ПЛЫЛ В ОКОШКЕ БЕЛЫЙ КЛИН ВДАЛИ...

Вот уже и середина осени. А еще совсем недавно, когда листья на деревьях только начинали желтеть, днем солнышко пригревало, и было по-летнему тепло, можно было услышать голоса птиц, которые кружились над городом или полем, собираясь в дальний путь. Птицы прощались со своим домом, и как бы пытались запомнить место, откуда они родом. Ведь весной они непременно прилетят сюда.

Откуда же птицы узнают, что им пора улетать?
Перелетные птицы ориентируются на сезонные изменения, которые выражаются в сокращении светового дня, понижении температуры воздуха, особенно в ночное время, что, несомненно, влияет и на жизнь насекомых и растений, которыми питается большинство перелетных птиц. Общая неблагоприятная обстановка побуждает их искать более подходящее место для пережидания зимних холодов в зоне гнездования. Для перелетных птиц характерны четко очерченные области зимовок, в которые они перемещаются из года в год и на всю зиму.

Любой, кто хоть раз совершал перелет на дальние расстояния, знает, что это такое: высота, холод, пониженное атмосферное давление и риск. Что же испытывает птица, летящая на собственных крыльях лицом к лицу с опасностью? Мигрирующие к местам зимовок пернатые преодолевают расстояния до 4 000 км на средней высоте 5 000 м со скоростью 30 км/ч для мелких птиц и около 80 км/ч для крупных. В полете при этом они нередко проводят 30 – 90 часов без отдыха. Каким же организмом нужно обладать, чтобы осилить такие перелеты?

Малая плотность атмосферы заставляет прилагать значительные усилия для передвижения, а это требует соответствующих затрат кислорода, которого на больших высотах не хватает. Но легкие птиц тем и отличаются от легких млекопитающих, что позволяют производить энергию для полета даже из разреженного воздуха.
Чтобы совершить столь длительный перелет, птицы начинают заблаговременно готовиться – запасаться жиром. В это время они активно кормятся калорийными семенами растений, личинками насекомых, притом многие пернатые могут переключаться с одного вида корма на другой без ущерба для организма. Зато перед отлетом птицы накапливают достаточный запас “топлива”, который и позволяет им без остановок добираться до места зимовки или до ближайшего перевалочного пункта.

Почему птицы, взлетев, не падают?
Сила притяжения, которая, как бы высоко мы ни подпрыгивали, всегда возвращает нас на землю, воздействует, разумеется, и на птиц. Поэтому в воздухе их должна удерживать сила, противодействующая силе тяжести. Эту противодействующую силу создает крыло. Оно у птиц не плоское, как доска, а выгнутое. Это значит, что струя воздуха, огибающая крыло, должна пройти по верхней стороне более длинный путь, чем по вогнутой нижней. Чтобы оба воздушных потока достигли оконечности крыла одновременно, воздушный поток над крылом должен двигаться быстрее, чем под крылом. Поэтому скорость течения воздуха над крылом увеличивается, а давление уменьшается. Разность давлений под крылом и над ним создает подъемную силу, направленную вверх и противодействующую силе тяжести.

Подъемная сила зависит от величины и формы крыла. Также важны и скорость, с которой воздух обтекает крыло, то есть скорость встречного воздушного потока, и угол, под которым поток воздуха достигает переднего края крыла. Изменяя угол наклона крыла (в авиации его называют углом атаки), птица может влиять на подъемную силу. Если она повернет крыло слишком круто относительно направления воздушного потока, то струя воздуха как бы отрывается от крыла и птица начинает падать. Одновременно с падением происходит торможение полета перед приземлением, так как при этом увеличивается лобовое сопротивление крыла.


Крыло птицы состоит из двух групп перьев. Расположенные на тыльной стороне кисти большие, или первостепенные, маховые перья создают во время полета тягу, а прикрепленные к предплечью, точнее - к локтевой кости, малые, или второстепенные, маховые перья составляют несущую поверхность крыла. Поскольку второстепенные маховые перья находятся ближе к телу, они лишь немного двигаются вверх и вниз. Обтекающий их воздушный поток создает над и под ними, как при парении, разные давления. Эта часть крыла при машущем полете образует подъемную силу. Длинные первостепенные маховые перья по форме напоминают лопасти пропеллера. Амплитуда их движения вверх и вниз больше, поэтому они создают тягу. Чтобы при ударе крылом о воздух не уменьшались подъемная сила и тяга, мелкие птицы подтягивают крылья к телу и в таком положении поднимают их вверх, У более крупных птиц первостепенные маховые перья свободно колеблются, и птицы расправляют их только тогда, когда второстепенные маховые достигают нижней точки перед новым взмахом. Когда птицы поворачиваются в полете, у них одно крыло либо движется быстрее и энергичнее, либо частично сложено и поэтому становится меньше. Кроме того, рулем у многих птиц служит хвост.

