Ceļojošajiem putniem, kuru migrācijas diapazons pēc būtības ir patiesi planētisks, zemeslodes un apkārtējās telpas fizikālo īpašību dēļ jāpaļaujas uz globāli orientētiem laukiem. Īpaši daudz cerību izprast gājputnu orientācijas mehānismus ornitologu vidū ir radījis ģeomagnētisko lauku, kura klātbūtne atšķir Zemi no visām tuvākajām Saules sistēmas planētām.

Putnu migrācijas mehānismi

Ar noteiktu konvencionalitātes pakāpi Zemi var iedomāties kā milzu magnetizētu bumbiņu. Katrā zemeslodes virsmas punktā ir magnētiskais lauks, kura virzienu ir viegli noteikt, izmantojot kompasa adatu, kas vienmēr ir vērsta pret magnētisko polu. Atgādiniet, ka planētas magnētiskie stabi atrodas nedaudz tālu no ģeogrāfiskajiem poliem, kas uzzīmēti uz kartes vai zemeslodes, caur kuru iet Zemes rotācijas ass.

Parastā kompasa bultiņa pārvietojas tikai pa labi un pa kreisi, tāpēc tas parāda tikai lauka horizontālā komponenta virzienu, virzot gar magnētisko meridiānu uz Zemes magnētisko polu. Bet zemes magnētisma spēki darbojas ne tikai horizontālajā plaknē, bet arī virzienā uz planētas centru, tas ir, magnētiskajam laukam ir arī vertikāls vai, kā saka, gravitācijas komponents. Ja kompasa adata varētu pārvietoties visos virzienos, ieskaitot augšup un lejup, tad tā pozīcija ievērojami mainītos, virzoties no ekvatora uz poliem.

Pie ekvatora tas atrastos stingri paralēli Zemes virsmai, tas ir, absolūti horizontāli, ar savu magnetizēto galu norādot stingri uz ziemeļiem. Tā attālinoties no ekvatora, tā novirzes no horizontāles kļūtu pamanāmākas, un visbeidzot ziemeļpola virzienā bultiņa pagrieztos uz planētas centru, tas ir, paceltos vertikāli. Dienvidu magnētiskajā stabā bultiņa arī aizņems vertikālu stāvokli, bet tās magnetizētais “ziemeļu” gals būs vērsts stingri uz augšu. Tādējādi kompasu, kurā ir šāda ierīce, var izmantot ne tikai, lai norādītu virzienu uz ziemeļiem, bet arī lai noteiktu tā stāvokli uz meridiānu, tas ir, kā platuma rādītāju.

Gājputnu magnētiskās orientācijas hipotēze

Vai putni var izmantot zemes magnētismu tāpat kā parasto kompasu, kura bultiņa, paklausot magnētiskā lauka horizontālajai sastāvdaļai, vienmēr ir vērsta uz ziemeļiem? Vai putni spēj sajust un novērtēt šo sastāvdaļu? Hipotēzi par gājputnu magnētisko orientāciju izteica Sanktpēterburgas akadēmijas akadēmiķis A. Middendorfs pirms vairāk nekā simts gadiem, tomēr reālas iespējas tā eksperimentālai pārbaudei zinātnieki parādījās tikai ļoti pēdējos gados.

Putnu migrācijas izpētes metode

Izrādās, ka baloži ar spirālēm, kas izgatavoti no plānas metāla stieples uz galvas ar elektrisko strāvu, kas caur tām plūst no miniatūrām baterijām eksperimentos mākoņainā laikā, labi neatgriezās mājās. Skaidrā laikā viņi izmantoja pazīstamo saules kompasu un pārliecinoši devās pret balodis, nemaz nebēdājot, ka viņu galvas ieskaujošo magnētisko lauku virzienam nebija nekā kopīga ar zemes magnētisma virzienu.

Mākoņainā laikā baloži ar spirālēm uz galvas izdarīja rupjas kļūdas, plānojot kursu, un lidoja tālu, savukārt baloži bez spirālēm nepiedzīvoja pamanāmas grūtības. Līdz šim ir daudz vairāk pierādījumu par putnu spēju izmantot magnētisko kompasu. Daudz vairāk šaubu rada putnu spēja izmantot magnētiskā lauka gravitācijas komponentu, lai noteiktu to atrašanās vietu.

