Книга: Почему перелетные птицы возвращаются домой

Хоминговые способности почтовых голубей

Почтовые голуби являются излюбленными объектами для многих исследователей, пытающихся разгадать загадочный феномен навигации птиц. В первую очередь это связано с тем, что с почтовыми голубями удобно работать. Их можно выращивать для экспериментов в достаточном количестве и в любых заданных условиях. Они обладают выраженной склонностью к возвращению домой, удобны для визуальных наблюдений и для радиослежения. Скорость возвращения обычно высокая — около 70–80 км/ч. Наиболее способные голуби могут пролетать за день до 1000 км. Неудивительно, что прогресс в изучении навигационных способностей птиц в первую очередь обязан «голубиным» работам. Что же на сегодняшний день ученые знают о хоминговых способностях голубей? Коснемся только самых важных открытий.

В 1953 г. английский исследователь Г. Мэтьюз высказал предположение, что голуби могут использовать солнце не только для определения компасного направления, но и для навигации, т. е. определения направления к цели («дому»). Согласно его гипотезе перевезенная на расстояние более 100 км. от дома птица способна установить, сместили ли ее к югу или северу, по положению солнца на его дугообразном пути (экстраполируя при этом положение солнца в полдень) путем измерения его полуденной высоты в месте выпуска и сравнения ее с высотой в районе «дома», которую она должна помнить. Чтобы понять, сместили ли ее к западу или к востоку, птица должна выяснить местное солнечное время по точке восхода солнца и сопоставить его с показаниями своих внутренних часов, настроенных дома. Таким образом, если птица выяснит, что, например, в полдень солнце в точке выпуска выше, чем дома, то она решит, что ее сместили к югу, поэтому надо двигаться к северу. Если при этом местное время будет отставать от ее «внутреннего» времени, то значит она попала к западу. В результате, согласно гипотезе Мэтьюза, птица полетит на северо-восток, чтобы вернуться домой. Однако последующие эксперименты с голубями, которым путем изменения светового режима были «сдвинуты» их биологические часы, не подтвердили эту гипотезу. В результате этих экспериментов было установлено, что солнце голуби используют только для определения компасного направления, т. е. для выяснения, где находится север или юг, запад или восток.

Положение же свое относительно дома птицы определяют другим путем, предположительно по некой «навигационной карте», которую они составляют в определенный период жизни (см. гл. 5). Гипотеза «карты и компаса» была выдвинута выдающимся немецким орнитологом Г. Крамером, который первым доказал, что перелетные птицы (скворцы) способны осуществлять ориентацию относительно стран света, используя солнце. Крамер предположил, что голуби, попавшие в новое место, ведут себя аналогично человеку, который пользуется картой и компасом, чтобы выбрать правильное направление к дому. Сначала они по «карте» выясняют свое положение относительно «дома», а затем используют солнечный компас, чтобы найти выбранное по ней направление. Интересно, что солнечным компасом, как показали опыты У. Китона и других исследователей, голуби пользуются даже будучи выпущенными менее чем в полутора километрах от «дома», окрестности которого прекрасно знали, поскольку ежедневно летали в пределах этого района. Китон считает, что только вид собственной голубятни имеет для них большее значение, чем показания навигационной системы. Даже ближайшие постройки или деревья, по его мнению, не являются для них ориентирами. Малое значение ландшафтных ориентиров для нахождения дома голубями подтверждают и опыты немецких исследователей К. Шмидт-Кёнига и Г. Шлихте, которые укрепляли на глазах птиц матовые контактные линзы, не позволяющие им видеть какие-либо объекты, находящиеся дальше 6 м. Голуби с такими линзами не только верно определяли направление к дому сразу после выпуска с расстояний до 130 км., но и возвращались домой. Китон, наблюдавший за возвращением этих голубей, описывает это удивительное зрелище так: птицы появлялись на очень большой высоте и опускались на поле в окрестностях голубятни. Не видя самой голубятни, они сидели и ждали, пока их подберут и перенесут последние несколько метров. Следующий эксперимент, проведенный этими исследователями, показал, что голуби с контактными линзами, так же как и без линз, используют солнце как компас. Через матовую линзу голуби видели солнце как яркое пятно. Птицы со «сдвинутыми часами» отклонились при старте на определенный угол, тогда как контрольные особи тоже с линзами на глазах взяли верное направление на дом. Хоминговый же успех был одинаковым в обеих группах: вернулось соответственно 20 % (из 71 контрольной птицы) и 25 % (из 69 экспериментальных).

