Как зрение помогает охотится ночным птицам

Мы, люди, пребываем в уверенности, что наша зрительная система совершенна. Она позволяет нам воспринимать пространство в трех измерениях, замечать объекты на расстоянии и свободно двигаться. Мы обладаем способностью точно узнавать других людей и угадывать их эмоции, отражающиеся на лице. По сути дела, мы настолько «зрительные» существа, что нам трудно представить себе сенсорные миры животных, обладающих иными способностями, недоступными нам, — например, летучей мыши, ночной охотницы, которая обнаруживает маленьких насекомых, ориентируясь на эхо от издаваемых ею высокочастотных звуков.

Вполне естественно, что наши знания о цветовом зрении основываются преимущественно на собственном опыте: исследователям легко проводить эксперименты с участием испытуемых, готовых ответить, например, какие смешения цветов выглядят одинаково, а какие различаются. Несмотря на то, что нейробиологи путем регистрации разряда нейронов подтвердили полученные сведения для ряда видов живых существ, все же вплоть до начала 70-х гг. прошлого века мы оставались в неведении относительно того, что многие позвоночные, не относящиеся к млекопитающим, видят цвета части спектра, невидимой для человека, — в ближнем ультрафиолете (УФ).

Открытие ультрафиолетового зрения началось с исследований поведения насекомых выдающимся англичанином сэром Джоном Лаббоком, лордом Эйвбери (Sir John Lubbock, Lord Avebury), другом и соседом Чарльза Дарвина, членом парламента, банкиром, археологом и натуралистом. В начале 1880-х гг. Лаббок заметил, что в присутствии УФ-излучения муравьи переносят свои личинки в более темные места или в те, что освещены светом с более длинными волнами. Затем в середине 1900-х гг. австрийский натуралист Карл фон Фриш (Karl von Frisch) доказал, что пчелы и муравьи не только видят ультрафиолет как отдельный цвет, но и пользуются им как своеобразным небесным компасом.

Многие насекомые так же воспринимают ультрафиолетовый свет; по результатам исследований последних 35 лет птицы, ящерицы, черепахи и многие рыбы обладают УФ-рецепторами в сетчатке. Почему же тогда млекопитающие не такие, как все? Чем вызвано обеднение их цветового восприятия? Поиск ответа раскрыл перед нами любопытную эволюционную историю и привел к новому пониманию чрезвычайно богатого зрительного мира птиц.

Как развивалось цветовое зрение

Чтобы лучше понять суть открытий, для начала стоит познакомиться с некоторыми основными принципами цветового видения. Прежде всего, необходимо отказаться от одного распространенного заблуждения.

Действительно, как нас учили в школе, предметы поглощают свет с определенными длинами волн и отражают остальной, а воспринимаемые нами цвета связаны с длинами волн отраженного света. Однако цвет — это не свойство света или объектов, отражающих его, а ощущение, рождающееся в мозге.

Цветовое зрение позвоночных обусловлено наличием колбочек в сетчатке, представляющей собой слой нервных клеток, которые передают зрительные сигналы в мозг. В каждой колбочке содержится пигмент, состоящий из разновидности белка опсина, связанного с молекулой вещества под названием ретиналь, которое находится в близком родстве с витамином A. Когда пигмент поглощает свет (точнее, отдельные сгустки энергии, называемые фотонами), то полученная им энергия заставляет ретиналь изменять свою форму, что запускает каскад молекулярных превращений, активирующих колбочки, а вслед за ними и нейроны сетчатки, один из типов которых посылает импульсы по зрительному нерву, передавая в мозг информацию о воспринятом свете.

Чем сильнее свет, тем больше фотонов поглощается зрительными пигментами, сильнее активация каждой колбочки, и более ярким кажется воспринимаемый свет. Однако информация, исходящая от одной колбочки, ограничена: она не может сообщить мозгу, какова длина волны света, задействовавшего ее. Световые волны разной длины поглощаются по-разному, и каждый зрительный пигмент характеризуется определенным спектром, показывающим, как поглощение света зависит от длины волны. Зрительный пигмент может одинаково поглощать свет с двумя различными длинами волн, и, хотя фотоны света будут нести различную энергию, колбочка не сможет их различить, поскольку и те, и другие вызывают изменение формы ретиналя и таким образом запускают один и тот же молекулярный каскад, ведущий к активации. Колбочка способна только считывать поглощенные фотоны, она не в состоянии отличить одну длину волны света от другой. Следовательно, колбочка может быть в равной степени активирована сильным светом со сравнительно плохо поглощаемой длиной волны и тусклым светом с хорошо поглощаемой длиной волны.

Для того, чтобы мозг мог увидеть цвет, он должен сравнить реакции нескольких классов колбочек, содержащих разнообразные зрительные пигменты. Наличие более чем двух типов колбочек в сетчатке позволяет лучше различать цвета. Опсины, которыми одни колбочки отличаются от других, предоставили нам хорошую возможность изучить эволюцию цветового зрения. Исследователи могут определить эволюционное родство опсинов в различных классах колбочек и у всевозможных видов, изучая последовательность нуклеотидных оснований («алфавита» ДНК) в генах, кодирующих эти белки. В результате получается генеалогическое древо, свидетельствующее о том, что опсины — очень древние белки, существовавшие еще до появления основных групп животных, населяющих Землю в наши дни. Мы можем проследить четыре линии развития пигментов колбочек позвоночных, названных описательно по той области спектра, к которой они наиболее чувствительны: длинноволновые, средневолновые, коротковолновые и ультрафиолетовые.

Люди и некоторые приматы видят цвета в результате взаимодействия трех типов колбочек в сетчатке глаза. Каждый тип содержит свой пигмент, чувствительный к определенному диапазону длин световых волн. Три вида колбочек обладают наибольшей чувствительностью — около 560, 530 и 424 нм.

