Az utazó madaraknak, amelyek vándorlási tartománya valóban bolygó jellegű, a földgömb és a környező tér alapvető fizikai tulajdonságai miatt globálisan orientált mezőkre kell támaszkodniuk. Különösen sok vágya van a vándorló madarak tájolásának mechanizmusainak megértésére olyan geomágneses teret létrehozva az ornitológusok körében, amelynek jelenléte megkülönbözteti a Földet a Naprendszer legközelebbi bolygóitól.
A madárvándorlás mechanizmusai
Bizonyos mértékű konvencionalitással a Földet óriási mágneses labdának lehet képzelni. A gömb felületének minden pontján van egy mágneses mező, amelynek irányát könnyen meg lehet határozni az iránytű segítségével, amely mindig a mágneses pólus felé néz. Emlékezzünk arra, hogy a bolygó mágneses pólusai kissé távol esnek a térképen vagy földgömbön rajzolt földrajzi pólusoktól, amelyeken a Föld forgási tengelye áthalad.
A hagyományos iránytű nyílja csak jobbra és balra mozog, tehát csak a mező vízszintes elemének irányát mutatja, a mágneses meridián mentén a Föld mágneses pólusához irányítva. A földi mágnesesség erõi azonban nem csak a vízszintes síkban, hanem a bolygó középpontja felé is hatnak, vagyis a mágneses térnek van vertikális vagy, mint mondják, gravitációs komponense is. Ha az iránytű minden irányba mozoghat, beleértve felfelé és lefelé is, akkor az pozíció észrevehetően megváltozik, amikor az egyenlítőtől a pólusokig mozog.
Az Egyenlítőn szigorúan párhuzamosan helyezkedne el a Föld felületével, azaz teljesen vízszintesen, mágneses végével szigorúan észak felé mutatva. Amint elhalad az Egyenlítőtől, a vízszinttől való eltérése észrevehetőbbé válik, és végül az északi póluson a nyíl a bolygó központjához fordul, vagyis függőlegesen emelkedik. A déli mágneses póluson a nyíl szintén függőleges pozíciót fog foglalni, de a mágnesezve lévő „északi” vége szigorúan felfelé néz. Így egy ilyen eszközzel rendelkező iránytű nemcsak az északi irány jelzésére, hanem a meridiánon való helyzetének meghatározására, azaz a szélességi mutatóra utalhat.
A vándorló madarak mágneses tájolásának hipotézise
Használhatják-e a madarak a földi mágnesességet ugyanúgy, mint a hagyományos iránytűt, amelynek nyílának, a mágneses mező vízszintes elemének betartásával, mindig észak felé kell néznie? Képesek-e a madarak érezni és értékelni ezt az összetevőt? A vándorló madarak mágneses tájolására vonatkozó hipotézist a Szentpétervári Akadémia akadémikusa, A. Middendorf fogalmazta meg több mint száz évvel ezelőtt, azonban kísérleti ellenőrzésének valódi lehetőségei a tudósokban csak az utóbbi években jelentkeztek.
A madárvándorlás tanulmányozásának módszere
Kiderült, hogy a fejükön vékony fémhuzalból készült spirálokkal ellátott galambok, amelyek miniatűr akkumulátorokon átmenő árammal áramoltak át felhős időjárási kísérletek során, nem tértek vissza haza. Tiszta időben a megszokott napelemet használták és magabiztosan a galamb felé fordultak, egyáltalán nem szomorúak, hogy a fejüket körülvevő mágneses mezők irányának semmi köze sincs a földi mágnesesség irányához.
Felhős időben a fejükön lévő spirálokkal rendelkező galambok durva hibákat követtek el a pálya megtervezésekor, és bárhová is mentek, míg a spirálok nélküli galambok nem tapasztalták észrevehető nehézségeket. A mai napig sokkal több bizonyíték van arra, hogy a madarak képesek mágneses iránytű használatára. Sokkal több kétséget okozott eddig a madarak azon képessége, hogy a mágneses mező gravitációs komponensét használják helyük meghatározására.
