Деякі пернаті, як крячок полярний, за життя сукупно долають відстань, як до Місяця і назад. Тому їм потрібно дуже добре орієнтуватись у просторі, щоби не заблукати і не налітати зайві милі. Видання Live Science розповіло, як птахам вдається зробити без допомоги супутників і навігатора в телефоні.

Під час своїх перельотів птахи покладаються на широкий спектр відчуттів, які допомагають їм орієнтуватися в просторі. Деякі з цих механізмів вже були детально вивчені вченими, тоді як інші залишаються загадкою для людського розуму. "Ми знаємо, що птахи використовують різноманітні сигнали, щоб підтримувати своє міграційне напрямок," - зазначила Міріам Лідфогель, керівниця Інституту досліджень птахів у Німеччині, у своєму електронному листі до Live Science.

Зір і нюх -- дві основні підказки, які використовують птиці, щоб знайти свій шлях. Якщо птахи мігрують не вперше, вони, мабуть, пам'ятають знайомі орієнтири, такі як річки та гірські хребти. З іншого боку, у птахів, які мігрують над водою, менше орієнтирів, які могли б їх спрямовувати. У таких обставинах вони можуть більше покладатися на свій нюх. В рамках одного дослідження вчені блокували носові проходи морських птахів, які називають середземноморськими буревісниками (Calonectris diomedea). Після цього вони все ще могли літати над землею, але втрачали орієнтацію, літаючи над водою.

Птахи також можуть використовувати сонце та зірки як орієнтири. Для цього ті види, які літають вдень, використовують "сонячний компас". Він поєднує уявлення птахів про те, де знаходиться сонце на небі, з їх внутрішнім сприйняттям того, який зараз час доби, заснований на їхньому циркадному ритмі. Поєднуючи ці два сигнали, птахи можуть визначати напрямок, в якому вони рухаються. Їхній мозок працює, як живий сонячний годинник. Дослідження показують, що порушення циркадного ритму птахів штучним освітленням заважає їм точно орієнтуватися, що вказує на важливість сонячного компасу.

Однак більшість птахів насправді мігрують уночі, а це означає, що положення сонця вони точно не використовують. В такому разі вони орієнтується по зірках, вивчаючи положення зірок навколо небесного полюса, який приблизно позначений Полярною зіркою. Цю ж зірку люди століттями використовували для навігації.

Магнітні поля – це невидимі сили, які оточують магніти та електричні струми, впливаючи на інші магнітні об'єкти та заряджені частинки.

Але що робити, якщо небо захмарене, і птахи не бачать сонця, зірок чи якихось інших орієнтирів? Тут у гру вступає фантастична суперздібність птахів - магніторецепція. Це почуття дозволяє птахам сприймати магнітні поля Землі, які генеруються брижами розплавлених металів у ядрі нашої планети. Звучить, як фантастика, але дослідження показують, що втручання в магнітні поля сильно впливає на міграцію птахів. Наприклад, одна робота довела, що зміна магнітних полів навколо голубів порушила їхню здатність до пошуку дому.

Хоча вченим достеменно відомо, що птахи здатні до магніторецепції, спосіб, в який вона відбувається, залишається для них загадкою. Пітер Хор, професор хімії в Оксфордському університеті, каже, що птахи повинні використовувати якусь хімічну реакцію, результат якої залежить від сили та напряму магнітного поля Землі. Є кілька припущень щодо того, як відбувається ця реакція, але сам Хор робить ставку на молекулу під назвою криптохром, яка є у сітківці очей птахів.

Дослідники підтвердили в лабораторії, що ізольований криптохром реагує на магнітні поля і що для цієї реакції потрібне синє світло, яке також, як було показано, необхідне для магніторецепції птахів. Тим не менш, дослідники не впевнені точно, чи достатньо криптохром чутливий, щоб уловлювати найдрібніші зміни магнітного поля Землі.

"Ми недостатньо обізнані щодо нюансів роботи цього компаса. Наприклад, ми навіть не можемо точно сказати, скільки молекул криптохрому присутні в сітківці пташиних очей," - зазначає Хор.

Деякі наукові дослідження вказують на наявність механізму магніторецепції в пташиних дзьобах. У ході цих досліджень були виявлені рецептори, що взаємодіють з магнетитом — залізовмісним мінералом. Ці рецептори розташовані в верхній частині дзьоба птахів і з'єднані з мозком через важливі нервові тракти. Це дозволяє припустити, що вони можуть слугувати ще одним способом, яким птахи оцінюють силу магнітного поля.

Окрім здатності до магніторецепції, птахи також вміють орієнтуватися, аналізуючи поляризоване світло — особливий вид світла, хвилі якого коливаються в певній, упорядкованій площині. Сонячне світло стає поляризованим у передбачуваний спосіб, коли проходить через атмосферу нашої планети. Завдяки наявності спеціальних клітин у сітківці ока, птахи можуть сприймати ці візерунки, що допомагає їм визначати положення сонця на небосхилі, навіть якщо воно приховане за хмарами.

Які можна зробити підсумки?

Подібно до того, як ми спираємося на зір вдень, але вночі можемо покладатися на дотик, щоб орієнтуватися в слабо освітленому приміщенні, птахи застосовують різні відчуття в залежності від часу доби. "Існує ймовірність, що птахи поєднують свої компасні сигнали для орієнтації - і ми впевнені, що різні сигнали грають різну роль під час їхніх подорожей," - зазначає Лідфогель.

Хор також зазначив цю обставину. Наприклад, магніторецепція виявляє меншу ефективність під час гроз або під час етапів підвищеної сонячної активності, що може впливати на магнітні поля нашої планети, пояснив він.

Врешті-решт, всі ці стратегії базуються на генетичній схильності птахів до міграції. За словами Лідфогель, птахи успадковують цю схильність від своїх батьків. Відстань і напрямок їхнього польоту в значній мірі визначаються генетичними факторами. Дослідники на кшталт Лідфогель розглядають, які конкретні гени за це відповідають і яким чином вони функціонують.

Обидва дослідники, з якими поспілкувалося видання, зазначили, що глибше розуміння цих екосистем має ключове значення для ефективного захисту птахів у майбутньому. Переміщення або реінтродукція пташиних видів стали основними аспектами зусиль з охорони природи, проте результати досі викликають суперечки. Одне з досліджень виявило, що до 45% птахів не прижилися на нових територіях. "Наші спроби перемістити цих птахів не довели своєї ефективності", - зазначив Хор.