Две тонкие вертикальные линии на графике указывают различные длины световых волн, поглощаемых пигментом 560 в равной степени. Несмотря на то, что фотоны световых лучей с длиной волны в 500 нм (сине-зеленый свет) несут бóльшую энергию, чем обладающие длиной волны 610 нм (оранжевый свет), и те, и другие вызывают одинаковую реакцию пигмента и, соответственно, одинаковую активацию колбочки. Таким образом, одиночная колбочка не может сообщить мозгу о длине волны поглощенного света. Чтобы отличить одну длину волны от другой, мозг должен сравнить сигналы от колбочек с различными зрительными пигментами.

Помимо колбочек, все основные группы позвоночных имеют в своих сетчатках еще и палочки, которые содержат зрительный пигмент родопсин и обеспечивают способность видеть при очень слабом освещении. Родопсин сходен по структуре и спектральным характеристикам поглощения с пигментами колбочек, наиболее чувствительными к длинам волн в середине зрительного спектра. Из таких пигментов он и развился сотни миллионов лет назад.

Птицы обладают четырьмя колбочковыми пигментами с различными спектральными характеристиками, по одному из каждой линии. Млекопитающие же обычно имеют всего два таких пигмента: один из них особенно чувствителен к фиолетовому свету, а другой — к длинноволновому. Почему животные оказались обделенными? Вероятно, дело в том, что на ранних стадиях развития, в период мезозоя (от 245 до 65 млн. лет назад), они были мелкими зверьками, ведущими скрытный ночной образ жизни. По мере того как их глаза привыкали видеть в темноте, все большее значение приобретали высокочувствительные палочки, а роль цветового зрения падала. Таким образом, животные потеряли два из четырех колбочковых пигментов, которыми обладали их предки и которые сохранились у большинства рептилий и птиц.

Когда 65 млн. лет назад вымерли динозавры, млекопитающие получили новые возможности для специализации, и их разнообразие стало быстро возрастать. Представители одной группы, к которой относились предки людей и других ныне живущих приматов, перешли на дневной образ жизни, забрались на деревья, важной частью их рациона стали фрукты. Окраска цветов и плодов часто выделяет их на фоне листвы, но млекопитающие со своим единственным колбочковым пигментом для длинноволнового света не смогли бы различать контрастные цвета в зеленой, желтой и красной частях спектра. Однако эволюция уже заготовила инструмент, который помог приматам справиться с проблемой.

Изредка при формировании яйцеклеток и сперматозоидов в процессе деления клеток из-за неравного обмена участками хромосом возникают гаметы с хромосомами, содержащими дополнительные копии одного или нескольких генов. Если в последующих поколениях такие дополнительные копии сохранятся, то естественный отбор может закрепить возникающие в них полезные мутации. По мнению Джереми Натанса (Jeremy Nathans) и Дэвида Хогнесса (David Hogness) из Стэнфордского университета, нечто подобное происходило на протяжении последних 40 млн. лет в зрительной системе предков приматов. Неравноценный обмен ДНК в половых клетках и последующая мутация дополнительной копии гена, кодирующего пигмент, чувствительный к длинноволновому свету, привели к появлению второго пигмента, область максимальной чувствительности которого была смещена. Таким образом, данная ветвь приматов отличается от остальных млекопитающих тем, что имеет не два, а три колбочковых пигмента и трихроматическое цветовое зрение.

Хотя новое приобретение значительно усовершенствовало зрительную систему, оно все же не дало нам квинтэссенцию восприятия окружающего мира. Наше ощущение цвета несет в себе следы исправления эволюционной ошибки, ему не хватает еще одного пигмента до тетрахроматической зрительной системы птиц, многих рептилий и рыб.

Мы генетически несовершенны еще в одном отношении. Оба наших гена пигментов, чувствительных к длинноволновой части спектра, лежат в X-хромосоме. Поскольку у самцов она всего одна, мутация любого из этих генов может привести к тому, что особи будет трудно различить красный и зеленый цвета. Самки реже страдают подобным нарушением, поскольку в том случае, если ген поврежден в одном экземпляре X-хромосомы, пигмент все же может производиться по инструкциям, содержащимся в здоровом гене в другой X-хромосоме.

ОБЗОР: ЭВОЛЮЦИОННАЯ ИСТОРИЯ
Цветовое зрение позвоночных зависит от клеток сетчатки, называемых колбочками. Птицы, ящерицы, черепахи и многие рыбы обладают четырьмя типами колбочек, а большинство млекопитающих — всего двумя.
Предки млекопитающих имели полный набор колбочек, однако утратили половину в тот период своей эволюции, когда они вели преимущественно ночной образ жизни, и цветовое зрение не имело для них большого значения.
Предки приматов, к которым относится и человек, вновь обрели третий тип колбочек благодаря мутации одной из двух имевшихся.
Большинство млекопитающих, однако, имеют всего два типа колбочек, что делает их цветовое восприятие весьма ограниченным в сравнении со зрительным миром птиц.

Анализируя ДНК современных видов животных, исследователи смогли заглянуть в глубь времен и определить, как изменялись колбочковые пигменты в ходе эволюции позвоночных. Результаты показывают, что на ранних этапах развития они имели четыре типа колбочек (цветные треугольники), в каждом из которых содержался свой зрительный пигмент. Млекопитающие на определенном этапе эволюции потеряли два из четырех видов колбочек, что, вероятно, было связано с их ночным образом жизни: при слабом освещении колбочки не нужны. Птицы и большинство рептилий наоборот сохранили четыре колбочковых пигмента с различными спектрами поглощения. После того, как динозавры вымерли, разнообразие млекопитающих стало быстро возрастать, и одна из линий эволюции, которая привела к сегодняшним приматам — африканским обезьянам и людям, — снова приобрела третий тип колбочек благодаря дупликации и последующей мутации гена одного из оставшихся пигментов. Поэтому мы, в отличие от большинства млекопитающих, обладаем тремя типами колбочек (вместо двух) и трихроматическим зрением, что, конечно, стало некоторым прогрессом, но не идет ни в какое сравнение с богатым зрительным миром птиц.

