Jedním z nejzajímavějších problémů týkajících se chování zvířat je otázka, jak zvířata nacházejí cestu během migrace na velké vzdálenosti. Přestože schopnost navigace byla zjištěna u mnoha druhů obratlovců, nejvíce se projevuje u ptáků, když létají na velké vzdálenosti, což dodnes zůstává nejnepochopitelnějším jevem v chování zvířat. Vzdálenosti, které ptáci urazí, jsou obrovské: například rybák polární se rozmnožuje v Arktidě a zimuje v Antarktidě. Působivá je také přesnost orientace ptáků: mohou letět na jiný kontinent a vždy se vracet na stejné místo. Ačkoli taková migrace vyvolává mnoho zajímavých otázek, nejdůležitější otázkou je, jak ptáci nacházejí cestu.
Jsou různé způsoby orientace. Griffin navrhl následující klasifikaci pro toto:
Pilotování – určování kurzu pomocí známých orientačních bodů. Mnoho druhů ptáků používá k určení směru letu jakékoli viditelné rysy dané oblasti.
Orientace podle světových stran – schopnost pohybovat se ve směru určitého světového směru bez jakýchkoli orientačních bodů. Některé ptačí druhy používají k určení směru letu různé klíčové podněty. Pokud by se tito ptáci řídili pouze světovými směry, pak by odchylka od správného kurzu zeměpisné délky vedlo k tomu, že by skončili daleko od svého skutečného cíle, protože by nebyli schopni takový posun korigovat.
Skutečná navigace je schopnost navigace ve směru konkrétního místa (cíle) bez ohledu na orientační body na zemi. Zvíře s touto schopností může korigovat odchylky od kurzu v zeměpisné délce a dorazit na správné místo.
Možné klíčové pobídky
Skutečná navigace je nejvýraznějším příkladem schopnosti ptáků navigovat ve vesmíru. Podívejme se na klíčové pobídky, které by bylo možné použít.
hvězdy. Protože se lidé mohou pohybovat podle hvězd, bylo přirozené předpokládat, že ptáci také používají hvězdy k navigaci. Tuto hypotézu jasně formuloval Sauer. Emlen shrnul výsledky velkého výzkumného programu studujícího orientaci hvězd u strnadů, pěvců, kteří se rozmnožují na východě Spojených států a zimují ve Střední Americe a Karibiku. Emlen vyvinul jednoduchou, ale důmyslnou metodu pro určení preferovaného směru orientace ptáků. Každý pták byl chován ve speciální kleci s inkoustem napuštěným polštářkem na podlaze. Boční stěny klece byly pokryty bílým filtračním papírem složeným ve formě trychtýře rozšiřující se nahoru. Pták umístěný v takové kleci vidí pouze to, co je přímo nad ním. Když se pták stane aktivním a začne vyskakovat, inkoust z jeho nohou se otiskne na filtrační papír, čímž se zajistí trvalý záznam jeho pohybů. Pokud byli ptáci v takových klecích chováni venku, pak na podzim směřovaly jejich pohyby na jih a na jaře na sever.
Pro úplnější studium schopnosti orientace stěhovavých ptáků provedl Emlen po Sauerovi výzkum v planetáriu. Zjistil, že směr, kterým se strnadi přednostně orientovali, se měnil v závislosti na jejich fyziologickém stavu. Změnou délky dne mohl současně studovat dvě skupiny ptáků: jednu ve stavu „podzim“ a druhou ve stavu „jaro“. Výsledky byly podle očekávání: ačkoli všechny experimenty byly provedeny v květnu, pohyby ptáků v podzimním fyziologickém stavu (kvůli zkrácení délky dne) byly orientovány na jih, zatímco pohyby ptáků v jarním stavu byly orientovány na sever. .