Zemes rotācija un putnu migrācija

Vienā reizē viņi pat ieteica, ka putniem ir navigācijas metodes, kuru pamatā ir Koriolisa spēku izmantošana. Šie spēki rodas zemeslodes rotācijas dēļ; tie palielinās virzienā no staba līdz ekvatoram saskaņā ar punktu rotācijas ātruma palielināšanos, kas atrodas uz zemes lodes virsmas. Koriolisa spēku globālās izpausmes planētu mērogā ir meridiālajā virzienā plūstošo upju krastu izskalošanās un gigantisku atmosfēras virpuļu savīšana. Šo spēku izmantošana ir balstīta uz žirokompasu - ierīci, kas jebkurā gaisa kuģa vai jūras kuģa pozīcijā spontāni izveidojas gar ģeogrāfisko meridiānu. Koriolisa spēki ir piemēroti, lai noteiktu ģeogrāfisko platumu vienā puslodē no tiem.

Ja mēs pievienojam vēl vienu vietas indikatoru, piemēram, vienu no Zemes magnētiskā lauka komponentiem, tad vēlamo sistēmu mēs varam iegūt no divām koordinātām (sakarā ar neatbilstību starp magnētisma un rotācijas asīm), kas ļauj mums izveidot magnētiskā gravitācijas karti. Tomēr aprēķini parādīja, ka Koriolisa spēks, lai putni tos uztvertu, joprojām ir pārāk mazs un it īpaši bezcerīgi pārklājas un maskējas ar paātrinājumiem, kas ietekmē putnu lidojuma laikā (pacelšanās laikā, paātrinājuma vai palēninājuma laikā un patiešām tad, kad jebkuras izmaiņas lidojuma ātrumā vai pozīcijā telpā).

Putnu navigācija

Atšķirība starp kompasa orientāciju un navigāciju

Dodoties uz mērķi, ietilpst divi komponenti. Pirmkārt, orientācija uz kompasu - spēja ilgstoši uzturēt izvēlēto kursu, un, otrkārt, navigācija - spēja noformēt kursu starp diviem punktiem, pamatojoties uz to koordinātu salīdzinājumu, tas ir, uz atmiņā saglabātu karti.

Atšķirības starp vienkāršu kompasa orientāciju un navigāciju ilustrē strazdu pārvadāšanas pieredze. Tika noķerti un gredzenoti vairāki tūkstoši putnu, tos transportēja no Holandes uz Šveici un atbrīvoja. Jaunie putni, kuri savā dzīvē veica pirmo migrāciju, devās no Šveices uz dienvidrietumiem. Viņiem izdevās izvēlēties pareizo virzienu, taču galu galā viņi atkāpās no kursa un bija pamanāmi uz dienvidiem no vietas, uz kuru viņi devās, un attiecīgi viņiem nebija citas izvēles, kā ziemot Spānijā un Francijas dienvidu reģionos.

Pēc kompasa teiktā, jaunieši orientējās pareizi, bet briedis nevarēja atļauties koriģēties zināmai maiņai no ierastā maršruta. Un pieaugušie strazdi, kuriem jau bija migrācijas pieredze, lieliski parādīja, ka viņiem ir lieliska snaiperu navigācija. Viņi spēja pārvietoties un nekavējoties uzstādīja jaunu kursu ziemeļrietumu un rietumu virzienā, kā rezultātā viņi viegli panāca ierasto ziemošanu.

Atšķirība starp pieaugušo un jauno putnu telpisko orientāciju

Kāda ir atšķirība starp pieaugušo un jauno putnu telpisko orientāciju? Visticamāk, pārvietošanās ziemošanai ar jauniem dzīvniekiem, pirmo reizi dzīvē pārvarot ceļu, galvenokārt tiek pakārtota instinktīvām uzvedības programmām. Citiem vārdiem sakot, jaunajam strazdam piemīt iedzimta spēja lidot ziemošanas virzienā un diezgan precīzi iztēlojas, kādu attālumu tas jāpārvar, lai tos sasniegtu.

Cita lieta ir pieaugušie putni, kuri jau ir apmeklējuši ziemas dzīvokļus un tur saņēmuši noteiktu informāciju. Kurš ir vissarežģītākais un galvenais jautājums, uz kuru precīzas atbildes vēl nav. Tā var būt jebkura astronomiska vai ģeofiziska informācija, ar kuras palīdzību ir iespējams iegūt unikālu raksturlielumu jebkuram zemeslodes virsmas punktam. Tātad pieaugušais putns, visticamāk, var salīdzināt glabāto ziemošanas informāciju ar pašreizējo informāciju par tā atrašanās vietu.Viss tālāk ir jautājums par tehnoloģiju un ir vienkāršs uzdevums jebkuram subjektam, kurš zina orientēšanās prasmes, izmantojot kompasu.

