Ученые давно пытаются выяснить, играют ли карты какую-нибудь – и какую именно – роль в навигации птиц, но до недавнего времени картина оставалась очень неясной. Эта задача действительно сложна, хотя трудности с получением непротиворечивых результатов, возможно, отражают и то обстоятельство, что изучается множество очень разных видов: в конце концов, скворцы не слишком-то похожи на буревестников. Но сейчас положение начинает меняться. За последние лет десять было проведено несколько экспериментов, давших убедительные – хотя еще не окончательные – свидетельства того, что некоторые птицы действительно могут использовать своего рода навигацию по карте и компасу.

В 2007 году Каспер Торуп опубликовал результаты замечательных исследований, ставшие первым веским доказательством того, что дневные перелетные птицы, а именно белобровая зонотрихия, компенсируют крупные смещения с запада на восток. По-видимому, они способны замечать существенные изменения долготы.

Торуп ловил этих птиц (как взрослых, так и молодых), когда они отдыхали в штате Вашингтон по пути от летних гнездовий в Канаде и на Аляске к местам зимовки на юго-западе США и в Мексике. Затем птиц перевозили по воздуху на восток, в город Принстон в штате Нью-Джерси, на расстояние 3700 километров. При этом к их спинам приклеивали миниатюрные радиотрекеры (весом всего по полграмма).

Дав птицам отдохнуть день или два, их выпускали на волю: молодых – на одной площадке, а взрослых – на другой, чтобы не дать молодым птицам возможности следовать за старшими. В общей сложности было отслежено 30 птиц (15 взрослых и 15 молодых); в этой операции участвовали наблюдатели и два легкомоторных самолета. Для каждой птицы было зарегистрировано последнее место остановки, и по расположению этих мест было вычислено предпочтительное направление миграции.

Обычно эти птицы мигрируют в южном направлении, но перемещенные взрослые птицы неизменно летели на запад, как бы пытаясь компенсировать свое невольное трансконтинентальное путешествие. В то же время неопытные молодые птицы направились на юг, как будто не подозревая о том, что с ними проделали. Торуп заключил, что взрослые птицы, видимо, приобрели до этого «навигационную карту», работающую в масштабах всего континента, а может быть, и всего мира. Это позволило им определить, где они находятся, даже после огромного изменения долготы, а молодые птицы при выборе направления по-прежнему опирались на более простую врожденную программу.

Торуп предположил, что в основе картографии этих птиц могут лежать магнитные ориентиры, но признал, что перепад напряженности магнитного поля между Западным и Восточным побережьями США настолько мал, что не может быть полезен с точки зрения навигации. Он рассуждал также о возможности использования птицами астрономических или запаховых ориентиров, но считал невозможным отслеживание ими своего положения при помощи какой-то формы счисления пути, потому что расстояние перемещения было слишком большим.

Другие свидетельства существования у птиц способности к навигации по карте были получены в серии экспериментов, которые двое российских ученых, Никита Чернецов и Дмитрий Кишкинев, поставили в сотрудничестве с группой Моуритсена из Германии.

Маршрут весенней миграции тростниковой камышевки, которая летит к своим гнездовьям, расположенным далеко на северо-востоке, проходит через поселок Рыбачий на побережье Балтийского моря. Чернецов ловил там этих птиц и перевозил их (на самолете) под Москву, на 1000 километров прямо на восток. Таким образом, птицы не испытывали таких изменений широты, которые они могли бы обнаружить по магнитному наклонению или звездному компасу. Если бы птицы ничего не знали о своем перемещении на восток, они предположительно должны были по-прежнему стремиться лететь в северо-восточном направлении. Однако, когда их поместили в клетки Эмлена под чистым звездным небом, взрослые камышевки проявили сильное желание лететь на северо-запад – именно в том направлении, которое привело бы их из нового места к обычным гнездовьям. Казалось, что они знают, что́ с ними произошло, и вносят соответствующие поправки в свой маршрут. Молодые же птицы ориентировались в северо-восточном направлении.