Změnou uspořádání hvězd v planetáriu Emlen zjistil, že ptáci používají k určení směru skupinu hvězd umístěných do 35° od Polárky. Neprovádějí časové úpravy. Jak strnadi získali schopnost najít cestu podél hvězd ležících vedle Polárky? Někdo by si mohl myslet, že jde o instinktivní chování. Aby Emlen ověřil tento předpoklad, studoval orientaci u tří skupin ptáků chovaných lidmi. Ptáci chovaní v podmínkách rozptýleného osvětlení vykazovali na podzim vysokou aktivitu, ale nebyla u nich pozorována žádná specifická orientace pohybu. Schopnost navigovat byla zřejmě důsledkem učení. Další skupina ptáků odchovaných lidmi byla umístěna každou druhou noc na dva měsíce do planetária, kde byla simulována normální rotace hvězdné oblohy. Tito ptáci měli normální schopnost orientovat se na jih. S třetí skupinou provedli úplně stejný dvouměsíční experiment jako s druhou, ale v tomto případě se hvězdná obloha v planetáriu točila kolem hvězdy Betel Geuse, na kterou se ptáci této skupiny následně orientovali. Emlen navrhl, aby mladí strnadi sledovali pohyb hvězd a poznali „severní“ hvězdu podle povahy rotace hvězdné oblohy. Jaká je adaptivní role evoluce systému, kterým se ptáci učí určité metody orientace? Emlen poznamenává, že když se změní směr zemské osy, změní se i polární hvězdy. V důsledku dlouhodobé evoluce tedy strnadi získali schopnost navigovat podle nejvhodnější hvězdy, ačkoli když se změní rotace Země, budou to jiné hvězdy.
Slunce. Pro určení klíčových podnětů používaných ptáky pro orientaci během dne byla zkoumána schopnost holubů vrátit se „domů“. G. Kramer a jeho spolupracovníci ukázali, že ptáci určují směry světových stran podle slunce. Kromě toho jsou ptáci schopni vzít v úvahu změny, ke kterým dochází během dne v poloze slunce nad obzorem (tyto změny jsou v průměru 15° za hodinu). Ptáci chovaní v podmínkách umělého fotoperiodismu, posunutého oproti přirozenému o 1 hodin, se při letu pod širým nebem odchýlili o 6° od směru, který by si zvolili, kdyby byli vedeni sluncem.
Ačkoli orientace, která umožňuje ptákům určit hlavní směry z časově korigovaného slunce, může být důležitá pro navigaci, nestačí k vysvětlení skutečné navigace. Bylo navrženo mnoho dalších, složitějších hypotéz. Matthews předložil hypotézu slunečního oblouku, podle níž ptáci porovnávali výšku slunce, extrapolovanou na jeho nejvyšší bod nad obzorem, s jeho výškou ve stejném časovém okamžiku (určenou vnitřními hodinami) doma. Pomocí takového mechanismu by bylo možné získat dostatek informací pro volbu správného směru. Výzkum různých percepčních schopností holubů ukazuje, že holubi vnímají pohyb podobný pohybu slunce. Bohužel novější údaje nejsou v souladu s hypotézou slunečního oblouku. Zdá se, že většina výzkumníků upřednostňuje Cramerovu hypotézu „mapy a kompasu“. K navigaci potřebuje pták nejen kompas, který, jak se ukázalo, má, ale také mapu. Ačkoli povaha této mapy nebyla dosud stanovena, výsledky velkého množství studií, které se týkají především změn fotoperiod, naznačují, že během skutečné navigace musí zvířata nějakým způsobem ověřovat informace, které dostávají o světových stranách, proti nějakému druhu “mapa”.
Magnetické orientační body. Vzhledem k tomu, že někteří ptáci jsou schopni vrátit se domů v podmínkách výrazné oblačnosti, předpoklad použití slunce jako vodítka nemůže plně vysvětlit, jak holubi nacházejí cestu při návratu „domů“. Důkazy, že ptáci využívají informace o povaze zemského magnetického pole, se nyní zdají docela přesvědčivé. Keaton připevnil na těla holubů magnety nebo kusy mosazi a poté zkoumal jejich orientaci. Za jasných dnů neměly magnety žádný účinek. V zatažených dnech vykazovali holubi s kusy mosazi (kontroly) dobrou orientaci, zatímco ptáci s magnety (které deformovaly magnetické pole kolem nich) měli orientaci náhodnou. Walcott šel ještě dále a na hlavu holuba připojil Helmholtzovu cívku, zařízení, které generuje konstantní magnetické pole. A v tomto případě změna magnetického pole způsobila dezorientaci holubů, ale pouze v zatažených dnech. V navigačním systému holubů je zřejmě redundance: za jasných dnů používají jako referenci slunce, a když není vidět, přepínají na magnetické podněty.
