Дэвид Барри - Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Основой градиентной карты мог бы служить и инфразвук, хотя гипотеза Хагструма предполагает, что инфразвуковая «сигнатура» района голубятни работает в качестве маяка, а в таком случае использования «акустической» карты не требуется.

Голубятники часто сообщают, что их голуби чувствительны к солнечным бурям, которые вызывают возмущения геомагнитного поля. Их также могут сбивать с толку магнитные аномалии, порождаемые локальными скоплениями магнитных материалов в земной коре. Эти наблюдения придают вес гипотезе о том, что для голубей может быть важна магнитная информация; многие предполагают, что они имеют в своем распоряжении некие магнитные карты. Такая карта, вероятно, должна быть основана на градиентах геомагнитного поля, но также может быть, что птицы просто используют магнитные аномалии в качестве ориентиров.

Однако градиентная магнитная карта, основанная на напряженности магнитного поля и магнитном наклонении, не может быть очень точной, и понять, как голуби могут использовать нечто подобное для нахождения дороги домой, довольно трудно. Речь идет о чисто физических соображениях. Хотя и у напряженности, и у наклонения есть сильные градиенты в направлении с севера на юг — что может помочь птицам в определении широты, — в большинстве мест мира эти величины почти не изменяются при движении с востока на запад [347] Boström, J. E., Åkesson, S., & Alerstam, T. (2012). ‘Where on earth can animals use a geomagnetic bi-coordinate map for navigation?’, Ecography, 35 (11). P. 1039–1047. .

И это не единственное затруднение, с которым сталкиваются сторонники гипотезы магнитной карты. Суточные колебания напряженности поля должны полностью подавлять те слабые изменения, которые пришлось бы обнаруживать голубям, чтобы попасть к дому с точностью в несколько километров. Хенрик Моуритсен объяснил мне эту проблему следующим образом:

Речь идет об очень простом соображении. Какова напряженность магнитного поля на северном магнитном полюсе? Около 60 000 нТл. А на магнитном экваторе? Приблизительно в два раза меньше — 30 000 нТл.

Значит, разница составляет 30 000 нТл. Чему равна окружность Земли по экватору? Около 40 000 километров. А расстояние от экватора до полюса — около четверти этого, то есть 10 000 километров. На сколько в среднем изменяется магнитное поле на каждом километре? Всего на 3 нТл. А чему равно суточное колебание? От 30 до 100 нТл [348] Более подробное обсуждение см.: Mouritsen, H. (2013). ‘The Magnetic Senses’, in: C. G. Galizia, P.-M. Lledo (eds.), Neurosciences — From Molecule to Behavior: A University Textbook, DOI 10.1007/978–3–642–10769–6_20. P. 427–443. .

Остается еще теоретическая возможность, что голуби могут эффективно использовать в навигации градиенты напряженности, усредняя сигналы по времени, но это возможно только при очень медленном движении или частых остановках, а на практике эти птицы ведут себя совсем иначе.

Таким образом, магнитная карта, основанная на напряженности или наклонении, просто не может быть достаточно точной, чтобы голуби могли успешно находить по ней обратную дорогу.

Но это не значит, что магнитные карты не могут использоваться другими животными. Нахождение точного местоположения — очень сложная навигационная задача, и, по-видимому, некоторые перелетные птицы — а также другие животные, например черепахи, лососи и омары, — вполне способны использовать магнитные карты в других целях, не требующих столь высокой точности.

Мы уже видели, как важен поляризованный солнечный свет для насекомых; судя по некоторым данным, перелетные птицы также могут использовать его для калибровки своих солнечных компасов [349] Muheim, R. (2011). ‘Behavioural and physiological mechanisms of polarized light sensitivity in birds’, Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 366 (1565). P. 763–771. ; но кроме того, возможно, что он помогает в навигации и морским животным.

Более пятидесяти лет назад Талбот Уотермен показал, что узоры Е-векторов видны под водой — даже на глубинах до 200 метров. Их ориентация непосредственно связана с положением солнца, а следовательно, их можно использовать для определения направления приблизительно так же, как Е-векторы в небе [350] Waterman, T. H. (2006). ‘Reviving a neglected celestial underwater polarization compass for aquatic animals’, Biological Reviews, 81 (1). P. 111–115. . Тот факт, что подводные Е-векторы могут, таким образом, использоваться в качестве основы для солнечного компаса, давно признан, но недавние исследования демонстрируют, что они также могут помочь животным в определении их местоположения [351] Powell, S. B., Garnett, R., Marshall, J., Rizk, C., & Gruev, V. (2018). ‘Bioinspired polarization vision enables underwater geolocalization’, Science Advances, 4 (4), eaao6841. .

При помощи датчика поляризации, имитирующего зрительную систему раков-богомолов [352] Они же ротоногие ( Stomatopoda ), отряд ракообразных. , ученые показали, что животные в принципе могут определять не только азимут, но и высоту солнца, тем самым приблизительно устанавливая свое местоположение. Данные, зарегистрированные в разных точках по всему миру, на разных глубинах и в разное время суток, позволяют предположить, что такая система может давать на удивление точную информацию о местоположении, а также об ориентации относительно сторон света.

Известно, что чувствительностью к поляризованному свету обладают многие морские животные, в том числе лососи, но, поскольку эта навигационная система обладает в точности теми же недостатками, что и все остальные методы определения положения по астрономическим данным, трудно поверить, чтобы она действительно использовалась какими-либо морскими животными. Тем не менее природа уже не раз удивляла нас, так что, возможно, лучше оставаться беспристрастными.

Ученые давно пытаются выяснить, играют ли карты какую-нибудь — и какую именно — роль в навигации птиц, но до недавнего времени картина оставалась очень неясной. Эта задача действительно сложна, хотя трудности с получением непротиворечивых результатов, возможно, отражают и то обстоятельство, что изучается множество очень разных видов: в конце концов, скворцы не слишком-то похожи на буревестников. Но сейчас положение начинает меняться. За последние лет десять было проведено несколько экспериментов, давших убедительные — хотя еще не окончательные — свидетельства того, что некоторые птицы действительно могут использовать своего рода навигацию по карте и компасу.

В 2007 году Каспер Торуп опубликовал результаты замечательных исследований [353] Thorup, K., Bisson, I.-A., Bowlin, M. S., Holland, R. A., Wingfield, J. C., Ramenofsky, M., & Wikelski, M. (2007). ‘Evidence for a navigational map stretching across the continental U.S. in a migratory songbird’, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104. P. 18115–18119. , ставшие первым веским доказательством того, что дневные перелетные птицы, а именно белобровая зонотрихия [354] Zonotrichia leucophrys — птица семейства овсянковых, обитающая в Канаде и США. , компенсируют крупные смещения с запада на восток. По-видимому, они способны замечать существенные изменения долготы.