На ранних этапах своей эволюции млекопитающие потеряли не только колбочковые пигменты. Каждая колбочка глаза птицы или рептилии содержит цветную каплю жира, а у млекопитающих ничего подобного нет. Эти сгустки, в которых в высокой концентрации содержатся вещества, называемые каротиноидами, расположены таким образом, что свет должен пройти через них перед тем, как попасть на стопку мембран во внешнем сегменте колбочки, где помещается зрительный пигмент. Жировые капли выполняют роль фильтров, не пропуская свет с короткими волнами и сужая тем самым спектры поглощения зрительных пигментов. Такой механизм уменьшает степень перекрытия между спектральными зонами чувствительности пигментов и увеличивает количество цветов, которые в теории птица может различить.

ВАЖНАЯ РОЛЬ КАПЕЛЬ ЖИРА В КОЛБОЧКАХ

Колбочки птиц и многих других позвоночных сохранили несколько особенностей, утерянных млекопитающими. Важнее всего из них для цветового зрения наличие цветных капель жира. Колбочки птиц содержат красные, желтые, почти бесцветные и прозрачные капельки. На микрофотографии сетчатки гаички хорошо заметны желтые и красные пятна; черными кружками обведены несколько бесцветных капель. Все капельки, кроме прозрачных, служат фильтрами, не пропускающими свет с короткими длинами волн.
Такая фильтрация сужает области спектральной чувствительности трех из четырех типов колбочек и сдвигает их в часть спектра с более длинными волнами (график). Отсекая часть длин волн, на которые реагируют колбочки, капли жира позволяют птицам различать больше цветов. Озон в верхних слоях атмосферы поглощает свет с длиной волны короче 300 нм, поэтому УФ-зрение птиц работает только в ближнем ультрафиолете — в диапазоне от 300 до 400 нм.

Проверяем цветовое зрение у птиц

Наличие четырех типов колбочек, содержащих различные зрительные пигменты, с определенностью указывает на то, что птицы обладают цветовым зрением. Однако подобное утверждение требует наглядной демонстрации их способностей. Причем в ходе экспериментов должны быть исключены остальные параметры (например, яркость), которыми могли бы пользоваться пернатые. Несмотря на то, что исследователи проводили подобные опыты и ранее, они начали изучать роль УФ-колбочек лишь в последние 20 лет. Мой бывший студент Байрон Батлер (Byron K. Butler) и я решили воспользоваться методикой сравнения цветовых оттенков (color matching), чтобы понять, каким образом четыре типа колбочек участвуют в механизме зрения.

Чтобы разобраться, как происходит сравнение различных оттенков, для начала рассмотрим наше собственное цветовое зрение. Желтый свет активирует оба типа колбочек, чувствительных к длинноволновому свету. Более того, можно подобрать такое соединение красного и зеленого, которое возбуждает те же два типа колбочек в той же степени, причем глаз будет видеть такое сочетание желтым (как и чистый желтый свет). Другими словами, два физически различных света могут совпадать по цвету (подтверждение того, что восприятие цвета рождается в мозге). Наш мозг различает цвета в этой части спектра, сравнивая сигнал от двух типов колбочек, чувствительных к длинноволновому свету.

Вооружившись знанием физических свойств четырех типов колбочек и жировых капель, Батлер и я смогли вычислить, какое сочетание красного и зеленого будет в восприятии птиц совпадать по оттенку с выбранным нами желтым. Поскольку зрительные пигменты человека и птиц не идентичны, данная цветовая гамма отличается от той, что воспринял бы человек, если бы мы попросили его выполнить такое же сравнение. Если птицы будут реагировать на цвета в соответствии с нашими предположениями, это подтвердит результаты измерений свойств зрительных пигментов и жировых капель и позволит нам продолжить наши исследования, чтобы выяснить, участвуют ли УФ-колбочки в цветовом зрении, и если да, то каким образом.

Для своих экспериментов мы выбрали австралийских волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus). Мы обучали птиц ассоциировать пищевое вознаграждение с желтым светом. Наши подопытные сидели на насесте, с которого они могли видеть пару световых стимулов, располагавшихся в метре от них. Один из них был просто желтого цвета, а другой возникал вследствие различных сочетаний красного и зеленого. Во время теста птица летела к тому источнику света, где ожидала найти пищу. Если она направлялась к желтому стимулу, то на небольшой промежуток времени открывалась кормушка с зерном, и птица получала возможность слегка перекусить. Другой же цвет не сулил ей никакого вознаграждения. Мы меняли сочетание красного и зеленого в нерегулярной последо- вательности и чередовали расположение обоих стимулов, чтобы попугаи не связывали пищу с правой или левой сторонами. Мы также варьировали интенсивность света стимула-образца, чтобы яркость не могла служить ориентиром.

Мы перепробовали множество сочетаний красного и зеленого, но пернатые с легкостью выбирали желтый образец и получали в награду зерна. Но когда попугайчики видели свет, примерно на 90% состоящий из красного и на 10% из зеленого (а по нашим вычислениям, именно такая пропорция должна совпасть по оттенку с желтым), они приходили в растерянность и делали случайный выбор.

Будучи уверенными в том, что можем предсказывать, когда в восприятии птиц цвета совпадают, мы попытались аналогичным образом продемонстрировать, что УФ-колбочки вносят свой вклад в тетрахроматическое цветовое зрение. В ходе эксперимента мы обучали птиц получать пищу там, где был фиолетовый стимул, и изучали их способность отличать эту длину волны от соединения синего света и света с различной длиной волны в ближнем УФ-диапазоне. Мы обнаружили, что крылатые участники опыта могли четко отличать естественный фиолетовый свет от большинства его имитаций. Однако их выбор опускался до случайного уровня при смешении 92% синего и 8% УФ — в той самой пропорции, которая, согласно нашим вычислениям, должна сделать цветовую гамму неотличимой от фиолетового. Полученный результат означает, что свет в УФ-диапазоне воспринимается птицами как самостоятельный цвет и что УФ-колбочки вносят свой вклад в тетрахроматическое зрение.

