Ptaki wędrowne, których zasięg migracji ma prawdziwie planetarny charakter, muszą polegać na globalnych polach orientacyjnych ze względu na podstawowe właściwości fizyczne kuli ziemskiej i otaczającej przestrzeni. Szczególnie wiele nadziei na zrozumienie mechanizmów orientacji ptaków wędrownych wytworzyło pole geomagnetyczne wśród ornitologów, których obecność odróżnia Ziemię od wszystkich najbliższych planet Układu Słonecznego.

Mechanizmy migracji ptaków

Przy pewnym stopniu konwencjonalności Ziemię można sobie wyobrazić jako gigantyczną namagnesowaną kulę. W każdym punkcie na powierzchni globu znajduje się pole magnetyczne, którego kierunek można łatwo ustalić za pomocą igły kompasu, która zawsze skierowana jest w stronę bieguna magnetycznego. Przypomnij sobie, że bieguny magnetyczne planety leżą nieco z dala od biegunów geograficznych narysowanych na mapie lub kuli ziemskiej, przez które przechodzi oś obrotu Ziemi.

Strzała konwencjonalnego kompasu przesuwa się tylko w prawo i w lewo, dlatego pokazuje kierunek tylko poziomej składowej pola, kierowanej wzdłuż południka magnetycznego do bieguna magnetycznego Ziemi. Ale siły ziemskiego magnetyzmu działają nie tylko w płaszczyźnie poziomej, ale także w kierunku środka planety, to znaczy pole magnetyczne ma również pionowy lub, jak mówią, składnik grawitacyjny. Gdyby igła kompasu mogła poruszać się we wszystkich kierunkach, w tym w górę iw dół, wówczas jej pozycja wyraźnie by się zmieniła, gdy przesuwa się od równika do biegunów.

Na równiku byłby umieszczony ściśle równolegle do powierzchni Ziemi, to znaczy absolutnie poziomo, wskazując swoim namagnesowanym końcem ściśle na północ. Gdy odsunie się od równika, jego odchylenia od poziomu staną się bardziej zauważalne, a na końcu na biegunie północnym strzała zwróci się do środka planety, czyli podniesie się pionowo. Na południowym biegunie magnetycznym strzałka będzie również zajmować pozycję pionową, ale jej namagnesowany „północny” koniec będzie skierowany ściśle w górę. Tak więc kompas posiadający takie urządzenie może służyć nie tylko do wskazywania kierunku na północ, ale także do określania jego położenia na południku, to znaczy jako wskaźnika szerokości geograficznej.

Hipoteza orientacji magnetycznej ptaków wędrownych

Czy ptaki mogą korzystać z ziemskiego magnetyzmu w taki sam sposób, jak my używamy konwencjonalnego kompasu, którego strzała, kierując się poziomym składnikiem pola magnetycznego, jest zawsze skierowana na północ? Czy ptaki są w stanie wyczuć i docenić ten element? Hipotezę o orientacji magnetycznej ptaków wędrownych wyraził naukowiec Akademii Petersburskiej A. Middendorf ponad sto lat temu, jednak realne możliwości weryfikacji eksperymentalnej pojawiły się u naukowców dopiero w ostatnich latach.

Metoda badania migracji ptaków

Okazuje się, że gołębie ze spiralami wykonanymi z cienkiego metalowego drutu na głowach z przepływającym przez nie prądem elektrycznym z miniaturowych baterii w eksperymentach przy pochmurnej pogodzie nie wróciły do ​​domu. Przy dobrej pogodzie korzystali ze znanego kompasu słonecznego i pewnie ruszyli w kierunku gołębnika, wcale nie smutne, że kierunek pól magnetycznych otaczających ich głowy nie ma nic wspólnego z kierunkiem ziemskiego magnetyzmu.

W pochmurną pogodę gołębie ze spiralami na głowach popełniły rażące błędy podczas planowania kursu i latały gdziekolwiek się udały, podczas gdy gołębie bez spiral nie miały zauważalnych trudności. Do tej pory istnieje znacznie więcej dowodów na zdolność ptaków do korzystania z kompasu magnetycznego. Do tej pory o wiele więcej wątpliwości budzi zdolność ptaków do korzystania ze składnika grawitacyjnego pola magnetycznego w celu ustalenia ich położenia.