Чернецов отметил, что напряженность магнитного поля в Рыбачьем и том месте, куда птиц перевезли, несколько различается (на 3 %). Поэтому существовала теоретическая возможность, что птицы могли замечать изменение долготы по этому различию. Однако эта версия казалась маловероятной.

Альтернативная гипотеза предполагала, что птицы определяют разницу в долготе по изменению времени восхода и заката солнца между двумя местами. Это означало бы наличие двух внутренних часов: одни должны были по-прежнему идти по времени Рыбачьего, а другие быстро перестроиться на солнечное время нового местоположения.

Хотя данных о наличии у птиц способности к подобным сравнениям нет, «циркадные часы» млекопитающих (расположенные в отделе мозга, называемом гипоталамусом) действительно содержат нейроны двух типов: одни из них моментально реагируют на изменения длительности светового дня, а у других на такую перестройку уходит до шести суток. Возможно, такие двойные часы позволяют млекопитающим – и, может быть, птицам – воспринимать изменения долготы.

Чтобы проверить эту многообещающую идею двойных часов, Кишкинев поставил эксперимент, в котором у перелетных камышевок вызывали сдвиг внутренних часов. Сначала он поместил камышевок в ориентационную клетку Эмлена, чтобы установить предпочтительное направление их миграции стандартным способом. Затем, не увозя их из Рыбачьего, он вызвал у них состояние легкого джетлага (нарушения биоритмов), искусственно сдвинув время заката и восхода в соответствии с параметрами светового дня на подмосковной площадке. Если бы птицы действительно выявляли изменения долготы при помощи системы двойных часов, то предпочтительное направление миграции у камышевок с джетлагом должно было измениться, но этого не произошло. Этот результат убедительно показывал, что перемещенные птицы определяют свое местоположение при помощи какого-то другого механизма.

Могли ли птицы отслеживать перемещение на восток при помощи некого инерционного счисления пути? Могли ли они использовать запаховые или акустические ориентиры – или тайно применять некую замысловатую форму астрономического ориентирования?

Чернецов и Кишкинев изящно исключили все эти возможности, проведя эксперимент, в котором не было вообще никакого физического перемещения камышевок. Вместо этого их попросту окружили искусственным магнитным полем, которое точно соответствовало магнитной сигнатуре площадки, расположенной в 1000 километрах к востоку. И вот тогда птицы снова изменили предпочтительное направление полета, более того, их реакция была «неотличима от наблюдавшейся после реального физического перемещения на 1000 километров на восток». Поскольку ничто другое не менялось, камышевки могли использовать только магнитные ориентиры. Но в чем именно они состояли?

Та же группа показала, что камышевки не были способны компенсировать свое перемещение на восток, когда им перерезали тройничный нерв, соединяющий верхнюю часть клюва с мозгом. Это позволило предположить, что именно по этому каналу в мозг передается «картографическая информация какого-то рода», но в чем именно она заключается и от каких органов чувств поступает, оставалось неясным.

Раз измерения напряженности магнитного поля и магнитного наклонения дают мало полезной информации об изменениях долготы, может быть, ее можно получить из измерений склонения?

Склонение, как вы, возможно, помните, – это угловое расхождение между направлениями на истинный север и север магнитный, и в разных точках на поверхности Земли эта величина сильно варьируется. Чернецов и его коллеги проверили, влияет ли изменение магнитного склонения на поведение камышевок во время их осенней миграции на западо-юго-запад. При этом они сделали одно весьма интересное открытие.

На этот раз они поместили взрослых и молодых птиц в искусственно измененное магнитное поле, соответствующее условиям Рыбачьего по всем параметрам, кроме одного: его склонение было сдвинуто на 8,5 градуса против часовой стрелки. Измененное поле весьма точно соответствовало существующему в районе шотландского города Данди, который находится почти в 1500 км к западу, далеко за пределами обычного миграционного маршрута камышевок. Все другие параметры, бывшие в распоряжении птиц, – напряженность магнитного поля, магнитное наклонение, а также запаховые, астрономические и акустические ориентиры, – были оставлены без изменений и должны были сообщать камышевкам, что они по-прежнему находятся в Рыбачьем.