Čichové orientační body. Jak již bylo zmíněno výše, holubi jsou schopni vnímat a rozlišovat určité pachy. Skupina italských výzkumníků (viz např. Papi et al. 1973) předpokládala, že holubi nacházejí cestu domů čichovými podněty, které u nich kdysi způsobily jakýsi „čichový otisk“ podobný tomu, který byl pozorován u lososů. Přestože Papi a jeho spolupracovníci předložili údaje podporující „čichovou“ hypotézu, existují určité pochybnosti o jejich reprodukovatelnosti a schopnosti využívat čichové podněty během letů na dlouhé vzdálenosti.
Sluchové orientační body. Griffin a Hopkins na základě měření intenzity zvuků produkovaných žábami ve vzdálenosti 500 a 1000 m navrhli, že přírodní zvuky (například zvuky žab, zvuků hmyzu, zvuk vln nebo větví) mohou sloužit jako klíčové podněty pro stěhovavé ptáky.
Závěr. Je zapotřebí další studium senzoricko-vnímacích mechanismů, které jsou základem orientace ptáků během jejich migrací na velké vzdálenosti. Předpoklady o klíčové roli pobídek popsaných výše a některých dalších mají své zastánce i odpůrce. Je jasné, že ptákům navigaci nepomáhá pouze jeden podnět, ale spíše celý jejich komplex, přičemž relativní význam každé složky se u jednotlivých druhů liší. Orientace při dálkových letech je jistě jedním z nejvýraznějších příkladů smyslově-percepční kontroly chování zvířat.
Zajímavá pozorování učinili v posledních letech ornitologové. Lidé se již dlouho zajímali o záhadu: jak se ptáci pohybují? Jaký pocit jim ukazuje cestu do hnízda nebo do jižních zemí za zimováním?
Byly učiněny různé předpoklady. Nedávno byla získána fakta, která přesvědčivě ukazují, že ptáci se při dlouhých letech orientují podle slunce. Za nejdůkladnější výzkum tohoto problému vděčí věda Angličanovi D. Matthewsovi a Němci Kramerovi.
Již dlouho se uvádí, že mnoho zvířat má dobře vyvinutý smysl pro čas. Tento přirozený chronometr, jehož fyziologická podstata musí být ještě studována, se běžně nazývá „endogenní počítadlo času“. Ptáci instinktivně porovnávají své hodnoty s výškou a pozicí slunce (nebo nočních svítidel) na obloze a najdou správnou cestu. Předpokládá se, že navigační orgán (druh „autopilota“), který ho bez ohledu na vědomí ptáka nutí zůstat v požadovaném směru, se nachází v „hřebenu“ – podivném výrůstku uvnitř oční bulvy. . Toto úžasné „zařízení“ funguje velmi rychle: po pouhých 20-30 sekundách předběžné orientace jsou ptáci na správném kurzu.
Takové experimenty byly provedeny. Různí ptáci byli drženi v laboratorní místnosti po mnoho dní. V místnosti byla tma. Sluneční paprsky k němu nedosáhly. Místo slunce svítila silná lampa.
Pohyboval se v zorném poli ptáků na stejné oběžné dráze a ve stejných hodinách jako skutečné slunce nad střechou laboratoře. Pak se změnila dráha lampy a hodiny „východu“ a „západu slunce“.
