Cestující ptáci, jejichž migrační rozsah je skutečně planetární povahy, se musejí spoléhat na pole globálního zaměření, a to díky základním fyzickým vlastnostem zeměkoule a okolního prostoru. Obzvláště mnoho nadějí na pochopení mechanismů orientace stěhovavých ptáků vyvolalo mezi ornitology geomagnetické pole, jehož přítomnost odlišuje Zemi od všech nejbližších planet sluneční soustavy.
Mechanismy migrace ptáků
S jistým stupněm konvenčnosti lze Zemi představit jako obří magnetizovanou kouli. V každém bodě na povrchu zeměkoule je magnetické pole, jehož směr lze snadno určit pomocí kompasové jehly, která je vždy obrácena k magnetickému pólu. Připomeňme, že magnetické póly planety leží poněkud daleko od geografických pólů nakreslených na mapě nebo planetě, skrz kterou prochází osa rotace Země.
Šipka konvenčního kompasu se pohybuje pouze doprava a doleva, proto ukazuje směr pouze horizontální složky pole směřující podél magnetického poledníku k magnetickému pólu Země. Síly pozemského magnetismu však působí nejen v horizontální rovině, ale také směrem ke středu planety, to znamená, že magnetické pole má také vertikální nebo, jak se říká, gravitační složku. Pokud by se kompasová jehla mohla pohybovat ve všech směrech, včetně nahoru a dolů, pak by se její poloha zřetelně změnila při pohybu z rovníku na póly.
Na rovníku by byla umístěna striktně rovnoběžně s povrchem Země, tj. Absolutně vodorovně, směřovala svým magnetizovaným koncem striktně na sever. Jak se pohybuje od rovníku, jeho odchylky od horizontály by se staly znatelnější a na severním pólu by se šipka otočila do středu planety, to znamená, že by stoupala svisle. Na jižním magnetickém pólu bude šipka také zaujímat svislou polohu, ale její magnetizovaný „severní“ konec bude směřovat striktně nahoru. Kompas, který má takové zařízení, tak může být použit nejen k označení směru na sever, ale také k určení jeho polohy na poledníku, tj. Jako indikátor zeměpisné šířky.
Hypotéza magnetické orientace stěhovavých ptáků
Mohou ptáci používat pozemský magnetismus stejným způsobem, jako my používáme konvenční kompas, jehož šipka, která dodržuje horizontální složku magnetického pole, je vždy orientována na sever? Jsou ptáci schopni tuto složku cítit a ocenit? Hypotéza magnetické orientace stěhovavých ptáků byla vyjádřena akademikem petrohradské akademie A. Middendorf před více než sto lety, skutečné možnosti pro její experimentální ověření se však objevily u vědců teprve v posledních letech.
Metoda studia migrace ptáků
Ukázalo se, že se holubi se spirály vyrobenými z tenkého kovového drátu na hlavách s elektrickým proudem protékajícím z miniaturních baterií při experimentech za oblačného počasí nevrátili domů dobře. Za jasného počasí použili známý solární kompas a sebejistě zamířili k holubníku, vůbec ne smutně, že směr magnetických polí obklopujících jejich hlavy neměl nic společného se směrem pozemského magnetismu.
Za oblačného počasí se holubi se spirálovými hlavami dopustili hrubých chyb při vykreslování kurzu a letěli kamkoli šli, zatímco holubi bez spirál nezaznamenali znatelné obtíže. K dnešnímu dni existuje mnohem více důkazů o schopnosti ptáků používat magnetický kompas. Mnohem více pochybností je dosud způsobeno schopností ptáků používat gravitační složku magnetického pole k určení jejich polohy.
Rotace Země a migrace ptáků
Najednou se dokonce navrhlo, že ptáci mají navigační metody založené na použití Coriolisových sil. Tyto síly vznikají v důsledku rotace zeměkoule; zvyšují se ve směru od pólu k rovníku v souladu se zvýšením rychlosti otáčení bodů umístěných na povrchu zemské koule. Globální projevy Coriolisových sil v planetárním měřítku vyluhují břehy řek tekoucí v poledníku a kroucení gigantických atmosférických vírů. Použití těchto sil je založeno na konstrukci gyrocompassu - zařízení, které se v libovolných polohách letadla nebo mořského plavidla spontánně usadí podél geografického poledníku. Coriolisovy síly jsou vhodné pro určení zeměpisné šířky uvnitř jedné polokoule od nich.
Přidáme-li ještě jeden ukazatel místa, například jednu ze složek zemského magnetického pole, můžeme získat požadovaný systém ze dvou souřadnic (kvůli nesouladu mezi osami magnetismu a rotace), což nám umožňuje vytvořit mapu magnetické gravitace. Výpočty však ukázaly, že na to, aby byli ptáci vnímáni, je Coriolisova síla stále příliš malá, a zejména beznadějně se překrývají a maskují zrychlením, které ovlivňují ptáka za letu (při vzletu, během zrychlení nebo zpomalení a ve skutečnosti, kdy jakákoli změna rychlosti letu nebo polohy v prostoru).
