Gli uccelli in viaggio, la cui portata migratoria è veramente di natura planetaria, devono fare affidamento sui campi di orientamento globali, a causa delle proprietà fisiche fondamentali del globo e dello spazio circostante. Soprattutto molte speranze di comprendere i meccanismi di orientamento degli uccelli migratori hanno generato un campo geomagnetico tra gli ornitologi, la cui presenza distingue la Terra da tutti i pianeti più vicini del sistema solare.
I meccanismi della migrazione degli uccelli
Con un certo grado di convenzionalità, la Terra può essere immaginata come una gigantesca palla magnetizzata. In ogni punto della superficie del globo c'è un campo magnetico, la cui direzione è facile da stabilire usando l'ago della bussola, che è sempre rivolto verso il polo magnetico. Ricorda che i poli magnetici del pianeta si trovano in qualche modo lontano dai poli geografici disegnati su una mappa o un globo attraverso il quale passa l'asse di rotazione terrestre.
La freccia di una bussola convenzionale si sposta solo a destra e a sinistra, quindi, mostra la direzione del solo componente orizzontale del campo, essendo diretta lungo il meridiano magnetico verso il polo magnetico della Terra. Ma le forze del magnetismo terrestre agiscono non solo sul piano orizzontale, ma anche verso il centro del pianeta, cioè il campo magnetico ha anche una componente verticale o, come si dice, gravitazionale. Se l'ago della bussola potesse muoversi in tutte le direzioni, anche su e giù, la sua posizione cambierebbe notevolmente mentre si sposta dall'equatore ai poli.
All'equatore, si troverebbe rigorosamente parallelo alla superficie della Terra, cioè, assolutamente in orizzontale, indicando la sua estremità magnetizzata rigorosamente verso nord. Man mano che si allontana dall'equatore, le sue deviazioni dall'orizzontale diventerebbero più evidenti e alla fine sul polo nord la freccia si volgerebbe al centro del pianeta, cioè si alzerebbe verticalmente. Al polo magnetico sud, la freccia occuperà anche una posizione verticale, ma la sua estremità "nord" magnetizzata sarà rivolta verso l'alto. Pertanto, una bussola con un tale dispositivo può essere utilizzata non solo per indicare la direzione verso nord, ma anche per determinare la sua posizione sul meridiano, cioè come indicatore di latitudine.
Ipotesi dell'orientamento magnetico degli uccelli migratori
Gli uccelli possono usare il magnetismo terrestre allo stesso modo in cui usiamo una bussola convenzionale, la cui freccia, obbedendo alla componente orizzontale del campo magnetico, è sempre rivolta a nord? Gli uccelli sono in grado di sentire e apprezzare questo componente? L'ipotesi dell'orientamento magnetico degli uccelli migratori è stata espressa dall'accademico dell'Accademia di San Pietroburgo A. Middendorf più di cento anni fa, tuttavia le possibilità reali per la sua verifica sperimentale sono apparse negli scienziati solo negli ultimi anni.
Un metodo per studiare la migrazione degli uccelli
Si scopre che i piccioni con spirali fatte di filo metallico sottile sulle loro teste con corrente elettrica che scorre attraverso di loro da batterie in miniatura in esperimenti su tempo nuvoloso non sono tornati a casa bene. Con il bel tempo, usavano la familiare bussola solare e si diressero con sicurezza verso la colombaia, per nulla triste che la direzione dei campi magnetici che circondavano le loro teste non avesse nulla in comune con la direzione del magnetismo terrestre.
In tempo nuvoloso, i piccioni con spirali in testa hanno commesso gravi errori durante la trama e sono andati via ovunque, mentre i piccioni senza spirali non hanno avuto notevoli difficoltà. Ad oggi, ci sono molte più prove della capacità degli uccelli di usare una bussola magnetica. Molto più dubbio è causato dalla capacità degli uccelli di usare la componente gravitazionale del campo magnetico per determinare la loro posizione.
