Миграции птиц и их навигационные механизмы

Содержание

1. 1. Феномен миграций: масштаб и значение3
2. 2. Маршруты и сроки: географические закономерности5
3. 3. Навигационные механизмы: компас и карта7
4. 4. Выживаемость и угрозы в пути9
5. Список литературы11

1. Феномен миграций: масштаб и значение

Миграции птиц, явление планетарного масштаба. Ежегодно миллиарды особей покидают привычные места обитания, чтобы преодолеть расстояния от нескольких сотен до десятков тысяч километров. Это строго организованный процесс, охватывающий до 40% всех видов птиц планеты. Каждую осень арктические крачки отправляются в путь к антарктическим льдам, а кулики, гнездящиеся в Сибири, добираются до Австралии и Новой Зеландии. Подобные маршруты затрагивают все континенты без исключения.

Принято различать несколько типов миграций. Регулярные сезонные перемещения происходят дважды в год, связывая гнездовой ареал с районом зимовки, и отличаются высокой точностью сроков и направлений. Однако существуют и нерегулярные формы. Инвазии, или иррапции, характерны для видов с нестабильной кормовой базой, например, для клестов или кедровок, когда неурожай семян заставляет птиц массово покидать привычные районы в поисках пищи. Кочевки, в отличие от дальних перелетов, не имеют фиксированных маршрутов и строгих сроков: птицы перемещаются в пределах своего региона в ответ на изменения доступности корма. Отдельно выделяют частичные миграции, когда только часть популяции (чаще молодые особи или самки) отправляется на зимовку, тогда как другая остается на гнездовой территории круглый год.

Эволюционный смысл этих перемещений глубок. Миграция позволяет виду избежать сезонного дефицита ресурсов: перелетные птицы получают доступ к изобилию насекомых в высоких широтах летом и к теплу и корму в тропиках зимой. Такая стратегия открыла птицам возможность осваивать территории с суровыми зимами, которые оседлые виды использовать не могут. Плата за это высока: энергетические затраты на перелет колоссальны, а смертность в пути значительна, особенно среди молодых птиц, совершающих свой первый перелет без помощи родителей.

Изучение миграций давно вышло за рамки простого описания перелетов. Сегодня это междисциплинарная область, соединяющая экологию, физиологию и эволюционную биологию. Данные о перемещениях птиц позволяют оценить состояние популяций, выявить узловые точки на пролетных путях и понять, как виды реагируют на изменения климата. Особую остроту этим исследованиям придает то, что значительная часть мигрантов сокращает свою численность. Без знания их маршрутов и требований к местам остановок невозможно разработать эффективные меры охраны. Наблюдения за смещением сроков прилета и отлета служат индикатором глобального потепления, а анализ путей расселения видов помогает реконструировать историю формирования фаун.

Все эти аспекты ставят перед исследователями ряд конкретных вопросов. Главный из них касается навигации: как птицы находят дорогу между континентами, порой не имея визуальных ориентиров на протяжении тысяч километров? Какие сенсорные системы и когнитивные способности задействованы в этом процессе, и как они взаимодействуют между собой? Ответы на эти вопросы лежат на стыке физиологии и этологии, а их поиск требует привлечения самых разных методов, от мечения и спутникового слежения до лабораторных экспериментов. Последующие главы будут посвящены анализу этих механизмов, а также факторам, определяющим выбор маршрутов и успех выживания в пути.

2. Маршруты и сроки: географические закономерности

Маршруты перелетов распределены по карте неравномерно. Они тяготеют к определенным географическим структурам, которые служат птицам визуальными и экологическими ориентирами. Побережья, долины крупных рек и горные хребты формируют естественные «направляющие линии», вдоль которых движутся потоки мигрантов. Особенно показательны в этом отношении пролетные пути журавлей, которые следуют руслам рек, и куликов, придерживающихся береговой линии. В результате таких привязок складываются два типа пространственной организации перелета: широкий фронт и узкий коридор. При широком фронте птицы движутся параллельными курсами на огромной площади, не сбиваясь в плотные группы. Так летят, например, многие виды славок и пеночек над равнинами Европы. Коридоры же, напротив, концентрируют миграционные потоки в ограниченном пространстве. Это происходит над Панамским перешейком, через который ежегодно пролетают миллионы хищных птиц.

Сроки миграций не являются произвольной величиной. Главным пусковым механизмом, запускающим осеннее и весеннее беспокойство, выступает фотопериод, изменение продолжительности светового дня. Однако внешний сигнал лишь запускает подготовку, тогда как конкретная дата вылета корректируется сиюминутными условиями. Резкое похолодание или, наоборот, теплая погода способны сдвинуть старт на несколько дней. Решающим фактором часто становится доступность кормовых ресурсов. Например, гуси, зимующие в Западной Европе, задерживаются на местах остановок до тех пор, пока на полях не растает снег и не появятся первые всходы озимых. Внутри одного вида сроки могут различаться. Популяции, гнездящиеся севернее, как правило, начинают осеннюю миграцию раньше, а весной прибывают на места размножения позже своих южных сородичей. При этом различия наблюдаются не только между популяциями, но и внутри них (взрослые птицы часто прилетают весной раньше молодых, поскольку они испытывают более

сильное давление отбора, связанное с занятием лучших гнездовых территорий).