Baložu spēja atrast ceļu uz māju

Baložu pārsteidzošās spējas atrast ceļu uz māju ir zināmas kopš neatminamiem laikiem. Seno persiešu, asīriešu, ēģiptiešu un feniķiešu armijas sūtīja ziņojumus no kampaņām ar baložiem. Abos pasaules karos baložu pasts kalpoja tik ļoti, ka par godu spalvu nosūtītiem vēstuļu nesējiem Briselē un Francijas pilsētā Lionā tika uzstādīti pieminekļi. Sacensībās baložus pārvadā 150-1000 kilometru attālumā un atbrīvo. Putnu atgriešanās laiku pie balodis reģistrē, izmantojot īpašas ierīces. Labi apmācīti baloži uz māju lido ar vidējo ātrumu 80 kilometri stundā, labākie no tiem dienā spēj pārvarēt 1000 kilometrus.

Trešais baložu piemineklis vēl nav uzcelts, taču tie jau sen ir pelnījuši, pateicoties viņu izcilajam ieguldījumam putnu orientācijas pētījumu izpētē. Piemēram, izrādījās, ka baloži var atgriezties no tālienes līdz balodim, neskatoties uz spēcīgāko "tuvredzību". Eksperimenta laikā tika izgatavoti “tuvredzīgi” putni, acīs uzliekot matētas kontaktlēcas, kas ļāva atšķirt tikai tuvāko objektu kontūras. Un ar šādām lēcām baloži tika atbrīvoti 130 km attālumā no balodis. Pusakli putni pacēlās augšup un metās mājup lielā augstumā, neredzot apkārt neko, izņemot necaurlaidīgu pelēku miglu. Gandrīz visiem izdevās droši nokļūt vietā, lai gan "tuvredzība" neļāva atrast pašu balodīti. Baloži nolaidās 200 metru rādiusā no viņas un pacietīgi gaidīja, ka atbrīvosies no kaitinošām lēcām.

Putnu kompasi

Kad kurss ir zināms, jūs to varat ilgstoši sekot tikai ar kompasa palīdzību. Atkarībā no apstākļiem putni pārliecinoši izmanto vismaz trīs dažādu veidu “kompasus”. Dienā putni ar lielu precizitāti nosaka kardinālo punktu atrašanās vietu saulē. To neliedz pat neliels mākoņu apvalks, ja vien tas joprojām ļauj sajust zvaigznes stāvokli debesīs. Naktīs zvaigžņu “kompass” nāk, lai aizstātu sauli, un, rīkojoties ar to, daudzi putni, kas veic nakts migrāciju, guva arī lielus panākumus. Kad laika apstākļi pilnībā pasliktinās un visu diennakti debesis klāj mākoņi, spalvu ceļotāji glābj magnētisku “kompasu”, ar kuru viņi arī ļoti prasmīgi tiek galā.

Tādējādi zinātniekiem uz gandrīz vispusīgu atbildi uz jautājumu par to, ko izmanto ceļotāji, kuriem ir “kompass”, spalvām. Pagaidām situācija ir sliktāka, ja ir izpratne par to, kas ir putnu “navigācijas karte” un kādas metodes viņi izmanto, lai atzīmētu savu atrašanās vietu uz tā. Atgādiniet, ka jūrnieki to iemācījās darīt tikai ar precīzu mērinstrumentu parādīšanos.

Pirmkārt, hronometrs - pulkstenis ar ļoti precīzu progresu, kas ļauj daudzu mēnešu ilga reisa laikā izsekot zvaigžņu augstumam virs horizonta un to azimutam stingri noteiktā stundā - tas ir, to atrašanās vietai attiecībā pret virzienu uz ziemeļiem. Gaismekļu atrašanās vietu nosaka ar sekstanta - diezgan sarežģīta instrumenta - palīdzību, bez kura pēdējo trīs gadsimtu laikā no ostas nav izgājis neviens tālsatiksmes kuģis. Lai "iegūtu vietu" kuģim, ir jāveic vismaz divi zvaigžņu augstuma vai azimuta mērījumi - jebkurā kombinācijā.

Iegūstot vajadzīgos numurus, izmantojot navigācijas tabulas, daļēji atbrīvojot navigatoru no sarežģītiem aprēķiniem, viņš var noteikt ģeogrāfisko garumu un platumu, ar kādiem kuģis atradās mērīšanas brīdī, ar vairāku jūdžu precizitāti. Precīzākas, bet nesalīdzināmi dārgākas navigācijas metodes, kas liek domāt par kuģa vai lidaparāta atrašanās vietu ar vairāku desmitu metru precizitāti, kļuva iespējamas tikai līdz ar kosmisko transportlīdzekļu parādīšanos.