Ptačí navigace
Rozdíl mezi orientací kompasu a navigací
Jít do cíle zahrnuje dvě složky. Za prvé, orientace kompasu - schopnost udržovat vybraný kurz po dlouhou dobu, a za druhé, navigace - schopnost vykreslit kurz mezi dvěma body na základě srovnání jejich souřadnic, tj. Na mapě uložené v paměti.
Rozdíly mezi jednoduchou orientací kompasu a navigací ilustruje zkušenost s přepravou špačků. Několik tisíc ptáků bylo chyceno a zazvoněno, převezeno z Holandska do Švýcarska a vypuštěno. Mladí ptáci, kteří v životě provedli první migraci, odešli ze Švýcarska na jihozápad. Podařilo se jim zvolit správný směr, ale nakonec se odchýlili od kurzu a byli znatelně jižně od místa, kam směřovali, a proto neměli na výběr jinou než zimu ve Španělsku a v jižních regionech Francie.
Podle kompasu se mladí orientovali správně, ale špačci si nemohli dovolit korigovat určitý posun od své obvyklé trasy. A dospělí špačci, kteří již měli migrační zkušenosti, dokonale ukázali, že mají vynikající odstřelovačskou navigaci. Byli schopni navigovat a okamžitě nastavit nový kurz v severozápadním a západním směru, a tak se snadno dostali ke svým zimovním zařízením.
Rozdíl mezi prostorovou orientací dospělých a mladých ptáků
Jaký je rozdíl mezi prostorovou orientací dospělých a mladých ptáků? S největší pravděpodobností je hnutí zimování mladých zvířat, která poprvé překonala cestu v životě, podřízeno hlavně instinktivním programům chování. Jinými slovy, mladý špaček má vrozenou schopnost létat ve směru zimování a docela přesně si přesně představuje, jakou vzdálenost musí překonat, aby je dosáhl.
Další věcí jsou dospělí ptáci, kteří již navštívili zimní byty a dostali tam určité informace. Která z nich je nejobtížnější a klíčová otázka, na kterou přesně neexistuje odpověď. Může to být jakákoli astronomická nebo geofyzikální informace, jejímž prostřednictvím je možné dát jedinečnou charakteristiku jakéhokoli bodu na povrchu zeměkoule. Dospělý pták je tedy s největší pravděpodobností schopen porovnat uložené informace o zimování s aktuálními informacemi o jeho poloze.Vše je věcí technologie a je to jednoduchý úkol pro všechny subjekty, které znají orientační dovednosti pomocí kompasu.
Schopnost holubů najít cestu do domu
Úžasná schopnost holubů najít cestu do domu je známá už od nepaměti. Armády starověkých Peršanů, Asýřanů, Egypťanů a Féničanů posílaly zprávy z kampaní s holuby. Během obou světových válek sloužil poštovní holub tak, že byly postaveny památky na počest pernatých nositelů dopisů v Bruselu a ve francouzském městě Lyon. Na soutěžích jsou přepravní holuby přepravovány na 150 až 1000 kilometrů a vypuštěny. Čas návratu ptáků do holubice se zaznamenává pomocí speciálních zařízení. Do domu létají dobře vyškolení holuby s průměrnou rychlostí 80 kilometrů za hodinu, nejlepší z nich dokáží překonat 1000 kilometrů denně.
Třetí pomník holubů dosud nebyl postaven, ale již dlouho si zaslouží díky svému vynikajícímu příspěvku ke studiu způsobů orientace ptáků. Ukázalo se například, že holuby se mohou vrátit z daleka do dovecote i přes nejsilnější „krátkozrakost“. „Myopičtí“ ptáci byli vyrobeni po celou dobu experimentu a na oči si kladli matné kontaktní čočky, což umožnilo rozlišit pouze obrysy nejbližších předmětů. A s takovými čočkami byli holuby propuštěni 130 km od holubice. Poloslepí ptáci stoupali vzhůru a vrhli se domů ve vysoké nadmořské výšce a kolem nich neviděli nic kromě neproniknutelné šedé mlhy. Téměř všem se podařilo bezpečně dostat na místo, i když „krátkozrakost“ nedovolila najít samotného holubice. Holubi sestoupili v okruhu 200 metrů od ní a trpělivě očekávali, že se zbaví nepříjemných čoček.
Ptačí kompasy
Když je kurz znám, můžete ho sledovat dlouhou dobu pouze pomocí kompasu. V závislosti na okolnostech ptáci s jistotou používají „kompasy“ nejméně tří různých typů. Ve dne určují ptáci s velkou přesností polohu světových stran na slunci. Tomu nezabrání ani lehký plášť mraků, pokud vám to stále umožňuje cítit polohu hvězdy na obloze. V noci přichází hvězdný „kompas“, který nahrazuje slunce, a v umění manipulace s ním mnoho ptáků provádějících noční migraci také dosáhlo velkého úspěchu. Když se počasí úplně zhorší a obloha je pokryta mraky nepřetržitě, přichází na záchranu opeřených cestujících magnetický „kompas“, se kterým také velmi obratně zvládají.