Rotazione della terra e migrazione degli uccelli
Un tempo, è stato persino suggerito che gli uccelli avessero metodi di navigazione basati sull'uso delle forze di Coriolis. Queste forze sorgono a causa della rotazione del globo; aumentano nella direzione dal polo all'equatore secondo un aumento della velocità di rotazione dei punti situati sulla superficie della sfera terrestre. Le manifestazioni globali delle forze di Coriolis su scala planetaria sono lisciviazione delle sponde dei fiumi che scorrono nella direzione meridionale e torsione di giganteschi vortici atmosferici. L'uso di queste forze si basa sulla costruzione di una girobussola, un dispositivo che, in qualsiasi posizione di un aeromobile o di una nave marittima, si posiziona spontaneamente lungo il meridiano geografico. Le forze di Coriolis sono adatte per determinare la latitudine geografica all'interno di un emisfero da esse.
Se aggiungiamo un altro indicatore di posizione, ad esempio uno dei componenti del campo magnetico terrestre, possiamo ottenere il sistema desiderato da due coordinate (a causa della discrepanza tra gli assi del magnetismo e della rotazione), che ci consente di creare una mappa a gravità magnetica. Tuttavia, i calcoli hanno mostrato che, per essere percepita dagli uccelli, la forza di Coriolis è ancora troppo piccola e, in particolare, si sovrappone irrimediabilmente e si maschera da quelle accelerazioni che colpiscono l'uccello in volo (al decollo, durante l'accelerazione o la decelerazione, e infatti quando qualsiasi cambiamento nella velocità di volo o posizione nello spazio).
Navigazione degli uccelli
La differenza tra orientamento della bussola e navigazione
Andare all'obiettivo include due componenti. In primo luogo, l'orientamento della bussola - la capacità di mantenere una rotta prescelta per lungo tempo, e in secondo luogo, la navigazione - la capacità di tracciare una rotta tra due punti sulla base di un confronto delle loro coordinate, cioè su una mappa memorizzata nella memoria.
Le differenze tra il semplice orientamento della bussola e la navigazione sono illustrate dall'esperienza del trasporto di storni. Diverse migliaia di uccelli furono catturati e inanellati, trasportati dall'Olanda alla Svizzera e rilasciati. I giovani uccelli, che fecero la prima migrazione nella loro vita, andarono dalla Svizzera a sud-ovest. Sono riusciti a scegliere la direzione giusta, ma alla fine si sono deviati dal percorso e si sono notevolmente spostati a sud del luogo in cui erano diretti, e di conseguenza non avevano altra scelta che l'inverno in Spagna e nelle regioni meridionali della Francia.
Secondo la bussola, i giovani si sono orientati correttamente, ma gli storni non potevano permettersi di correggere un certo spostamento dal loro solito percorso. E gli storni adulti, che hanno già esperienza nella migrazione, hanno dimostrato perfettamente di avere un'ottima navigazione da cecchino. Sono stati in grado di navigare e hanno immediatamente aperto il nuovo corso nelle direzioni nord-occidentale e occidentale e di conseguenza hanno raggiunto facilmente il loro normale svernamento.
La differenza tra l'orientamento spaziale di uccelli adulti e giovani
Qual è la differenza tra l'orientamento spaziale di uccelli adulti e giovani? Molto probabilmente, il movimento per lo svernamento negli animali giovani, superando per la prima volta la rotta della loro vita, è subordinato principalmente a programmi istintivi di comportamento. In altre parole, il giovane storno ha l'innata capacità di volare nella direzione dello svernamento e immagina in modo abbastanza preciso esattamente quale distanza deve superare per raggiungerli.
Un'altra cosa sono gli uccelli adulti che hanno già visitato gli appartamenti invernali e ricevuto alcune informazioni lì. Qual è la domanda più difficile e chiave, la risposta esatta a cui non esiste ancora. Questa può essere qualsiasi informazione astronomica o geofisica, attraverso la quale è possibile dare una caratteristica unica di qualsiasi punto sulla superficie del globo. Quindi, un uccello adulto è molto probabilmente in grado di confrontare le informazioni di svernamento memorizzate con le informazioni attuali sulla sua posizione.Tutto ulteriormente è una questione di tecnologia ed è un compito semplice per qualsiasi soggetto che conosca le capacità di orientamento utilizzando una bussola.