Földforgás és a madárvándorlás
Egyszer azt is javasolták, hogy a madarak rendelkezzenek navigációs módszerekkel, amelyek a Coriolis erők felhasználásán alapulnak. Ezek az erők a földgömb forgása miatt merülnek fel; növekednek a pólus és az egyenlítő közötti irányban a földgömb felületén elhelyezkedő pontok forgási sebességének növekedésével összhangban. A Coriolis-erők bolygóbeli léptékének globális megnyilvánulása a meridiációs irányban folyó folyók partjának kimosódása és a gigantikus légköri örvények csavarása. Ezeknek az erőknek a felhasználása a giroszkóp tervezésén alapszik - egy eszköz, amely egy légi jármű vagy tengeri hajó bármely helyzetében spontán módon a földrajzi meridián mentén áll. A Coriolis erők alkalmasak a földrajzi szélesség meghatározására egy féltekén belül tőlük.
Ha hozzáadunk egy újabb helyjelzőt, például a Föld mágneses mező egyik összetevőjét, akkor a kívánt rendszert két koordinátából kaphatjuk (a mágnesesség és a forgás tengelyei közötti eltérés miatt), amely lehetővé teszi egy mágneses gravitációs térkép létrehozását. A számítások azonban azt mutatták, hogy ahhoz, hogy a madarak észrevegyék, a Coriolis-erő továbbra is túl kicsi, és különösen reménytelenül átfedésben van és elfedik azokat a gyorsulásokat, amelyek a madár repülését befolyásolják (felszálláskor, gyorsulás vagy lassulás alatt, sőt, amikor a repülési sebesség vagy az űrbeli helyzet változása).
Madár navigáció
A különbség az iránytű tájolása és a navigáció között
A cél elérése két összetevőből áll. Egyrészt az iránytű-orientáció - az a képesség, hogy hosszú ideig fenntartsa a választott útvonalat, másrészt - a navigáció - az a képesség, hogy két pont között egy útvonalat ábrázoljon koordinátáik összehasonlítása alapján, azaz a memóriában tárolt térképen.
Az egyszerű iránytű-orientáció és a navigáció közötti különbségeket a seregély szállításának tapasztalata szemlélteti. Több ezer madarat fogtak el és gyűrűztek, Hollandiából Svájcba szállítottak és szabadon engedtek. A fiatal madarak, akik életükben első vándorlást hajtottak végre, Svájcból délnyugatra mentek. Sikerült kiválasztani a helyes irányt, de végül eltértek a trendektől, és észrevehetően délre voltak attól a helytől, ahová vezettek, és ennek megfelelően nem volt más választásuk, mint télen Spanyolországban és Franciaország déli régióiban.
Az iránytű szerint a fiatalok helyesen tájékozódtak, de a seregélyek nem engedhetik meg maguknak, hogy helyesbítsék a szokásos útvonaltól való eltérést. A felnőtt seregélyek, akik már rendelkeznek migrációs tapasztalattal, tökéletesen megmutatták, hogy kiváló mesterlövész navigációval rendelkeznek. Képesek voltak navigálni, és azonnal új utat állítottak fel az északnyugati és a nyugati irányban, és ennek eredményeként könnyen elérték a szokásos telelődésüket.
A különbség a felnőtt és a fiatal madarak térbeli tájolása között
Mi a különbség a felnőtt és a fiatal madarak térbeli tájolása között? Valószínűsíthető, hogy a fiatal állatok téli mozgalma, melyet életük során először túllépnek, elsősorban ösztönös viselkedési programoknak van alárendelve. Más szavakkal: a fiatal seregély veleszületett képességgel képes repülni a telelő irányába, és nagyon pontosan elképzeli, milyen távolságot kell megtennie ahhoz, hogy elérje őket.
Egy másik dolog a felnőtt madarak, akik már meglátogatták a téli apartmanokat, és ott bizonyos információkat kaptak. Melyik a legnehezebb és legfontosabb kérdés, amelyre még nem létezik pontos válasz. Ez bármilyen csillagászati vagy geofizikai információ lehet, amelyen keresztül a világ bármely pontjának egyedi tulajdonságát meg lehet adni. Tehát egy felnőtt madár valószínűleg képes összehasonlítani a tárolt telezési információkat a helyére vonatkozó aktuális információkkal.Minden további technológiai kérdés, és mindenki számára egyszerű feladat, aki ismeri az iránytűvel történő orientáció készségét.
