ЦИФРОВАЯ БИБЛИОТЕКА УКРАИНЫ | ELIB.ORG.UA


(мы переехали!) Ukrainian flag (little) ELIBRARY.COM.UA - Украинская библиотека №1

ЛЕТЯТ ПЕРЕЛЕТНЫЕ ПТИЦЫ

АвторДАТА ПУБЛИКАЦИИ: 14 декабря 2013
АвторОПУБЛИКОВАЛ: Администратор
АвторРУБРИКА:




Пространственная ориентация животных занимает умы исследователей со времен древнегреческого философа и ученого Аристотеля. Действительно, большое количество различных видов птиц мигрирует с севера на юг и обратно, причем (как показал анализ кольцевания) они попадают в те же места гнездования, которые покинули год назад. А ведь путь, проделываемый ими, очень не близкий.

Например, у полярной крачки дорога от арктических островов до скал Антарктиды только в один конец занимает около трех месяцев, в течение которых она преодолевает 60 тыс. км. Золотистая ржанка летит над Тихим океаном от Аляски до Гавайских островов 40 ч без посадки независимо от погодных условий, перемещаясь на 3,5 тыс. км. Это, пожалуй, максимальная дальность беспосадочного полета птиц, известная ученым сегодня. Причем преодолевать такие гигантские расстояния зачастую приходится в условиях сплошной облачности или густого тумана (слепой полет), без ориентации по земной поверхности или небосводу.

А как объяснить, что птенцы кукушки, вскормленные приемными родителями, встав на крыло, совершают перелеты за тысячи километров в тропические районы и точно попадают в места зимовок, где встречаются со своими родичами, оказавшимися здесь несколькими неделями раньше. Аналогичная картина и с молодыми скворцами (разница одна: в места зимовок они прилетают раньше своих предков).

Или, к примеру, североамериканские бабочки данаиды отправляются на юг за 4000 км и там размножаются, причем многократно. Значит, обратно возвращаются особи на несколько поколений моложе не только своих родителей, но и бабушек.

Исследования многочисленных миграций различных представителей фауны (птиц, бабочек, пчел, лягушек и др.) привели к выводу: они, во-первых, должны точно "знать" свои зимние и летние "дома" и, во-вторых, иметь надежный, всепогодный биологический компас, определяющий нужный им азимут с точностью до единиц угловых секунд. Какая информация о конечных пунктах путешествий хранится у отдельных видов, рассмотрим несколько позже, а сейчас обратимся к системе ориентации.

Одна из выдвинутых гипотез предполагала использование для этой цели магнитного поля Земли. Казалось бы, в ее поддержку говорило то, что в организме самых разных представителей фауны были найдены магнитные частицы биологического происхождения (гранулы биогенного магнетита). Их обнаружили американцы у рабочих пчел (Д. Гоулд, 1978), почтовых голубей (Б. Уолкот, 1979), бабочек-монархов (Б. Мак-Фалден и Д. Джонс, 1982), морских черепах (Э. Перри, 1982) и т. д. Если магнитное поле планеты на эти гранулы действует упорядочивающе, то детектирование нервной системой средней ориентации этих структур может служить основой "компасного чувства". Но для этого необходимо, чтобы в любом организме было от 10 5 до 10 6 соответствующих гранул, чего на самом деле нет.

Последнее опровергает вышеизложенную теорию, что и подтвердили многочисленные прямые эксперименты. Так, в одном из них на спины почтовых голубей укрепляли магнитные бруски, искажающие поле Земли вокруг птиц. Но это никак не повлияло на их ориентацию, и они успешно прилетали в свою голубятню, как и контрольные особи. Есть и внешний фактор, который окончательно "хоронит" сделанное предположение. Ведь магнитное поле планеты достаточно изменчиво в пространстве и его склонение колеблется в широких пределах - от 40 в восточном направлении (Северная Америка) до 60 в западном (Гренландия). И лишь на линиях нулевого значения последнего показателя, а их на земном шаре всего две, стрелка компаса показывает точно на север. Более того, характеристики магнитного поля непостоянны и во времени. Они испытывают суточные, месячные и годовые флуктуации, то и дело возмущаются магнитными бурями (вот почему, кстати, приходится ревизовывать геомагнитные карты каждые 5-10 лет).

Помимо рассмотренной, были предложены еще гипотезы пространственной ориентации животных

--------------------------------------------------------------------------------
Статьи данной рубрики отражают мнение автора (прим. ред.)
--------------------------------------------------------------------------------
(инерционная, по ландшафтным признакам, по инфракрасной радиации, астрономическая и др.). Однако ни одна из них тоже не в состоянии исчерпывающе объяснить суть миграционного процесса, совершаемого в одиночку или в стае и на любые расстояния. И ничего странного в этом нет: они используют нестабильные в пространстве и времени флуктуирующие, зачастую непредсказуемые ориентиры, обладающие свойствами однонаправленного вектора и однополярной информативностью, а следовательно, легко подверженные искажениям. Как же все происходит на самом деле?