За пределами человеческого восприятия

Наши эксперименты показали, что птицы используют для цветового зрения все четыре типа колбочек. Однако человеку фактически невозможно понять, как они воспринимают цвет. Пернатые не только видят в ближнем ультрафиолете, но также могут и различать такие цвета, которые мы не способны даже представить себе. В качестве аналогии можно сказать, что наше трихроматическое зрение представляет собой треугольник, а их тетрахроматическое требует дополнительного измерения и образует тетраэдр, или трехгранную пирамиду. Пространство над основанием тетраэдра заключает в себе все то разнообразие цветов, которые лежат за пределами человеческого восприятия.

Какую пользу могут извлекать крылатые создания из такого богатства цветовой информации? У многих видов самцы окрашены гораздо ярче самок, и когда стало известно, что птицы воспринимают УФ-свет, специалисты начали исследовать влияние ультрафиолетовых цветов, невидимых для человека, на выбор полового партнера у птиц. В ходе серии экспериментов Мюир Итон (Muir Eaton) из Миннесотского университета изучил 139 видов пернатых, у которых представители обоих полов выглядят, по мнению человека, одинаково. Основываясь на измерении длины волны света, отражаемого от оперения, он заключил, что более чем в 90% случаев птичий глаз видит разницу между самцами и самками, о чем орнитологи раньше не догадывались.

Это видео наглядно иллюстрирует как выглядят волнистые попугайчики в ультрафиолетовом цвете. Как видят себя сами попугайчики мы можем лишь фантазировать, но одним из следствий наличия зрения в ультрафиолетовом спектре у волнистых попугаев является больший репродуктивный успех у птиц природного зеленого окраса, при наличии выбора самки попугаев предпочитают самцов с большей площадью оперения отражающего УФ спектр.

Предствавим ультрафиолетовый мир

Несмотря на то что никто не знает, как выглядит окружающая действительность для птиц, фотографии цветов тунбергии позволяют нам хотя бы отдаленно представить себе, насколько УФ-свет мог бы изменить видимый нами мир. Для нас в центре цветка располагается маленький черный круг (слева). Однако камера, оборудованная для съемки в одном лишь УФ-свете, «видит» совсем другую картину, в том числе гораздо более широкое темное пятно в центре (справа)

Франциска Хаусманн (Franziska Hausmann) исследовала самцов 108 видов австралийских птиц и обнаружила, что цвета с УФ-компонентом чаще всего находятся в декоративном оперении, которое участвует в демонстрациях при ухаживании. Интересные данные получили научные группы из Англии, Швеции и Франции в ходе изучения голубых лазоревок (Parus caeruleus), евразийских родичей североамериканских гаичек, и обыкновенных скворцов (Sturnus vulgaris). Оказалось, что самки отдают предпочтение тем кавалерам, чье оперение отражает больше УФ-лучей. Дело в том, что отражение УФ-света зависит от субмикроскопической структуры перьев, и потому может служить полезным индикатором состояния здоровья. Эмбер Кейсер (Amber Keyser) из Университета Джорджии и Джеффри Хил из Обернского университета обнаружили, что те самцы голубой гуираки, или синего большеклюва (Guiraca caerulea), которые обладают оперением более насыщенного, яркого голубого цвета, смещенного в УФ-область, оказываются крупнее, контролируют более обширные территории, богатые добычей, и кормят свое потомство чаще, чем другие особи.

Видео демонстрирующее оперение каика и совы в ультрафиолетовом спектре.

Наличие УФ-рецепторов может дать животному преимущества в добывании пищи. Дитрих Буркхардт (Dietrich Burkhardt) из Регенсбургского университета в Германии обратил внимание, что восковые поверхности многих фруктов и ягод отражают УФ-лучи, что делает их более заметными. Он обнаружил, что пустельги способны разглядеть тропинки полевок. Эти мелкие грызуны прокладывают пахучие дорожки, помеченные мочой и экскрементами, которые отражают ультрафиолет и становятся видимыми для УФ-рецепторов пустельги, в особенности весной, когда метки не скрыты растительностью.

Люди, не знакомые со столь интригующими открытиями, часто спрашивают меня: «Что дает птицам ультрафиолетовое зрение?» Они считают подобную особенность какой-то причудой природы, без которой всякая уважающая себя птица смогла бы прожить вполне счастливо. Мы находимся в ловушке наших собственных чувств и, понимая важность зрения и боясь его лишиться, все же не можем вообразить себе картину видимого мира, более живописную, чем наша собственная. Унизительно осознавать, что эволюционное совершенство обманчиво и неуловимо, и что мир не совсем таков, каким мы его представляем себе, глядя на него сквозь призму человеческого самомнения.

ВИРТУАЛЬНЫЙ ВЗГЛЯД В ЗРИТЕЛЬНЫЙ МИР ПТИЦ

Пространство цветового зрения человека можно изобразить в виде треугольника. Видимые нами цвета спектра располагаются вдоль жирной черной кривой внутри него, а все многообразие остальных оттенков, получаемых путем смешения, находится ниже этой линии. Чтобы отобразить цветовое зрение птицы, нам нужно добавить еще одно измерение, и в результате получается объемное тело, тетраэдр. Все цвета, которые не активируют УФ-рецепторы, лежат на его основании. Однако поскольку капли жира в колбочках увеличивают количество цветов, различаемых птицами, воспринимаемый ими спектр не образует фигуру, напоминающую плавник акулы, а располагается вдоль самых краев треугольного основания. Цвета, в восприятии которых задействованы УФ-рецепторы, заполняют пространство над основанием. Например, красное, зеленое и синее оперение расписного овсянкового кардинала (Passerina ciris) отражает различное количество ультрафиолета в дополнение к тем цветам, которые видим мы.

