Как птицы ориентируются в пространстве. Как птицы ориентируются в полете? Так как же птицы ориентируются в пространстве

Одна из интереснейших проблем, касающихся поведения животных, – это вопрос о том, каким образом животные находят путь при миграциях на дальние расстояния. Хотя способность к навигации обнаружена у многих видов позвоночных, в наибольшей степени она проявляется у птиц при их перелетах на большие расстояния, что и по сей день остается самым непонятным явлением в поведении животных. Расстояния, которые птицы преодолевают при этом, огромны: например, полярная крачка размножается в Арктике, а зимует в Антарктике. Точность ориентации птиц также впечатляюща: они могут перелетать на другой континент, возвращаясь всегда на одно и то же место. Хотя такие перелеты вызывают множество интересных вопросов, все же наиболее важен вопрос о том, как птицы находят свой путь.

Типы ориентации

Существуют разные способы ориентации. Гриффин предложил для этого следующую классификацию:

Ориентация по странам света – способность двигаться в направлении определенной страны света без каких-либо ориентиров. Некоторые виды птиц для определения направления полета используют различные ключевые стимулы. Если бы эти птицы ориентировались только по странам света, то отклонение от правильного курса по долготе привело бы к тому, что в конце концов они оказались бы далеко от их настоящей цели, так как они не смогли бы внести поправку на подобное смещение.

Истинная навигация – способность ориентироваться в направлении определенного места (цели) без соотнесения с ориентирами на местности. Животное, обладающее такой способностью, может внести поправку на отклонение от курса по долготе и прибыть в нужное место.

Возможные ключевые стимулы

Истинная навигация представляет собой наиболее яркий пример способности птиц ориентироваться в пространстве. Рассмотрим ключевые стимулы, которые при этом могли бы использоваться.

Звезды . Поскольку люди могут ориентироваться по звездам, естественно было предположить, что и птицы используют звезды для навигации. Эта гипотеза была четко сформулирована Зауэром. Эмлен подвел итоги большой исследовательской программы по изучению ориентации с помощью звезд у овсянки – певчей птицы, которая размножается на востоке Соединенных Штатов, а зимует в Центральной Америке и на Карибских островах. Эмлен разработал простой, но остроумный способ определения предпочтительного направления в ориентации птиц. Каждая из птиц содержалась в специальной клетке, на полу которой лежала пропитанная чернилами подушечка. Боковые стенки клетки были закрыты белой фильтровальной бумагой, сложенной в виде расширяющейся кверху воронки. Помещенная в такую клетку птица видит только то, что находится непосредственно над ней. Когда птица становится активной и начинает подпрыгивать вверх, чернила с ее лап отпечатываются на фильтровальной бумаге, благодаря чему осуществляется постоянная регистрация ее движений. Если птиц в таких клетках содержали на открытом воздухе, то осенью их движения были направлены на юг, а весной – на север.

Для более полного изучения, способности к ориентации у перелетных птиц Эмлен вслед за Зауэром провел исследования в планетарии. Он обнаружил, что направление, в котором предпочтительно ориентировались овсянки, варьировало в зависимости от их физиологического состояния. Изменяя длину дня, он мог одновременно исследовать две группы птиц: одну в «осеннем» состоянии, а другую – в «весеннем». Результаты соответствовали ожидаемым: хотя все опыты проводились в мае, у птиц, находившихся в осеннем физиологическом состоянии (вследствие укорочения длины дня), движения были ориентированы на юг, а у птиц в весеннем состоянии – на север.

Изменяя расположение звезд в планетарии, Эмлен обнаружил, что для определения направления птицы используют группу звезд, расположенных в пределах 35° от Полярной звезды. Поправку на время они не вносят. Каким же образом овсянки приобрели способность находить свой путь по звездам, лежащим рядом с Полярной звездой? Можно было бы думать, что это инстинктивное поведение. Для проверки такого предположения Эмлен исследовал ориентацию у трех групп птиц, выращенных человеком. Птицы, выращенные в условиях рассеянного освещения, обнаруживали осенью высокий уровень активности, но никакой определенной ориентации движений у них не наблюдалось. Способность к ориентации была, по-видимому, следствием научения. Другую группу выращенных человеком птиц в течение двух месяцев помещали каждую вторую ночь в планетарий, где имитировали нормальное вращение звездного неба. Эти птицы обладали нормальной способностью к ориентации на юг. С третьей группой проводили точно такой же двухмесячный опыт, как и со второй, но в этом случае звездное небо в планетарии вращалось вокруг звезды Бетель-гейзе, на которую впоследствии и ориентировались птицы этой группы. Эмлен высказал предположение, что молодые овсянки следят за движением звезд и узнают «северную» звезду по характеру вращения звездного неба. Какова же адаптивная роль эволюции системы, с помощью которой птицы научаются определенным способам ориентации? Эмлен отмечает, что при изменении направления земной оси меняются и полярные звезды. Таким образом, в результате длительной эволюции овсянки приобрели способность ориентироваться по наиболее подходящей звезде, хотя при изменении вращения Земли это будут разные звезды.