Географические барьеры выступают тем фактором, который в наибольшей степени преобразует маршруты. Моря, пустыни и высокие горные хребты требуют от птиц колоссальных энергетических затрат. Пересечение Средиземного моря и Сахары, которые лежат на пути палеарктических мигрантов, вынуждает их совершать длительные беспосадочные перелеты. Мелкие воробьиные, такие как садовая славка, преодолевают Сахару за один бросок. Он может длиться до 30 часов без отдыха и кормежки. Перед таким броском птицы накапливают значительные жировые запасы, которые могут составлять до 50% от массы тела. Стратегии пересечения барьеров различаются. Одни виды выбирают кратчайший путь, рискуя остаться без сил. Другие, как, например, белый аист, избегают длительных перелетов над морем, используя восходящие воздушные потоки над сушей. В результате аисты летят не по прямой, а через Босфор и Гибралтар, удлиняя свой путь в два раза, но экономя энергию. Само существование таких обходных коридоров показывает, что маршрут миграции это результат компромисса между длиной пути, доступностью корма и необходимостью преодоления препятствий.

3. Навигационные механизмы: компас и карта

Ориентация перелетной птицы не сводится к простому следованию по видимым ориентирам. Когда ландшафт исчезает из виду, в дело вступают системы, оперирующие глобальными параметрами. Исследования, проведенные в том числе на вальдшнепах и славках в лабораториях Ленинградского университета, показали: птица способна определить направление даже в полной темноте, в замкнутой клетке, без единого луча света. Это возможно благодаря комплексной навигационной системе, состоящей из нескольких независимых «компасов» и «карты».

Магнитный компас остается наиболее загадочным элементом. Способность ощущать линии напряженности геомагнитного поля была доказана экспериментально: при изменении направления поля менялось и направление, которое выбирала птица. Носителями магниторецепции, по всей вероятности, выступают кристаллы магнетита в клюве. Существует, впрочем, и альтернативная гипотеза. Согласно ей, в сетчатке глаза есть светочувствительные белки, криптохромы. При попадании на них света они образуют радикальные пары, чувствительные к магнитному полю. Этот механизм позволяет птице буквально «видеть» линии поля как некий узор.

Второй по значимости механизм, солнечный компас, работает иначе. Птица использует положение солнца на небе, но не как неподвижную точку, а с поправкой на его суточное движение. Светило движется по дуге со скоростью примерно 15 градусов в час, и птица обязана эту скорость учитывать. Здесь вступают в действие внутренние биологические часы, циркадные ритмы, которые сверяют видимое положение солнца с внутренним ощущением времени. Сбои в работе этих часов, вызванные экспериментально, приводили к предсказуемым ошибкам в выборе направления.

Ночным мигрантам, таким как славки и камышевки, солнце недоступно. Им на помощь приходит звездный компас. Классические опыты Стивена Эмлена в

планетарии показали, что молодые птицы, впервые увидевшие небо, запоминают не конкретную звезду, а общую конфигурацию созвездий и центр вращения небесной сферы. Если вращение неба имитировалось вокруг неправильной точки, птицы корректировали свой выбор направления относительно этой новой точки. Звездный компас не врожденный, он формируется в первые месяцы жизни.

Однако наличие компаса не отвечает на главный вопрос: как птица понимает, куда именно ей нужно лететь, чтобы попасть на зимовку, а не просто на север или юг? Компас задает ось, но не координаты. Для этого существует механизм «карты». Эта способность позволяет определять собственное местоположение относительно цели. Наиболее убедительная модель предполагает использование магнитных градиентов. Поле Земли неоднородно: напряженность и наклонение силовых линий меняются от полюса к экватору и от материка к материку. Птица, как показали работы петербургских орнитологов, способна считывать эти параметры и сопоставлять их с неким внутренним шаблоном, формируя представление о географических координатах.

Дополнительным источником информации для «карты» может служить обоняние. Эксперименты с голубями, которым перекрывали доступ к запахам, показывали потерю способности находить дорогу к дому на больших дистанциях. По-видимому, птицы запоминают характерные запахи, приносимые ветром из определенных регионов, и используют их как маркеры. В реальной миграции все эти системы работают не изолированно, а в комплексе, дополняя и корректируя друг друга. Солнце и звезды дают грубое направление, магнитное поле уточняет его. «Карта» же позволяет вносить поправки в маршрут, возвращая птицу на верный путь даже после сильного сноса ветром.