Rotacja Ziemi i migracja ptaków

Pewnego razu zasugerowano nawet, że ptaki mają metody nawigacji oparte na użyciu sił Coriolisa. Siły te powstają w wyniku obrotu globu; zwiększają się w kierunku od bieguna do równika zgodnie ze wzrostem prędkości obrotu punktów znajdujących się na powierzchni kuli ziemskiej. Globalne przejawy sił Coriolisa w skali planetarnej to wymywanie brzegów rzek płynących w kierunku południkowym i skręcanie gigantycznych wirów atmosferycznych. Wykorzystanie tych sił opiera się na budowie żyrokompasu - urządzenia, które w dowolnym położeniu statku powietrznego lub statku morskiego spontanicznie ustawia się wzdłuż południka geograficznego. Siły Coriolisa są odpowiednie do określania szerokości geograficznej w obrębie jednej półkuli od nich.

Jeśli dodamy jeszcze jeden wskaźnik miejsca, na przykład jeden ze składników ziemskiego pola magnetycznego, możemy uzyskać pożądany układ z dwóch współrzędnych (z powodu niedopasowania osi magnetyzmu i obrotu), co pozwala nam stworzyć mapę grawitacji magnetycznej. Jednak obliczenia wykazały, że aby być postrzeganym przez ptaki, siła Coriolisa jest wciąż zbyt mała, a zwłaszcza beznadziejnie nakłada się i maskuje przyspieszeniami, które wpływają na ptaka w locie (podczas startu, podczas przyspieszania lub zwalniania, a nawet gdy każda zmiana prędkości lotu lub pozycji w przestrzeni kosmicznej).

Nawigacja dla ptaków

Różnica między orientacją kompasu a nawigacją

Dążenie do celu obejmuje dwa elementy. Po pierwsze, orientacja kompasu - zdolność do utrzymywania wybranego kursu przez długi czas, a po drugie nawigacja - możliwość wykreślenia kursu między dwoma punktami na podstawie porównania ich współrzędnych, czyli na mapie zapisanej w pamięci.

Różnice między prostą orientacją kompasu a nawigacją są ilustrowane doświadczeniem transportu szpaków. Kilka tysięcy ptaków zostało złapanych i obrączkowanych, przetransportowanych z Holandii do Szwajcarii i uwolnionych. Młode ptaki, które dokonały pierwszej migracji w swoim życiu, wyjechały ze Szwajcarii na południowy zachód. Udało im się wybrać właściwy kierunek, ale ostatecznie zboczyli z kursu i byli wyraźnie na południe od miejsca, do którego zmierzali, i dlatego nie mieli wyboru, jak tylko zimę w Hiszpanii i południowych regionach Francji.

Zgodnie z kompasem młodzież orientowała się prawidłowo, ale szpaki nie mogły sobie pozwolić na pewne przesunięcie od swojej zwykłej trasy. Dorosłe szpaczki, które mają już doświadczenie migracyjne, doskonale pokazały, że mają doskonałą nawigację snajperską. Byli w stanie nawigować i od razu utorowali nowy kurs w kierunku północno-zachodnim i zachodnim, dzięki czemu z łatwością dotarli do zwykłego zimowania.

Różnica między orientacją przestrzenną dorosłych i młodych ptaków

Jaka jest różnica między orientacją przestrzenną dorosłych i młodych ptaków? Najprawdopodobniej ruch zimowania młodych zwierząt, po raz pierwszy pokonując trasę, podporządkowany jest głównie instynktownym programom zachowania. Innymi słowy, młody szpak ma wrodzoną zdolność latania w kierunku zimowania i dość dokładnie wyobraża sobie dokładnie, jaki dystans musi pokonać, aby do nich dotrzeć.

Kolejną rzeczą są dorosłe ptaki, które już odwiedziły zimowe apartamenty i otrzymały tam pewne informacje. Które pytanie jest najtrudniejsze i kluczowe, a dokładna odpowiedź na to pytanie jeszcze nie istnieje. Może to być dowolna informacja astronomiczna lub geofizyczna, dzięki której można nadać unikalną charakterystykę każdemu punktowi na powierzchni globu. Dorosły ptak najprawdopodobniej jest w stanie porównać przechowywane informacje o zimowaniu z aktualnymi informacjami o jego położeniu.Wszystko to jest kwestią technologii i jest prostym zadaniem dla każdego przedmiotu, który zna umiejętności orientacji za pomocą kompasu.