La capacità dei piccioni di trovare la strada per la casa
La straordinaria capacità dei piccioni di trovare la strada per la casa è nota da tempo immemorabile. Gli eserciti degli antichi persiani, assiri, egiziani e fenici mandavano messaggi dalle campagne con i piccioni. Durante entrambe le guerre mondiali, il posto dei piccioni serviva a tal punto che furono eretti monumenti in onore dei corrieri di lettere piumati a Bruxelles e nella città francese di Lione. Durante le competizioni, i piccioni viaggiatori vengono trasportati per 150-1000 chilometri e rilasciati. Il tempo di ritorno degli uccelli sulla colombaia viene registrato utilizzando dispositivi speciali. Piccioni ben addestrati volano a casa con una velocità media di 80 chilometri all'ora, i migliori sono in grado di superare i 1000 chilometri al giorno.
Il terzo monumento ai piccioni non è stato ancora costruito, ma sono stati a lungo meritati a causa del loro eccezionale contributo allo studio delle modalità di orientamento degli uccelli. Si è scoperto, ad esempio, che i piccioni possono tornare da molto lontano alla colombaia nonostante la più forte "miopia". Gli uccelli "miopi" sono stati realizzati per la durata dell'esperimento, mettendo le lenti a contatto opache sui loro occhi, il che ha permesso di distinguere solo i contorni degli oggetti più vicini. E con tali obiettivi, i piccioni sono stati rilasciati a 130 km dalla colombaia. Gli uccelli mezzo ciechi si innalzarono verso l'alto e si precipitarono a casa in alta quota, non vedendo nulla intorno a loro tranne una impenetrabile nebbia grigia. Quasi tutti sono riusciti a raggiungere il luogo in sicurezza, anche se la "miopia" non ha permesso di trovare la colombaia stessa. I piccioni scesero nel raggio di 200 metri da lei e si aspettarono pazientemente di sbarazzarsi di lenti fastidiose.
Bussole per uccelli
Quando un corso è noto, puoi seguirlo a lungo solo con l'aiuto di una bussola. A seconda delle circostanze, gli uccelli usano con sicurezza "bussole" di almeno tre tipi diversi. Di giorno, gli uccelli determinano con grande precisione la posizione dei punti cardinali sul sole. Ciò non è impedito nemmeno da un leggero sudario di nuvole, purché permetta di percepire la posizione della stella nel cielo. Di notte, la "bussola" stellare viene per sostituire il sole, e nell'arte di gestirlo, molti uccelli che eseguono migrazioni notturne ottennero anche un grande successo. Quando il tempo peggiora completamente e il cielo è coperto di nuvole tutto il giorno, una "bussola" magnetica viene in soccorso di viaggiatori piumati, con i quali riescono anche con grande abilità.
Pertanto, alla domanda su quali viaggiatori piumati “bussola” usano, gli scienziati hanno una risposta quasi completa. La situazione è ancora peggiore finora con la comprensione di quale sia la "mappa di navigazione" degli uccelli e quali metodi usano per contrassegnare la loro posizione su di essa. Ricordiamo che i marinai hanno imparato a farlo davvero solo con l'avvento di strumenti di misurazione precisi.
Prima di tutto, un cronometro - un orologio con un progresso molto accurato, che ti consente di tracciare l'altitudine delle stelle sopra l'orizzonte e il loro azimut ad un'ora strettamente definita durante un viaggio di molti mesi - cioè la loro posizione rispetto alla direzione nord. La posizione dei luminari viene determinata con l'aiuto di un sestante, uno strumento piuttosto complesso, senza il quale nel corso degli ultimi tre secoli non una sola nave interurbana ha lasciato il porto. Per "ottenere un posto" della nave, è necessario effettuare almeno due misurazioni dell'altitudine o dell'azimut delle stelle - in qualsiasi combinazione.
Avendo ottenuto i numeri necessari con l'aiuto delle tabelle di navigazione, liberando parzialmente il navigatore da calcoli complessi, può determinare la longitudine geografica e la latitudine, con cui la nave era al momento della misurazione, con una precisione di diverse miglia. Metodi di navigazione più precisi, ma incomparabilmente più costosi, che suggeriscono la posizione di una nave o di un aereo con una precisione di decine di metri, sono diventati possibili solo con l'avvento dei veicoli spaziali.