A galambok képessége megtalálni a házhoz vezető utat
A galambok lenyűgöző képessége, hogy utat találjanak a házhoz, az ősidők óta ismertek. Az ókori perzsa, asszír, egyiptomi és föníciai seregek küldtek üzeneteket galambokkal folytatott kampányokból. Mindkét világháború alatt a galamboszlop olyan szolgálatot nyújtott, hogy Brüsszelben és a francia Lyon városában a tollas levélhordozók tiszteletére emlékműveket állítottak fel. A versenyek során a galambokat 150-1000 kilométerre szállítják és engedik el. A madaraknak a galambba való visszatérésének idejét speciális eszközökkel kell rögzíteni. Jól kiképzett galambok repülnek a házba átlagos sebességgel 80 kilométer óránként, ezek közül a legjobb napi 1000 kilométert képes legyőzni.
A galambok harmadik emlékműjét még nem építették, ám régóta megérdemelték őket, mivel kiemelkedően hozzájárultak a madarak orientációjának tanulmányozásához. Kiderült, hogy például a galambok a legerősebb "rövidlátás" ellenére távolról visszatérhetnek a galambothoz. A „myopic” madarakat a kísérlet időtartama alatt készítettük, szemükre matt kontaktlencséket helyezve, amelyek lehetővé tették a legközelebbi tárgyak csak kontúrjainak megkülönböztetését. És ilyen lencsékkel a galambokat 130 km-re feladták a galambtól. A félvak vak madarak felfelé szárnyaltak, és hatalmas magasságban rohantak haza, nem látva semmit körülöttük, kivéve az áthatolhatatlan szürke ködöt. Szinte mindenkinek sikerült biztonságosan eljutni a helyre, bár a "myopia" nem tette lehetővé magának a galambnak a megtalálását. A galambok 200 méteres körzetben süllyedtek le, és türelmesen elvárták, hogy megszabaduljanak a bosszantó lencséktől.
Madár iránytűk
Ha egy tanfolyam ismert, akkor hosszú ideig csak egy iránytű segítségével lehet követni. A körülményektől függően a madarak magabiztosan legalább három különböző típusú „iránytűt” használnak. Nappal a madarak nagy pontossággal meghatározzák a bíboros pontok helyzetét a napon. Ezt még a felhők könnyű burkolata sem akadályozza meg, mindaddig, amíg lehetővé teszi, hogy érezze a csillag helyzetét az égen. Éjszaka a csillagászati „iránytű” felváltja a napot, és a kezelés szempontjából számos, az éjszakai vándorlást végző madár is nagy sikerrel járt. Amikor az időjárás teljesen romlik, és az eget éjjel-nappal felhők borítják, mágneses „iránytű” jön a tollas utazók megmentésére, amellyel ők is nagyon ügyesen kezelik.
A tudósok tehát szinte átfogó választ kapnak arra a kérdésre, hogy mit használnak az „iránytű” tollas utazók. A helyzet eddig még rosszabb, ha megértjük, mi a madarak „navigációs térképe”, és milyen módszereket használnak a helyük megjelölésére. Emlékezzünk vissza, hogy a matrózok megtanultak ezt valóban csak pontos mérőműszerek megjelenésével megtenni.
Először egy kronométer - egy nagyon pontos előrehaladással rendelkező óra, amely lehetővé teszi a horizont fölötti csillagok magasságának és azimutjának a szigorúan meghatározott órában történő követését egy sok hónapos utazás során - vagyis azok elhelyezkedését az északi irányhoz viszonyítva. A világítótestek helyzetét egy szextáns segítségével határozzák meg - ez egy meglehetősen összetett eszköz, amely nélkül az elmúlt három évszázad során egyetlen távolsági hajó sem hagyta el a kikötőt. A hajó helyének megszerzéséhez legalább két mérést kell végezni a csillagok magasságáról vagy azimutjáról - bármilyen kombinációban.
A navigációs táblázatok segítségével megszerezte a szükséges számokat, és részben kiszabadította a navigátort a komplex számításoktól. Több mérföld pontossággal meghatározhatja a földrajzi hosszúságot és szélességet, amellyel a hajó a mérés idején volt. A pontosabb, ám összehasonlíthatatlanul drágább navigációs módszerek, amelyek egy hajó vagy repülőgép helyzetére utalnak tíz méter pontossággal, csak űrjárművek megjelenésével váltak lehetővé.