Результаты получились поразительными. У взрослых птиц, помещенных в ориентационные клетки Эмлена под безлунным звездным небом, проявилось «резкое изменение среднего направления на 151 градус», с западо-юго-запада на востоко-юго-восток: этот курс действительно привел бы их к прежней цели, если бы они на самом деле находились в Данди. Напротив, молодые птицы, подвергнутые такому же изменению склонения, ориентации не изменили; они просто пришли в замешательство.

Чтобы изменять направление своей миграции в ответ на изменение магнитного склонения, камышевки должны отслеживать расхождения между направлениями на магнитный и истинный север. Но как это им удается? Вероятнее всего, они определяют положение истинного севера, изучая расположение звезд, вращающихся вокруг Полярной звезды, а потом сравнивают его с показаниями своего компаса магнитного наклонения.

В подтверждение наблюдений Торупа – и гораздо более ранней работы Пердека – эти новые исследования показывают, что более опытные старшие птицы обладают накопленной информацией о нормальном маршруте миграции, которой нет у молодых птиц. Таким образом, способность компенсировать изменения долготы должна быть умением не врожденным, наследственным, а приобретенным.

Моуритсен признает, что в клетке Эмлена создаются в высшей степени искусственные условия, но отмечает также, что экспериментатор по меньшей мере точно знает, что́ в ней происходит. Условия можно регулировать, меняя каждый раз только один из факторов. Моуритсен изучал поведение птиц, подбрасывая их в направлении, противоположном тому, в котором они прыгали во время опытов, и отслеживая, в какую сторону они полетят. Как правило, они летели в обратном, то есть «правильном», направлении. Кроме того, он говорит, что результаты, полученные в клетках Эмлена, весьма согласуются с наблюдаемым поведением свободно летающих птиц.

Однако у Анны Гальярдо остаются сомнения. В старину навигационные способности голубей часто оценивали, следя за ними в бинокль, пока они не исчезали из виду. Иногда птицы, летевшие в этот момент по направлению к дому, так и не возвращались к своей голубятне, а иногда, наоборот, голуби, летевшие сначала в неверном направлении, успешно добирались до дому. Поэтому Гальярдо считает, что исследование птиц в воронках Эмлена – недостаточно достоверный способ определения их реальных навигационных предпочтений.

Есть и еще одна проблема. Поскольку разница в склонении, которую предположительно замечают птицы, мала, их звездный компас и компас наклонения должны быть весьма точными. Чтобы проверить, действительно ли птицы способны измерять различия склонения, можно, в частности, поместить их в планетарий и посмотреть, как они будут реагировать, если спрятать от них все звезды или переместить центр, вокруг которого вращается звездное небо. В идеальном варианте следовало бы повторить эксперименты, проведенные в Рыбачьем, со свободно летающими птицами, снабженными GPS-трекерами, но такое исследование сопряжено со значительными техническими сложностями.

Хотя этот вопрос еще не получил окончательного ответа, у нас впервые появились веские, хотя и не бесспорные свидетельства того, что птицы умеют решать задачу определения долготы методом параллельного использования геомагнитных и астрономических ориентиров.

Как лососю, откормившемуся на обильных запасах пищи, которые он встречает в открытом море, удается найти устье той самой реки, в которой он родился, особенно учитывая, что оно может находиться в тысячах километров от него?

Одним из достоинств геомагнитного поля является его повсеместное присутствие. Где бы вы ни находились – на суше, в воздухе или даже под водой, – вы всюду можете его обнаружить, разумеется, при наличии соответствующих датчиков. Поскольку лосось способен ориентироваться по магнитным полям, напряженность которых сравнима с напряженностью геомагнитного поля, было бы соблазнительно предположить, что именно геомагнетизм и используется в системе, позволяющей ему находить дорогу домой через весь океан. Но ставить эксперименты на рыбах, плавающих в открытом море, разумеется, нелегко.

