Знание-сила, 2008 № 06 (972)

Именно припомнили, потому что впервые о земном магнетизме как факторе птичьей ориентации заговорил еще в 1855 году российский ученый Миндендорф. Вычертив на карте линии перелетов семи видов птиц, он заметил, что все они тяготеют к северному магнитному полюсу, и на этом основании предположил, что птицы ориентируются по магнитному полю Земли. Это магнитное поле каким-то образом порождает в их телах электрический ток, рассуждал Миндендорф, и они используют этот ток для ориентировки в полете.

Миндендорф не сумел объяснить, что это за ток и как птицы его ощущают, и потому его гипотезу вскоре забыли. Однако в 1949 году о ней напомнил другой российский физик — В. Жаботинский. В статье, опубликованной в журнале «Наука и жизнь», он возродил «магнитную гипотезу» Миндендорфа, дополнив ее предположением, что этому полю при полете птиц помогает еще и так называемая сила Кориолиса. (Поясним: если планета вращается, а по ней или над ней что-то движется, то на это «что-то» всегда действует отклоняющая в бок сила. Например, реки из-за этого подмывают один берег сильнее другого.) Магнитное поле, заявил Жаботинский, указывает птицам направление нужного полета, а величина силы Кориолиса в каждом данном месте полета говорит им, где они находятся (то есть указывает их «координаты на карте»). Строгие расчеты показали, что предположение Жаботинского насчет силы Кориолиса неверно, но в одном он оказался провидцем — во второй половине ХХ века научная мысль, углубляясь в загадки птичьей ориентировки, снова вернулась к магнитному полю Земли, но на сей раз во всеоружии новейших экспериментальных методов.

Наша планета (в отличие от ряда других) обладает магнитным полем, силовые линии которого выходят из одного магнитного полюса (географического южного) и входят в другой (северный). Это поле порождается токами, текущими во вращающемся металлическом ядре Земли. Силовые линии земного магнитного поля огибают планету и в каждой ее точке имеют свой наклон («наклонение») к поверхности: на полюсах они строго вертикальны, на экваторе (магнитном, он немного не совпадает с географическим) они строго параллельны, а в промежуточных широтах имеют промежуточный наклон. Величина этого поля (ее называют «напряженностью») тоже меняется: самая большая на полюсах и вдвое меньше — на экваторе. Кроме того, она немного варьирует от места к месту из-за магнитных аномалий (залежей металлических руд и т.п.).

Уже первые ученые, занявшиеся детальным изучением поведения птиц в магнитном поле, немецкие орнитологи Вольфганг и Росвита Вилчко, установили, что многие виды перелетных птиц пользуются для ориентировки магнитным полем Земли. У этих птиц есть что-то вроде компаса (его так и называют «магнитным компасом»). Оказалось, однако, что, в отличие от обычного компаса, птичий магнитный компас улавливает не направление на север или на юг, а наклон магнитной силовой линии вверх или вниз. Природа запрограммировала птичий компас так, что осенью птица летит в ту сторону, куда идет силовая линия, поднимающаяся из-под горизонта, то есть летит в общем направлении к экватору, а весной — в ту сторону, где силовая линия уходит под горизонт, то есть в общем направлении к полюсам. Это сразу вызывает вопрос: каким же органом птицы «ощущают», куда и как направлены магнитные силовые линии?

Дальнейшие исследования показали, что этим органом являются птичьи глаза. Экспериментаторы помещали птиц в искусственное и переменное по направлению магнитное поле и регистрировали активность птичьих нейронов. Им удалось выявить нейроны, которые реагировали на изменения поля, но только в присутствии света. В полной темноте эти нейроны «молчали». Это наводило на мысль, что в глазу птицы есть какие-то специальные «магнитные рецепторы», которые при наличии света реагируют на магнитное поле и передают эту реакцию в мозг. Более того, у некоторых видов птиц — и, в частности, у голубей — возбуждение этих «магнитных нейронов» требует, чтобы птица приняла свет с разных сторон, то есть предварительно несколько раз повернула голову. Не с этим ли связан известный обычай голубей сделать несколько кругов в воздухе перед тем, как взять направление на свою голубятню?

Важные детали процесса птичьей магнитной ориентировки были выявлены в эксперименте, проведенном в 2004 году Муритсеном и Кохраном. Эти экспериментаторы прикрепили к ножкам птиц, которые совершают перелеты по ночам, крохотные радиомаяки, чтобы следить за птицами на расстоянии, в свободном полете. Птиц разделили на две группы. Одну выпускали в полет без всякой обработки, а птиц второй группы перед вылетом, в сумерки, подвергали «магнетизации», то есть длительному воздействию искусственного магнитного поля, много сильнее земного и повернутого в сторону от него. Как доложили «маяки», птицы первой группы всю ночь летели в обычном для себя направлении, тогда как птицы второй группы летели в несколько иную сторону, соответственно направлению того искусственного поля, воздействию которого они были подвергнуты перед полетом. Однако после первой же дневки и эти птицы полетели в обычную сторону. Если же «магнетизацию» проводить утром, птицы на нее не реагируют и ночью летят в обычную сторону.

Из этого опыта следует, во-первых, что птицы, совершающие перелеты ночью, руководствуются в основном направлением базового (земного) магнитного поля. Во-вторых, птичий компас можно «обмануть», навязав ему с помощью искусственной магнетизации любое иное направление «базового» поля. В-третьих, информацию об этом «базовом» направлении птица получает только раз в сутки и тогда же передает ее в мозг, который затем направляет полет на протяжении всей ночи в соответствии с этой информацией. В-четвертых, птица заново «калибрует» свой компас (то есть проверяет направление «базового» магнитного поля) каждые сутки заново, и поэтому мозг меняет свою программу полета тоже только раз в сутки.

Эта способность каждые сутки заново калибровать свой компас может объяснить, почему птицы, пересекающие экватор, не поворачивают обратно, а летят дальше, хотя исходная программа у них была «лететь в сторону экватора». Получив в первые же сумерки, проведенные за экватором, информацию, что магнитное поле изменилось — идет теперь не вверх, а вниз, — они сообщают об этом мозгу, и тот принимает это направление за новое, «базовое», и заново строит программу полета. И наконец, из опыта Муритсена — Кохрана следует, что информация о направлении магнитного поля в каждом данном месте требует не просто света, но света именно сумеречного, то есть слабого, утренний свет для этого слишком силен.