Солнце . Для определения ключевых стимулов, используемых птицами для ориентации в дневное время, была исследована способность голубей возвращаться «домой». Г. Крамер и его сотрудники показали, что птицы определяют направления сторон света по солнцу. Кроме того, птицы способны учитывать те изменения, которые происходят в положении солнца над горизонтом в течение дня (эти изменения составляют в среднем 15° в 1 ч). Птицы, содержавшиеся в условиях искусственного фотопериодизма, сдвинутого на 6 ч по отношению к естественному, при полете на открытом воздухе отклонялись на 90° от того направления, которое они выбрали бы, если бы ориентировались по солнцу.

Хотя ориентация, позволяющая птицам определять стороны света по солнцу с поправкой на время, быть может, и важна для навигации, она недостаточна для объяснения истинной навигации. Было предложено множество других, более сложных гипотез. Мэттьюз выдвинул гипотезу солнечной дуги, согласно которой птицы сравнивали высоту солнца, экстраполированную к высшей точке над горизонтом, с его высотой в тот же момент времени (определяемый по внутренним часам) у себя «дома». С помощью такого механизма можно было бы получать достаточно информации для выбора правильного направления. Исследование различных перцептивных способностей голубей показывает, что голуби воспринимают движение, подобное движению солнца. К сожалению, более поздние данные несовместимы с гипотезой солнечной дуги. Большинство исследователей, по-видимому, склоняется к гипотезе «карты и компаса» Крамера. Для навигации птица нуждается не только в компасе, который, как было показано, у нее есть, но и в карте. Хотя природа этой карты еще не установлена, результаты большого числа исследований, в основном связанных с изменением фотопериодов, Позволяют предположить, что при истинной навигации животные должны так или иначе сверять по какой-то «карте» полученную ими информацию о сторонах света.

Магнитные ориентиры . Так как некоторые птицы способны возвращаться домой в условиях значительной облачности, предположение об использовании в качестве ориентира солнца не может полностью объяснить, каким образом голуби находят дорогу при возвращении «домой». Данные о том, что птицы используют информацию о характере магнитного поля земли, представляются в настоящее время вполне убедительными. Китон прикреплял к телу голубей магниты или кусочки латуни, а затем исследовал их ориентацию. В ясные дни магниты не оказывали никакого действия. В пасмурные дни голуби с кусочками латуни (контрольные) обнаруживали хорошую ориентацию, тогда как у птиц с магнитами (искажавшими магнитное поле вокруг них) ориентация была случайной. Уолкот пошел дальше и прикрепил к голове голубя катушку Гельмгольца – устройство, генерирующее постоянное магнитное поле. И в этом случае изменение магнитного поля вызывало дезориентацию голубей, но только в пасмурные дни. Очевидно, в системе навигации голубей имеется избыточность: в ясные дни они используют в качестве ориентира солнце, а когда его не видно, переключаются на магнитные ключевые стимулы.

Обонятельные ориентиры . Как говорилось выше, голуби способны воспринимать и различать некоторые запахи. Группа итальянских исследователей (см., например, Papi et al., 1973) выдвинула предположение, что голуби находят дорогу домой по обонятельным раздражителям, вызвавшим у них когда-то своего рода «обонятельное запечатление», подобное тому, которое наблюдается у лососей. Хотя Папи и его сотрудники представили данные, свидетельствующие в пользу «обонятельной» гипотезы, существуют некоторые сомнения относительно их воспроизводимости, а также возможности использовать обонятельные стимулы при перелетах на большие расстояния.

Слухевые ориентиры . Гриффин и Хопкинс, измерив интенсивность звуков, издаваемых лягушками, на высоте 500 и 1000 м, высказали предположение, что естественные звуки (например, пение лягушек, звуки насекомых, шум волн или ветвей) могут служить для перелетных птиц ключевыми стимулами.