В своих предположениях, а в дальнейшем - расчетах и опытах автор статьи попытался избежать ошибок предшественников. Сначала были выявлены и проанализированы неизменяемые характеристики и свойства околоземного пространства, способные служить безусловными ориентирами для мигрирующих птиц, насекомых и др. Затем удалось обнаружить и "биологический компас", не только абсолютно точно определяющий место нахождения особи в конкретный момент времени, но и руководящий ее перемещением во все время миграции и, в конечном счете, обеспечивающий "точное попадание" в заданный пункт назначения. Теперь этот "навигатор" досконально изучен, и уже делаются попытки реализовать принцип его действия в промышленности. Впрочем, обо всем по порядку.

На любое материальное тело, в том числе и биологические объекты, в каждой конкретной точке околоземного пространства действуют лишь две постоянные силы, направление и величина которых не зависят ни от времени года, ни от состояния погоды, ни от любых других факторов - это притяжение Земли (оно направлено к ее центру) и сила вращения планеты с запада на восток. Причем первое плавно увеличивается от экватора к полюсу, вторая - наоборот. Кроме того, линейная скорость вращения любой точки зависит от того, на каком расстоянии от Земли она находится (чем больше радиус вращения, тем больше ее величина). И еще. Эти силы имеют разный физический характер, не накладываются друг на друга и поэтому воспринимаются животными по отдельности. А теперь попытаемся понять, как летит птица с учетом действия вышеназванных факторов.

Взмахивая крыльями, пернатые придают себе поступательное движение в нужном направлении (вперед) и преодолевают силу притяжения Земли. При этом центр их тяжести периодически то поднимается, то опускается и, казалось бы, траектория полета должна иметь синусоидальный характер. Однако это не так, ибо птица, наряду с двумя названными движениями, участвует еще и в третьем, обусловленном действием силы вращения планеты. В результате чего пернатые, в зависимости от своего расстояния от Земли, отклоняются по линии восток-запад на разную величину.

Если же за точку отсчета взять среднее положение (крылья параллельны Земле), то по отношению к нему птица постоянно совершает колебания в горизонтальной плоскости (запад-восток или восток-запад). Причем эти колебания имеют периодический характер и сдвинуты по отношению к вертикальным таким образом, что там, где у одних максимум, у других - ноль и т.д. Если сложить все три движения, в которых одновременно участвует птица, то окажется: траектория ее полета представляет спираль, вытянутую вертикально.

Итак, "физику" полета пернатых можно представить настолько, чтобы определить неизменяемые во времени характеристики, служащие путеводной звездой их биологическому компасу. Впрочем, о них мы уже говорили: это силы земного притяжения и инерции, причем последняя определяет линейную скорость перемещения особей в любой точке пространства. А сейчас пора перейти к описанию загадочного биологического компаса и посмотреть, как животные-мигранты определяют свое местонахождение в конкретный момент времени и управляют движением.

Любой прибор, используемый для ориентации, начинает действовать и указывает правильное направление, если расположен строго горизонтально, т.е. находится на стабилизированной площадке. У птиц эту функцию выполняет голова. В ней (конкретно во внутреннем ухе) находится вестибулярный аппарат - анализатор пространства, руководящий их ориентированным полетом.

Он состоит из трех так называемых полукружных взаимно перпендикулярных каналов (передний, задний и горизонтальный), имеющих форму трубок и заполненных особой жидкостью - эндолимфой. Кроме того, здесь есть два парных (слева и справа) образования: овальный мешочек - утрикулюс и сферический - саккулюс. Все это вместе не что иное, как гравитационно- инерциальные миниатюрные сенсорные "приборы". Их основу составляют волосковые клетки-рецепторы, чутко реагирующие на воздействие соответствующих сил и малейшее их изменение. Часть внутренней поверхности утрикулюса и саккулюса (там, где находятся ре-цепторные клетки) покрыта эластичной тканью - эпителием. Причем у первого она расположена горизонтально, у второго - вертикально. В непосредственной близости от эпителия как бы плавает желеобразная мембрана, наполненная множеством мельчайших известковых камней - отолитов (она и называется - отолитовая) и охватывающая кончики волосковых рецепторов. Все остальное свободное пространство мешочков заполнено эндолимфой. Плотность ее в три раза меньше, чем у отолитов. Поэтому при ускорении полета птицы, а следовательно, и рецепторного эпителия подвижная отолитовая мембрана из-за инерции отстает от движения эндолимфы, что вызывает изгиб пучка волосков. При смещении кончиков последних лишь на 10 -10 -10 -11 м клетки уже начинают реагировать и генерируют электрический сигнал на соответствующий нейрон головного мозга.

Нужно отметить одну важную особенность. Вершина пучка волосков каждой клетки - киноцилия - определенным образом ориентирована в пространстве (морфологически поляризована). И когда направление раздражающего воздействия (сила инерции, противоположная ускорению) совпадает с ориентацией киноцилий, рецептор вырабатывает максимальный сигнал. Если между ними образуется некоторый угол, реакция волосков уменьшается, а если он равен 90, вообще исчезает.

