Книга: Почему перелетные птицы возвращаются домой

Какую информацию о территории запечатлевают птицы?

На сегодняшний день это один из наиболее загадочных и интригующих вопросов орнитологии. Он связан непосредственно с очень сложной проблемой навигации птиц, над решением которой бьются многие ученые разных специальностей во всем мире. Этой проблемы я коснусь в следующей главе, а сейчас попробуем разобраться, какую все же информацию могут использовать птицы для определения географического местоположения локального района, с которым устанавливают связь.

Что делает человек, если хочет определить свое местонахождение? Он использует специальные навигационные приборы, чтобы определить широту и долготу данного места. С помощью простых навигационных приборов (компаса, секстанта и хронометра) можно определить место нахождения с ошибкой в несколько километров. При использовании для навигации искусственных спутников Земли ошибка может быть уменьшена до нескольких десятков метров, но для этого потребуется более десятка спутников, сеть наземных станций, следящих за ними, система мощных компьютеров для расчета параметров их орбит и целый ряд других сложных и дорогостоящих устройств. Перелетные же птицы, возвращаясь домой с огромных расстояний (до 10 тыс. км.), находят не только нужный район в несколько десятков километров, но и свой крошечный гнездовой или зимовочный участок всего в несколько десятков метров, пользуясь при этом только своим маленьким и не очень развитым по сравнению с нашим мозгом.

Вопрос, как птицы находят свой дом, интересовал людей, вероятно, с тех пор, как был обнаружен факт их возвращения. Первым, естественно, стало предположение, что птицы отыскивают «дом» по знакомым им ландшафтным ориентирам. Если же птица попадает в незнакомый ей район, то она начинает, согласно концепции О. Хейнрота, сформулированной им в 1941 г., поиск, либо случайный, либо используя какую-то стратегию полета (например, полет по спирали), пока не выйдет в знакомый ей район. Эта концепция «случайного поиска» или «пилотирования» впоследствии не подтвердилась, поскольку появились экспериментальные доказательства, что птицы, в частности почтовые голуби, лишенные возможности видеть ландшафт, например ночью (работы Г. Липпа и У. Фрея) или с помощью специальных контактных линз (работы К. Шмидт-Кёнига), способны выйти в окрестности дома. Сам дом, в данном случае голубятню, они найти не могли, но рассаживались в пределах нескольких сот метров от нее. Ландшафтные ориентиры если и используются птицами при нахождении дома, то только в пределах того района, который им хорошо известен благодаря систематическим полетам. У разных видов размер этого района может быть разным в зависимости от образа жизни, который они ведут. Например, хищные птицы, которые вынуждены добывать корм на большой территории, могут знать визуально большее пространство вокруг своего дома, нежели мелкие насекомоядные птицы, которые могут найти корм в кроне одного дерева. Предполагается, что у птиц формируется своего рода «мозаичная карта» окрестностей своего дома, куда включены разные ориентиры (деревья, водоемы, поляны, постройки человека и т. п.) и знание компасных направлений от ориентиров к дому и от одного ориентира к другому. В. и Р. Вилтчко считают, что такая карта дает возможность птице прямо и быстро двигаться к цели в пределах знакомого им района. Итальянские исследователи во главе с Ф. Папи и западногерманский орнитолог Г. Вальраф считают, что и «мозаичную карту» голубей включены запахи из окружающих голубятню районов, которые они улавливают, когда ветры дуют в направлении дома, анализируют и связывают с компасным направлением, а затем используют эту ольфакторную информацию для поиска голубятни. Однако другие исследователи ставят под сомнение возможность использования птицами для навигации ольфакторного фактора, главным образом из-за его нестабильности.