Заключение. Требуется дополнительное изучение сенсорно-перцептивных механизмов, лежащих в основе ориентации птиц при их миграциях на большие расстояния. Предположения о ключевой роли описанных выше и некоторых других стимулов находят как сторонников, так и противников. Ясно, что ориентироваться птицам помогает не один какой-то раздражитель, а скорее целый их комплекс, причем относительная важность каждого из компонентов варьирует у разных видов. Ориентация при перелетах на большие расстояния, безусловно, представляет собой один из наиболее ярких примеров сенсорно-перцептивного контроля поведения животных.

Одна из самых удивительных и загадочных способностей птиц – миграция. Каждый год они собираются стаями и преодолевают тысячи километров, чтобы переждать холода в более благоприятном климате и при этом никогда не ошибаются в выбранном пути.

Зачем же птицы путешествуют?

Основная причина перелета – недостаток корма. В холодное время года трудно добыть насекомых, фрукты или семена в нужном количестве. Но южнее, они в избытке. Некоторые птицы не переносят длительный перелёт и погибают, но большинство выживают и возвращаются с теплом.

Чтобы выдержать длительное путешествие у птицы должно быть хорошее здоровье, значительный жировой запас, который в пути является единственным источником энергии и новое оперение. Поэтому сразу, после того как птенцы подросли, они занимаются своим обновлением и подготовкой.

Так как же птицы ориентируются в пространстве?

Известно, что птицы всегда возвращаются на старое обжитое место и это касается не только перелетных. Голуби, например, не улетают на зимовку, но ориентируются на местности не хуже и могут найти свой дом на расстоянии более 100 км. До недавнего времени орнитологи считали, что птиц ведут инстинкты и способность ориентироваться по солнцу и звездам. Но последние исследование указывают на то, что птицы чувствуют магнитное поле земли, линии которого располагаются по направлению от севера к югу и служат направляющими.


Улавливать магнитное поле птицам помогают особые кристаллы, расположенные на переносице – магнетиты, они воспринимают информацию как компас. Это помогает птице определять не только направлении полета, а и настоящее местоположение. В вопросе геомагнитной ориентации осталось еще много вопросов и решения на них не найти пока ни в одной книге, но ученые не сдаются и, не обращая внимание на мнение скептиков, продолжают свои исследования.

Несомненно, в перелетах большое значение имеет инстинкт, то есть врожденная, передающаяся по наследству способность к определенному поведению. Пример инстинкта у птиц: никто не учит птицу строить гнездо, но когда она впервые приступает к его постройке, то делает это так же, как и все птицы ее вида. У некоторых птиц сначала отлетают молодые, а затем старые птицы. Следовательно, молодым никто не показывает дорогу на зимовку, они как-то с рождения "знают" ее сами.

Многие эксперименты подтверждают, что птиц ведет именно "инстинкт".

Во время одного из таких экспериментов группу аистов забрали из своих гнезд незадолго до наступления времени осеннего перелета и перенесли на другое место. С этого нового места им пришлось лететь в другом направлении, чтобы достичь места своего зимовья. Но когда пришло время, они полетели в том же направлении, в котором они летали со своего старого места!

Даже если птиц увозили от их родных мест на самолете за сотни километров, когда их отпускали, они летели точно к себе домой.

В другом эксперименте ученый вывез из Англии утиные яйца в Финляндию, и там из них вылупились утята. А надо сказать, что дикие утки, обитающие в Англии, ведут оседлый образ жизни, а утки из Финляндии перелетают зимой на запад Средиземного моря.

Эксперимент показал неожиданный результат. После отлета "финских" уток на юг, в небо поднялись и утки, вылупившиеся из "английских" яиц. Окольцованные птицы пролетали над теми же краями, которые обычно пересекали утки из Финляндии, и добрались до места зимовки своих приемных родителей. На следующий год большинство этих уток вернулось в Финляндию.

Как птицы ориентируются в пути? Нужно признать, что пока мы этого до конца не знаем.

Одна из гипотез заключается в том, что птицы чувствуют магнитные поля, которые окружают Землю. Магнитные линии располагаются по направлению от северного магнитного полюса к южному. Возможно, именно эти линии и служат для птиц направляющими.

Учёные проводили опыты: на шею голубям вешали магнитные пластинки. Это мешало птицам ориентироваться, но полностью сбить их с пути магнитные пластинки не могли.

Дополнительными ориентирами для определения направления полета служат особенности ландшафтов (поворот реки, горы, группы деревьев). Возможно, что птицы ориентируются также по расположению солнца. При дальних перелетах наибольшее значение имеют, по-видимому, не наземные, а небесные ориентиры: солнце - днем, луна и звезды - ночью.

