Земной магнетизм

С 1892 г. многие исследователи рассматривали магнитное поле Земли как фактор, определя­ющий способность перелетных птиц к ориента­ции. Опыты с голубями как будто указы­вали на правомочность этой точки зрения, но затем эти эксперименты подверглись жестокой критике. Так как все последующие опыты не под­твердили первоначальных результатов, эта гипо­теза была отвергнута. Тем не менее, ряд новых исследований показал, что перелет, по крайней мере, у некоторых видов птиц временами и при определенных условиях, по-видимому, испытыва­ет влияние земного магнетизма. Это способство­вало возрождению интереса к этой теории.

В основе ее лежат опыты с зарянками и голу­бями в Европе, а также с кольчатоклювыми чай­ками (Larus delawarensis) в Северной Америке. Опыты с зарянками показали, что эти птицы во время перелетного беспокойства, находясь под ночным небом, движутся в нормальном направлении перелета. То же самое наблюдалось, когда птиц оставляли в помещении без окон, т. е. без доступа к «ориентирам» ночного неба. Одна­ко, когда их внесли в стальную камеру, что в зна­чительной мере ограничило интенсивность мест­ного магнитного поля, птицы утратили способ­ность к ориентации. На искусственное изменение магнитного поля, окружавшее применявшиеся в опытах клетки, зарянки реагировали путем соот­ветствующей смены направления движения. Однако, эти опыты тоже подверглись критике прежде всего из-за ограниченности статистиче­ского материала. Возможно, влияние зем­ного магнетизма на перелетных птиц, в данноч случае зарянок, крайне мало. Рейе удалось научить домашних голубей реагировать на магнитные сигналы, но этот опыт не показывает какую роль играет земной магнетизм для ориентации в естественных условиях.

Вышеописанные эксперименты с зарянками побудили С. Эмлена произвести интерес­ный опыт с синими овсянковыми вьюрками (Passerina cyanea) в Северной Америке, чтобы прове­рить возможности магнитной ориентации этих ночных мигрантов. В итоге были получены сле­дующие результаты:

1) при опыте в планетарии, когда там демонстрировалась обычная картина ночного неба для данной местности, птицы совершали перелет в нормальном направлении. Когда облик звездного неба оставался прежним, а изменяли положение магнитного полюса, птицы ориенти­ровались по ночному небу. Если же они получали только магнитную информацию и картина звезд­ного неба выключалась, способность к ориента­ции утрачивалась;

синие овсянковые вьюрки, которые подвер­гались испытаниям в условиях нормального зем­ного магнетизма в помещении без окон, не обна­руживали никакой способности к перелету в определенных направлениях;

попытки вызвать разными путями измене­ния направлений перелетов синих овсянковых вьюрков под воздействием искусственного маг­нитного поля не удались. Следовательно, вероят­но, во всех случаях эти птицы не могут ориенти­роваться с помощью земного магнетизма.

Новозеландские учёные из университета Окленда подтвердили, что почтовые голуби ощущают магнитное поле Земли благодаря крошечным магнитным частицам в верхних частях клювов. Для этого был специально построен деревянный туннель с кормушками в каждом конце и магнитными катушками на полу и потолке. Птицы были заранее обучены: при невозмутимом магнитном поле лететь к одной кормушке, а при включении катушек— к другой. Когда же к клювам голубей присоединяли магниты или вводили в клювы обезболивающее, птицы внезапно теряли свои навигационные способности. Правда, некоторые загадки остаются. Пока неизвестно, как мозг получает сигналы от магнита. Кроме того, рано исключать версию об использовании птицами оптических "ключей" и ориентирования по Солнцу.

Магнитная информация влияет на звездную ориентацию молодых мигрирующих птиц [14]. Садовые славки (Sylvia borin) из центральной и и северной Европы. Во время осенней миграции центральноевропейские птицы летят сначала на юго-запад до Пиренейского п-ова, затем меняют направление на юго-восток, чтобы достичь зимовок в тропической Африке. В экспериментах птицы забирались из гнезд в окр. Франкфурта-на-Майне (Германия) в возрасте 4-10 дней и выращивались в лаборатории. С середины июля до середины августа, во время предмиграционного периода они имели возможность наблюдать искусственное небо с небольшими "звездами", вращавшееся против часовой стрелки со скоростью 1 оборот в сутки. Центр вращения искусственного неба совпадал для птиц с магнитным направлением на север. Птицы контрольной группы содержались в естественном магнитном поле, для птиц экспериментальной группы магнитное поле не могло служить источником информации, т. к. его горизонтальная составляющая была компенсирована. В течение августа и сентября обе группы птиц демонстрировали достоверную ориентацию, но направления различались: контрольные птицы ориентировались к юго-востоку, экспериментальные - к югу. После 1 октября, когда птицы в природе меняют предпочитаемое направление, у исследуемых птиц обеих групп этих изменений не наблюдалось, но возрастал разброс предпочитаемых направлений. Т. обр., магнитное поле необходимо для развития способности выбора популяционно-специфического направления на основе магнитной информации.

