Способности за самонасочване на пощенските гълъби
Пощенските гълъби са любима тема за много изследователи, които се опитват да разгадаят мистериозния феномен на навигацията на птиците. Това се дължи преди всичко на факта, че е удобно да се работи с пощенски гълъби. Те могат да се отглеждат за експерименти в достатъчни количества и при всякакви условия. Имат изразена склонност към завръщане, удобни са за визуални наблюдения и радиопроследяване. Скоростта на връщане обикновено е висока – около 70–80 км/ч. Най-способните гълъби могат да летят до 1000 км на ден. Не е изненадващо, че напредъкът в изучаването на навигационните способности на птиците се дължи предимно на "гълъбовата" работа. Какво знаят учените за способността за самонасочване на гълъбите днес? Нека се докоснем само до най-важните открития.
През 1953 г. английският изследовател Г. Матюс предполага, че гълъбите могат да използват слънцето не само за определяне на посоката на компаса, но и за навигация, тоест определяне на посоката към целта („дома“). Според неговата хипотеза, транспортирани на разстояние над 100 км. от дома, птицата е в състояние да определи дали е била преместена на юг или на север от позицията на слънцето по нейния дъгообразен път (екстраполирайки позицията на слънцето по обяд), като измерва надморската си височина по обяд на мястото на освобождаване и я сравнява с надморската височина в "домашната" зона, която трябва да запомни. За да разбере дали е изместена на запад или на изток, птицата трябва да разбере местното слънчево време от точката на изгрев и да го сравни с показанията на вътрешния си часовник, настроен у дома. Така, ако птицата установи, че например на обяд слънцето в точката на пускане е по-високо, отколкото у дома, тогава тя ще реши, че е изместена на юг, така че трябва да се премести на север. Ако в същото време местното време изостава от своето „вътрешно“ време, това означава, че тостигна на запад. В резултат на това, според хипотезата на Матюс, птицата ще отлети на североизток, за да се върне у дома. Последвалите обаче експерименти с гълъби, чийто биологичен часовник е бил "изместен" чрез промяна на светлинния режим, не потвърждават тази хипотеза. В резултат на тези експерименти беше установено, че гълъбите използват слънцето само за да определят посоката на компаса, тоест да разберат къде е север или юг, запад или изток.
Птиците определят позицията си спрямо къщата по различен начин, вероятно според определена „навигационна карта“, която съставят в определен период от живота си (виж Глава 5). Хипотезата за „карта и компас“ е изложена от изключителния немски орнитолог Г. Крамер, който пръв доказва, че мигриращите птици (скорци) могат да се ориентират спрямо кардиналните точки по слънцето. Крамър теоретизира, че гълъбите на ново място се държат подобно на човек, който използва карта и компас, за да намери правилната посока към дома. Първо, те използват "картата", за да намерят позицията си спрямо "дома", а след това използват слънчевия компас, за да намерят посоката, избрана от него. Интересно е, че както показаха експериментите на У. Кийтън и други изследователи, гълъбите използват слънчевия компас, дори когато са освободени на по-малко от километър и половина от „къщата“, чиято околност познаваха много добре, тъй като летяха ежедневно в тази област. Кийтън вярва, че само гледката на собствения им гълъбарник е по-важна за тях от показанията на навигационната система. Дори най-близките сгради или дървета, според него, не са ориентир за тях. Малкото значение на ландшафтните забележителности за намиране на дом за гълъбите се потвърждава и от експериментите на немските изследователи К. Шмид-Кьониг и Г. Шлихте,което укрепи матовите контактни лещи пред очите на птиците, като им попречи да виждат предмети, по-далече от 6 м. Гълъбите с такива лещи не само правилно определиха посоката към къщата веднага след освобождаването от разстояния до 130 км, но и се върнаха у дома. Кийтън, който наблюдава връщането на тези гълъби, описва това невероятно зрелище по следния начин: птиците се появиха на много голяма надморска височина и се спуснаха на полето в близост до гълъбарника. Без да видят самия гълъбарник, те седяха и чакаха да бъдат взети и пренесени последните няколко метра. Допълнителен експеримент на тези изследователи показа, че гълъбите с контактни лещи, както и без лещи, използват слънцето като компас. През матова леща гълъбите виждаха слънцето като светло петно. Птиците с „изместени часовници“ се отклониха в началото под определен ъгъл, докато контролните индивиди, също с лещи на очите си, поеха правилната посока към дома. Успехът при настаняването беше еднакъв и в двете групи: 20% (от 71 контролни птици) и 25% (от 69 експериментални птици) се върнаха съответно.
