Keliaujantys paukščiai, kurių migracijos diapazonas iš tikrųjų yra planetinio pobūdžio, dėl pagrindinių žemės rutulio ir jį supančios erdvės fizinių savybių turi remtis į globaliai orientuotus laukus. Ypač daug vilčių suprasti migruojančių paukščių orientacijos mechanizmus ornitologų tarpe sukėlė geomagnetinis laukas, kurio buvimas Žemę išskiria iš visų artimiausių Saulės sistemos planetų.
Paukščių migracijos mechanizmai
Esant tam tikram konvencionalumo laipsniui, Žemę galima įsivaizduoti kaip milžinišką įmagnetintą rutulį. Kiekviename žemės rutulio paviršiaus taške yra magnetinis laukas, kurio kryptį nesunku nustatyti naudojant kompaso adatą, kuri visada nukreipta į magnetinį polių. Prisiminkite, kad planetos magnetiniai poliai yra šiek tiek atokiau nuo geografinių polių, nupieštų žemėlapyje arba rutulyje, per kurį praeina Žemės sukimosi ašis.
Įprasto kompaso rodyklė juda tik kairėn ir dešinėn, todėl ji rodo tik horizontalaus lauko komponento kryptį, nukreiptą išilgai magnetinio dienovidinio į Žemės magnetinį polių. Bet antžeminio magnetizmo jėgos veikia ne tik horizontalioje plokštumoje, bet ir planetos centro link, tai yra, magnetinis laukas taip pat turi vertikalų arba, kaip sakoma, gravitacinį komponentą. Jei kompaso adata galėtų judėti visomis kryptimis, įskaitant aukštyn ir žemyn, jos padėtis pastebimai pasikeistų, kai judama nuo pusiaujo į polius.
Pusiaujuje jis būtų išdėstytas griežtai lygiagrečiai su Žemės paviršiumi, ty absoliučiai horizontaliai, nukreipdamas savo įmagnetintą galą griežtai į šiaurę. Jai tolstant nuo pusiaujo, jos nukrypimai nuo horizontalės taps labiau pastebimi ir galiausiai šiaurės ašyje rodyklė pasisuktų į planetos centrą, tai yra, pakiltų vertikaliai. Pietiniame magnetiniame poliuje rodyklė taip pat užims vertikalią padėtį, tačiau jos įmagnetintas „šiaurės“ galas bus nukreiptas griežtai aukštyn. Taigi kompasas, turintis tokį įtaisą, gali būti naudojamas ne tik nurodant kryptį į šiaurę, bet ir norint nustatyti jo padėtį dienovidiniame, ty kaip platumos indikatorių.
Migruojančių paukščių magnetinės orientacijos hipotezė
Ar paukščiai gali naudoti sausumos magnetizmą taip pat, kaip ir įprastą kompasą, kurio rodyklė, paklusdama horizontaliajam magnetinio lauko komponentui, visada nukreipta į šiaurę? Ar paukščiai gali jausti ir vertinti šį komponentą? Hipotezę apie migruojančių paukščių magnetinę orientaciją išreiškė Sankt Peterburgo akademijos akademikas A. Middendorfas daugiau nei prieš šimtą metų, tačiau realios jo eksperimentinio patikrinimo galimybės mokslininkams atsirado tik pastaraisiais metais.
Paukščių migracijos tyrimo metodas
Pasirodo, balandžiai su spiralėmis, padarytais iš plonos metalinės vielos, ant galvos, per kuriuos iš miniatiūrinių baterijų eksperimentuojant debesuotu oru tekėjo elektros srovė, gerai negrįžo namo. Giedru oru jie naudojosi pažįstamu saulės kompasu ir užtikrintai leidosi link dovecote, nė kiek nesididžiuodami, kad jų galvas supančių magnetinių laukų kryptis neturėjo nieko bendra su žemės magnetizmo kryptimi.
Debesuotu oru balandžiai su spiralėmis ant galvos padarė grubias klaidas planuodami trasą ir skrido visur, kur nuėjo, tuo tarpu balandžiai be spiralių nepatyrė pastebimų sunkumų. Iki šiol yra daug daugiau įrodymų apie paukščių sugebėjimą naudoti magnetinį kompasą. Daug daugiau abejonių kelia paukščių sugebėjimas naudoti magnetinio lauko gravitacinį komponentą jų vietai nustatyti.