При самоориентации птицы в пространстве функции утрикулюса и саккулюса строго распределены: первый контролирует ее положение и руководит направлением полета в горизонтальной плоскости, второй определяет широту местонахождения. Вместе же они во время всего полета удерживают голову особи в строго горизонтальном положении, тем самым превращая последнюю в стабилизированную платформу биологического компаса.

Несколько иначе передается механическое раздражение на киноцилии в упомянутых ранее полукружных каналах. В каждом из них имеется расширенная часть - ампула. Поперек нее, как мембрана, лежит слой эластичной ткани, покрытый студенистым веществом - купулой, в которую погружены пучки рецепторных волосков. При угловом ускорении, стоит птице в силу каких-то причин повернуть или опустить (поднять) голову, эндолимфа в результате инерции отстает от этого движения и давит на купулу. Она в свою очередь воздействует на киноцилию, заставляя ее изгибаться. В итоге соответствующий сигнал поступает в головной мозг, который возвращает голову в исходное положение.

Ну, а как с помощью биологического компаса происходит ориентация в пространстве и управление полетом? Уже говорилось, утрикулюс имеет овальную форму, и повторяющие ее отолитовая мембрана и сенсорная матрица расположены в горизонтальной плоскости. В свою очередь последняя состоит из огромного числа волосковых клеток, размещенных не хаотично, а радиально по всему кругу, причем "радиусы" находятся друг от друга так часто, что углы между ними составляют всего несколько секунд. Вдоль них морфологически поляризованы киноцилии клеток, но в определенный момент возбуждаются только те, которые совпадают с направлением реверсных колебаний особи "восток-запад". А поскольку биологический компас "включается" с первым взмахом крыла, то птица постоянно и точно чувствует направление своего движения и, при необходимости, его корректирует. В то же время саккулюс контролирует малейшее изменение силы земного притяжения (а она напрямую зависит от широты) и при достижении цели полета дает сигнал на посадку.

Так как же пернатые узнают, под каким азимутом им нужно вылетать и на какой широте садиться? Многочисленные наблюдения и эксперименты орнитологов позволяют сделать вывод: необходимая информация заложена у них генетически. Один из интереснейших опытов, подтверждающих это, заключался в том, что представителей некоторых видов птиц в клетках отправляли очень далеко от гнезда (на несколько часовых поясов). Там их выпускали. И в процессе миграции они взлетали точно под тем же азимутом, что и контрольные экземпляры на родном гнездовье. Мало того, приземлялись и те, и другие птицы на одной и той же широте, однако на расстоянии, равном месту первоначального их старта. Далее специалисты подметили: прежде чем отправиться в путь, пернатые около гнезда делают три неполных круга радиусом по 150-200 м, и лишь затем ложатся на курс. Но это отнюдь не ритуал прощания с родиной, как считают неспециалисты. Во время данной процедуры "прорабатываются" все радиусы утрикулюса, на которых расположены волосковые клетки, попеременно занимая положение, совпадающее с направлением "запад-восток". При этом его киноцилии вырабатывают максимальный по мощности сигнал, фиксируя азимут полета птицы в данный конкретный момент. Совпадение с генетически заложенным и определяет первоначальное направление полета особи. Первые два круга у них контрольные, с третьего они отправляются в путь. И какие бы препятствия им ни встречались (скажем, любые погодные условия, необходимость ночевать в местах, расположенных вдалеке от основного направления движения), ежесекундно работающий биологический компас всегда покажет верную дорогу.

Итак, автор предлагает гипотезу механизма автономной ориентации и навигации животных (сказанное ранее распространяется на все виды позвоночных). Чувствительность биологического компаса находится в прямой зависимости от массы отолитовой мембраны утрикулюса и в обратной - от жесткости ее подвески. Угловая разрешающая способность этого самоуправляемого "прибора" определяется количеством сенсорных волосковых клеток, чьи оси максимально чувствительны и расположены в радиальных направлениях по всему кругу. Полетное задание у мигрирующих птиц вводится в процессе круговых облетов над гнездом, а текущие координаты контролирует центральная нервная система с помощью саккулюса и утрикулюса, анализирующих силу земного притяжения и азимут полета в данный конкретный момент.






 

Биографии знаменитых Политология UKАнглийский язык
Биология ПРАВО: межд. BYКультура Украины
Военное дело ПРАВО: теория BYПраво Украины
Вопросы науки Психология BYЭкономика Украины
История Всемирная Религия BYИстория Украины
Компьютерные технологии Спорт BYЛитература Украины
Культура и искусство Технологии и машины RUПраво России
Лингвистика (языки мира) Философия RUКультура России
Любовь и секс Экология Земли RUИстория России
Медицина и здоровье Экономические науки RUЭкономика России
Образование, обучение Разное RUРусская поэзия

 


Вы автор? Нажмите "Добавить работу" и о Ваших разработках узнает вся научная Украина

УЦБ, 2002-2020. Проект работает с 2002 года. Все права защищены (с).
На главную | Разместить рекламу на сайте elib.org.ua (контакты, прайс)