Bussole solari e stellari
Pertanto, in base alla posizione del Sole o delle stelle nel cielo, non solo puoi mantenere la rotta usando i luminari come sostituto di una bussola, ma anche determinare la tua posizione sulla superficie del pianeta usando i luminari come indicazioni. Attualmente, è fermamente stabilito che gli uccelli hanno la capacità innata di usare "bussole" solari e stellate, grazie alla presenza di accurati "orologi interni", che consentono di scegliere la giusta direzione per qualsiasi posizione delle stelle durante il giorno.
Gli uccelli possono usare il sole e le stelle per determinare la posizione?
Se l'evoluzione dei sistemi di navigazione degli uccelli seguisse lo stesso percorso dello sviluppo degli affari di navigazione, gli uccelli dovrebbero trovare un sostituto per il cronometro, il sestante, il calendario e, inoltre, padroneggiare la somma delle conoscenze in astronomia almeno nel volume del programma della scuola secondaria. Quindi, trovandosi in un'area sconosciuta, lo stesso piccione viaggiatore potrebbe determinare la sua posizione rispetto alla casa, valutando la differenza tra l'altezza del sole e l'azimut delle stelle in un nuovo posto e l'altezza e l'azimut immagazzinati delle stesse stelle nello stesso giorno e poi contemporaneamente sopra la colombaia nativa.
Il modo più semplice è di aspettare nel nuovo posto di mezzogiorno locale - il momento del culmine superiore del centro del sole. Quindi due cose dovrebbero essere fatte. In primo luogo, guarda gli orologi che corrono all'ora di "casa" e stabilisci la differenza nel momento di mezzogiorno. Se il Sole andava allo zenit prima delle 12.00, allora la casa rimaneva a ovest, se più tardi - a est. In secondo luogo, è necessario guardare il sole e valutarne l'altezza sopra l'orizzonte. Se il Sole a mezzogiorno è più alto che a casa, allora il destino ti ha portato a sud, se inferiore - a sud a nord (nell'emisfero meridionale, ovviamente, viceversa).
A prima vista, tutto è semplice, ma in realtà le difficoltà sono indescrivibili. Per utilizzare questo metodo, anche nella sua modifica più semplice, è necessaria un'enorme quantità di memoria e la massima precisione di misurazione. Il cervello degli uccelli non ha tali risorse di memoria. Inoltre, le misurazioni ai fini della navigazione sono troppo complesse per poter essere eseguite "ad occhio".
Ad esempio, alla latitudine della città di Simferopoli, per ogni 100 chilometri, l'altezza del Sole cambia di solo 1 °, l'ora dell'alba e del tramonto - di meno di 5 minuti, l'azimut del Sole - di meno di 1,5 °. È più facile utilizzare l'orientamento astronomico su lunghe distanze - poiché diminuisce, i requisiti per l'accuratezza della misurazione sono in costante aumento.
Gli ornitologi hanno lavorato duramente per trovare somiglianze nei metodi di navigazione di uccelli e persone. Ma tutti gli studi in questa direzione non hanno ancora avuto successo. Molto probabilmente, gli uccelli determinano la loro posizione sulla superficie terrestre e disegnano le loro "mappe" in altri modi. Quali - questo resta da vedere in futuro. Ecco come un noto specialista nel campo della migrazione degli uccelli vede il professore di Pietroburgo V.R. Dolnik: "Dobbiamo ammettere", scrive, "che il sistema di navigazione conduce gli uccelli a un punto - nel senso più letterale della parola, in cui una volta hanno ricevuto (o da cui continuano a ricevere) alcune informazioni.
Ovviamente, i limiti di precisione dei sistemi a noi noti che forniscono la navigazione astronomica, geomagnetica o gravitazionale negli uccelli sono 2-3 ordini di grandezza insufficienti per la navigazione verso un punto. Questo di nuovo (come nello studio dei piccioni viaggiatori) solleva la questione di alcuni fattori sconosciuti che ci consentono di indicare la navigazione assoluta, o un fattore noto, ma un modo sconosciuto di usarlo per la navigazione. "