Saules un zvaigžņu kompasi

Tādējādi saskaņā ar Saules vai zvaigžņu stāvokli debesīs var ne tikai uzturēt kursu, izmantojot apgaismes ķermeņus kā kompasa aizstājēju, bet arī noteikt atrašanās vietu uz planētas virsmas, izmantojot gaismekļus kā vietas rādītājus. Pašlaik ir stingri noteikts, ka putniem piemīt iedzimta spēja izmantot saules un zvaigžņotos “kompasus” precīzu “iekšējo pulksteņu” klātbūtnes dēļ, kas dienas laikā ļauj izvēlēties pareizo virzienu jebkurai zvaigžņu pozīcijai.

Vai putni var izmantot sauli un zvaigznes, lai noteiktu atrašanās vietu?

Ja putnu navigācijas sistēmu evolūcija sekotu tam pašam ceļam kā navigācijas lietu attīstība, tad putniem būtu jāatrod hronometra, sekstanta, kalendāra aizvietotājs un turklāt jāapgūst zināšanu summa astronomijā vismaz vidusskolas programmas apjomā. Tad, nonākot nepazīstamā vietā, tas pats baložu nesējs varēja noteikt tā stāvokli attiecībā pret māju, novērtējot atšķirību starp saules augstumu un zvaigžņu azimutu jaunajā vietā un to pašu zvaigžņu saglabāto augstumu un azimutu tajā pašā dienā un pēc tam tajā pašā laikā virs dzimtās balodis.

Vienkāršākais veids ir gaidīt jaunā vietā, kad sākas vietējais pusdienlaiks - Saules centra augšējās kulminācijas brīdis. Tad būtu jādara divas lietas. Pirmkārt, apskatiet pulksteni, kas darbojas pēc "mājas" laika, un nosakiet atšķirību pusdienlaika brīdī. Ja saule devās uz zenītu pirms pulksten 12.00, tad māja palika rietumos, ja vēlāk - austrumos. Otrkārt, jāskatās uz Sauli un jānovērtē tās augstums virs horizonta. Ja Saule pusdienlaikā ir augstāka nekā mājās, tad liktenis ir atvedis jūs uz dienvidiem, ja zemāks - no dienvidiem uz ziemeļiem (dienvidu puslodē, protams, otrādi).

No pirmā acu uzmetiena viss ir vienkārši, bet patiesībā grūtības ir neaprakstāmas. Lai izmantotu šo metodi, pat tās vienkāršākajā modifikācijā, jums ir nepieciešams milzīgs atmiņas apjoms un visaugstākā mērījumu precizitāte. Putnu smadzenēm nav tādu atmiņas resursu. Turklāt navigācijas mērījumi ir pārāk sarežģīti, lai tos varētu veikt “ar aci”.

Piemēram, Simferopoles pilsētas platuma grādos uz katriem 100 ceļa kilometriem Saules augstums mainās tikai par 1 °, saullēkta un saulrieta laiks - par mazāk nekā 5 minūtēm, Saules azimuts - par mazāk nekā 1,5 °. Astronomisko orientāciju ir vieglāk izmantot lielos attālumos - tā samazinoties, prasības mērījumu precizitātei nepārtraukti palielinās.

Ornitologi ir smagi strādājuši, lai atrastu līdzības putnu un cilvēku navigācijas metodēs. Bet visi pētījumi šajā virzienā vēl nav bijuši veiksmīgi. Visticamāk, putni nosaka savu atrašanās vietu uz Zemes virsmas un citos veidos sastāda “kartes”. Kuri - tas vēl ir jāredz nākotnē. Tā putnu migrācijas jomā labi pazīstams speciālists redz Sanktpēterburgas profesoru V.R. Dolniks: “Mums ir jāatzīst,” viņš raksta, “ka navigācijas sistēma ved putnus uz punktu - vārda vistiešākajā nozīmē, kurā viņi kādreiz ir saņēmuši (vai no kuriem viņi turpina saņemt) kādu informāciju.

Acīmredzot mums zināmo sistēmu, kas putniem nodrošina astronomisku, ģeomagnētisku vai gravitācijas navigāciju, precizitātes robežas ir 2–3 kārtas, kas nav pietiekamas, lai virzītos uz punktu. Tas atkal (tāpat kā baložu izmitināšanas pētījumā) rada jautājumu par kādu nezināmu faktoru, kas ļauj mums domāt par absolūtu navigāciju vai zināmu faktoru, bet nezināmu veidu, kā to izmantot navigācijai. "