Скорее всего, птицы в перелетах используют все эти виды ориентиров: магнитное поле, астрономические и наземные ориентиры.

Лучше всего, если мы сразу признаемся, что не знаем точного ответа. Разумеется, кое-что нам все же известно, но наша теория не всегда выдерживает проверку.

Способность перелетных птиц к ориентации поразительна. Вдумайтесь сами: ласточка по одним лишь ей ведомым приметам прилетает в Африку! Но самое удивительное заключается в том, что живущая в наших краях ласточка (а это убедительно доказало кольцевание птиц) возвращается из Африки домой. Не только в Венгрию, но даже в ту самую деревню, откуда она пустилась в дальний путь, к тому самому дому, под крышей которого она свила гнездо. Можно сказать, что все эти чудеса объясняются работой некоего таинственного внутреннего механизма. Мы называем механизм ориентации таинственным, потому что еще не сумели раскрыть его тайну.

Самая распространенная теория ориентации состояла в том, что птицы обучают маршрутам перелетов себе подобных. Маршрут передается из поколения в поколение: старшие летят во главе стаи, младшие следуют за ними и со временем сами обретают способность находить дорогу домой или к местам зимовки. В основном это верно: тому есть примеры. Но начнем с "контрдовода"- с кукушки. Всем известно, что кукушка не знает своих истинных родителей: взрослая кукушка откладывает яйцо в чужое гнездо, и выращиванием птенца занимаются птицы других видов. Осенью кукушки улетают в Африку или в тропические леса Южной Азии. Но удивительнее всего, что потомство пускается в путь позже, когда кукушки старшего поколения находятся уже в пути. Они летят без вожаков, и никогда не ошибаются в выборе маршрута. Их ведет врожденный инстинкт.

Как выбирают маршрут перелета аисты? Следуют за старшими или руководствуются врожденным инстинктом? Выяснением этого вопроса занимался немецкий орнитолог Шюц. Он поставил весьма остроумные эксперименты. Аист-птица крупная, и сравнительно легко удалось установить, что западноевропейские аисты совершают перелеты по одним, а восточноевропейские - по другим маршрутам. Аисты летают планируя, они любят восходящие воздушные потоки и поэтому не срезают путь, прокладывая маршрут напрямик через море, а стремятся пересечь его в узких местах. Европейские аисты стремятся попасть кратчайшим путем в Африку. Восточноевропейские аисты летят через Босфор, а западноевропейские пересекают море у Гибралтара. Требовалось выяснить, обучаются ли аисты навигационному искусству у старших или же маршрут им подсказывает врожденный инстинкт.

Для своего первого опыта Шюц взял восточноевропейских аистов. Из гнезд он выбрал по птенцу и выкормил их сам. На волю Шюц выпустил птенцов лишь после того, как старшие аисты улетели. Молодым аистам не оставалось ничего другого, как проложить маршрут самим, без опытного вожака, и они успешно справились с задачей, избрав тот же маршрут в Африку, что и их родители. Несколько аистов было поймано в Греции: очевидно, они не сумели найти кратчайший путь через море в районе Босфора. Но направление полета в основном было выбрано верно. Значит, аистов вел врожденный инстинкт.

Затем Шюц поставил новый опыт. На этот раз он взял 754 птенца восточноевропейского аиста, отвез их на запад и предоставил выкармливать местным аистам. Сообщения удалось получить почти о 100 окольцованных птенцах: вместе со старшими они проследовали через Средиземное море по западному маршруту - у Гибралтара. Влияние старших на выбор направления оказалось сильнее, чем врожденный инстинкт.

После этого Шюц поставил еще более интересный опыт. Он увез на запад птенцов восточноевропейского аиста и там выкормил их. На волю Шюц выпустил птенцов, когда местные аисты старшего поколения уже улетели. Молодые аисты отправились было сначала в юго-западном направлении, затем повернули на юго-восток, т. е. полетели по традиционному маршруту своих предков. Из опытов Шюца следовало, что аистам подсказывает маршрут перелета врожденный инстинкт, руководствуясь которым, летали их родители. Если же поблизости оказывались аисты старшего поколения, то маршрут выбирался под влиянием вожака стаи, а им был аист старшего поколения. Следовательно, влияние старших подавляло выбор маршрута, диктуемый врожденным инстинктом.