Как же находят птицы свой дом в незнакомой им местности? Согласно последним исследованиям многие ученые приходят к выводу, что птицы, вероятно, используют особую «навигационную карту», основанную по крайней мере на двух геофизических параметрах (полях), которые при наложении создают некую градиентную сетку, которая позволяет смещенной птице установить с помощью количественных измерений и сравнения их свое местоположение относительно дома (рис. 29). В отличие от «мозаичной карты» такая «градиентная карта» должна охватывать большие расстояния, в сотни и даже тысячи километров. Предполагается, что птицы знают направления градиентов относительно стран света. После выпуска в незнакомом им районе они, вероятно, измеряют локальное значение одного из градиентов и сравнивают его со значением, которое они запомнили в месте, где находится их дом. Например, если оно имеет меньшее значение (п. 1 на рис. 29), птица «решает», что она находится западнее своего дома и надо лететь к востоку. Измерение другого градиента дает второе направление; в результате сложения этих двух измерений птица берет верное направление на дом. Если птица попадает в район, где один из градиентов имеет аномальное изменение (например, и районе магнитных аномалий), птица будет ошибаться в выборе правильного направления на дом. Действительно, проверка способности почтовых голубей к хомингу в районах магнитных аномалий показала, что птицы выбирают неправильное направление (см. рис. 29). Возникает вопрос, как птицы научаются пользоваться такой «градиентной картой».

Рис. 29. Гипотетическая «навигационная карта» почтовых голубей (схема пространственного распределения градиентов магнитного поля и гравитационных сил).

Один из градиентов (магнитное поле) изменяется аномально в одном из районов (по: Вилтчко, Вилтчко, 1987).

Р₁ — голубятня, Р_{2, 3, 4} — место выпуска птиц. Стрелка указывает стартовую ориентацию голубей; прерывистая линия — направление на голубятню.

Чтобы ответить на этот очень непростой вопрос, в первую очередь важно выяснить, могут ли птицы установить географическое положение дома, имея возможность перемещаться только в пределах небольшой вольеры или павильона. Если бы птицы оказались способными «снять координаты дома», находясь в помещении, то это открывало бы большие возможности для дальнейших экспериментов по выяснению тех физических параметров, которые используют птицы для определения своего географического положения.

Сначала Г. Крамер, а затем Г. Вальраф высказали предположение, что почтовые голуби способны установить местоположение «дома», находясь в голубятне. Для этого им достаточно наблюдать только небольшую полоску неба около горизонта. В дальнейшем Вальраф совместно с итальянскими исследователями пришли к выводу, что голуби могут определить положение дома, если имеют возможность анализировать все запахи, приносимые ветром к голубятне. Однако опыты других исследователей, в первую очередь Вилтчко, показали, что действительно молодые голуби, содержавшиеся только в помещении, могут найти дорогу домой после выпуска на значительном от него расстоянии, но не потому что сумели снять координаты дома, а потому что обладают специальным врожденным механизмом по запоминанию маршрута движения, основанного на восприятии магнитного поля Земли (подробнее об этом см. в гл. 6). Выпущенные в неизвестной местности голуби просто совершают обратное движение (реверсию), которое и приводит их к дому. Это нельзя считать истинной навигацией. Чтобы иметь возможность осуществить действительную навигацию, почтовые голуби, согласно данным Вилтчко, после подъема на крыло должны иметь возможность совершать тренировочные полеты в окрестности голубятни. Только после этого они становятся способными возвращаться домой с любых расстояний (до 1000 км. и более) в самых сложных условиях. Однако все эти опыты касаются почтовых голубей, которых человек с помощью искусственного отбора существенно изменил. Может быть, у диких птиц это происходит по другому?

С целью выяснить, в каких условиях должны находиться молодые птицы у перелетных видов, чтобы иметь возможность установить связь с территорией будущего гнездования, т. е. определить координаты своего будущего дома, мы провели специальный эксперимент с выкормленными в неволе зябликами. 118 зябликов, взятых птенцами из гнезд на Куршской косе и выращенных в клетках, в возрасте 25–28 сут., т. е. до начала периода запечатлевания ими территории, поместили в небольшой павильон (8 м²), находящийся на территории стационара «Фрингилла» рядом (в 18 м.) с большой ловушкой. В возрасте 32–70 сут. контрольная группа из 48 особей была выпущена на свободу возле павильона. Экспериментальную группу (70 особей) содержали в павильоне весь период, когда в естественных условиях у зяблика происходит становление территориальных связей, др 50–70-суточного возраста, затем вывезли и выпустили за пределами Куршской косы, в 70 км. юго-западнее (см. рис. 1).