Експериментите на В. и Р. Вилчко потвърждават, че слънцето се използва от гълъбите само за намиране на посоката на компаса и за поддържане на избраната посока в полета. Те показаха в експерименти с млади гълъби, че слънчевата ориентация не е напълно вродена система, тъй като за нейното развитие е необходимо птиците да имат възможност да извършват свободни полети. Когато се учат на ориентация към слънцето, както показват експериментите, е необходимо птиците да го наблюдават през целия ден, а не за кратко време, както се предполагаше по-рано. Частичното наблюдение на слънчевия път не е достатъчно за нормалното функциониране на слънчевия компас. Предполага се, че слънчевият компас се настройва (калибрира) от магнитен компас. INПрез първите месеци, смята Вилчко, навигационната система на гълъбите и другите птици претърпява голяма промяна: оригиналният механизъм за връщане у дома с помощта на магнитно поле („обръщане на курса“) се превръща в по-сложен механизъм, включително слънчев компас и „навигационна карта“. Благодарение на такъв сложен, многофакторен механизъм, който не може да бъде генетично специфициран поради своята сложност и локална променливост, птицата се нуждае от определено време и условия за своето развитие.
Фактът, че гълъбите могат да се върнат у дома при облачно време, отдавна е забелязан от изследователите. Но дълго време те не можеха да получат убедителни доказателства за използването на невизуални фактори при насочване от птиците. Обръщайки се към старата хипотеза, че птиците могат да определят посоката на магнитното поле на Земята и проверявайки своите ранни експерименти с прикрепване на магнитни плочи към гълъбите, за да изкривят околното магнитно поле, американските изследователи У. Кийтън и колегите му поставиха нови експерименти и получиха убедителни доказателства за използването на магнитни полета от гълъбите при самонасочване. Вместо магнитни плочи К. Уолкът и Р. Грийн фиксираха малък пръстен на Хелмхолц върху главата на гълъба като шапка и поставиха същия пръстен на врата на гълъба. За източник на електричество служи батерия, прикрепена към гърба. Това устройство позволява да се създаде относително равномерно магнитно поле в областта на главата на птицата и да се промени посоката му в противоположната.
Фиг. 32. Начална ориентация на пощенските гълъби в нормално (A) и променено (B) магнитно поле (според: Keaton, 1983).
Тъмните кръгове са азимута на старта на птицата. Стрелката е средният азимут на началните посоки на всички птици, пунктираната линия показва посоката към"къща".
Изследователите установили, че при слънчево време посоката на магнитното поле не влияе на способността на гълъбите да се ориентират. Но при условия на непрекъсната облачност промяната в посоката на магнитното поле доведе до промяна в посоката на полета на птиците към противоположната (фиг. 32). Предполага се, че магнитното поле играе роля в навигацията на птиците. По-късно беше доказано, че гълъбите имат висока магнитна чувствителност. В експерименти, продължили три години, У. Кийтън и колеги установиха, че отклоненията на магнитното поле на Земята от нормата с по-малко от 10 -3 гауса, причинени от слънчеви изригвания и петна, очевидно оказват значително влияние върху избора на посока от гълъбите в началото. Наскоро P. Samm и K. Demain съобщиха, че магнитно чувствителни неврони, които реагират на промени в магнитното поле, са открити в гълъбите в основния оптичен тракт. Преди това "магнетитът" се намираше само в областта между носните кухини и очните кухини, в мембраните около обонятелния нерв.
Малко по-късно Viltchko открива, че млади гълъби (на възраст под 80 дни), които все още не са направили тренировъчни полети около гълъбарника, могат да се върнат у дома след внос само ако са имали възможност да получат нормална информация в геомагнитното поле по време на транспортиране. В случай, че са били транспортирани в нарушено геомагнитно поле, те са преживели дезориентация след освобождаване. Viltchko предложи младите, необучени гълъби да събират информация по време на транспортиране и след освобождаване да я използват, за да се върнат у дома, правейки пътуването обратно до пътя на вноса. Въпреки това, ако по-възрастни гълъби, които вече са имали опит в тренировъчни полети, са били транспортирани в смутено магнитно поле, те правилно са определилинасочване към дома след дипломиране. Wiltchkos заключиха, че обучените гълъби преминават към използване на „навигационна карта“, за да задават упътвания към дома въз основа на параметрите на точката на освобождаване, което необучените гълъби не могат да направят.