До сих пор мы говорили о том, что перелетные птицы умеют ориентироваться, т. е. так или иначе находить дорогу к местам зимовки, а затем обратную дорогу домой. Как они ориентируются? Мы видели, что известную роль играет обучение, но не все здесь до конца ясно.

Императорские пингвины (Aptenodytes)

Есть основания полагать, что птицы ориентируются так же, как моряки. Что необходимо капитану парусного судна для того, чтобы в открытом море проложить правильный курс и прийти в порт назначения? Прежде всего для этого необходим высокоточный прибор, известный под названием секстанта и позволяющий измерять высоту солнца над горизонтом. Однако одного лишь секстанта недостаточно, так как высота солнца зависит от времени года. Необходимы специальные таблицы. Еще капитану понадобятся точные часы - хронометр: положение солнца на небосводе непрестанно изменяется с утра и до вечера. Разумеется, ни один капитан судна не обрадуется столь скудному выбору навигационных средств, но любой судоводитель в случае необходимости смог бы проложить курс с их помощью.

Выяснилось, что перелетные птицы днем ориентируются по высоте солнца, т. е. пользуются своими естественными "навигационными приборами". Разумеется, никаких "биологических секстантов" и "биологических хронометров" у птиц нет. Это доказал своими опытами в первую очередь Крамер.

Он посадил скворцов в сферическую камеру, опирающуюся на кольцеобразную подставку. Камеру можно было по желанию затемнять и освещать. Если светило солнце, то скворцы ориентировались так же, как во время полета: они выдерживали направление движения или стремились вырваться на свободу в ту сторону, куда летели бы, не будь на их пути стенки. Но стоило затемнить камеру, как скворцы утрачивали способность ориентироваться и не могли выдержать направление движения.

Затем Крамер раздвинул шторки. Скворцы могли снова видеть солнце сквозь стеклянные окошки, на этот раз заклеенные папиросной бумагой. Свет был таким, как в тумане. Но это не мешало ориентироваться скворцам, они точно "знали" свой маршрут и бились о стенку камеры, стремясь продолжить полет в правильном направлении.

В следующем опыте Крамер зашторил окошко, обращенное к солнцу, и одновременно с противоположной стороны поставил зеркало, отражавшее солнечные лучи. Скворцы изменили направление полета на противоположное: ведь теперь они ориентировались по зеркальному отражению солнца! Так было доказано, что солнце влияет на способность скворцов ориентироваться в пространстве и даже что скворцов можно обмануть.

Некоторые перелетные птицы "путешествуют" по ночам . Сразу же возникает мысль о том, что они ориентируются по звездам. Такое предположение менее вероятно, поскольку свет звезд не столь интенсивен, как солнечный. К тому же, чтобы ориентироваться по звездам, необходимо основательно знать небосвод, чтобы уметь распознавать отдельные звезды и созвездия, да и наблюдать приходится не один сильный источник света, а множество слабых.

Заслуга в решении этого вопроса принадлежит немецкому орнитологу Зауэру. Для своих опытов он выбрал славку - неприхотливую певчую птицу размером меньше воробья. Зауэр содержал славок в неволе в таких условиях, что они вообще не видели естественного света. С того момента, как они вылуплялись из яиц, птенцы славки жили только при искусственном освещении. Опыт Зауэра показал, что жившие в неволе птицы осенью и весной, когда их свободные родичи совершали свои сезонные перелеты, приходили в состояние сильного возбуждения. "Биологический календарь" как бы говорил им: настала пора пускаться в путь.

Затем Зауэр поместил славок в клетки, полностью закрытые со всех сторон стеклом. Птицы могли видеть звездное небо. Теперь осенью и зимой, т. е. во время перелетов, подопытные славки стремились вырваться из клеток на север в том направлении, в котором улетают славки на волю.

Результат, полученный Зауэром, был особенно убедительным, поскольку орнитолог экспериментировал со многими видами славок. Гаичка, садовая и полевая славки стремились лететь на юго-запад, а малая славка - на юго-восток. Именно в этих направлениях летят осенью соответствующие виды, отправляясь на зимовку в Африку. Опыт Зауэра показал, что птицы ориентируются по звездному небу.

Затем экспериментатор перенес птиц в планетарий, где специальный аппарат проектирует на огромный яйцевидный купол светлые пятнышки, яркость, размеры и положение которых в точности соответствуют звездам и созвездиям на небосводе. (Зауэр поместил в планетарий стеклянные клетки с птицами.)

