Як перелітні птахи знають, куди летіти?

Щороку мільярди птахів здійснюють міграцію — перетинають океани, материки й гори, щоби дістатися сезонних місць гніздування чи зимівлі. Деякі з них, як-от полярна крячка (Sterna paradisaea), долають за життя відстані, що дорівнюють польоту до Місяця й назад.

Але як саме ці створіння знаходять шлях у такій мандрівці, не маючи ні карт, ні навігаторів?

Live Science пише, що відповідь — у винятково складному наборі сенсорних систем, які допомагають птахам орієнтуватися в просторі. Частину з них ми розуміємо, а інші — досі залишаються для науки загадкою.

Орієнтири для зору та нюху

Два базові інструменти навігації птахів — це зір і нюх. Якщо птах вже здійснював подібну міграцію, він може запам’ятовувати певні природні орієнтири, як-от річки чи гірські хребти. Для птахів, що мігрують над морем, таких візуальних вказівок значно менше. У таких випадках вони, ймовірно, більше покладаються на нюх.

Один експеримент показав, що коли вчені тимчасово блокували носові проходи у морських птахів, ті змогли орієнтуватися над суходолом, але втрачали орієнтацію в польоті над відкритим морем.

Сонячний і зоряний компаси

Птахи також орієнтуються за небесними тілами. Ті, що мігрують удень, користуються так званим «сонячним компасом» — поєднують положення Сонця на небі з внутрішнім відчуттям часу доби, яке забезпечує циркадний ритм. Це дозволяє їм визначати напрям, подібно до живого сонячного годинника. Експерименти свідчать: коли птахам штучно порушують циркадні ритми (наприклад, за допомогою світлових маніпуляцій), їхня здатність орієнтуватися порушується.

Однак більшість видів птахів мігрує вночі. У темну пору доби вони використовують зоряний компас — орієнтуються за положенням зір, зокрема навколо небесного полюса, поблизу якого розташована Полярна зірка. Це давній метод, яким користувалися й люди.

Магнітні поля: компас, вбудований у тіло

Але що роблять птахи, коли не видно ні зір, ні Сонця, а знайомих ландшафтів немає? Тоді вмикаються унікальні «надчуття» — зокрема магніторецепція, здатність відчувати магнітне поле Землі.

Це явище здається фантастичним, але експерименти довели, що зміни магнітного поля навколо птахів — скажімо, голубів — помітно порушують їхню здатність знаходити дорогу додому.

Механізм цього чуття досі достеменно невідомий. Один з імовірних кандидатів — криптохром, молекула, що міститься в сітківці ока птахів. У лабораторних умовах виявлено, що криптохром реагує на магнітні поля, але лише за наявності синього світла. Це співпадає з фактом, що птахи можуть сприймати магнітні сигнали саме в умовах денного освітлення.

Попри це, вчені досі не знають, наскільки багато криптохрому міститься в очах птахів і як він здатен розпізнавати тонкі варіації в магнітному полі.

Є й інша гіпотеза: магніторецептори можуть міститися в дзьобі. Дослідження виявили, що в дзьобах деяких видів є рецептори, чутливі до магнетиту — залізовмісного мінералу. Вони мають нервові зв’язки з мозком, що підтримує ідею про ще один сенсорний канал магнітної орієнтації.

Поляризоване світло як резервний навігатор

Ще один інструмент у навігаційному арсеналі птахів — здатність бачити поляризоване світло. Коли сонячне світло розсіюється в атмосфері, воно набуває певної поляризації. Птахи можуть сприймати ці шаблони за допомогою спеціальних клітин у сітківці й отримувати інформацію про розташування Сонця навіть за хмарної погоди.

Поєднання сигналів

Подібно до того, як ми використовуємо зір удень, а дотик — у темряві, птахи перемикаються між різними сенсорними каналами залежно від обставин.

«Птахи, ймовірно, інтегрують кілька навігаційних сигналів одночасно — і ми досить впевнені, що вага цих сигналів змінюється впродовж маршруту», — пояснює Міріам Лідфогель, директорка Інституту орнітологічних досліджень у Німеччині.

Її підтримує Пітер Хор, професор хімії з Оксфордського університету. Він зазначає, що магніторецепція, наприклад, стає менш надійною під час гроз чи високої сонячної активності — чинників, які порушують магнітне поле.

Попри велику роль сенсорних систем, рушієм міграції залишається генетична програма. Як каже Лідфогель, птахи успадковують від батьків не лише схильність до міграції, а й приблизну відстань і напрям руху. Точні гени, що керують цим процесом, досі досліджуються.

Розуміння цих механізмів має вирішальне значення для збереження птахів. Оскільки проєкти з переселення чи повернення видів у дику природу часто мають обмежений успіх — у 45% випадків птахи залишають нове місце — науковцям важливо знати, як саме птахи обирають свій маршрут.

«Людські спроби переселити птахів часто не працюють, — зазначає Хор. — Частково тому, що вони настільки добрі навігатори, що просто повертаються назад».

Цей надзвичайний навігаційний арсенал — від зоряних карт до молекул у сітківці — робить перелітних птахів одними з найкращих мандрівників на планеті. І ми тільки починаємо розуміти, як саме їм це вдається.