Натан Путмен обнаружил, что существуют данные об уловах нерки за период длительностью 56 лет: они хранились для разрешения возникшего между канадскими и американскими властями спора относительно дележа этой рыбы между двумя странами. В особенности его заинтересовали лососи, родившиеся в реке Фрейзер в Британской Колумбии. Они выходят в море чуть к югу от центра Ванкувера, в 1375 километрах от истока реки, расположенного высоко в Скалистых горах.

Обычно эти рыбы проводят два года в открытом океане, а затем возвращаются на нерест. Оказавшись перед вытянутым островом Ванкувер, преграждающим им путь, они могут подплыть к устью реки Фрейзер либо с севера, через пролив Королевы Шарлотты, либо с юга, через пролив Хуан-де-Фука.

Записи рыболовецких предприятий демонстрировали любопытные годовые колебания числа лососей, приплывающих с каждого из двух направлений. Сама эта информация была не особенно полезной, но Путмен знал помимо этого, что геомагнитное поле вокруг острова Ванкувер подвержено постепенным изменениям, известным под названием «вековые вариации». Он захотел проверить, не может ли сравнение этих двух процессов – колебаний улова и вековых вариаций – пролить свет на способ, который рыбы используют в определении своего маршрута.

Путмен обнаружил, что рыбы предпочитают подходить к реке Фрейзер через тот канал, который меньше отличается по напряженности магнитного поля от окрестностей устья реки. Казалось, что, когда рыбы покидают реку, у них происходит импринтинг ее магнитной сигнатуры, а когда они возвращаются к ней, они выбирают свой маршрут при помощи некого датчика напряженности магнитного поля. В одни годы это означает, что лосось проходит по южному пути, через пролив Хуан-де-Фука, а в другие – преимущественно по северному, через пролив Королевы Шарлотты.

Можно спросить, как лососю удается использовать градиент напряженности магнитного поля, если сигнал напряженности настолько неточен и загрязнен шумами. Но лосось – не почтовый голубь: ему нужно всего лишь выбрать один из двух широких каналов, разделенных несколькими сотнями километров, так что высокая точность и не требуется. Путмен считает, что для навигации во время обратного перехода через открытое море от мест кормежки в заливе Аляска рыбы могут использовать магнитную карту.

Но, приблизившись к устью реки Фрейзер, они вполне могут полагаться не на магнитную, а на ольфакторную информацию. Впоследствии Путмен поставил дальнейшие эксперименты, из которых, по его мнению, следует, что молодые особи лосося, впервые выходящие в море, возможно, используют для прокладки курса к местам кормежки, расположенным посреди океана, некую комбинацию сигналов напряженности магнитного поля и магнитного наклонения.

Результаты, полученные Путменом, поразительны, но доказательства наличия у лосося магнитных карт нельзя назвать несомненными. Как и в случае с птицами в России, пока что нельзя исключить возможность, что на самом деле рыбы, с которыми ставились эти эксперименты, использовали какой-то более простой механизм, возможно основанный на магнитных ориентирах или маяках.

Пытаясь ответить на этот вопрос, ученые недавно провели исследование, специально вспугивая животных, на 188 отдельных группах европейских косуль  в разных охотничьих заказниках Чешской Республики. Оказалось, что – даже с учетом других вероятных причин, например направления ветра и положения солнца, – косули предпочитают спасаться в направлении магнитного севера или юга. Если опасность приближается с юга или севера, они бегут в точно противоположном направлении, а если она приходит с востока или запада, направление их бегства приближается либо к северному, либо к южному. Если есть такая возможность, они не убегают в восточном или западном направлении. Также выяснилось, что мирно пасущиеся косули склонны разворачиваться вдоль оси, соединяющей северный и южный магнитные полюса.