Чтобы представить графически, какие цвета видит самка кардинала, когда смотрит на своего партнера, мы должны выйти из плоскости треугольника в объем тетраэдра. Цвета, отражаемые от небольших областей оперения, представлены кластерами точек: ярко-красные для грудки и горлышка, более темные красные для гузки, зеленые для спины и голубые для головы. (Мы не можем, конечно, показать цвета, которые видит птица, поскольку ни один человек не способен воспринять их.) Чем больше УФ в цвете, тем выше расположены точки над основанием. Точки в каждом кластере образуют облачко, поскольку длина волны отраженного света варьирует в пределах одной и той же области, и нам, людям, это тоже видно, если посмотреть на красные области на груди и горлышке.

Доказательство существования УФ-зрения птиц

Видят ли птицы ультрафиолет как самостоятельный цвет? В своем эксперименте автор доказал истинность данного утверждения. Исследователи обучали волнистых попугайчиков отличать фиолетовый свет от соединения синего и УФ-света. Когда в сочетании было лишь около 8% УФ, птицы переставали отличать его от контрольного чистого цвета и часто ошибались. Их выбор падал до случайного уровня в той точке (стрелка), в которой цвета и должны были совпасть согласно вычислениям автора, выполненным на основе измерения характеристик зрительных пигментов и капель жира в колбочках глаза птиц.

Тимоти Голдсмит (Timothy H. Goldsmith) — профессор молекулярной и клеточной биологии в Йельском университете, член Американской академии искусств и наук. На протяжении 50 лет он изучал зрение ракообразных, насекомых и птиц. Его интересует также эволюция человеческого разума и поведения. Автор книги «Биология, эволюция и человеческая сущность» (Biology, Evolution, and Human Nature).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. The Visual Ecology of Avian Photoreceptors. N.S. Hart in Progress in Reti-nal and Eye Research, Vol. 20, No. 5, pages 675–703; September 2001.
2. Ultraviolet Signals in Birds Are Special. Franziska Hausmann, Kathryn E. Arnold, N. Justin Marshall and Ian P. F. Owens in Proceedings of the Royal Society B, Vol. 270, No. 1510, pages 61–67; January 7, 2003.
3. Color Vision of the Budgerigar (Melop- sittacus undulatus): Hue Matches, Tetrachromacy, and Intensity Discrimination. Timothy H. Goldsmith and Byron K. Butler in Journal of Comparative Physiology A, Vol. 191, No. 10, pages 933–951; October 2005.

От себя добавлю, что птицы видят не только цвета которые нам не доступны но и возможно магнитные поля, вот такое видео по этому поводу.

А вот еще дополнение, очень интересное интервью о том, как птицы ориентируются по сторонам света, магнитному полю, солнцу и звездам, а также о том, как эти процессы изучаются и опровергаются. В этом интервью рассказывается о том, что птицы возможно видят и поляризованный свет.

Итого: птицы видят в ультрафиолете, в поляризованном свете и, возможно, «в магнитных полях». Как мозг обрабатывает эту информацию и чем именно они видят/»чувствуют» магнитные поля — не известно. Нельзя просто так взять и объяснить что видят птицы, но специальные лампы с ультрафиолетовым спектром для птиц владельцам надо покупать. Дополнительно об этом можно почитать в статье о том, что необходимо делать для избежания болезней и лечения попугаев?.

Заглавное фото: глаз кафрского рогатого ворона (Bucorvus leadbeateri)

Публикации

У какой птицы самое лучшее зрение?

Cамое лучшее зрение из всех живых существ у орлов. Они способны разглядеть зайца с высоты 3 км.

У орлов две пары век, которые защищают их необычайно острое зрение. Одну пару они используют, когда сидят неподвижно или находятся на земле. Однако достаточно им взлететь в воздух, как на их державные очи тут же опускаются вторые веки или, точнее, прозрачные мигательные перепонки. Их задача — защищать глаза птицы не только от напора воздуха (когда орел пикирует с огромной скоростью), но и прикрывать их от ветвей деревьев или кустарников или от самой добычи. Проблемы может также создавать и солнце, особенно на тех высотах, которых достигают крупные хищные птицы. Указанная перепонка прикрывает глаза, чтобы сохранить их чистыми и незамутненными.

Зрение у орлов развито отлично.
Их характеризует как широкое поле видения, так и бинокулярность, то есть стереоскопическое восприятие двумя глазами. Птица, паря в сотнях метров над землей, способна заметить движение малюсенькой полевой мыши. Аккомодация зрения происходит у орла очень быстро и точно как в смысле глубины, так и резкости. Его зрение настолько чувствительно, что птица способна с большой тщательностью обыскать территорию площадью в 5 квадратных миль (13 км. кв.). Ширина поля зрения орла составляет 275 градусов. Это позволяет ему не только наблюдать, что происходит у него сбоку, но и заметить, когда кто-либо приближается сзади. В момент рождения птенца орла его глаза развиты далеко не столь сильно, и зрение этого великолепного охотника достигает совершенства лишь по мере созревания и взросления.

Орел в состоянии легко идентифицировать потенциальную добычу с расстояния в полтора-два километра, а дополнительно двигая головой, может едва ли не удвоить это расстояние.

Способность набирать большую высоту приносит орлу двоякую выгоду. Во-первых, это позволяет ему издали заметить грозу, бурю и опасность, а во-вторых, увидеть добычу и источник корма. Такие птицы, как вороны или дикие индейки, редко взлетают высоко и обладают ограниченным полем зрения. Аналогично обстоит дело и с нами.