Первый из таких опытов проводился осенью. Сначала птицам показали "правильное" ночное небо - такое, какое они увидели бы, находясь на воле, и малая славка настойчиво стремилась вырваться из клетки в том направлении, в каком улетают на зимовье славки на воле. Но вдруг картина ночного неба изменилась: опыт производился в планетарии, и стоящий в центре зрительного зала специальный проекционный аппарат (планетарий) позволял с легкостью воспроизводить на своде ночное небо, видимое в любом месте на земле в любое время года. Теперь птицы видели звездное небо таким, как если бы находились не во Фрейбурге (где производились опыты), а в районе озера Балхаш. (За один час Земля поворачивается вокруг своей оси на 15° географической долготы, а наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что небосвод поворачивается с такой же скоростью, но в противоположном направлении.)

Открытие способности птиц ориентироваться по солнцу изумило ученых, но то, что во время ночных пролетов птицы ориентируются по звездам, буквально потрясло их. Это было доказано через несколько лет после открытия Крамера молодыми исследователями из Фрейбургского университета (ФРГ) Францем Зауэром и его женой Элеонорой.

Вскоре после защиты в 1953 году диссертации по зоологии Франц Зауэр заинтересовался проблемами поведения животных, особенно тем, как влияют на их поведение условия окружающей среды. И он продолжает во Фрейбурге работу над второй диссертацией, специализируясь на этот раз в области этологии. Одной из первых проблем, решению которой они с женой отдали много сил и терпения, была проблема общения в мире животных, и в частности проблема обучения пению молодых птиц.

В начале 50-х годов мнения ученых по этому вопросу расходились. Многие считали, что птицы обучаются пению, подражая старшим и более опытным сородичам. Рабочая гипотеза Зауэров сводилась к тому, что птицам не нужно учиться петь, что поют они благодаря врожденной способности, которая не зависит от того, есть ли вокруг них хорошие певцы или нет.

Проверить эту гипотезу Зауэры решили на европейских славках с их очень характерной песней. В соответствии с требованиями эксперимента им приходилось выращивать своих славок в условиях полной изоляции, в звуконепроницаемом помещении, так чтобы в течение всей своей жизни их питомцы не слышали ни одной птичьей песни.

Как будут вести себя эти изолированные от мира птицы, когда они вырастут и будут готовы обзавестись семьей? Запоет ли взрослый самец свою песню, которая объявит всем, что он занял определенную территорию и готов создать семью? И запоет ли он вообще?

Результатов своего эксперимента Зауэрам пришлось ждать долго. Наконец, в один прекрасный день исследователи возликовали - их тяжкие труды не пропали даром. Птица запела!

Она пела, хотя никогда за всю свою жизнь не слышала пения. Потом запел еще один выращенный в полной изоляции самец, потом другой, третий. Хотя это пение и нельзя было назвать совершенным, но в нем ясно проступала мелодия, которую славки обычно поют в это время года. Итак, гипотеза была подтверждена экспериментом.

Изучение миграций птиц позволило установить один очень важный факт: многие птицы ежегодно совершают перелеты за сотни и тысячи километров по определенному, только им свойственному маршруту. Сбившиеся с пути или искусственно удаленные от пролетных путей птицы находят дорогу к местам, через которые проходит их миграция, и продолжают перелет по своему обычному маршруту.

Эксперименты Крамера положили начало изучению способов ориентации птиц. Было обнаружено, что днем птицы ориентируются, сопоставляя положение солнца со временем, которое показывают их внутренние часы. Однако многие птицы мигрируют ночью. Европейские славки, с которыми экспериментировали Зауэры, принадлежали именно к таким видам. Если птицы ориентируются днем по солнцу (а Зауэры обнаружили, что и славки могут это делать), то почему бы им ночью не ориентироваться по звездам?

Так начались продолжительные и напряженные исследования, ставящие перед собой цель - выяснить, как славки ориентируются в полете. Повсюду в Европе эти мелкие певчие птицы весной выводят птенцов и в течение лета благополучно кормятся днем на кустах бузины и ежевики. Но в одну из августовских ночей вся местная популяция данного вида исчезает: начинается осенний перелет. На следующее утро новая группа прибывает из более северного района, с тем чтобы через несколько дней отбыть в южном направлении. Сначала полностью исчезают садовые славки, затем серые, за ними следуют славки-завирушки и наконец славки-черноголовки.

Мелкие птицы, отличающиеся более интенсивным обменом веществ, расходуют свои запасы энергии в полете быстрее, чем крупные. Поэтому они вынуждены так же быстро и эффективно возобновлять их, а это легче всего сделать днем. Кроме того, ночью меньше отвлекающих факторов и птицам легче преодолевать большие расстояния.

