Хомінгові здібності поштових голубів
Поштові голуби є улюбленими об'єктами для багатьох дослідників, які намагаються розгадати загадковий феномен навігації птахів. Насамперед це пов'язано з тим, що з поштовими голубами зручно працювати. Їх можна вирощувати для експериментів у достатній кількості та в будь-яких заданих умовах. Вони мають виражену схильність до повернення додому, зручні для візуальних спостережень і для радіостеження. Швидкість повернення зазвичай висока - близько 70-80 км/год. Найбільш здатні голуби можуть пролітати протягом дня до 1000 км. Не дивно, що прогрес у вивченні навігаційних здібностей птахів насамперед завдячує «голубиним» роботам. Що ж на сьогоднішній день вчені знають про хомінгові здібності голубів? Торкнемося лише найважливіших відкриттів.
У 1953 р. англійський дослідник Р. Метьюз висловив припущення, що голуби можуть використовувати сонце як визначення компасного напрями, а й у навігації, т. е. визначення напрями до мети («будинку»). Згідно з його гіпотезою перевезена на відстань понад 100 км. від будинку птах здатний встановити, чи змістили його на південь або північ, за становищем сонця на його дугоподібному шляху (екстраполюючи при цьому положення сонця опівдні) шляхом вимірювання його південної висоти в місці випуску та порівняння її з висотою в районі «будинку», яку вона має пам'ятати. Щоб зрозуміти, чи змістили її на захід або на схід, птах повинен з'ясувати місцевий сонячний час по точці сходу сонця і зіставити його зі свідченнями свого внутрішнього годинника, налаштованого вдома. Таким чином, якщо птах з'ясує, що, наприклад, опівдні сонце в точці випуску вище, ніж удома, то вона вирішить, що його змістили на південь, тому треба рухатися на північ. Якщо при цьому місцевий час відставатиме від її «внутрішнього» часу, значить вонапотрапила на захід. В результаті, згідно з гіпотезою Метьюза, птах полетить на північний схід, щоб повернутися додому. Однак подальші експерименти з голубами, яким шляхом зміни світлового режиму був «зрушений» їхній біологічний годинник, не підтвердили цю гіпотезу. У результаті цих експериментів було встановлено, що сонце голуби використовують лише визначення компасного напрями, т. е. з'ясування, де знаходиться північ чи південь, захід чи схід.
Положення ж своє щодо будинку птиці визначають іншим шляхом, імовірно, за якоюсь «навігаційною картою», яку вони становлять у певний період життя (див. гл. 5). Гіпотеза «карти та компасу» була висунута видатним німецьким орнітологом Г. Крамером, який першим довів, що перелітні птахи (шпаки) здатні здійснювати орієнтацію щодо країн світу, використовуючи сонце. Крамер припустив, що голуби, що потрапили в нове місце, поводяться аналогічно людині, яка користується картою та компасом, щоб обрати правильний напрямок до будинку. Спочатку вони по «карті» з'ясовують своє положення щодо «вдома», а потім використовують сонячний компас, щоб знайти обраний напрямок. Цікаво, що сонячним компасом, як показали досліди У. Кітона та інших дослідників, голуби користуються навіть випущеними менш ніж за півтора кілометри від «будинку», околиці якого чудово знали, оскільки щодня літали в межах цього району. Кітон вважає, що тільки вид власного голубника має для них більше значення, ніж показання навігаційної системи. Навіть найближчі споруди чи дерева, на його думку, не є для них орієнтирами. Мале значення ландшафтних орієнтирів для знаходження будинку голубами підтверджують і досліди німецьких дослідників К. Шмідт-Кеніга та Г. Шліхте,які зміцнювали на очах птахів матові контактні лінзи, що не дозволяють їм бачити будь-які об'єкти, що знаходяться далі за 6 м. Голуби з такими лінзами не тільки вірно визначали напрямок до будинку відразу після випуску з відстаней до 130 км., але й поверталися додому. Кітон, який спостерігав за поверненням цих голубів, описує це дивовижне видовище так: птахи з'являлися на дуже великій висоті і опускалися на поле в околицях голубника. Не бачачи самої голубники, вони сиділи і чекали, поки їх підберуть і перенесуть останні кілька метрів. Наступний експеримент, проведений цими дослідниками, показав, що голуби з контактними лінзами, як і без лінз, використовують сонце як компас. Через матову лінзу голуби бачили сонце як яскраву пляму. Птахи зі «зрушеним годинником» відхилилися при старті на певний кут, тоді як контрольні особини теж з лінзами на очах взяли правильний напрямок до будинку. Хомінговий успіх був однаковим в обох групах: повернулося відповідно 20% (з 71 контрольної птиці) і 25% (з 69 експериментальних).