Орлы различают цвета — необычное явление в мире живой природы. Более того, в действительности они воспринимают цветовые оттенки гораздо отчетливей, чем люди, благодаря чему лучше чувствуют красоту земли. Для орлиных глаз характерна и еще одна особенность: внутри глазного яблока находится нечто вроде гребенки, которая действует как гироскоп, позволяя осуществлять чрезвычайно прецизионную навигацию. Глаза орла размещены далеко друг от друга по бокам головы, что позволяет ему прочувствовать глубину пространства — определять высоту и расстояние. Когда птица пикирует со скоростью 100 км/ч, она должна быстро и точно оценить расстояние до земли — иначе ей не миновать беды.

Особенности птиц

«Окна в мир»

Рассмотрим работу некоторых из великого множества сенсорных систем, связанных с «окнами» в мир у птиц.

Из пяти классических органов чувств для большинства видов птиц наиболее жизненно важными являются органы зрения и слуха. Однако благодаря тому, что птицы обладают еще и самыми разными живыми приборами, они получили гораздо больше возможностей для восприятия окружающего их мира.

Птицы имеют чувство равновесия, ощущения тепла и холода, магнитного и электрического поля, способность ориентироваться в пространстве. Все это играет немалую роль в повседневной жизни птиц, а также используется ими при навигации во время перелетов.

Зрительная система

Основную информацию об окружающем мире птицы получают посредством зрения. Птичий сенсорный аппарат сходен с нашим, но у пернатых зрение более острое. Для других животных зрительная система тоже играет большую роль, но в своих действиях они руководствуются главным образом обонянием, осязанием или слухом. Почему же особенно острым зрением наделены именно птицы?

Целесообразность такого решения в том, что с высоты «птичьего полета» точно оценить обстановку с помощью обоняния или осязания невозможно. Только отличное зрение позволяет увидеть оттуда пищу или хищника. Кроме того, зрительное восприятие помогает птицам улавливать даже малые изменения длины светового дня и соответственно им вырабатывать свою линию поведения.

Зрение необходимо птицам и для осуществления брачных ритуалов. При этом одни пернатые при ухаживании демонстрируют самые разнообразные позы, движения, танцы, своеобразные свадебные подарки, а также удивительно красивое оперение. А другие – воспринимая их, соответственно реагируют.

Это связано с тем, что в отличие от рептилий и большинства млекопитающих птицы обладают цветным зрением, то есть видят мир во всем богатстве его цветов и оттенков. Именно поэтому им и дана возможность использовать в брачных ритуалах яркие красочные наряды. Так, например, курица способна различать тончайшие оттенки в наряде ухаживающего за нею петуха.

Интересно, что окраска оперения самцов и самок, как скажем, у синиц некоторых видов, одинакова в видимом свете. Но в ультрафиолетовом свете она различается, и это птицы способны увидеть.

Цветным зрением птицы обладают с рождения. Так, птенцы чаек, выпрашивая корм у родителей, реагируют только на красное пятно клюва взрослой птицы. Такое инстинктивное пищевое поведение птенца включается лишь при получении этого зрительного сигнала. А если закрасить красное пятно или сделать модель клюва без пятна, то птенец погибнет от голода, поскольку не догадается открыть рот.

Каким же образом обеспечивается цветное зрение у птиц? Оказывается, их глаза снабжены миниатюрными и очень сложно устроенными светофильтрами красных, оранжевых, желтых и зеленых цветов.

В то же время ночные и ныряющие птицы в основном лишены таких фильтров. Они для них нецелесообразны. Ведь в темноте или под водой зрительные восприятия ослаблены. Особенно это касается диапазона красной части спектра. Поэтому, наблюдая за жизнью совиного семейства при освещении красным фонарем, можно оставаться незамеченным.

А вот для многих дневных птиц жизненно важный для них красный цвет, наоборот, привлекателен. Если им предложить на выбор шарики разных цветов, то они предпочтут красные.

Особенности птичьих глаз. В связи с важностью зрения глаза птиц очень крупные. У многих видов их объем превышает объем мозга. Например, у канюка, близкого по размеру к вороне, глаза по величине приближаются к человеческим, а у африканского страуса – к глазам слона. Они сравнимы по величине с теннисным мячом! Кажущиеся небольшими голубиные глаза на самом деле размером почти во всю голову – просто они прикрыты оперением и кожей.

Превосходное зрение пернатых обеспечивается главным образом за счет сетчатки – внутренней выстилки глазного яблока. Она имеет особое устройство, которое состоит из множества чувствительных к свету клеток – палочек и колбочек. Так, у канюка только колбочек насчитывается свыше миллиона. Фотолюбителям известно, что, чем мельче «зерно» светочувствительного слоя, тем выше качество изображения на пленке. Поэтому сетчатка птиц, подобная такой мелкозернистой пленке, способна передавать мельчайшие детали изображения.

Кроме того, у большинства птиц в средней части глазного дна существует центральная ямка, стенки которой действуют подобно сильной лупе. Она предназначена для увеличения изображения предметов на сетчатке. Это превосходное устройство также помогает воспринимать самые незначительные движения в поле зрения птицы для успешной охоты или своей защиты.

У голубя, кроме центральной ямки, этой своего рода подзорной трубы для увеличения изображения, рядом находится еще и орган, казалось бы, не имеющий отношения к зрению, так называемый гребешок. Эта налитая кровью складка, похожая на меха гармони, как бы вдавлена большущим слепым пятном в зоркие глаза птицы. Поскольку в организме любого живого существа нет ничего лишнего, то биологи настойчиво стремились понять ее предназначение. И наконец было установлено, что гребешок сродни темным противосолнечным очкам. Благодаря ему дневные птицы не мигая смотрят на Солнце. Это «слепое пятно» помогает перелетным птицам во время миграций, а голубям – в выполнении курьерских заданий.