Zdolność gołębi do znalezienia drogi do domu

Niesamowita zdolność gołębi do znalezienia drogi do domu jest znana od niepamiętnych czasów. Armie starożytnych Persów, Asyryjczyków, Egipcjan i Fenicjan wysłały wiadomości z kampanii z gołębiami. Podczas obu wojen światowych gołębia pocztowa służyła takiemu służbie, że wzniesiono pomniki ku czci opierzonych nośników listów w Brukseli i francuskim mieście Lyon. Na zawodach gołębie nośne są transportowane na 150-1000 kilometrów i uwalniane. Czas powrotu ptaków do gołębnika jest rejestrowany za pomocą specjalnych urządzeń. Dobrze wyszkolone gołębie latają do domu ze średnią prędkością 80 kilometrów na godzinę, najlepsze z nich są w stanie pokonać 1000 kilometrów dziennie.

Trzeci pomnik gołębi nie został jeszcze zbudowany, ale od dawna zasłużono mu ze względu na ich wybitny wkład w badanie sposobów orientacji ptaków. Okazało się na przykład, że gołębie mogą wracać z daleka do gołębnika pomimo najsilniejszej „krótkowzroczności”. Ptaki „krótkowzroczne” powstały na czas eksperymentu, nakładając na oczy matowe soczewki kontaktowe, co pozwoliło rozróżnić jedynie kontury najbliższych obiektów. Dzięki takim soczewkom gołębie zostały wypuszczone 130 km od gołębnika. Na wpół ślepe ptaki szybowały w górę i rzucały się do domu na dużej wysokości, nie widząc wokół siebie niczego oprócz nieprzeniknionej szarej mgły. Niemal wszystkim udało się bezpiecznie dostać na miejsce, chociaż „krótkowzroczność” nie pozwoliła znaleźć samego gołębia. Gołębie schodziły w promieniu 200 metrów od niej i cierpliwie spodziewały się pozbyć irytujących soczewek.

Kompasy dla ptaków

Gdy kurs jest znany, możesz go śledzić przez długi czas tylko za pomocą kompasu. W zależności od okoliczności ptaki pewnie używają „kompasów” co najmniej trzech różnych typów. W ciągu dnia ptaki z dużą dokładnością określają położenie głównych punktów na słońcu. Nie zapobiega temu nawet lekki całun chmur, o ile pozwala ci poczuć pozycję gwiazdy na niebie. W nocy gwiezdny „kompas” zastępuje słońce, a dzięki sztuce radzenia sobie z nim wiele ptaków wykonujących nocne migracje również osiągnęło wielki sukces. Kiedy pogoda pogarsza się całkowicie, a niebo jest pokryte chmurami przez całą dobę, magnetyczny „kompas” przybywa na ratunek pierzastym podróżnikom, którym również bardzo sprawnie sobie radzą.

Tak więc na pytanie, z jakiego „kompasu” korzystają podróżni, naukowcy mają prawie wyczerpującą odpowiedź. Do tej pory sytuacja jest gorsza ze zrozumieniem, czym jest „mapa nawigacyjna” ptaków i jakie metody wykorzystują do zaznaczenia na niej swojej lokalizacji. Przypomnijmy, że żeglarze nauczyli się tego robić naprawdę tylko wraz z pojawieniem się dokładnych przyrządów pomiarowych.

Przede wszystkim chronometr - zegarek z bardzo dokładnym postępem, który pozwala monitorować wysokość gwiazd nad horyzontem i ich azymut w ściśle określonej godzinie podczas wielomiesięcznej podróży - to znaczy ich położenie w stosunku do kierunku północnego. Położenie opraw określa się za pomocą sekstanta - dość złożonego instrumentu, bez którego w ciągu ostatnich trzech wieków żaden port dalekobieżny nie opuścił portu. Aby „dostać się na miejsce” statku, należy wykonać co najmniej dwa pomiary wysokości lub azymutu gwiazd - w dowolnej kombinacji.

Po uzyskaniu niezbędnych liczb za pomocą tabel nawigacyjnych, częściowo uwalniając nawigatora od skomplikowanych obliczeń, może on określić długość geograficzną i szerokość geograficzną, z jaką statek był w momencie pomiaru, z dokładnością do kilku mil. Dokładniejsze, ale nieporównywalnie droższe metody nawigacji, sugerujące pozycję statku lub samolotu z dokładnością do dziesiątek metrów, stały się możliwe dopiero wraz z pojawieniem się pojazdów kosmicznych.

