Ученые обнаружили у птиц ранее не описанную сенсорную систему, чувствительную к очень слабым, но быстро меняющимся во времени возмущениям магнитного поля. При обнаружении таких возмущений — возникающих, например, во время грозы или магнитной бури, — эта система отключает работу имеющихся у птиц навигационных инструментов, таких как магнитный компас, чтобы они не направили птицу по ложному маршруту. Это открытие позволяет лучше понять механизмы, благодаря которым перелетные птицы находят путь на зимовку и обратно. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of The Royal Society Interface.
Эксперименты показали, что высокочастотные магнитные возмущения, которые возникают, например, во время гроз и вспышек на Солнце, сбивают птиц с их ориентира. Ученые предложили два объяснения этому эффекту: либо такие возмущения напрямую нарушают работу белка-криптохрома, либо птицы имеют отдельную систему, которая улавливает подобные колебания магнитного поля. Однако до сих пор оставалось неясно, какая из этих гипотез верна.
Орнитологи и физики из Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) и Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) нашли признаки существования у птиц дополнительной сенсорной системы, чувствительной к магнитным возмущениям.
Авторы провели эксперименты с мухоловками-пеструшками — небольшими перелетными птицами — во время их осенней и весенней миграции на Куршской косе в Калининградской области. Чтобы исследовать поведение птиц, ученые использовали конус Эмлена — устройство в форме усеченного конуса или воронки с меньшим (нижним) диаметром в 10 сантиметров и большим (верхним) в 35 сантиметров. На его внутреннюю поверхность наклеивали пленку, чувствительную к царапинам. Затем в такое устройство по одной помещали мухоловок-пеструшек и закрывали верхушку конуса матовым стеклом, чтобы птицы не могли использовать зрение для ориентации. При этом уровень освещения оставался достаточным для работы магнитного компаса, основанного на белке криптохроме.
При попытках покинуть воронку птица оставляла на пленке следы, по которым исследователи отслеживали направление планируемого полета. В условиях естественного спокойного геомагнитного поля птицы показывали сезонное направление миграции — осенью на юго-запад, весной на север.
Чтобы оценить, как птицы ориентируются в условиях магнитных помех, ученые искусственно создавали внутри конусов Эмлена переменные магнитные поля. Сначала это было высокочастотное магнитное поле, частота и размах колебаний которого не менялись во времени. Авторы протестировали два варианта мощности такого сигнала: при меньшей мухоловки-пеструшки правильно определяли направление миграционного полета по магнитному полю Земли (на юго-запад осенью и на север весной). Но при другой — немного большей — теряли ориентацию.
Затем исследователи включили сигналы с такой же частотой, но прерывистые — больше похожие на природные возмущения магнитного поля. При этом их средняя мощность была вдвое меньше, чем у слабого непрерывного сигнала, который никак не повлиял на птиц. Оказалось, что более слабое, но пульсирующее поле полностью сбивает птиц с курса, хотя по всем расчетам оно должно было действовать на них еще слабее, чем постоянный сигнал.
«Если бы такие колебания поля птицы воспринимали с помощью белка-криптохрома, то прерывистый сигнал с меньшей мощностью воздействовал бы на него слабее. Но раз мы увидели усиление эффекта, это значит, что есть дополнительные рецепторы (чувствительные структуры), которые реагируют не столько на силу сигнала, сколько на его пульсацию — то есть на то, как именно меняется магнитное поле во времени. Обнаруженную нами систему, строго говоря, нельзя назвать навигационной, потому что она не показывает направление и не определяет координаты. Однако она отключает настоящие навигационные системы в тех условиях, когда их использование может привести к фатальным ошибкам — попросту увести птицу с правильного маршрута или подставить под грозовой фронт», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Кирилл Кавокин, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории оптики спина Физического факультета СПбГУ и лаборатории орнитологии Зоологического института РАН.
Биофизический принцип нового магнитного чувства отличается от того, что обеспечивает работу магнитного компаса птиц. Предположительно, это чувство основано на законе электромагнитной индукции Фарадея и работает примерно так, как детекторные приемники в период самого начала развития радиотехники. Располагается такой детектор магнитных помех, по всей видимости, в вестибулярном аппарате внутреннего уха птицы.
В дальнейшем авторы планируют выяснить, на какие именно природные помехи настроена обнаруженная ими сенсорная система. Для этого исследователи уже создали систему магнитных антенн, имитирующую магнитные импульсы от разрядов молний в близкой грозе. Эксперименты должны показать, влияют ли такие импульсы на ориентационное поведение мухоловок-пеструшек и других птиц, совершающих дальние перелеты к местам зимовки в Африке — ведь по пути им приходится пересекать пояс тропических гроз.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
