Каждую осень мы наблюдаем удивительное явление — перелётные птицы собираются в стаи и отправляются в путешествие длиной в тысячи километров. Эта миграция на юг и последующее возвращение весной домой ставит перед учёными один из самых интригующих вопросов природы: как птицам удаётся с такой точностью ориентироваться в пространстве? Неужели у них действительно есть внутренний компас? И если да, то как он работает?
Где компас?
Способность перелётных птиц находить правильный маршрут во время сезонных миграций долгое время оставалась одной из величайших загадок природы. Подобный феномен наблюдается и у лососёвых рыб, которые с поразительной точностью возвращаются для нереста именно в те водоёмы, где они родились.
Ежегодно миллионы лососей совершают этот изнурительный путь против течения, преодолевая пороги и другие препятствия. Многие из них становятся добычей хищников — от медведей до людей. Ещё больше погибает от истощения после нереста. Но эволюционный императив возвращения домой настолько силён, что рыбы продолжают этот опасный путь из поколения в поколение. Но как они находят путь домой?
Первые гипотезы: от зрительных ориентиров до запаховых карт
Исследователи выдвигали различные предположения о том, как птицы находят дорогу во время сезонных миграций. Одна из ранних теорий предполагала, что они запоминают визуальные ориентиры — характерные особенности ландшафта, такие как горные хребты, крупные водоёмы, лесные массивы или равнины.
Эта гипотеза казалась правдоподобной для коротких перелётов, но не объясняла, как птицы пересекают огромные расстояния, включая протяжённые участки над океаном, где нет заметных ориентиров. К тому же, многие виды перелётных птиц совершают свой первый перелёт самостоятельно, без сопровождения взрослых особей, что исключает возможность обучения маршруту.
Другая популярная гипотеза была связана с ориентацией по запахам. Предполагалось, что птицы создают своеобразную «карту запахов», запоминая характерные ароматы различных регионов. Действительно, исследования показали, что некоторые морские птицы используют запахи для поиска пищи над океаном, улавливая запах диметилсульфида, выделяемого планктоном.
Также рассматривалась возможность инфразвуковой навигации. Низкочастотные звуки, неслышимые для человеческого уха, могут распространяться на огромные расстояния. Горные хребты, океанские волны и даже атмосферные явления создают характерные инфразвуковые «подписи», которые теоретически могли бы использоваться птицами для определения своего местоположения.
Однако ни одна из этих гипотез полностью не объясняла феномен птичьей навигации, особенно у молодых особей, совершающих первый перелёт. Необходим был более фундаментальный механизм, который мог бы действовать безотказно, независимо от погодных условий, времени суток и других переменных факторов.
Магнитный компас
Прорыв в понимании механизмов навигации животных произошёл, когда учёные обнаружили, что многие живые организмы способны воспринимать магнитное поле Земли. Эта способность получила название магниторецепции — чувства, позволяющего определять направление и интенсивность магнитного поля.
Исследования показали, что определённые белковые молекулы в организмах животных могут реагировать на магнитное поле, меняя свою пространственную ориентацию подобно стрелке компаса. Эти изменения запускают сигнальные каскады, которые в конечном итоге преобразуются в нервные импульсы, информирующие животное о его положении относительно магнитных полюсов Земли.
Такой биологический компас даёт животным огромное преимущество при ориентации в пространстве, особенно в условиях ограниченной видимости — ночью, в туман или над однородной поверхностью, например, океаном.
Магнетит: природный минерал на службе живых организмов
Ключевую роль в магниторецепции играет магнетит (диоксид железа, магнитный железняк) — распространённый на Земле минерал с ярко выраженными магнитными свойствами.
Железо является важным элементом для многих биологических процессов. Достаточно вспомнить гемоглобин — белок, отвечающий за транспорт кислорода в крови, который обязан своим красным цветом именно атомам железа. Но в случае с магниторецепцией железо выступает в совершенно иной роли — как компонент магнитных кристаллов.
Микроскопические кристаллы магнетита, называемые магнитосомами, обнаружены у широкого спектра живых организмов — от простейших бактерий до высших позвоночных, включая перелётных птиц. Эти кристаллы выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, обеспечивая живым организмам информацию о направлении на магнитные полюса.
Что особенно удивительно, способность к магниторецепции широко распространена в животном мире. Не только птицы и рыбы, но и многие беспозвоночные — улитки, слизни, черви — обладают этим чувством. Даже некоторые бактерии, известные как магнитотактические, используют магнитосомы для ориентации в водной среде, предпочитая перемещаться вдоль магнитных силовых линий к благоприятным для них условиям обитания.
Электрические хищники: когда магнетизм помогает охотиться
Восприятие магнитных и электрических полей играет важную роль не только в навигации, но и в охотничьем поведении некоторых видов. Особенно ярко это проявляется у морских хищников, таких как акулы и скаты.
У этих рыб обнаружены специализированные органы — электрорецепторы, способные регистрировать крайне слабые электрические поля. Каждый живой организм в процессе жизнедеятельности генерирует небольшие электрические потенциалы. Для акул и скатов эти микроскопические разницы потенциалов становятся указателями, позволяющими обнаружить добычу даже в мутной воде или под слоем песка на дне.
Электрические скаты пошли ещё дальше — они не только воспринимают, но и генерируют электрические поля. Специальные органы, состоящие из модифицированных мышечных клеток, позволяют им создавать мощные электрические разряды для оглушения добычи или защиты от хищников.
Магнитные частицы в мозгу человека
В минеральной форме в виде микроскопических кристаллов магнетит найден в человеческом мозге.
Эксперименты с мозгом усопших людей (которые завещали его науке), показали, что, если даже магнитные свойства отдельных частей мозга были изначально слабыми, кратковременное воздействие на них очень мощным электромагнитным полем усиливало их магнетизм. Т. е. в мозгу существуют частицы, запоминающие такое поле. Особенного много их в мозжечке и стволе мозга, в т. н., рептильном мозге. Он сформировался первым у древних рептилий. Отвечает за биологическую выживаемость вида. А у человека остался как рудимент прошлого.
Интересно, что из ныне живущих живых существ в ближайшем родстве с рептилиями находятся птицы.
См. также здесь ==>>
Происхождение магнитных частиц: внутренний синтез или внешнее загрязнение?
Существует два возможных пути попадания кристаллов магнетита в ткани мозга:
- Эндогенный путь — синтез магнитных частиц внутри организма в результате нормальных физиологических процессов.
- Экзогенный путь — поступление частиц извне, из окружающей среды.
Исследования показывают, что значительная часть магнетита в тканях мозга современного человека имеет экзогенное происхождение. Особенно много магнитных частиц обнаруживается в организме жителей промышленных регионов и мегаполисов с интенсивным автомобильным движением.
В то же время, магнетит обнаруживается и в тканях животных, живущих вдали от источников техногенного загрязнения. Это указывает на существование естественного, биогенного пути образования магнитных кристаллов при более низких температурах, характерных для живых организмов.
Функциональная роль эндогенного магнетита до конца не ясна. Существуют гипотезы, что он может участвовать в передаче сигналов между нейронами или выполнять другие, пока не известные науке функции в нервной системе.
#мозг #ум #перелётные_птицы #магниторецепция #биомагнитный_компас