Žemės sukimasis ir paukščių migracija
Vienu metu net buvo pasiūlyta, kad paukščiai turėjo navigacijos metodus, pagrįstus Koriolio pajėgų naudojimu. Šios jėgos atsiranda dėl žemės rutulio sukimosi; jie didėja kryptimi nuo poliaus iki pusiaujo, atsižvelgiant į taškų, esančių žemės rutulio paviršiuje, sukimosi greitį. Pasaulinės Koriolio jėgų apraiškos planetų mastu yra upių krantų išplovimas meridionine kryptimi ir milžiniškų atmosferinių sūkurių sukimas. Šių jėgų panaudojimas grindžiamas girokompaso - prietaiso, kuris bet kurioje orlaivio ar jūrinio laivo padėtyje - spontaniškai išsidėsto išilgai geografinio dienovidinio, projektavimu. Koriolio pajėgos yra tinkamos geografinei platumai nustatyti viename pusrutulyje nuo jų.
Jei pridėtume dar vieną vietos rodiklį, pavyzdžiui, vieną iš Žemės magnetinio lauko komponentų, tada norimą sistemą galime gauti iš dviejų koordinačių (dėl neatitikimo tarp magnetizmo ir sukimosi ašių), kuri leidžia mums sudaryti magnetinio gravitacijos žemėlapį. Tačiau skaičiavimai parodė, kad, norint pamatyti paukščius, Koriolio jėga vis dar yra per maža ir ypač beviltiškai sutampa ir užmaskuojama pagreičiais, darančiais įtaką paukščiui skrendant (kilimo metu, pagreičio ar lėtėjimo metu ir iš tikrųjų, kai bet kokie skrydžio greičio ar padėties erdvėje pokyčiai).
Paukščių navigacija
Skirtumas tarp kompaso orientacijos ir navigacijos
Ėjimas į tikslą apima du komponentus. Pirma, orientacija kompasu - galimybė ilgą laiką išlaikyti pasirinktą kursą, antra, navigacija - galimybė nubrėžti kursą tarp dviejų taškų, remiantis jų koordinačių palyginimu, tai yra, atmintyje saugomame žemėlapyje.
Skirtumus tarp paprastos kompaso orientacijos ir navigacijos iliustruoja starkių gabenimo patirtis. Buvo sugauta ir žieduota keli tūkstančiai paukščių, gabenami iš Olandijos į Šveicariją ir paleisti. Jauni paukščiai, kurie pirmą kartą savo gyvenime migravo, išvyko iš Šveicarijos į pietvakarius. Jie sugebėjo pasirinkti teisingą kryptį, tačiau galiausiai nukrypo nuo kurso ir buvo pastebimai į pietus nuo tos vietos, į kurią jie buvo nukreipti, todėl jie neturėjo kito pasirinkimo, kaip žiemoti Ispanijoje ir Prancūzijos pietiniuose regionuose.
Anot kompaso, jaunuoliai orientavosi teisingai, tačiau žvaigždės negalėjo sau leisti pasitaisyti tam tikru posūkiu nuo savo įprasto maršruto. O suaugę varnėnai, jau turintys migracijos patirties, puikiai parodė, kad turi puikų naršymą snaiperiais. Jie sugebėjo plaukti ir iškart nustatė naują kursą šiaurės vakarų ir vakarų kryptimis ir dėl to lengvai pasiekė įprastą žiemojimą.
Skirtumas tarp suaugusių ir jaunų paukščių erdvinės orientacijos
Kuo skiriasi suaugusių ir jaunų paukščių erdvinė orientacija? Labiausiai tikėtina, kad judėjimas žiemojantiems jauniems gyvūnams, pirmą kartą gyvenime įveikiant kelią, daugiausia yra pavaldus instinktyvioms elgesio programoms. Kitaip tariant, jaunasis varnėnas turi įgimtą sugebėjimą skristi žiemojimo kryptimi ir gana tiksliai įsivaizduoja, kokį atstumą jam reikia įveikti, norint juos pasiekti.
Kitas dalykas yra suaugę paukščiai, kurie jau lankėsi žiemos apartamentuose ir ten gavo tam tikrą informaciją. Kuris yra pats sunkiausias ir svarbiausias klausimas, kurio tikslaus atsakymo dar nėra. Tai gali būti bet kokia astronominė ar geofizinė informacija, per kurią įmanoma suteikti unikalią bet kurio žemės rutulio paviršiaus taško savybę. Taigi suaugęs paukštis greičiausiai gali palyginti saugomą žiemojimo informaciją su dabartine informacija apie jo vietą.Visa kita yra technologijos klausimas ir nesudėtinga užduotis bet kuriam asmeniui, žinančiam orientacijos įgūdžius naudojant kompasą.
