Живые часы

12. Навигационные способности птиц

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. α и ß — 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.