На суше и на море 1987(27)

Генриетта Алова

ПОЛЕТ ПО ЗВЕЗДАМ

Наш век насыщен удивительным, но мы быстро привыкаем к грандиозным творениям человеческих рук. Скажем, к синтезированию генов, посадкам рукотворных аппаратов на Венеру, регулярным трансконтинентальным перелетам. Не перестают только удивлять некоторые явления в мире животных и растений. Например, перелет маленькой полярной крачки от Северного Ледовитого океана до Антарктиды. Откуда у нее силы берутся на такой подвиг? И как ей удается все время приземляться на одних и тех же «аэродромах»?

Многие птицы летают от наших тундр до южной оконечности Африки. Минимальное же расстояние перелетов, необходимое для обеспечения благоприятной организму пернатых климатической обстановки на зиму, — не менее тысячи километров.

Загадочны уже сами по себе живое крыло и его работа, изучению которых отдали дань многие крупнейшие ученые всех времен. Да, конечно, и у самолетов есть крылья. Но так ли велико на самом деле воспетое поэтами сходство между птицей и творением человека — летательным аппаратом? Оно по сути только в том, что оба летают. Но аппарат перед полетом «накачивают» топливом, без которого он останется неподвижным. Каким же топливом запасаются птицы? Ведь они летят, если можно так выразиться, пустыми. И при этом некоторые из них преодолевают в сутки в среднем 20—30 километров. Но есть и такие, для которых нормой бывает сто, двести и даже тысяча километров.

Резонно, конечно, предположить, что на полет уходят внутренние запасы калорий. Тогда каким образом они восполняются? Ученые-орнитологи взвешивали птиц до отлета и после прилета на новое место. И оказалось, что существо, весившее тридцать граммов, становилось вдвое легче. Но ведь чтобы непрестанно махать крыльями, преодолевая такие большие расстояния, нужны запасы «топлива», значительно превышающие птичий вес! Конечно, бывает, птице повезет и она попадет в попутный воздушный поток, который облегчит движение. Но бывает и наоборот: на нее обрушивается ливень или сильные ветры относят ее в сторону от маршрута. И тем не менее она упрямо возвращается на него. Ориентация нарушается в редких случаях, например при сочетании сильного ветра, дождя и облачности.

Когда световой день, увеличиваясь или уменьшаясь, достигает определенной долготы, птицами овладевает «беспокойство, охота к перемене мест». У них как бы обостряется «чувство миграции». Это свойственно любой перелетной птахе независимо от того, находится она на свободе или в клетке. Исследователи установили в большой круглой клетке жердочки, сориентировав их по разным частям света. Летунья прыгает на любую из них. Но наступает момент, когда она садится только на жердочку, направленную на северо-восток (весной) или на юго-запад (осенью). Благодаря размещенным на жердочке датчикам можно с математической точностью зарегистрировать количество и направленность таких прыжков.

Как птицы находят путь к своим гнездовьям и зимовьям? Логичнее всего предположить, что днем — по солнцу, а ночью — по звездам (кстати, большинство перелетов совершается ночью). И многие эксперименты это подтверждают. Отмечено, что пернатые летят по своим маршрутам и в непогоду, когда светило за тучами. Ученые надевали им на глаза искажающие контактные линзы. Но они все равно летели правильно.

Вернемся к экспериментам с клеткой и направленными жердочками, говорящим о том, что, когда наступает время перелета, у птиц обостряется «чувство миграции», «чувство направления полета». Так вот. У этих экспериментов было интересное продолжение. Клетку поставили в центре планетария и «зажгли звездное небо». Дело было ночью, когда над городом светились реальные звезды. Но искусственное небо не соответствовало их расположению. На какую же жердочку сядет птица? По каким звездам сориентируется? По настоящим или искусственным? Она точно сделала «поправку» на небо за стенами планетария, которого не могла видеть!

Эксперимент повторялся не раз. Его участниками были разные представители птичьего царства. Но ни один из них не «поверил» искусственным звездам, и какой-то неведомый компас внутри организма ориентировал каждого в том направлении, которое веками выдерживали многие поколения его сородичей.

Современная орнитологическая наука ответила на многие вопросы, связанные с дальними перелетами. Но не на все. Загадок здесь хватит еще не на одно поколение ученых.

Навигация птиц включает в себя как бы две самостоятельные проблемы. Первая — энергетика перелетов, работа, затраченная при этом. Вторая — ориентация, определение направления.

Первую из них в основном можно считать решенной. Жира, запасенного впрок, накопленного в предполетное время, оказывается достаточно для свершения дальних путешествий. Но —с учетом ежедневной подкормки. Птицы, ведь не летят все время, без передышки. Ночь летят, день отдыхают и подкармливаются. При этом природа так уж устроила, что у птиц углеводы преобразуются в жиры очень быстро.

Со второй проблемой сложнее. Конечно, уже нет сомнения, что генетически птичий организм сориентирован на точное определение времени отлета. Он отвечает «миграционным возбуждением» на конкретную длину светового дня как раз в тот момент, когда накоплено такое количество резервного жира, которое способно обеспечить дальний маршрут. Более того, ученым известен физиологический механизм этого явления: увеличение (или уменьшение) светового дня действует на определенную зону мозга — гипоталамус. При этом воздействии изменяется работа желез внутренней секреции. Наступает предполетное состояние организма.