Balandžių galimybė rasti kelią į namus
Nuostabus balandžių sugebėjimas rasti kelią į namus buvo žinomas nuo neatmenamų laikų. Senovės persų, asirų, egiptiečių ir finikiečių armijos siuntė žinutes iš kampanijų su balandžiais. Abiejų pasaulinių karų metu balandžių paštas teikė tokią paslaugą, kad Briuselyje ir Prancūzijos mieste Lione plunksnuotų laiškų garbei buvo pastatyti paminklai. Varžybose balandžiai yra nešantys 150-1000 kilometrų ir paleidžiami. Paukščių sugrįžimo į balandinę laikas registruojamas naudojant specialius prietaisus. Gerai išmokyti balandžiai į namus skraido vidutiniškai 80 kilometrų per valandą greičiu, geriausi iš jų sugeba įveikti 1000 kilometrų per dieną.
Trečiasis balandžių paminklas dar nebuvo pastatytas, tačiau jie jau seniai nusipelnė dėl išskirtinio indėlio tiriant paukščių orientacijos būdus. Pavyzdžiui, paaiškėjo, kad balandžiai gali grįžti iš toli į balandį, nepaisant stipriausio „trumparegiškumo“. Eksperimento metu buvo gaminami „iš arti regintys“ paukščiai, ant jų akių uždedami matiniai kontaktiniai lęšiai, kurie leido atskirti tik artimiausių objektų kontūrus. Ir su tokiais lęšiais balandžiai buvo paleisti 130 km nuo dovecote. Pusiau akli paukščiai pakilo aukštyn ir skubėjo namo dideliame aukštyje, aplink nieką nematydami, išskyrus nepermatomą pilką rūką. Beveik visiems pavyko saugiai patekti į vietą, nors „trumparegystė“ neleido rasti paties baldakimo. Balandžiai nusileido 200 metrų spinduliu nuo jos ir kantriai tikėjosi atsikratyti erzinančių lęšių.
Paukščių kompasai
Kai kursas yra žinomas, ilgą laiką galite jo laikytis tik naudodamiesi kompasu. Atsižvelgiant į aplinkybes, paukščiai užtikrintai naudojasi bent trijų skirtingų rūšių „kompasais“. Dienos metu paukščiai labai tiksliai nustato kardinaliųjų taškų vietą saulėje. Tam netrukdo net lengvas debesų gaubtas, jei jis vis dar leidžia pajusti žvaigždės vietą danguje. Naktį žvaigždžių „kompasas“ ateina pakeisdamas saulę, o dirbant su ja, daugelis paukščių, vykdančių naktinę migraciją, taip pat sulaukė didžiulės sėkmės. Kai oras visiškai pablogėja ir visą parą dangus būna padengtas debesimis, plunksnuotiems keliautojams gelbsti magnetinis „kompasas“, su kuriuo jie taip pat labai sumaniai susitvarko.
Taigi mokslininkai turi beveik išsamų atsakymą į klausimą, ką naudoja „kompasas“, kurį keliavo plunksnos. Kol kas padėtis yra blogesnė supratus, kas yra paukščių „navigacinis žemėlapis“ ir kokius metodus jie naudoja savo vietos žymėjimui. Prisiminkite, kad jūreiviai išmoko tai daryti iš tikrųjų tik atsiradę tikslūs matavimo prietaisai.
Visų pirma, chronometras - laikrodis su labai tiksliu progresu, leidžiantis stebėti žvaigždžių aukštį virš horizonto ir jų azimutą griežtai apibrėžtą valandą daugelio mėnesių kelionės metu - tai yra jų vieta, atsižvelgiant į kryptį į šiaurę. Šviestuvų padėtis nustatoma naudojant sekstantą - gana sudėtingą instrumentą, be kurio per pastaruosius tris šimtmečius iš uosto neišplaukė nė vienas tolimųjų reisų laivas. Norint „gauti vietą“ laive, reikia atlikti bent du šviestuvų aukščio ar azimuto matavimus - bet kokiu deriniu.
Iš navigacijos lentelių gavęs reikiamus skaičius, iš dalies atlaisvindamas navigatorių nuo sudėtingų skaičiavimų, jis gali kelių gelių tikslumu nustatyti geografinę ilgumą ir platumą, su kuriomis laivas buvo matavimo metu. Tikslesni, tačiau nepalyginamai brangesni navigacijos metodai, siūlantys laivo ar orlaivio padėtį dešimčių metrų tikslumu, tapo įmanomi tik atsiradus kosminėms transporto priemonėms.