Napelemes és csillag iránytűk
Így a Nap vagy a csillagok égbolton belüli helyzetének függvényében nem csak az iránytű helyett világítótesteket lehet fenntartani, hanem meg lehet határozni a helyét a bolygó felületén, világítótestekkel jelzőtáblákként. Jelenleg egyértelmű, hogy a madarak veleszületett képességgel képesek nap- és csillagos „iránytűket” használni a pontos „belső órák” jelenléte miatt, lehetővé téve a megfelelő irány kiválasztását a csillagok bármely helyzetéhez a nap folyamán.
Használhatják a madarak a napot és a csillagokat a helymeghatározáshoz?
Ha a madárnavigációs rendszerek fejlődése ugyanazt az utat követi, mint a navigációs ügyek fejlődése, akkor a madaraknak a kronométerre, a szextánsra, a naptárra kell pótolniuk, ráadásul legalább a középiskolai programban elsajátítaniuk a csillagászat ismereteit. Utána, egy ismeretlen térségben találva ugyanazt a hordozógalambot meg tudja határozni a házhoz viszonyított helyzetét, kiértékelve a különbséget a nap magassága és az új helyen lévő csillagok azimutja, valamint ugyanazon csillagok tárolt magassága és azimutja között ugyanazon a napon, majd ugyanabban az időben a natív galamb felett.
A legegyszerűbb módszer egy új helyen várni a helyi dél kezdetét - a Nap közepének felső tetőpontját. Akkor két dolgot kell megtenni. Először nézzen meg az "otthoni" időben futó órákat, és állapítsa meg a különbséget dél pillanatában. Ha a Nap 12.00 előtt elment a zenitbe, akkor a ház nyugaton maradt, ha később - keleten. Másodszor, meg kell néznie a Napot, és ki kell értékelnie annak magasságát a horizont felett. Ha a nap délben magasabb, mint otthon, akkor a sors délre hozta, ha alacsonyabb - délről északra (a déli féltekén természetesen fordítva).
Első pillantásra minden egyszerű, de a valóságban a nehézségek leírhatatlanok. Ennek a módszernek a használatához, még annak legegyszerűbb módosításakor is hatalmas memóriára és a legnagyobb mérési pontosságra van szükség. A madarak agyában nincs ilyen memóriaforrás. Ezen felül a navigációs célokat szolgáló mérések túl bonyolultak ahhoz, hogy azokat „szemmel” lehessen elvégezni.
Például Simferopol város szélességénél minden 100 kilométerre a Nap magassága csak 1 ° -kal, a napkelte és a napnyugta ideje - kevesebb, mint 5 perc, a Nap azimutja - kevesebb, mint 1,5 °. Könnyű használni nagy távolságokon a csillagászati tájolást - mivel csökken, a mérési pontosság követelményei folyamatosan növekednek.
Az ornitológusok keményen dolgoztak, hogy hasonlóságokat találjanak a madarak és az emberek navigációs módszereiben. De az ebben az irányban végzett valamennyi vizsgálat még nem volt sikeres. Valószínűleg a madarak meghatározzák helyüket a Föld felszínén, és más módon rajzolják meg „térképeiket”. Melyek - ezt a jövőben még látni kell. Így látja a madárvándorlás területén ismert szakember V.R. szentpétervári professzort. Dolnik: „Be kell vallanunk - írja -, hogy a navigációs rendszer egy ponthoz vezet - a szó legszorosabb értelmében a madarakhoz, amelyben valamikor információkat kaptak (vagy ahonnan továbbra is kapnak).
Nyilvánvaló, hogy az általunk ismert rendszerek csillagászati, geomágneses vagy gravitációs navigációt biztosító rendszerek pontossági korlátai 2-3 nagyságrenddel elégtelenek a ponthoz való navigáláshoz. Ez ismét (mint a galambok beillesztésekor) felveti egy olyan ismeretlen tényező kérdését, amely lehetővé teszi számunkra, hogy abszolút navigációt vagy egy ismert tényezőt jelent, de ismeretlen módon való felhasználását a navigációban. ”