Птицы летят днем и ночью, придерживаясь опре­деленных путей. В большинстве случаев переле­том стаи руководят старые, опытные вожаки. Но бывает и иначе: у аистов, кукушек и некоторых других видов молодые птицы уже в первый раз летят совершенно самостоятельно, отдельно от старых.


При наблюдении перелетных стай невольно возникает вопрос: каким образом птицы безошибочно выбирают нужное им направление?
До последнего времени это оставалось загадкой.
В 1855 г. в Петербурге появилась замечательная работа русского ученого А. Ф. Миддендорфа, ис­следовавшего перелеты птиц на огромных про­странствах восточной Европы и северной Азии. Он вычертил на карте линии, соединяющие места од­новременного весеннего прилета птиц семи распространенных пород. На основании этих наблюдений Миддендорф пришел к неожиданному выводу: все эти птицы летят по направлению к северному маг­нитному полюсу Земли. В связи с этим он предпо­ложил, что в теле перелетных птиц существуют особые электрические токи, которые и помогают им ориентироваться.
Перелеты, как правило, совершаются по трассам, обеспечивающим птицам по возможности безопас­ный отдых и питание. Такие трассы зачастую совпа­дают с морским побережьем, долинами или водо­разделами рек и т. п. Однако обычно молодые птицы, летающие в одиночку, отклоняются от этих трасс, направляясь почти прямо на юг.
Говоря об ориентировке птиц, разли­чают навигацию, т. е. определение направления при длительных полетах (часто без земных ориен­тиров), от пилотирования — ориентировки птиц при полетах в районе гнездовья. При полетах на близкие расстояния большую роль играет острое зрение и память птиц. Они, несомненно, запоминают окрестные предметы и с их помощью определяют местонахождение гнезда.

При дальних же переле­тах, перелетах над незнакомой местностью или над океаном этот способ ориентировки непригоден.
Для выяснения способа ориентировки птиц проводили большое количество опытов с голубями. Обычно голубь, выпущенный в незнакомой мест­ности, делает несколько больших кругов и только после этого берет нужный курс. Очевидно, сидя на земле, голубь не может определить необходи­мого направления. Это значит, что эффекты, исполь­зуемые птицей для навигации, возникают только во время полета.
В последние годы выяснено, что голуби не спо­собны ориентироваться вблизи мощных радиовеща­тельных и радиолокационных станций. Очевидно интенсивные электромагнитные волны, излучаемые этими станциями, сильно действуют на органы птиц, служащие для целей навигации. А это доказывает, что навигация птиц связана с восприятием некото­рых электромагнитных воздействий.
Первоначальная гипотеза Миддендорфа, который предположил, что во время весеннего перелета пти­цы летят по направлению к северному магнитному полюсу, несомненно, имеет большое значение. Од­нако только этой гипотезой нельзя объяснить их навигационные способности. Для безошибочной ориентировки в полете недостаточно знать направ­ление север—юг. Чтобы скворец, вынутый из гнезда в Москве и перевезенный в Ленинград, мог вернуться в свой скворечник, он должен не только знать, в каком направлении от Ленинграда нахо­дится северный магнитный полюс, но и иметь возможность определить свое местоположение, а так­же находить направление, в котором ему надо ле­теть, чтобы возвратиться к гнезду.
На языке наших понятий это значит, что он дол­жен знать, например, широту и долготу обеих то­чек, лежащих на концах его маршрута. Широта и долгота в данном случае — величины совершенно условные, вместо них можно пользоваться и дру­гими. Необходимо только, чтобы это были две независимые величины, которые принимают различные значении в разных точках земной поверхности. Такие величины называют координатами.
Из-за суточного вращения Земли все тела под­вержены действию центробежной силы. Она умень­шает вес тела, измеренный пружинными весами, и вызывает отклонение отвеса от линии, соединяю­щей точку подвеса с центром Земли.
Центробежная сила, при постоянной скорости вра­щения, тем больше, чем дальше тело находится от оси вращения. Поэтому на полюсах центробежная сила равна нулю, а на экваторе она достигает наи­большего значения, равного трем тысячным долям веса тела. Таким образом, центробежная сила за­висит от географической широты и поэтому в прин­ципе может служить величиной, определяющей широту места.
Суточное вращение Земли является также причи­ной возникновения особых, так называемых кориолисовых. сил, действующих на тела, движущиеся по отношению к поверхности Земли. В северном полушарии Земли кориолисова сила направлена вправо по отношению к направлению движения, в южном полушарии — влево.
При постоянной скорости вращения кориолисова сила возрастает с расстоянием от оси вращения и со скоростью движения тела. Существенно, что эта сила зависит и от направления движения тела. Она равна нулю, если тело движется вдоль оси вращения, и становится наибольшей, если оно движется пер­пендикулярно к этой оси. Для тел, движущихся вдоль поверхности Земли, кориолисова сила, так же как и центробежная, равна нулю на полюсах и ста­новится наибольшей у экватора.
Величина центробежной и кориолисовой сил в различных точках Земли зависит от географической широты. Таким образом, в принципе они обе могут служить птицам для ориентировки в полете. Од­нако правильнее считать, что птицы используют для ориентировки не центробежную, а кориолисову силу. Об этом свидетельствует тот факт, что перед определением нужного направления птица совер­шает круги или, во всяком случае, часть круга.