Кстати, голуби плохо видят в темноте. И попытки вывести ночную породу почтовых птиц, которые «работали» бы во время сна дневных пернатых хищников, ни к чему не привели. Ведь голубь именно дневная птица.

Зоркость птиц. Острота зрения у некоторых пернатых охотников в 5–8 раз выше, чем у человека. Так, сокол-пустельга видит в траве не только мышей, но даже насекомых со стометровой высоты, чеглок замечает стрекозу почти за 200 метров, а сокол-дербник по сигналу охотника возвращается на его руку с расстояния около километра.

Острота зрения у птиц-санитаров грифов такова, что они видят труп копытного животного за 3–4 километра! В тоже время эти парящие в высоте птицы неразличимы для человека, хотя и имеют трехметровый размах крыльев. По зоркости не отстает от них и беркут. Этот самый крупный орел способен заметить зайца с расстояния в 4 километра.

У небольших птиц тоже высокая острота зрения. Они замечают парящего в высоте хищника гораздо раньше человека и выдают его присутствие тревожным поведением. А особенной зоркостью отличаются пернатые, которые используют поисковый полет во время охоты. Та же серебристая чайка различает в траве полевок и сусликов с высоты 100–200 метров. Или же каменный стриж замечает мушку с полукилометровой высоты и точно рассчитывает ее координаты, чтобы настигнуть в стремительном полете и схватить с необычайной ловкостью.

Бинокулярное и монокулярное зрение. Люди смотрят на мир двумя глазами одновременно, то есть используют данное им бинокулярное зрение. Оно составляет 150° и обеспечивает великолепное рельефное видение мира за счет получения единого стереоскопического изображения.

А у птиц эти показатели гораздо хуже – у совы и козодоя всего лишь 60°, у голубя – до 30°, у воробья, снегиря, зяблика – от 10° до 20°, а у кукушки его нет вообще. Но почему же многие птицы не получили своего рода «бинокли»?

Дело в том, что бинокулярное зрение – это лишь частный случай зрительных восприятий птиц. Поскольку глаза у большинства птиц расположены по бокам головы, то, сузив бинокулярное зрение, им значительно расширили общее поле зрения.

Это дает пернатым ряд существенных преимуществ. Они могут пользоваться глазами независимо друг от друга, что позволяет им наблюдать за всем происходящим впереди, по сторонам и даже сзади. И тогда общее поле зрения складывается из монокулярного и бинокулярного. Так, у чаек, кур, воробьев, голубей и многих других птиц оно составляет более 300°. При этом, например, чайка, облетая свою территорию, может одним глазом следить за соседями слева, вторым – за соседями справа и поглядывать время от времени вниз сразу обоими глазами.

Хорошим бинокулярным зрением наделены пернатые хищники, атакующие подвижную добычу, чтобы точно определять расстояние до цели.

Удивительно целесообразно устроены, например, глаза у лесного кулика вальдшнепа. Они большие, выпуклые и так смещены назад, что бинокулярное поле у него образуется не спереди, а сзади. Это очень важно для безопасности птицы, чтобы, манипулируя клювом в земле в поисках питания, ей можно было видеть все, что творится сзади.

А у цапли и выпи свои интересные особенности. В связи с целесообразным способом затаиваться в камышах и осоке с поднятым вертикально вверх клювом, бинокулярное поле у них специально смещено вниз под клюв. И тогда птица наблюдает сразу двумя глазами за тем, что происходит под ногами – за плавающими мелкими рыбками, лягушками и водными насекомыми, составляющими ее повседневную добычу. Цапля охотится, используя и зрение и рецепторы на клюве, определяющие как размеры, так и направление движения добычи. А завершает охоту клюв птицы – профессиональный рыболовный «инструмент», который не выпустит даже скользкой рыбешки.

У сов глаза тоже размещены не по бокам головы, а сильно сдвинуты к основанию клюва, чтобы бинокулярное зрение позволяло птицам точно оценивать расстояние до добычи. Но насколько это целесообразно? Ведь в таком случае обзор у сов невелик, поскольку сзади и сбоку они ничего не увидят. Но оказывается, это им не помеха: совы обеспечены взамен удивительным «крутящим» устройством наподобие шарнира, благодаря которому могут вертеть головой вокруг вертикальной оси на 270°, а вокруг горизонтальной на 180°!

Вблизи и вдали, в воде и в воздухе. Многие птицы имеют и совершенную аккомодацию глаз (от лат. accomodatio – приспособление). То есть их глаза устроены таким образом, чтобы посредством фокусировки изображения на сетчатке (подобно действию изобретенного человеком фотоаппарата) они могли приспосабливаться к рассмотрению объектов на разном расстоянии. У птиц это в основном достигается за счет достаточно быстрого изменения кривизны хрусталика под действием особых мышц.

Так, трясогузка обычно выискивает насекомых на открытой местности. И благодаря аккомодации может мгновенно отреагировать и на возникшую рядом добычу и на пролетающего в вышине хищника.

Замечательны и глаза у бакланов. В воде при ловле рыбы им нужно ближнее зрение, а для полета, как и всем птицам, – дальнее. Поэтому их глаза способны сильно менять кривизну хрусталика, чтобы хорошо видеть и рыбешку, устремляющуюся к водным зарослям, и парящего в небе хищника. А пингвины, которые находят свою добычу в толще вод, выходя из воды, тотчас делаются очень близорукими.

Аккомодация характерна и для глаз других животных. Ею, почти в таком же виде, как у птиц, наделены и млекопитающие. А у головоногих моллюсков глаз в покое установлен на близкое видение, а аккомодацию обеспечивает перемещение шарообразного хрусталика назад. У земноводных и пресмыкающихся, в свою очередь, глаз установлен на дальнее видение, и нужный эффект достигается выдвижением хрусталика вперед.

Пластичность органов зрения ночных охотников. Известно, как хорошо видят совы, филины и сычи в темноте. Для этого их глаза устроены наподобие светосильного телеобъектива.