Опыты В. и Р. Вилтчко подтверждают, что солнце используется голубями только для нахождения компасного направления и для поддержания выбранного направления в полете. Ими было показано в опытах с молодыми голубями, что солнечная ориентация не является полностью врожденной системой, так как для ее развития необходимо, чтобы птицы имели возможность совершать свободные полеты. При обучении ориентации по солнцу птицам необходимо, как показали опыты, наблюдать его на протяжении всего дня, а не короткое время, как предполагалось раньше. Частичного наблюдения солнечного пути недостаточно для нормального функционирования солнечного компаса. Предполагается, что солнечный компас настраивается (калибруется) по магнитному компасу. В течение первых месяцев, считают Вилтчко, навигационная система голубей и других птиц претерпевает большие изменения: первоначальный механизм возвращения к дому с помощью магнитного поля («реверсия курса») превращается в более сложный механизм, включающий солнечный компас и «навигационную карту». Благодаря такому комплексному, мультифакторному механизму, который не может быть задан генетически из-за сложности его и локальной изменчивости, птице необходимы определенное время и условия для его развития.

Тот факт, что голуби способны возвращаться домой в условиях сплошной облачности, исследователи заметили давно. Но долгое время не могли получить убедительных доказательств использования птицами при хоминге невизуальных факторов. Обратившись к старой гипотезе о том, что птицы могут определять направление по магнитному полю Земли, и проверив свои ранние опыты с прикреплением к голубям магнитных пластин для искажения окружающего магнитного поля, американские исследователи У. Китон и его коллеги поставили новые эксперименты и получили убедительные доказательства использования голубями при хоминге магнитного поля. Вместо магнитных пластин К. Уолкот и Р. Грин укрепили на голове голубя наподобие колпачка маленькое кольцо Гельмгольца, такое же кольцо одели на шею голубю. Батарейка, прикрепленная к спине, служила источником электроэнергии. Это устройство позволяло создавать относительно однородное магнитное поле в области головы птицы и менять его направление на противоположное.

Рис. 32. Стартовая ориентация почтовых голубей в нормальном (А) и измененном (Б) магнитном поле (по: Китон, 1983).

Темные кружки — азимут старта птицы. Стрелка — усредненный азимут стартовых направлений всех птиц, Пунктирная линия указывает направление на «дом».

Исследователи установили, что в солнечную погоду направление магнитного поля не влияло на способность голубей ориентироваться. Но в условиях сплошной облачности изменение направления магнитного поля приводило к смене направления полета птиц на противоположное (рис. 32). Было сделано предположение, что магнитное поле играет определенную роль в навигации птиц. В дальнейшем было показано, что голуби обладают высокой магнитной чувствительностью. В опытах, длившихся три года, У. Китон с коллегами обнаружили, что отклонения земного магнитного поля от нормы менее чем на 10^-3 Гс., вызванные солнечными вспышками и пятнами, по-видимому, оказывают достоверное влияние на выбор направления голубями при старте. Недавно П. Сэмм и К. Демаин сообщили, что магниточувствительные нейроны, реагирующие на изменение магнитного поля, были обнаружены у голубей в базальном зрительном тракте. До этого «магнетит» находили только в области между носовыми полостями и глазницами, в оболочках вокруг обонятельного нерва.

Несколько позже Вилтчко обнаружили, что молодые голуби (моложе 80-суточного возраста) которые еще не совершали тренировочных полетов вокруг голубятни, способны возвращаться домой после завоза только в ток случае, если имели возможность во время перевозки получать нормальную информацию в геомагнитном поле. В том случае, если их перевозили в нарушенном геомагнитном поле, после выпуска у них наблюдалась дезориентация. Вилтчко предположили, что молодые нетренированные голуби собирают информацию во время перевозки и после выпуска используют ее для возвращения домой, совершая путь, обратный маршруту завоза. Однако если перевозили при нарушенном магнитном поле голубей более старшего возраста, уже имевших опыт тренировочных полетов, они правильно определяли направление к дому после выпуска. Вилтчко пришли к выводу, что опытные голуби переходят к использованию «навигационной карты», устанавливая направление к дому по параметрам точки выпуска, чего не могут делать необученные голуби.