Вторую координату, необходимую для ориентиров­ки птиц, несомненно, образует магнитное поле Земли.
Как известно, магнитные полюсы Земли не сов­падают с ее географическими полюсами. Поэтому линии магнитной «широты» не совпадают с линия­ми широты географической. И поскольку магнит­ные полюсы смещены относительно географических полюсов, линии магнитной «широты» и линии гео­графической широты образуют на поверхности Зем­ли пересекающуюся сетку.
Если птицы способны реагировать на величину магнитного и кориолисова полей, то в их распоря­жении оказывается своеобразная координатная сет­ка, с помощью которой они могут ориентироваться в полете. Это предположение было недавно прове­рено на опыте. К обоим крыльям каждого из де­сяти обученных почтовых голубей прикрепили по одному сильному магниту весом около 0,8 г., имев­шему вид пластинки размером 25,4 X 4,9 X 0,62 мм. К крыльям десяти контрольных голубей прикрепили медные пластинки таких же размеров. Расстояние между магнитами или пластинками при полете птицы составляло примерно 30 см.
После тренировки птиц выпустили в незнакомой местности, на расстоянии 100 км от голубятни. В итоге испытаний пять голубей, несших медные пла­стинки, возвратились на голубятню в тот же день.
и на другой день прилетели еще три. Из десяти голубей, несших магниты, на голубятню вернулся лишь один, и то только на четвертый день.
Этот опыт убедительно подтверждает, что маг­нитное поле Земли играет важную роль в процессе ориентировки птиц. Магниты, прикрепленные к крыльям, мешали голубям выбрать правильное на­правление полета. Однако на основании этого опы­та невозможно установить, воспринимают ли пти­цы магнитное поле непосредственно, или в нервах, либо в движущейся крови птицы происходит электро­магнитная индукция. Дело в том, что магниты, прикрепленные к крыльям, колеблются во время полета с частотой 180 периодов в секунду, с ам­плитудой около 4 см. При этом в теле птицы ин­дуцируется электродвижущая сила величиной 0,12 микровольта на сантиметр. Эта величина сравнима с величиной электродвижущей силы, которая индуцируется в теле птицы при ее полете через маг­нитное поле Земли.
Чтобы установить, на что реагируют органы, слу­жащие для ориентировки птицы, — на электриче­ские токи или же непосредственно на магнитное поле, — следовало бы прикрепить магниты не к крыльям, а к телу птицы. При этом магниты были бы неподвижны относительно птицы и в ее орга­низме не индуцировались бы дополнительные токи. Однако величина магнитного поля, действующего на птицу, оказалась бы измененной. Если бы ориенти­ровка птиц при этом не была нарушена, то можно было бы определенно считать, что птица восприни­мает величину магнитного поля не непосредственно, а в виде электродвижущих сил, возникающих в ее организме.
Известно, что нервная система животных крайне чувствительна к слабым электродвижущим силам. Поэтому возможно, что для определения нужного направления птица руководствуется ощущениями, вызываемыми электродвижущими силами, имеющи­ми своим источником магнитное поле Земли.
Наблюдая на карте сетку, образованную магнит­ными и географическими широтами, нетрудно убе­диться в том, что возможны следующие случаи:
1) линия магнитной широты не пересекает данную географическую широту; 2) линия магнитной широ­ты касается данной географической широты;
3) ли­ния магнитной широты дважды пересекает данную географическую широту.
В большинстве случаев соответствующие точки пересечения удалены одна от другой на значитель­ные расстояния. В середине между этими точками обе линии идут почти параллельно. Это открывает еще одну возможность проверки гипотезы об ори­ентировке птиц. В обеих точках пересечения магнитной и географической широт (так называемых сопряженных точках) соответствующие значения магнитного поля и поля кориолисовых сил одинаковы. Поэтому, если высказанная гипотеза о меха­низме ориентировки птиц правильна, то они не способны отличить одну из сопряженных точек пе­ресечения широт от другой.
Соответствующий опыт был поставлен следую­щим образом. Партия голубей проходила длитель­ную тренировку в одной из сопряженных точек. Для того чтобы им легче было находить голубят­ню, ее выкрасили в ярко-желтый цвет и над ней подняли сигнальный аэростат. После тренировки, голубей и голубятню перевезли во вторую сопря­женную точку, отстоящую от первой на расстоянии 1750 км. Затем голуби выпускались из различных пунктов, окружающих вторую сопряженную точку.
Расстояния составляли от 40 до 300 км. Если бы голуби, как это предполагалось ранее, летели к тому месту, где они прошли тренировку, они дол­жны были бы прилететь в первую сопряженную точку. Однако туда не прибыла ни одна птица. В большинстве случаев они сразу брали направле­ние приблизительно на вторую сопряженную точку и отыскали свою голубятню в совершенно незнако­мой местности.
Этот опыт доказывает, что птицы действительно не могут различать сопряженные точки магнитно-кориолисова поля и летят к ближайшей сопряжен­ной точке. Если расстояния до обеих сопряженных точек равные, то часть птиц полетит к одной из них, а часть к другой.
Описанные опыты служат серьезным подтвержде­нием гипотезы, согласно которой основную роль при ориентировке птиц играют земное магнитное поле и поле кориолисовых сил.
Совокупность известных фактов заставляет пред­положить, что для восприятия кориолисовых сил у птиц служат необычайно сильно развитые орга­ны равновесия. У быстролетающих птиц эти органы занимают большую часть объема головы. Если птица видит поверхность земли, то она может, таким образом, по кажущемуся отклонению верти­кали ощутить величину кориолисовой силы, а оце­нивая полетную скорость, — определить место полета.
Конечно, птица не мыслит в терминах (широта, скорость, кориолисовы силы и т. п.), — она рефлекторно реагирует на отличие получаемых ею ощущений от тех, к которым она привыкла при полетах в районе гнездовья.