4. Выживаемость и угрозы в пути

Миграция, это не только триумф навигации, но и жесткое испытание на прочность. Даже идеально настроенный компас не спасет птицу, если к началу пути она истощена или погода ломает все планы. Успех перелета складывается из трех слагаемых: стартовые жировые запасы, метеорологическая обстановка и сеть безопасных остановок. Мелкие воробьиные, например, перед броском через Средиземное море удваивают свою массу, накапливая до десяти граммов жира. Этих запасов хватает на 30-40 часов непрерывного полета, и любая задержка из-за встречного ветра означает гибель.

Погода действует как фильтр, отсеивая слабых. Резкое похолодание или штормовой фронт могут вынудить птиц сбиться с курса и потратить драгоценную энергию на маневрирование. Исследователи фиксировали случаи, когда внезапные снегопады в Европе убивали до половины популяции некоторых видов ласточек, не успевших уйти на юг. Поэтому остановки для кормежки становятся не роскошью, а условием выживания: заливные луга, илистые отмели и поймы рек, это заправочные станции, где птица восстанавливает силы за несколько дней.

Однако в XXI веке природа перестала быть главным врагом. Антропогенные угрозы убивают птиц быстрее, чем голод и непогода вместе взятые. Столкновения с остекленными фасадами небоскребов и линиями электропередач ежегодно уносят жизни сотен миллионов особей только в Северной Америке. Ночные мигранты дезориентируются в свете искусственных огней городов: они кружат вокруг подсвеченных башен, пока не падают от истощения. Ветряные турбины, расположенные на пролетных путях, добавляют к этому списку еще десятки тысяч жертв.

Загрязнение среды действует более коварно. Пестициды, накопленные в насекомых, снижают репродуктивный успех: самки откладывают яйца с истонченной скорлупой или вовсе не могут выкормить птенцов. Свинцовая

дробь, оставшаяся на охотничьих угодьях, отравляет водоплавающих птиц, которые заглатывают ее вместе с галькой для пищеварения. А изменение климата ломает временные графики: почки деревьев распускаются раньше, пик численности гусениц смещается, и птицы прилетают на места гнездования, когда кормовая база уже истощена. Ученые из Института орнитологии Макса Планка подсчитали, что некоторые виды мухоловок за последние 30 лет не смогли синхронизировать свой прилет с пиком доступности насекомых, что привело к сокращению их популяций на 90%.

Потеря местообитаний усугубляет все остальные риски. Осушение болот вдоль пролетного пути «Восточная Атлантика» превратило некогда богатые кормовые угодья в пашни и свалки. Перелетные кулики, которые раньше останавливались там для пополнения запасов, теперь вынуждены лететь дальше без отдыха, и многие не долетают до цели. Аналогичная ситуация складывается в дельте Нила и на зимовках в тропической Африке, где вырубка лесов уничтожает места ночевок европейских славок и камышевок.

Решение проблемы лежит за пределами компетенции одной страны. Птицы не признают государственных границ, поэтому охрана должна быть транснациональной. Конвенция о мигрирующих видах диких животных (Боннская конвенция) и соглашение AEWA по водоплавающим птицам Африки и Евразии создают правовые рамки для защиты ключевых остановок. Сеть «Живая Европа» (Natura 2000) уже включает десятки участков, специально выделенных для мигрантов, но этого мало. Требуется маркировка ЛЭП светоотражающими устройствами, отключение подсветки небоскребов в пик перелетов и создание буферных зон вокруг крупных водно-болотных угодий. Без таких мер, как показывают данные BirdLife International, численность перелетных видов продолжит падать на 2-3% ежегодно, и через два десятилетия многие привычные нам птицы исчезнут с неба навсегда.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ориентация и навигация мигрирующих птиц — https://www.zin.ru/rybachy/chernetsov-pdf/Chernetsov_ZJ_2016.pdf

2. Как птицы учатся использовать звезды, чтобы найти дорогу домой — https://biomolecula.ru/articles/kak-ptitsy-uchatsia-ispolzovat-zvezdy-chtoby-naiti-dorogu-domoi

3. Учёные узнали, как птицы ориентируются по магнитной карте — https://spbu.ru/news-events/novosti/prirodnyy-navigator-uchenye-uznali-kak-pticy-orientiruyutsya-po-magnitnoy-karte

4. О птичьих перелётах — https://birdsrussia.ru/about/articles/e-d-krasnova-o-ptichikh-pereletakh/

5. Bird migration research today: some achievements and new challenges — https://www.zin.ru/journals/trudyzin/doc/vol_327_4/TZ_327_4_Chernetsov_2.pdf

6. Тезисы II научной конференции «Ориентация и навигация животных» — http://www.spsl.nsc.ru/FullText/konfe/NavigAnim2019.pdf

7. Миграция птиц — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%86

8. Migration: Orientation and Navigation — https://www.sandiegocounty.gov/content/dam/sdc/pds/ceqa/JVR/AdminRecord/IncorporatedByReference/Section-2-3---Biological-Resources-References/Emlen,%20S.T.%201975_Migration%20Orientation%20and%20Navigation.pdf