Какие же факторы или параметры используют птицы для построения «навигационной карты»? На сегодня это самый важный и трудный вопрос во всей проблеме навигации птиц. Многие исследователи на протяжении почти 40 лет пытаются получить ответ на него, но, к сожалению, пока безрезультатно. Орешек оказался очень крепким. Ни орнитологам, ни физикам, ни ученым других специальностей не удалось его пока расколоть. Конечно, эту сложную проблему рано или поздно ученые решат, но пока приходится обходиться только гипотезами. В настоящее время наиболее интересной является бикоординатная гипотеза, согласно которой для навигации птицы используют вертикальную составляющую магнитного поля Земли и изолинии сил притяжения, которые сходятся к разным полюсам, магнитному и географическому, удаленным друг от друга примерно на 2 тыс. км. В результате образуется координатная сетка, которую птицы могут использовать при навигации (см. рис. 29). Недоказанной остается способность птиц измерять различия в силе земного притяжения и земного магнетизма. Доказана пока только способность птиц к ориентации (выбору компасного направления) с использованием магнитного поля Земли. При этом они ориентируются не по его полюсам, а по направлению склонения. Показано, что способность к магнитной ориентации у птиц врожденная и проявляется в онтогенезе независимо от других ориентирующих факторов, например астроориентиров (Солнца и звезд).

Косвенным подтверждением тому, что магнитное поле Земли может использоваться птицами для навигации, служат результаты опытов, свидетельствующих о том, что в районах магнитных аномалий способность к хомингу у них существенно нарушается. В большинстве исследований отмечено достоверное нарушение ориентации как в районах слабых, так и сильных аномалий. Ухудшение хоминга происходит также при флуктуациях естественного магнитного поля, вызванных усилением солнечной активности.

Однако не все исследователи согласны с гипотезой магнитной навигации. Итальянские исследователи во главе с Ф. Папи и западногерманский орнитолог Г. Вальраф считают, что основной информацией для навигации голубей и других птиц является ольфакторная информация. Находясь в голубятне, птицы связывают приносимые ветром запахи с его направлением и составляют таким образом «ольфакторную карту» окрестностей. При завозе они анализируют запахи в месте выпуска и определяют направление к дому. Запечатление «ольфакторной карты» может быть блокировано или искажено защитой от ветра голубятни экранами. В таких случаях голуби при завозах не могут выбрать правильного направления на «дом» и плохо возвращаются. Эти исследователи считают, что искусственно у голубей можно развить добавочные не ольфакторные способы ориентации (по топографическим ориентирам и магнитному полю), которые улучшают ориентацию стартового направления, но не способствуют коррекции курса полета. Однако большинство других исследователей не обнаруживают в своих опытах таких нарушений при выключении обоняния у голубей и считают, что турбулентность и непостоянство перемещения запахов существенно ограничивает возможность использования их для навигации. Использование ольфакторного градиента возможно лишь при временном постоянстве подходящих субстанций. Однако даже постоянно действующие ольфакторные параметры обычно не обладают достаточными градиентами, поэтому различия не могут быть восприняты на расстояниях в несколько сот километров. Кратковременные источники запаха с сильными градиентами варьируют во времени и пространстве и не представляют собой стабильной информации. П. Джеймс провел наблюдения и эксперименты по выяснению способности малых буревестников находить свои норы в гнездовой период. Он обнаружил, что, несмотря на подлет к суше против ветра, движение к гнезду после посадки осуществляется по случайным азимутам, что свидетельствует, по его мнению, против использования птицами обоняния. Обнаружение гнезда затруднялось при нарушении видимой микроландшафтной обстановки вокруг норы. Поиск норы, видимо, осуществлялся с помощью зрения, а не обоняния.

В свое время была выдвинута гипотеза инерциальной навигации, согласно которой птица при перемещении способна воспринимать и регистрировать все угловые ускорения, а затем после выпуска лететь обратно по тому же маршруту. Однако опыты, когда голубей перевозили на крутящихся подставках или во вращающихся барабанах, не подтвердили эту гипотезу: птицы правильно определяли направление к дому, как и контрольные особи, не подвергавшиеся подобному воздействию. В других опытах голубей перевозили в состоянии глубокого наркоза, и они тоже успешно возвращались домой.

Таким образом, почтовые голуби обладают совершенной системой навигации, включающей в себя несколько механизмов, которая претерпевает существенные изменения в процессе становления. Молодые птицы, не имевшие полетного опыта, возвращаются домой, используя информацию, собранную во время перемещения, т. е. осуществляют «реверсию курса». С увеличением возраста и опыта они переходят на использование «навигационной карты» и «солнечного компаса», что позволяет им использовать информацию для определения направления к дому непосредственно в месте выпуска.