О восприятии птицами магнитного поля известно еще меньше, чем о восприятии поля кориолисовых сил. Существует несколько предположений. Птица может реагировать на электродвижущие силы, ин­дуктируемые в ее нервах или сосудах с медленным течением крови. При этом величина электродвижу­щей силы будет определяться скоростью и направ­лением полета и магнитной широтой. Птица может реагировать также на электродвижущую силу, ин­дуцируемую в сосудах с быстро движущейся кровью. В таком случае эта сила будет изменяться только при изменении направления полета и маг­нитной широты места. Величина скорости полета при этом не будет играть роли. Возможны и дру­гие явления, с помощью которых птица может ощу­щать воздействие магнитного поля Земли.

Дальнейшее изучение перелетов птиц потребует совместной работы ученых различных специально­стей (биологов, физиков, геофизиков). Необходимо выяснить, играет ли какую-нибудь роль при ориен­тировке птиц наблюдение за небесными светилами, роль которого при ориентировке насекомых установ­лена с полной определенностью. Следует выяснить, в какой мере птицы могут реагировать на изменение величины ускорения силы тяжести, которое так же, как и кориолисова сила, зависит от географической широты места наблюдения.
Важно установить, какую роль при ориентиров­ке птиц играют магнитные аномалии, магнитные бури, а также какое действие оказывают излучения мощных радиостанций.

Мы находимся на пути к разрешению одной из древнейших загадок природы. Нанесен решительный удар бессодержательным теориям «инстинктивной способности» и «наследственной памяти» птиц.