Досліди В. та Р. Вілтчко підтверджують, що сонце використовується голубами тільки для знаходження компасного напрямку та для підтримки обраного напрямку у польоті. Ними було показано в дослідах із молодими голубами, що сонячна орієнтація не є повністю вродженою системою, тому що для її розвитку необхідно, щоб птахи мали змогу здійснювати вільні польоти. При навчанні орієнтації по сонцю птахам необхідно, як показали досліди, спостерігати протягом усього дня, а чи не короткий час, як передбачалося раніше. Часткового спостереження сонячного шляху недостатньо для нормального функціонування сонячного компасу. Передбачається, що сонячний компас налаштовується (калібрується) магнітним компасом. Упротягом перших місяців, вважають Вілтчко, навігаційна система голубів та інших птахів зазнає великих змін: початковий механізм повернення до будинку за допомогою магнітного поля («реверсія курсу») перетворюється на складніший механізм, що включає сонячний компас і «навігаційну карту». Завдяки такому комплексному, мультифакторному механізму, який не може бути заданий генетично через складність його та локальної мінливості, птиці необхідні певний час та умови для його розвитку.
Той факт, що голуби здатні повертатися додому в умовах невеликої хмарності, дослідники помітили давно. Але тривалий час було неможливо отримати переконливих доказів використання птахами при хомінгу невізуальних чинників. Звернувшись до старої гіпотези про те, що птахи можуть визначати напрямок по магнітному полю Землі, і перевіривши свої ранні досліди з прикріпленням до голубів магнітних пластин для спотворення навколишнього магнітного поля, американські дослідники У. Кітон та його колеги поставили нові експерименти та отримали переконливі докази використання голубами при хомінгу магнітного поля. Замість магнітних пластин К. Уолкот та Р. Грін зміцнили на голові голуба на кшталт ковпачка маленьке кільце Гельмгольця, таке ж кільце одягли на шию голубу. Батарейка, прикріплена до спини, була джерелом електроенергії. Цей пристрій дозволяв створювати відносно однорідне магнітне поле в області голови птиці та змінювати його напрямок на протилежний.
Мал. 32. Стартова орієнтація поштових голубів у нормальному (А) та зміненому (Б) магнітному полі (по: Кітон, 1983).
Темні кружки - азимут старту птиці. Стрілка - усереднений азимут стартових напрямків всіх птахів, Пунктирна лінія вказує напрямок на«будинок».
Дослідники встановили, що в сонячну погоду напрямок магнітного поля не впливав на здатність голубів орієнтуватися. Але в умовах суцільної хмарності зміна напрямку магнітного поля призводила до зміни напряму польоту птахів на протилежне (рис. 32). Було зроблено припущення, що магнітне поле відіграє певну роль у навігації птахів. Надалі було показано, що голуби мають високу магнітну чутливість. У дослідах, що тривали три роки, У. Кітон з колегами виявили, що відхилення земного магнітного поля від норми менш ніж на 10 -3 Гс., Викликані сонячними спалахами і плямами, мабуть, надають достовірний вплив на вибір напрямку голубами при старті. Нещодавно П. Семм та К. Демаїн повідомили, що магніточутливі нейрони, що реагують на зміну магнітного поля, були виявлені у голубів у базальному зоровому тракті. До цього магнетит знаходили тільки в області між носовими порожнинами і очницями, в оболонках навколо нюхового нерва.
Дещо пізніше Вілтчко виявили, що молоді голуби (молодші за 80-добовий вік), які ще не здійснювали тренувальних польотів навколо голубника, здатні повертатися додому після завезення тільки в тому випадку, якщо мали можливість під час перевезення отримувати нормальну інформацію в геомагнітному полі. У тому випадку, якщо їх перевозили у порушеному геомагнітному полі, після випуску вони спостерігали дезорієнтацію. Вілтчко припустили, що молоді нетреновані голуби збирають інформацію під час перевезення та після випуску використовують її для повернення додому, здійснюючи шлях, зворотний до маршруту завезення. Однак якщо перевозили при порушеному магнітному полі голубів старшого віку, які вже мали досвід тренувальних польотів, вони правильно визначалинаправлення до будинку після випуску. Вілтчко дійшли висновку, що досвідчені голуби переходять до використання «навігаційної карти», встановлюючи напрямок до будинку за параметрами точки випуску, чого не можуть робити ненавчені голуби.