Эксперименты на птицах, проведенные в Великобритании[15] показали, что один из магнитных компасов, используемых животными для навигации, может быть расположен в глазах. Показано, что очень чувствительный магнитный компас может формироваться при образовании комплекса из небольшого кол-ва ферромагнитных кристаллов в капле нематического жидкого кристалла. Оптическое восприятие компасной информации иллюстрируется экспериментом, и предсказанные возможности биологического компаса, основанного на данном принципе, сравнимы с описанными для существующих в природе естественных компасов животных.

Доминик Хейерс (Dominik Heyers) и его коллеги из университета Олденбурга провели опыты, показывающие, что перелётные птицы воспринимают магнитное поле в виде некоего визуального образа.

Немецкие исследователи провели опыты с певчими перелётными птицами — садовыми славками (Sylvia borin). Они сделали птицам инъекцию молекул-маркеров двух типов, способных перемещаться по нервным волокнам вместе с сигналами. Первый — в сетчатку, второй — в область мозга, известную как кластер N (предыдущие исследования показали, что он отвечает за ориентацию птиц в пространстве).

После того как птицам пришла пора мигрировать, авторы работы проверили расположение маркеров. Оказалось, что и те, и другие переместились в один и тот же участок мозга — зрительный бугор (таламус), отвечающий, соответственно, за зрение. Через таламус область N и нейроны сетчатки оказываются связанными между собой. Эта связь поддерживает идею о том, что птицы, вероятно, воспринимают магнитные поля как визуальные ощущения.

Предполагается, что белок криптохром в глазах птиц может играть определённую роль в их способности находить путь по магнитному полю. Идея заключается в том, что криптохром может быть чувствителен к состоянию электронных пар (синглетные и триплетные пары) в радикалах. А это состояние (пропорция между ними) зависит от ориентации молекул относительно магнитного поля Земли. Так получается своеобразный визуальный компас.

Другие исследователи отмечают, что хотя открытие биологов из Олденбурга важно и интересно, его недостаточно для доказательства гипотезы о визуальном восприятии магнитного поля птицами. Тем более что ранее учёные находили у пернатых и иные механизмы, реагирующие на земной магнетизм. Например — магнитные частицы в клювах.

Кстати, природные магнитные компасы найдены не только у перелётных птиц, но и у обычных цыплят[16].

Пластичная система миграционной ориентации была изучена в США на примере саванной овсянки (Passerculus sandwichensis)[17]. Миграционная ориентационная система саванной овсянки - ночного мигранта включает взаимодействующие между собой магнитный (основанный на склонении магнитного поля Земли), звездный (основанный на положении оси вращения звездного неба), поляризационный (основанный на положении плоскости поляризации небесного света) и, возможно, солнечный компасы. Магнитный компас способен развиваться при полном отсутствии визуальной информации, но он может также настраиваться на основе астрономической информации - звездного компаса ночью и поляризационного днем. Эта возможность перенастройки позволяет птицам использовать магнитный компас при дальней миграции, когда возникает необходимость пересечения больших пространств, значительно различающихся по своим магнитным характеристикам. Характеристики поляризационного компаса, проявляющиеся во время первой миграции, могут быть значительно изменены при содержании птенцов в предмиграционный период в условиях искусственного распределения поляризации света. Это свидетельствует о возможности вовлечения магнитного поля в процесс настройки поляризационного компаса. Во время миграции решающую роль в процессе определения направления играет полученная на закате информация о плоскости поляризации света. Компас, основанный на расположении звезд на небосводе, имеет незначительное значение. Эта чрезвычайно подвижная ориентационная система позволяет птицам справляться с временными и пространственными изменениями качества и доступности ориентационной информации.