Na otázku, co používají „kompasové“ pernaté cestovatele, mají vědci téměř komplexní odpověď. Situace je dosud horší s pochopením toho, co je „navigační mapa“ ptáků a jaké metody používají k označení své polohy na ní. Připomeňme, že námořníci se to naučili ve skutečnosti pouze s příchodem přesných měřicích přístrojů.
Za prvé, chronometr - hodinky s velmi přesným pokrokem, které vám umožní sledovat nadmořskou výšku hvězd a jejich azimut v přesně definované hodině během mnohoměsíční plavby - to je jejich umístění ve vztahu ke směru na sever. Pozice svítidel je určena pomocí sextantu - poměrně složitého nástroje, bez kterého v průběhu posledních tří století neopustila z přístavu ani jedna loď na dlouhou vzdálenost. K „získání místa“ lodi je nutné provést alespoň dvě měření nadmořské výšky nebo azimutu hvězd - v jakékoli kombinaci.
Poté, co získal potřebná čísla pomocí navigačních tabulek a částečně uvolnil navigátor od složitých výpočtů, může s přesností několika mil určit geografickou délku a šířku, se kterou byla loď v okamžiku měření. Přesnější, ale nesrovnatelně dražší navigační metody, navrhující polohu lodi nebo letadla s přesností desítek metrů, byly možné pouze s příchodem vesmírných vozidel.
Sluneční a hvězdné kompasy
Podle polohy Slunce nebo hvězd na obloze si tedy člověk může nejen udržovat kurz pomocí svítidel jako náhražky kompasu, ale také určit svou polohu na povrchu planety pomocí svítidel jako indikátorů místa. V současné době je pevně stanoveno, že ptáci mají přirozenou schopnost používat sluneční a hvězdné „kompasy“ díky přítomnosti přesných „vnitřních hodin“, což vám umožňuje zvolit správný směr pro jakoukoli polohu hvězd během dne.
Mohou ptáci určit polohu pomocí slunce a hvězd?
Pokud by vývoj systémů navigace ptáků následoval stejnou cestu jako vývoj navigačních záležitostí, museli by ptáci najít náhradu za chronometr, sextant, kalendář a navíc zvládnout součet znalostí v astronomii alespoň v rozsahu středoškolského programu. Potom, když se ocitl v neznámé oblasti, mohl ten samý nosný holub určit svou polohu ve vztahu k domu, vyhodnotit rozdíl mezi výškou slunce a azimutem hvězd na novém místě a uloženou výškou a azimutem stejných hvězd ve stejný den a poté současně nad nativním dovecote.
Nejjednodušší způsob je počkat na novém místě na nástup místního poledne - okamžik horního vyvrcholení středu Slunce. Pak by se měly udělat dvě věci. Nejprve se podívejte na hodiny běžící v „domácím čase“ a zjistěte rozdíl v poledne. Pokud Slunce šlo do zenitu před 12.00, zůstal dům na západě, pokud později - na východě. Za druhé, musíte se podívat na Slunce a vyhodnotit jeho výšku nad horizontem. Pokud je Slunce v poledne vyšší než doma, pak vás osud přivedl na jih, pokud je nižší - na jih (samozřejmě na jižní polokouli, obráceně).
Na první pohled je vše jednoduché, ale ve skutečnosti jsou obtíže nepopsatelné. Chcete-li použít tuto metodu, i při nejjednodušší úpravě, potřebujete obrovské množství paměti a nejvyšší přesnost měření. Mozek ptáků takové paměťové zdroje nemá. Kromě toho jsou měření pro navigační účely příliš složitá na to, aby bylo možné je provádět „okem“.
Například v zeměpisné šířce města Simferopol se na každých 100 kilometrů cesty mění výška Slunce pouze o 1 °, doba východu a západu slunce - o méně než 5 minut, azimut Slunce - o méně než 1,5 °. Použití astronomické orientace je snazší na dlouhé vzdálenosti - jak se snižuje, požadavky na přesnost měření neustále rostou.
Ornitologové tvrdě pracovali, aby našli podobnosti v metodách navigace ptáků a lidí. Všechny studie v tomto směru však dosud nebyly úspěšné. Ptáci s největší pravděpodobností určují svou polohu na povrchu Země a jiným způsobem vykreslují své „mapy“. Které z nich - to bude ještě vidět v budoucnosti. Tak vidí známý odborník v oblasti migrace ptáků v St. Petersburgu profesora V.R. Dolnik: „Musíme připustit,“ píše, „že navigační systém vede ptáky do bodu - v tom nejzákladnějším slova smyslu, ve kterém kdysi přijali (nebo od kterého nadále dostávají) nějaké informace.
Je zřejmé, že hranice přesnosti systémů, které jsou nám známy a které poskytují astronomickou, geomagnetickou nebo gravitační navigaci u ptáků, jsou 2-3 řády o velikosti nedostatečné pro navigaci k bodu. To opět (stejně jako ve studiu holubů s naváděním) vyvolává otázku nějakého neznámého faktoru, který nám umožňuje myslet absolutní navigaci nebo známý faktor, ale neznámý způsob, jak jej použít pro navigaci. “