Kompasy słoneczne i gwiezdne

Tak więc, zgodnie z pozycją Słońca lub gwiazd na niebie, można nie tylko utrzymać kurs, używając świec jako substytutu kompasu, ale także określić swoją pozycję na powierzchni planety, używając świec jako wskaźników miejsca. Obecnie jest ustalone, że ptaki mają wrodzoną zdolność do korzystania ze słonecznych i gwiaździstych „kompasów”, dzięki obecności dokładnych „wewnętrznych zegarów”, co pozwala wybrać właściwy kierunek dla dowolnej pozycji gwiazd w ciągu dnia.

Czy ptaki mogą używać słońca i gwiazd do określania lokalizacji?

Jeśli ewolucja systemów nawigacji dla ptaków podążałaby tą samą ścieżką, co rozwój spraw nawigacyjnych, ptaki musiałyby znaleźć zamiennik chronometru, sekstanta, kalendarza, a ponadto opanować sumę wiedzy z astronomii co najmniej w objętości programu szkoły średniej. Następnie, znajdując się w nieznanym obszarze, ten sam gołąb-nosiciel mógł określić swoją pozycję w stosunku do domu, oceniając różnicę między wysokością słońca i azymutem gwiazd w nowym miejscu oraz wysokością i azymutem tych samych gwiazd tego samego dnia, a następnie ten sam czas nad rodzimym gołębiem.

Najłatwiej jest poczekać w nowym miejscu na początek lokalnego południa - moment górnej kulminacji centrum Słońca. Następnie należy zrobić dwie rzeczy. Po pierwsze, spójrz na zegary biegnące w „domowym” czasie i ustal różnicę w momencie południa. Jeśli Słońce poszło do zenitu przed godziną 12.00, wówczas dom pozostał na zachodzie, a później - na wschodzie. Po drugie, musisz spojrzeć na Słońce i ocenić jego wysokość nad horyzontem. Jeśli Słońce w południe jest wyższe niż w domu, los zaprowadził cię na południe, jeśli niżej - z południa na północ (oczywiście na półkuli południowej, odwrotnie).

Na pierwszy rzut oka wszystko jest proste, ale w rzeczywistości trudności są nie do opisania. Aby skorzystać z tej metody, nawet w najprostszej modyfikacji, potrzebujesz ogromnej ilości pamięci i najwyższej dokładności pomiaru. Mózg ptaków nie ma takich zasobów pamięci. Ponadto pomiary do celów nawigacyjnych są zbyt złożone, aby można je było wykonać „na oko”.

Na przykład na szerokości geograficznej miasta Symferopol, na każde 100 kilometrów drogi wysokość Słońca zmienia się tylko o 1 °, czas wschodu i zachodu słońca - o mniej niż 5 minut, azymut Słońca - o mniej niż 1,5 °. Łatwiej jest używać orientacji astronomicznej na duże odległości - wraz ze spadkiem wymagania dotyczące dokładności pomiaru stale rosną.

Ornitolodzy ciężko pracowali, aby znaleźć podobieństwa w metodach nawigacji ptaków i ludzi. Ale wszystkie badania w tym kierunku nie zakończyły się jeszcze sukcesem. Najprawdopodobniej ptaki określają swoje położenie na powierzchni Ziemi i rysują swoje „mapy” w inny sposób. Które z nich - zobaczymy w przyszłości. W ten sposób znany specjalista w dziedzinie migracji ptaków widzi profesora petersburskiego V.R. Dolnik: „Musimy przyznać”, pisze, „że system nawigacji prowadzi ptaki do punktu - w najbardziej dosłownym znaczeniu tego słowa, w którym raz otrzymali (lub od którego nadal otrzymują) pewne informacje.

Oczywiście granice dokładności znanych nam systemów, które zapewniają astronomiczną, geomagnetyczną lub grawitacyjną nawigację u ptaków, są 2-3 rzędy wielkości niewystarczające do nawigacji do punktu. To znowu (podobnie jak w przypadku gołębi pocztowych) rodzi pytanie o jakiś nieznany czynnik, który pozwala nam oznaczać absolutną nawigację lub znany czynnik, ale nieznany sposób wykorzystania go do nawigacji. ”