Какви фактори или параметри използват птиците, за да изградят „навигационна карта“? Днес това е най-важният и труден въпрос в целия проблем на навигацията на птиците. Много изследователи се опитват да получат отговор на него в продължение на почти 40 години, но, за съжаление, досега безуспешно. Ядката беше много здрава. Нито орнитолозите, нито физиците, нито учените от други специалности все още не са успели да го разделят. Разбира се, рано или късно учените ще решат този сложен проблем, но засега имаме работа само с хипотези. В момента най-интересна е двукоординатната хипотеза, според която птиците използват за навигация вертикалната компонента на магнитното поле на Земята и изолиниите на гравитационните сили, които се събират към различни полюси, магнитни и географски, на около 2 хиляди километра един от друг. Резултатът е координатна мрежа, която птиците могат да използват при навигация (вижте Фигура 29). Това, което остава недоказано, е способността на птиците да измерват разликите в силата на земната гравитация и земния магнетизъм. Засега е доказана само способността на птиците да се ориентират (избират посока по компаса) с помощта на магнитното поле на Земята. В същото време те се ръководят не от неговите полюси, а от посоката на деклинацията. Показано е, че способността за магнитна ориентация при птиците е вродена и се проявява в онтогенезата независимо от други ориентиращи фактори, като астроориентатори (Слънцето и звездите).
Косвено потвърждение, че магнитното поле на Земята може да се използва от птиците за навигация, са резултатите от експерименти, които показватче в зоните на магнитни аномалии способността им за самонасочване е значително нарушена. В повечето проучвания се наблюдава значителна дезориентация както в области на слаби, така и в области на силни аномалии. Влошаването на самонасочването възниква и при колебания в естественото магнитно поле, причинени от увеличаване на слънчевата активност.
Не всички изследователи обаче са съгласни с хипотезата за магнитната навигация. Италиански изследователи, ръководени от Ф. Папи и западногерманския орнитолог Г. Валраф, смятат, че основната информация за навигацията на гълъби и други птици е обонятелната информация. Докато са в гълъбарника, птиците свързват миризмите, донесени от вятъра, с неговата посока и по този начин образуват „обонятелна карта“ на околността. При внос анализират миризмите на мястото на изпускане и определят посоката към къщата. Отпечатъкът на "обонятелната карта" може да бъде блокиран или изкривен от екрани, предпазващи гълъбарника от вятъра. В такива случаи гълъбите не могат да изберат правилната посока към „дома“ по време на раждането и не се връщат добре. Тези изследователи смятат, че гълъбите могат изкуствено да разработят допълнителни необонятелни методи за ориентация (според топографски ориентири и магнитно поле), които подобряват ориентацията на началната посока, но не допринасят за коригиране на курса на полета. Повечето други изследователи обаче не откриват в своите експерименти такива смущения, когато усещането за миризма е изключено при гълъбите и смятат, че турбулентността и непостоянството на движението на миризмите значително ограничава възможността за използването им за навигация. Използването на обонятелен градиент е възможно само при времевоoпостоянство на подходящи вещества. Въпреки това, дори устойчивите обонятелни параметри обикновено нямат достатъчни градиенти, така че разликите не могатда се възприема на разстояния от няколкостотин километра. Краткосрочните източници на миризма със силни градиенти варират във времето и пространството и не представляват стабилна информация. П. Джеймс провежда наблюдения и експерименти, за да определи способността на малките буревестници да намират дупките си в периода на гнездене. Той установи, че въпреки приближаването на сушата срещу вятъра, движението към гнездото след кацане се извършва по произволни азимути, което според него показва против използването на миризма от птиците. Намирането на гнездото беше трудно, когато видимата микроландшафтна среда около дупката беше нарушена. Търсенето на дупка, очевидно, е извършено с помощта на зрение, а не на миризма.
По едно време беше предложена хипотеза за инерционна навигация, според която птица, когато се движи, е в състояние да възприема и регистрира всички ъглови ускорения и след това, след освобождаване, да лети обратно по същия маршрут. Въпреки това, експериментите, когато гълъбите са били транспортирани на въртящи се стойки или във въртящи се барабани, не потвърждават тази хипотеза: птиците правилно определят посоката към къщата, както и контролните индивиди, които не са били изложени на такъв ефект. При други експерименти гълъбите са били транспортирани в състояние на дълбока анестезия и те също успешно са се върнали у дома.
По този начин пощенските гълъби имат перфектна навигационна система, която включва няколко механизма, които претърпяват значителни промени в процеса на формиране. Младите птици без опит в полета се връщат у дома, като използват информацията, събрана по време на пътуването, т.е. извършват „обръщане на курса“. С нарастване на възрастта и опита те преминават към използването на „навигационна карта“ и „слънчев компас“, което им позволява да използват информацията, за да определят посоката към дома.директно в точката на освобождаване.