Які чинники чи параметри використовують птахи для побудови «навігаційної карти»? На сьогодні це найважливіше та найважче питання у всій проблемі навігації птахів. Багато дослідників протягом майже 40 років намагаються отримати відповідь на нього, але, на жаль, поки що безрезультатно. Горішок виявився дуже міцним. Ні орнітологам, ні фізикам, ні вченим інших спеціальностей не вдалося його поки що розколоти. Звичайно, цю складну проблему рано чи пізно вчені вирішать, але поки що доводиться обходитися лише гіпотезами. В даний час найбільш цікавою є бікоординатна гіпотеза, згідно з якою для навігації птиці використовують вертикальну складову магнітного поля Землі та ізолінії сил тяжіння, які сходяться до різних полюсів, магнітного та географічного, віддалених один від одного приблизно на 2 тис. км. В результаті утворюється координатна сітка, яку птахи можуть використовувати під час навігації (див. рис. 29). Недоведеною залишається здатність птахів вимірювати відмінності у силі земного тяжіння та земного магнетизму. Доведено поки що лише здатність птахів до орієнтації (вибору компасного напряму) з використанням магнітного поля Землі. У цьому вони орієнтуються за його полюсами, а за напрямом відмінювання. Показано, що здатність до магнітної орієнтації у птахів уроджена і проявляється в онтогенезі незалежно від інших факторів, що орієнтують, наприклад астроорієнтирів (Сонця і зірок).
Непрямим підтвердженням того, що магнітне поле Землі може використовуватися птахами для навігації, є результатами дослідів, що свідчатьу тому, що у районах магнітних аномалій здатність до хомінгу вони істотно порушується. Більшість досліджень зазначено достовірне порушення орієнтації як у районах слабких, і сильних аномалій. Погіршення хомінгу відбувається при флуктуаціях природного магнітного поля, викликаних посиленням сонячної активності.
Однак не всі дослідники погоджуються з гіпотезою магнітної навігації. Італійські дослідники на чолі з Ф. Папі та західнонімецький орнітолог Г. Вальраф вважають, що основною інформацією для навігації голубів та інших птахів є ольфакторна інформація. Перебуваючи в голубнику, птахи пов'язують запахи, що приносяться вітром, з його напрямком і складають таким чином «ольфакторну карту» околиць. При завезенні вони аналізують запахи у місці випуску та визначають напрямок до будинку. Зображення «ольфакторної карти» може бути блоковано або спотворено захистом від вітру голубника екранами. У таких випадках голуби при завозах не можуть вибрати правильний напрямок на «будинок» і погано повертаються. Ці дослідники вважають, що штучно у голубів можна розвинути додаткові не ольфакторні способи орієнтації (по топографічним орієнтирам та магнітному полю), які покращують орієнтацію стартового напрямку, але не сприяють корекції курсу польоту. Однак більшість інших дослідників не виявляють у своїх дослідах таких порушень при виключенні нюху у голубів і вважають, що турбулентність та мінливість переміщення запахів суттєво обмежує можливість використання їх для навігації. Використання ольфакторного градієнта можливе лише за часовогопром сталості відповідних субстанцій. Однак навіть постійно діючі ольфакторні параметри зазвичай не мають достатніх градієнтів, тому відмінності не можутьбути сприйняті на відстанях кілька сотень кілометрів. Короткочасні джерела запаху з сильними градієнтами варіюють у часі та просторі і не є стабільною інформацією. П. Джеймс провів спостереження та експерименти щодо з'ясування здатності малих буревісників знаходити свої нори у гніздовий період. Він виявив, що, незважаючи на підліт до суші проти вітру, рух до гнізда після посадки здійснюється за випадковим азимутом, що свідчить, на його думку, проти використання нюхом птахами. Виявлення гнізда утруднювалося у разі порушення видимої мікроландшафтної обстановки навколо нори. Пошук нори, певне, здійснювався з допомогою зору, а чи не нюху.
Свого часу була висунута гіпотеза інерційної навігації, згідно з якою птиця при переміщенні здатна сприймати та реєструвати всі кутові прискорення, а потім після випуску летіти назад тим же маршрутом. Проте досвіди, коли голубів перевозили на підставках, що крутяться, або в барабанах, що обертаються, не підтвердили цю гіпотезу: птахи правильно визначали напрямок до будинку, як і контрольні особини, які не піддавалися подібному впливу. В інших дослідах голубів перевозили у стані глибокого наркозу, і вони також успішно поверталися додому.
Таким чином, поштові голуби мають досконалу систему навігації, що включає кілька механізмів, яка зазнає істотних змін у процесі становлення. Молоді птахи, які мали польотного досвіду, повертаються додому, використовуючи інформацію, зібрану під час переміщення, т. е. здійснюють «реверсію курсу». Зі збільшенням віку та досвіду вони переходять на використання «навігаційної карти» та «сонячного компасу», що дозволяє їм використовувати інформацію для визначення напрямку до будинкубезпосередньо у місці випуску.