Куда же отправляются славки на зиму? Метод кольцевания птиц позволил ответить на этот вопрос. Обычно славки улетают в различные районы Африки. Например, славка-завирушка зимует в центральной части Африки, между 10° и 50° восточной долготы. Славки, летящие из Скандинавии в Южную Африку, проделывают треть кругосветного путешествия. Весной их опять охватывает перелетное беспокойство, какое-то внутреннее чувство смены времени года заставляет их готовиться к обратному перелету на север.

«Самое замечательное, - пишет Зауэр, - заключается в том, что каждая птица сама находит путь к месту назначения! Славки не следуют за вожаком и не путешествуют группой. Они летят в одиночку. И молодые птицы, впервые проделывающие свой перелет, добираются до цели столь же уверенно, как и их опытные сородичи. Каким-то образом, чисто инстинктивно, славки прокладывают нужный курс».

Мы уже знаем о совершенно поразительных примерах перелетов, которые демонстрируют полярная крачка и новозеландская бронзовая кукушка.

Что же тогда удивительного в способности птиц возвращаться к своему «дому»! В. Рюппель увозил скворцов от их гнезд в окрестностях Берлина в самых различных направлениях на расстояние до двух тысяч километров. После того как их выпускали, скворцы находили дорогу домой! Дж. Мэтьюз переправил обыкновенного буревестника на самолете с западного побережья Англии в Бостон и там выпустил его. А спустя 12 дней буревестник был найден у своего гнезда! Он летел домой через Атлантический океан, преодолевая по четыреста километров в день.

Рис. 40. Схема планетария и экспериментальной клетки. ? и? - углы, определяющие поле зрения птицы с двух концов жердочки; направление, в котором повернута голова птицы, считалось направлением полета.

Этим невероятным подвигам предлагались самые разные объяснения: и то, что птицы могут чувствовать изменения теплового излучения или магнитного поля Земли, и то, что они способны улавливать изменения сил Кориолиса. Но рано или поздно все эти объяснения отвергались.

Тогда почему же не принять в качестве рабочей гипотезы предположение о существовании у птиц своего рода инстинктивной способности к навигации, возможно, даже похожей на применение человеком компаса, секстанта и хронометра?

В своих первых экспериментах Зауэры использовали круглую клетку со стеклянным верхом, так что славки могли видеть лишь круглый участок неба, находящийся под углом зрения примерно 70°, но не видели никаких наземных ориентиров. Способом, очень похожим на тот, который использовал Крамер в опытах со скворцами, Зауэры наблюдали за поведением славок в период их перелетного беспокойства.

Направления, выбиравшиеся птицами, всегда были очень характерными для определенного вида. Садовые и серые славки, а также славки-черноголовки осенью стремились на юго-запад. Именно в этом направлении они и совершают свои осенние перелеты: от Фрейбурга на юго-запад к Испании, далее к Гибралтару и через пролив в Африку.

А славки-завирушки летят из Фрейбурга на юго-восток через Балканы, а затем поворачивают на юг к долине Нила. В своих клетках они бились также в юго-восточном направлении. Причем не имело значения, была ли данная птица опытным навигатором, которого Зауэры изловили в кустарниках Фрейбурга, или она выросла в изолированной камере их птичника.

Приближая условия опытов к естественным, Зауэры обнаружили, что при ясном звездном небе славки иногда изменяли направление, привлеченные светом метеоров, зарниц или Луны. Если на небо набегали облака, движения птиц становились неуверенными, но, пока они могли видеть сквозь пелену облаков наиболее яркие из звезд, они продолжали указывать верное направление. Когда же облачность становилась настолько плотной, что звезды уже не были видны, птицы, беспомощно попорхав некоторое время, устраивались на ночлег. Подобная дезориентация наблюдалась и в тех случаях, когда эксперименты проводились в закрытом помещении, освещенном рассеянным или поляризованным светом.

На настоящем ночном небе Зауэры, естественно, не могли менять положение звезд по собственному желанию. Но это легко сделать в планетарии, и если славки будут принимать искусственное звездное небо за настоящее, их можно будет «перемещать» в любое место земного шара, не вывозя из Фрейбурга.

Вскоре Зауэры получили возможность воспользоваться цейссовским планетарием, с куполом, имевшим в диаметре шесть метров. Внутри планетария они поставили клетку с птицей и, как и раньше, вели наблюдения за направлением ее поворотов.