После выпуска из павильона 29 (60 %) особей контрольной группы попались в стационарные ловушки. Некоторые особи залетали в ловушку по нескольку раз. Причем они попадались в разные ловушки, расположенные друг от друга на разном расстоянии — от 70 до 400 м. Таким образом, выпущенные из павильона птицы активно перемещались в пределах 500 м., максимум 1000 м. от места выпуска. Средняя продолжительность их пребывания в районе выпуска составила 27 сут., хотя отдельные птицы держались около 2 мес. Большинство особей (76 %) покинули район выпуска к 80-суточному возрасту, тогда как свободноживущие зяблики в этом районе уходят к 40-суточному возрасту, хотя продолжительность пребывания их в районе рождения после вылета в среднем составила 28 сут., т. е. столько же, сколько держались в районе выпуска выкормленные нами птицы.

На следующий год в гнездовой период в большие ловушки, расположенные в 70–400 м. от павильона, попалось 7 (14,6 %) особей из контрольной группы и ни одной из экспериментальной. Не были обнаружены экспериментальные птицы и в районе выпуска, вероятно, из-за менее тщательного контроля, проведенного нами весной, в том районе.

Птицы из контрольной группы дали такой же процент возврата в район выпуска, как и свободновыросшие птицы в район рождения. На основании полученных результатов мы пришли к выводу, что, находясь в полуоткрытом павильоне, откуда птицы могли наблюдать лишь определенную часть неба вокруг Полярной звезды и солнце на протяжении большей части дня (за исключением точки восхода и захода), а также ограниченную территорию около павильона, они не могут установить связь с районом, где их держат, вернее, определить координаты этого района, что и не позволило им вернуться сюда на следующий год. В то время как птицы, имевшие возможность свободно перемещаться в районе павильона, хотя бы в радиусе всего нескольких сот метров, прекрасно справились с этой задачей «снятия координат».

Чтобы отсечь сомнения насчет того, что именно запомнили птицы из контрольной группы — локальный район выпуска или весь маршрут отлета с Куршской косы, я провел дополнительный эксперимент. Молодых зябликов (25 особей) в возрасте более 40 сут., т. е. после того как у них должны были установиться территориальные связи, отловили в районе полевого стационара, вывезли за пределы косы и выпустили в 30 км. юго-западнее места поимки. На следующий год 2 (8 %) особи были пойманы на прежнем месте. Следовательно, птицам для успешного возвращения не надо знать подходов к запечатленной территории, по крайней мере в радиусе 30 км.

Таким образом, полученные нами данные по перелетному виду, так же как и данные Вилтчко по почтовым голубям, свидетельствуют о том, что, для того чтобы установить географическое положение «дома», птицам необходимо какое-то время свободно перемещаться в его окрестностях. Вероятно это является обязательным условием для того, чтобы птицы могли сформировать «мозаичную и навигационную карты», которые используются впоследствии ими для нахождения своего дома во время хоминга или миграции. Во время свободных полетов птицы могут запомнить расположение местных ориентиров и выяснить, как изменяется величина предполагаемых градиентов, какую они имеют направленность и т. п. Все это, видимо, происходит в тот период, который мы называем периодом запечатлевания территории. В. и Р. Вилтчко предполагают, что у почтовых голубей становление и развитие «навигационной карты» могут проходить следующим образом: вначале птицы накапливают некий опыт в результате спонтанных полетов вокруг голубятни, в это время составляется некая «карта» на основании каких-то геофизических параметров (градиентов), присутствующих в окрестностях их дома. В дальнейшем на основании этой информации они могут анализировать и измерять эти градиенты в других районах. При этом степень обучения может сильно варьировать у разных особей в первую очередь из-за разной активности спонтанных полетов. Одни особи улетают на большие расстояния от голубятни, другие крутятся непосредственно возле нее. Это может влиять на их потенциальную способность к хомингу.

Значение тренировочных полетов у голубей состоит в том, что они в это время знакомятся с распределением потенциальных навигационных ориентиров в более обширном районе. Однажды составленная карта постоянно дополняется новой информацией. В результате с опытом голуби научаются правильно ориентироваться даже в районах магнитных аномалий. Однако, вероятно, существуют фундаментальные различия между процессами формирования «карты» и дальнейшего усовершенствования ее. Первый процесс должен приводить к формированию основы «навигационной карты», которая сохраняется, видимо, на протяжении всей жизни птицы. Тогда как второй процесс адаптирует эту «карту» к меняющимся локальным условиям. Именно этим, по моему мнению, и объясняется тот факт, что полученная птицей на первом году жизни информация о доме (гнездовом, зимовочном и др.) является доминирующей над всей последующей информацией о других местах, которые птица посещает впоследствии.