Poté, co si ptáci zvykli na novou polohu „slunce“, byli odvezeni dále a vypuštěni do volné přírody. Ptáci se začali vracet domů, ale zvolili špatný kurz – letěli směrem k zeměpisnému bodu, kde se slunce pohybovalo na obloze na stejné dráze a ve stejných hodinách, na které byli v laboratoři zvyklí. Stručně řečeno, ptáci, oklamáni uměním experimentátorů, se pokusili najít dům na falešné „adrese“: koneckonců dráha lampy v jejich kobce neodpovídala skutečnému pohybu slunce nad střechou laboratoř. Totiž poloha slunce nad obzorem v každou denní hodinu je nevědomě naučenou adresou, na které ptáci nacházejí cestu domů.
V řadě dalších experimentů se experimentátorům podařilo u špačků narušit vrozený smysl pro čas a nastavit jejich „kapesní hodinky“ takříkajíc o 6 hodin. Špačci byli vycvičeni k letu na určité místo za potravou, blízko laboratoře. Poté byli umístěni do místnosti s umělým sluncem. „Východ“ a „západ“ slunce se začaly zpožďovat o šest hodin (pro mechanika obsluhujícího mobilní svítilnu to nebylo těžké). Zaostávat také začalo „endogenní počítadlo času“ experimentálních špačků, které se nějak přizpůsobuje stejnému rytmu jako pohyb slunce po obloze. Nyní „ukázal“ čas se 6 hodinovým zpožděním. Po 12-18 dnech byli špačci vypuštěni do volné přírody. Za starých časů létali na krmítka, ale. nemohl je najít. Letěli jsme špatným směrem (odchýlili jsme se od kurzu o 90 stupňů) a ztratili jsme se. Špačci „nevzali v úvahu“, že jejich „chronometr“ má nyní 6 hodin zpoždění.
O poštovních holubech je známo, že jsou vynikající při hledání cesty domů. Rozhodli jsme se podrobit holuby přibližně stejné zkoušce jako špačky. Byli umístěni na 6 dní do místnosti s umělým sluncem. Ale „slunce“ nyní „vyšlo“ a „zapadlo“ bez jakéhokoli určitého plánu. Pravidelný rytmus jeho pohybu byl narušen. “Přirozený chronometr” holubů je mimo provoz. Po vypuštění do volné přírody ztratili orientaci a nemohli najít cestu domů.
Zastánci „sluneční“ teorie ptačí navigace také citují následující pozorování, aby to dokázali.
Bylo zjištěno, že někteří ptáci hnízdící v severní Evropě se během podzimních migrací do teplejších oblastí silně odchylují na západ. To je vysvětleno skutečností, že v jižních zeměpisných šířkách slunce vychází na jižnějším místě na obzoru než na severu. Ptáci instinktivně létají pod určitým úhlem k vycházejícímu slunci a tento úhel nemění, když se přibližují k rovníku. Směr jejich letu se přirozeně s tím, jak se přibližují k jihu, každým dnem odklání stále více na západ – vždyť slunce vychází každé další ráno na jižnějším (tedy západnějším) bodě obzoru.
Naopak ptáci, kteří létají za večerního soumraku (například kosi), se odchylují na východ: létají pod určitým úhlem k zapadajícímu slunci.
Teorie, se kterou jsme se nyní krátce seznámili, samozřejmě nebyla přesvědčivě prokázána. Stále existuje mnoho nejasných a kontroverzních otázek. Není například jasné, jak se mohou ptáci při přeletu přes rovník pohybovat podle slunce.
Lze však považovat za pevně stanovené, že za určitých podmínek si mnoho ptáků, kteří spěchají na dlouhou cestu, zvolí za svůj hlavní referenční bod slunce.
Zdá se, že jejich přenosy narušují schopnost ptáků к orientace. V podstatě tisíc let stará „holubí“ záhada zůstává dodnes nevyřešena, stejně jako to, jak zorientovat se stěhovavý ptactvo.
Starověcí námořníci se snažili plout blízko pobřeží a určovali polohu lodi podle pobřežních orientačních bodů. Stateční Féničané a Vikingové, plující daleko od břehů, orientované na slunce a hvězdy.
