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, Р2, 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?