В типичном эксперименте, когда купол планетария освещался равномерно рассеянным светом, птица поворачивалась во все стороны, указывая случайные направления (рис. 41, А). Когда славке-черноголовке показали имитацию весеннего неба, она повернулась на северо-восток точно так же, как это бывает в естественных условиях (рис. 41, Б). Под осенним небом она повернулась на юго-запад, в сторону Испании (рис. 41, В). И наконец, славка-завирушка, как и ожидали, указала на юго-восток, на Балканы (рис. 41, Г ).

Рис. 41. Ориентация птиц под искусственным звездным небом. Сплошная линия (С) показывает истинное направление на север, а пунктирная (С1) - направление на «север» в планетарии.

Но главным участником экспериментов в планетарии Зауэры сделали одну славку-завирушку. Осенью птицы этого вида, как уже говорилось, летят в двух последовательных направлениях: сначала из Центральной Европы на юго-восток через Балканы, а затем в южном направлении к верховьям Нила. Поэтому славка-завирушка представляла собой идеальный объект для экспериментов в планетарии, где можно было создать звездное небо, соответствующее широте и долготе любого места.

Завирушка, которую Зауэры использовали в этих экспериментах, была выращена ими из яйца. Она никогда не покидала клетки и, уж конечно, не летала в Африку. Поэтому ее поведение должно было быть абсолютно свободным от каких-либо влияний предшествующего опыта.

Зауэры поместили эту славку-завирушку в планетарий и установили картину неба, соответствующую 48° северной широты, то есть широте Фрейбурга. В подтверждение своих предыдущих наблюдений за другими птицами этого вида под открытым небом Зауэры увидели, что завирушка повернулась в юго-восточном направлении.

Рис. 42. Схема осенней миграции славок-завирушек, основанная на результатах экспериментов в планетарии. Большие стрелки соответствуют преимущественным направлениям естественного перелета, маленькие стрелки представляют собой направления, выбранные птицами в планетарии: заштрихованная зона примерно указывает известную зону зимовок.

Затем они стали менять положение звезд на небосводе планетария, чтобы у славки создалось впечатление ее постепенного перемещения все дальше и дальше к югу. Птица продолжала придерживаться юго-восточного направления, пока не «достигла» 40° северной широты. Теперь она начала менять курс на юго-юго-восток и приблизительно на широте 15° «полетела» прямо на юг. Птица, никогда не покидавшая своей клетки, указала направление, необходимое для перелета из Фрейбурга к верховьям Нила!

Представить себе, каким образом птица определяет широту своего местоположения, по-видимому, нетрудно. Штурман для этого измеряет высоту над горизонтом или направление на какую-то определенную звезду, например Полярную. Вполне вероятно, что и птица определяет широту своего местоположения аналогичным образом.

А как же насчет долготы? Если широту умели определять по положению солнца или звезд над горизонтом еще древние греки, то хронометр, пригодный для определения долготы, появился только в 1761 году. Штурман находит свою долготу сравнением местного времени, определяемого, например, по восходу солнца, с показаниями хронометра, поставленного по гринвичскому времени.

У птицы есть точные внутренние часы, но эти часы в отличие от хронометра обычно показывают местное время, соответствующее пункту ее пребывания. Естествен вопрос, как же птица по звездам узнает долготу своего местоположения?

Чтобы выяснить это, Зауэры поворачивали созвездия вокруг Полярной звезды в соответствии с видом ночного неба на разных долготах, и следовательно, в разных временных поясах, и наблюдали направление полета, избираемое различными видами славок.

Результаты этих экспериментов резко отличались от тех четких данных, которые Зауэры получили, изменяя картины неба, соответствующие разным широтам. На изменения долготы птицы реагировали очень неуверенно, и их поведение трудно было объяснить. Поскольку правильное направление к дому определила всего одна славка, результаты Зауэров посчитали малоубедительными.

В 1965 году К. Гоффман, известный специалист по поведению птиц, писал: «Чтобы выяснить состояние проблемы и более четко понять роль внутренних часов, необходимо, по-видимому, провести более разносторонние эксперименты в условиях планетария, включая и эксперименты с птицами, внутренние часы которых были бы (искусственно) переведены. Насколько мне известно, такие эксперименты не проводились».

До тех пор, пока биологи не выяснят, могут ли птицы воспринимать географическую долготу своего местоположения (и если могут, то как они пользуются этим для определения направления полета), наше понимание этого вопроса будет оставаться на уровне 1960 года.