Птицы используют магнитные карты для миграции — некоторые могут охватывать весь мир

Каждый год миллиарды певчих птиц преодолевают тысячи миль между Европой и Африкой, а затем повторяют этот же путь из года в год, чтобы гнездиться в точно том же месте, которое они выбрали во время своего первого большого путешествия.

Замечательная навигационная точность этих крошечных птиц, путешествующих в одиночку над бурными морями, через обширные пустыни и в экстремальных погодных условиях, долгое время оставалась одной из неразгаданных тайн поведенческой биологии.

Известно, что птицы, сбитые с курса сильными ветрами, способны скорректировать свой путь, если уже совершали миграцию ранее. Это указывало, что их навигационные способности, частично основанные на чувстве направления, включают механизм, позволяющий найти дорогу домой из мест, где они никогда раньше не были.

Новое исследование тростниковых камышевок показало, что эта удивительная способность включает «магнитную карту», работающую по принципу системы координат. Удивительно, но птицы понимают магнитное поле мест, удалённых на тысячи миль от их обычного ареала, что указывает на наличие у них своего рода «глобальной GPS-системы», позволяющей вернуться домой из любой точки Земли.

Ментальные карты

Долгое время было известно, что взрослые птицы формируют навигационную карту для миграции. Способ её создания оставался предметом споров. В качестве возможных ориентиров предлагались запахи, инфразвук и даже вариации гравитации.

Однако накапливающиеся данные указывают, что магнитное поле Земли — одно из наиболее вероятных решений этой загадки. Предполагается, что разные параметры магнитного поля Земли могут формировать сетку линий «север-юг» и «запад-восток», которой следуют птицы.

Магнитная интенсивность (сила поля) и магнитное наклонение (угол между силовыми линиями и поверхностью Земли) изменяются примерно с севера на юг. Магнитное склонение (разница между направлением на магнитный и географический северный полюс) обеспечивает ось «запад-восток».

Хотя учёные в основном согласны, что некоторые птицы ориентируются по магнитному полю Земли, остаётся неясным, какой именно сенсорный аппарат они для этого используют. Другие животные, например черепахи, также чувствуют магнитное поле, но и здесь есть неопределённости.

Если птицы усвоили, что магнитная интенсивность возрастает при движении на север, они должны определять своё положение на оси «север-юг» в любой точке. Аналогично, если они регистрируют значение склонения большее, чем когда-либо прежде, они понимают, что находятся восточнее. Теоретически, они могут рассчитать свою позицию на сетке и скорректировать курс.

Это означало бы, что птицы используют систему, подобную декартовым координатам — основе современной GPS-навигации. Если эта теория верна, птицы должны уметь использовать знание параметров магнитного поля для оценки своего местоположения в любой точке Земли путём экстраполяции своих навигационных правил.

До сих пор не было чётких доказательств, что птицы используют магнитное поле таким образом. Однако новое исследование мигрирующей тростниковой камышевки (Acrocephalus scirpaceus) впервые показало, что они действительно на это способны.

Виртуальное смещение

Чтобы проверить теорию координат, использовали метод «виртуального смещения». Ориентационное поведение птиц тестировали, помещая их в небольшую клетку — «воронку Эмлена». Когда птица пытается взлететь, она оставляет царапины в направлении полёта.

Удивительно, но это направление соответствовало направлению миграции в дикой природе, что известно из предыдущих экспериментов. Чтобы проверить, используют ли птицы для построения курса магнитные поля, воронки Эмлена помещали внутрь «катушек Гельмгольца» — устройства, позволяющего изменять характер магнитного поля вокруг птицы.

Так создавалось виртуальное смещение. Птица физически не перемещалась: тест проводили на месте её поимки, все переменные, кроме магнитного поля, оставались неизменными. Магнитное поле меняли так, чтобы оно соответствовало точке далеко на северо-востоке от их обычного ареала. Это место было выбрано так, чтобы его магнитное поле было за пределами любого, с чем камышевки могли сталкиваться ранее.

Только если птицы могли определить своё местоположение по окружающему магнитному полю, они распознали бы смещение. И они действительно это сделали, изменив направление взлёта на «неправильное» в реальном мире, но «правильное» в созданном нами магнитном мире вокруг их воронок Эмлена.

Другие системы навигации

Хотя этот механизм может быть важен для камышевок и других мигрирующих певчих птиц, он не является единственной системой навигации. Доказано, что другим птицам, включая морских птиц и почтовых голубей, для ориентации необходимы обонятельные сигналы (запахи). Причины таких различий пока не ясны.

И хотя мы стали ближе к пониманию того, как птицы используют магнитные сигналы для навигации, остаётся загадкой, как именно они чувствуют магнитное поле. Предполагается, что птицы ощущают магнитные значения через светочувствительную молекулу криптохром или через сенсорные клетки, содержащие частицы магнитного оксида железа, но окончательных доказательств для любого из этих механизмов пока не представлено.

Тем не менее, поведенческие данные продолжают подтверждать, что магнитное поле Земли играет ключевую роль в помощи некоторым птицам совершать их эпические ежегодные путешествия для размножения, предоставляя глобальную систему позиционирования, которая, возможно, даёт птицам полную навигационную карту мира.