Большую роль в изучении перелетов играет сеть биологических станций, расположенных в разных районах нашей страны. Беседую с директором биостанции Зоологического института АН СССР, доктором биологических наук В. Дольником. Станция базируется на Куршской косе. Через нее пролетает огромное количество птиц, ибо она находится на пути миграции пернатых, с севера на юг. В прошлом году в пирамидах-ловушках было задержано 104 тысячи путешественников. За четверть века существования станции — миллион. Осенью птицы летят от Ботнического залива до предгорий Урала. В ловушки попадают те, что направляются из Европы, Африки, Ближнего Востока и юго-востока Азии.

— Вначале, — рассказывает ученый, — целью было кольцевание и соответствующие наблюдения. Однако нельзя было не понять, что количество ежегодно пойманных птиц отражает и их численность на огромном пространстве. Сидя на косе, как на мосту, мы самым дешевым способом достигали замечательного результата. Выражаясь бухгалтерским языком, подсчитывали «дебет и кредит». Оказалось, что количественные данные, накопленные за четверть века, позволяют судить о некоторых общих закономерностях птичьих миграций, об ареалах обитания, об их смещении, увеличении или уменьшении.

Гипотетически одним из факторов, способствующих ориентировке птиц, является магнитное поле Земли. В некоторых экспериментах исследователям удалось показать, что птицы вносят поправку в ориентировку в соответствии с изменением. В середине 70-х годов В. Дольник вместе с кандидатом биологических наук М. Шумаковым провел серию интересных опытов. Птиц, отловленных на Куршской косе, перевезли в район Курской магнитной аномалии. Оказалось, что они не потеряли способности ориентироваться.

Но все-таки, что же за «компас» запрятан в их организме? Птичий компас — это сложный физиологический механизм. Для того чтобы он начал действовать, необходимы ориентиры. Это могут быть звезды, солнце, запахи.

Ученые накопили богатый фактический материал, связанный с перелетами птиц. Однако далеко не всегда методика проводившихся наблюдений и экспериментов соответствовала строгим критериям. Поэтому так важна была аналитическая работа по оценке накопленных данных, выполненная орнитологами Института биологии АН Латвийской ССР под руководством X. Михельсона. Проанализировав гипотезы, объясняющие загадку ориентации птиц, они выделили из их множества наиболее вероятные и наиболее удобные для экспериментальной проверки. В такое древнее занятие, как изучение птиц, вторглись современная математика и физика. Для опытов был построен специальный планетарий (это о нем шла речь выше), позволяющий менять углы между звездным, магнитным и географическим меридианами. Выяснилось, что подопытные птицы — зарянки — во время миграции ориентируются по визуальным источникам. В их ориентации по звездам большую роль играет вектор освещенности. На основе этих опытов высказаны гипотезы об астроориентации ночных мигрантов (так называют птиц, совершающих перелеты ночью), использующих для этой цели отдельные звезды или звездные скопления. Ученые предположили также, что в некоторых случаях ночные мигранты используют и солнце, положение которого в светлое время суток «проецируется» в их памяти.

Обоснованы ли эти предположения? Ответ на вопрос дают и наблюдения прошлых лет, и эксперименты сегодняшнего дня.

Вот одно из таких наблюдений. Перелетные птицы выжидают в исходной позиции 40—50 минут до того момента, когда от уходящего за горизонт солнца останется одна светящаяся точка. Тогда взлетают. Ученые предполагают, что они выбирают направление полета относительно заходящего солнца. Но как удерживается взятое направление в течение ночи?

Для проверки гипотез используются круглые клетки и планетарий. Ученые создают искусственное магнитное поле. При этом для птиц возникает конфликтная ситуация, ибо звездное поле указывает одно направление, а магнитное — другое. Интересно, что в опытах латвийских ученых зарянка выбирает звездный ориентир, а в опытах ученых из ФРГ — магнитное поле.

Латвийский орнитолог В. Лиепа нашел объяснение одному интересному явлению: птица, посаженная в круглую клетку, принимает одиночный световой ориентир за звезду. Его коллега К. Кац, пользующийся для наблюдений идентичными средствами, объясняет то же самое солнечным компасом. Есть точка зрения, согласно которой птица избирает угол, по отношению к искусственному ориентиру соответствующий углу к заходящему солнцу.

С 1973 года орнитологи Института эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР и МГУ совместно выполняют комплексную научно-исследовательскую программу, посвященную пространственной ориентации птиц. В основу ее положена экологическая концепция. В отличие от концепции единственного ориентира она рассматривает ориентацию как сложное явление, которое вовлекает в свою орбиту многие внешние природные ориентиры и органы чувств, обеспечивающие в течение жизни решение разнообразных экологических задач, в том числе и миграционных. Другими словами, ученые отказались от поиска только одного ориентира, будь то звезды, магнитное поле или какой-нибудь другой природный фактор. При этом не исключается, что в определенных условиях главную роль может сыграть один из них.

Автор экологической концепции, научный руководитель программы В. Ильичев считает, что у птиц действует не одна, а несколько дублирующих систем ориентации, которые включаются параллельно или последовательно.

Ориентация изучается как сложное явление, подверженное сезонным, суточным, погодным и другим факторам, меняющееся в зависимости от ситуации и зависящее, например, от возраста, пола, физиологического состояния, соседства с партнерами, сигнальных связей с ними. Необходимость управлять поведением птиц к настоящему времени стала одной из наиболее важных практических задач. Защита зерновых и садовых культур от птиц, предотвращение их столкновений с самолетами, борьба с насекомыми-вредителями с помощью птиц нуждались в средствах привлечения и отпугивания. Эта область развивалась эмпирически, и ее дальнейшие успехи целиком зависели от новых теоретических подходов.

Творческое разнообразие подходов, поистине планетарная география экспериментов — залог того, что со временем будет найден ответ и на те загадки в этой области, которые пока еще не разгаданы.