Saulės ir žvaigždžių kompasai
Taigi, atsižvelgiant į saulės ar žvaigždžių padėtį danguje, jūs galite ne tik išlaikyti kursą, naudodami šviestuvus kaip kompaso pakaitalą, bet ir nustatyti savo vietą planetos paviršiuje, naudodami šviestuvus kaip kelio ženklus. Šiuo metu yra tvirtai nustatyta, kad paukščiai turi įgimtą galimybę naudoti saulės ir žvaigždėtus „kompasus“ dėl tikslių „vidinių laikrodžių“, leidžiančių pasirinkti tinkamą kryptį bet kuriai žvaigždžių padėčiai dienos metu.
Ar paukščiai gali naudoti saulę ir žvaigždes, kad nustatytų vietą?
Jei paukščių navigacijos sistemų raida eitų tuo pačiu keliu, kaip ir navigacijos reikalų plėtra, paukščiams tektų surasti chronometro, sekstanto, kalendoriaus pakaitalą ir, be to, įsisavinti astronomijos žinių sumą bent jau vidurinės mokyklos programos apimtyje. Tuomet, atsidūręs nepažįstamoje vietoje, tas pats balandis galėjo nustatyti jo vietą namo atžvilgiu, įvertinęs saulės ir aukščio žvaigždžių azimuto naujoje vietoje skirtumą nuo tų pačių žvaigždžių išsaugoto aukščio ir azimuto tą pačią dieną, o vėliau. tuo pačiu metu virš gimtosios balandinės.
Paprasčiausias būdas laukti naujoje vietoje, kol prasidės vietinis vidurdienis - Saulės centro viršutinės kulminacijos momentas. Tada reikėtų padaryti du dalykus. Pirmiausia pažiūrėkite į laikrodį, kuris veikia „namų“ laiku, ir nustatykite vidurdienio akimirkos skirtumą. Jei Saulė į zenitą leidosi iki 12.00 val., Tada namas liko vakaruose, jei vėliau - rytuose. Antra, reikia pažvelgti į Saulę ir įvertinti jos aukštį virš horizonto. Jei saulė vidurdienį yra aukštesnė nei namuose, tada likimas atvedė jus į pietus, jei žemesnis - iš pietų į šiaurę (pietiniame pusrutulyje, žinoma, atvirkščiai).
Iš pirmo žvilgsnio viskas paprasta, tačiau iš tikrųjų sunkumai yra nenusakomi. Norėdami naudoti šį metodą, net ir paprasčiausią jo modifikavimą, jums reikia milžiniškos atminties ir didžiausio matavimo tikslumo. Paukščių smegenys neturi tokių atminties išteklių. Be to, matavimai navigacijos tikslais yra per daug sudėtingi, kad juos būtų galima atlikti „akimis“.
Pavyzdžiui, Simferopolio miesto platumoje kiekvienam 100 kelio kilometrų Saulės aukštis kinta tik 1 °, saulėtekio ir saulėlydžio laikas - mažiau nei 5 minutėmis, Saulės azimutas - mažiau nei 1,5 °. Naudoti astronominę orientaciją yra lengviau per didelius atstumus - mažėjant, matavimo tikslumui reikalavimai nuolat auga.
Ornitologai daug dirbo ieškodami paukščių ir žmonių navigacijos metodų panašumų. Tačiau visi šios krypties tyrimai dar nebuvo sėkmingi. Greičiausiai paukščiai nustato savo vietą Žemės paviršiuje ir kitais būdais nubraižo savo „žemėlapius“. Kurios - tai dar reikia pamatyti ateityje. Taip žinomas paukščių migracijos srities specialistas mato Sankt Peterburgo profesorių V.R. Dolnikas: „Turime pripažinti, - rašo jis, - kad navigacijos sistema paukščius nuveda į tašką - tiesiogine to žodžio prasme, kurioje jie kažkada gavo (arba iš kurių ir toliau gauna) tam tikrą informaciją.
Akivaizdu, kad mums žinomų sistemų, kurios paukščiams suteikia astronominę, geomagnetinę ar gravitacinę navigaciją, tikslumo ribos yra 2–3 dydžio, nepakankamos navigacijai į tašką. Tai vėlgi (kaip ir tiriant besislapstančius balandžius) kelia klausimą apie kokį nors nežinomą veiksnį, kuris leidžia mums numanyti absoliučią navigaciją, arba žinomą veiksnį, bet nežinomą būdą, kaip jį naudoti navigacijai “.