Используя самое малое количество света, огромный зрачок совы позволяет отчетливо видеть мышь на расстоянии до 600 метров от горящей свечи! Ведь они различают предметы практически в кромешной тьме, при освещении в две миллионных доли люкса. Никто, кроме сов, в таких условиях ничего увидеть не может. Как считают биологи, даже при освещенности в десятки тысяч раз сильнее ни одно другое животное не способно различать даже крупные объекты.

И что интересно – фокусировка совиных глаз устроена так целесообразно, что днем они видят не хуже других птиц! Это идет в разрез с распространенным заблуждением, что ночные охотники днем слепы. А их сильная дальнозоркость, то есть то, что совы не различают мелкие предметы ближе 15–20 сантиметров, совам совсем не страшна. Ведь при манипуляциях с кормом они закрывают глаза, полагаясь главным образом на свою великолепную осязательную чувствительность. Для этого у птиц имеются особые удлиненные щетинковидные перья, расположенные вокруг основания клюва.

А поскольку глаза ночных птиц специально устроены для зрительного восприятия как на очень слабом, так и на ярком свету, то они обеспечены еще и очень важными защитными механизмами, которые оберегают чувствительную сетчатку от повреждения слишком интенсивным дневным светом. Это происходит благодаря тому, что при воздействии яркого света, во-первых, быстро сокращающийся зрачок автоматически превращается в узкую щель. А во-вторых, в действие вступает подвижная «занавеска» пигмента в сетчатке, которая заслоняет фоторецепторы от губительных лучей. Именно поэтому полярная, болотная и ястребиная совы при необходимости могут охотиться и днем, а домовый сыч с удовольствием греется на солнышке.

Прекрасной пластичностью органов зрения наделены и многие другие птицы. И тогда по необходимости при вечерних сумерках или ночью у них включаются «запасные» механизмы, которые не применяются при дневном образе жизни. Благодаря этому, например, глаза обыкновенных чаек в нужный период времени настраиваются так, чтобы при лете майских жуков птицы могли успешно их ловить даже в сумерках. Или же серебристые чайки, которым днем не дают покоя люди, образуют большие стаи из холостых особей, чтобы кормиться ночью.

Восприятие мира с помощью слуха

Зрительное восприятие мира пернатыми успешно дополняется слуховым.

Диапазон частот колебаний воздуха, воспринимаемый в качестве звуков, у птиц примерно такой же, как и у человека. Однако пернатые превосходят нас в умении различать и анализировать сверхкороткие звуковые импульсы и разделяющие их столь же короткие паузы. Серии, составленные такими звуками и паузами, на наш слух звучат слитно, птица же слышит и оценивает каждый из элементов серии в отдельности.

Для жизни птиц особенно важно, что их ухо «настроено» на восприятие таких звуков, как голоса их врагов и добычи. Так, ухо совы прекрасно слышит едва различимое попискивание мышей, недоступное человеческому уху. А лесным воробьиным птицам хорошо известен тревожный крик вороны, сороки и сойки, и они реагируют на этот звук, как на сигнал опасности. Вороны же легко узнают по волчьему вою, когда эти охотники находят добычу. И тогда птицы регулируют направление полета в зависимости от той информации, которую они получили от волков.

Звуковое общение и пение птиц. Слух и голос неразрывно связаны между собой. Поэтому птицы могут не только воспринимать, но и воспроизводить огромное разнообразие звуков. Звуковое общение птиц особенно важно там, где они не видят друг друга, – в чаще леса, кустарнике, густой траве. Причем целесообразно устроенное ухо птицы лучше всего воспринимает те звуки, которые преобладают в голосе ее соплеменников.

Для того чтобы издавать сложные и разнообразные звуки, птицы наделены особым звукопроизводящим аппаратом – нижней гортанью (в отличие от верхней гортани у млекопитающих). И наиболее совершенно она устроена у певчих воробьиных птиц.

Пение птиц – это не только специфичный для каждого вида сложный сигнал, призванный обеспечить успех размножения. Конечно, благодаря песне облегчается встреча самца и самки, а птицы-соседи оповещаются о том, что данная территория уже занята. Причем звучание у каждого вида птиц неповторимое, поэтому представители разных видов не спутают друг друга. Например, пеночки и камышевки по облику очень сходны, но их песни хорошо различимы.

И все же прекрасное пение птиц предназначено и для нас, людей. Никогда не надоест звонкая песнь соловья. Ведь часто и соседи его предупреждены о занятости территории, и самка давно рядом, а птица часами продолжает заливаться, издавая переливчатые трели. Нас очаровывает курлыканье журавлей, песня жаворонка, неповторимые и величественные аккорды певчего дрозда, флейтовые звуки иволги, нежный щебет многих и многих птиц.

Острый слух ночных птиц. Благодаря великолепному слуху ночные птицы, например совы, получают дополнительную информацию об окружающем мире, когда не достает зрительной. Так, они успешно ловят добычу даже с завязанными глазами или в абсолютной темной комнате. По остроте слуха совы превосходят всех других птиц и наземных позвоночных, включая млекопитающих.

Особый слух, которым наделены совы, отличается не только редкостной остротой, но и тем, что обеспечивает довольно точную локацию источника звука. В экспериментальных условиях абсолютной темноты сова способна определить местоположение мыши исключительно на слух и с точностью до одного градуса. Но для этого добыча должна передвигаться по полу, усыпанному опилками или сухими листьями. Если же их убрать, то по твердой поверхности мышь будет передвигаться практически бесшумно, и тогда сова не сможет ее обнаружить.

Это происходит за счет того, что у всех птиц для восприятия звука имеются не ушные раковины, а отверстия, которые полностью скрыты под оперением и снаружи не видны. А совиные уши и тут представляют собой весьма примечательное устройство.

Во-первых, совы имеют некоторое подобие ушных раковин за счет особых складок кожи. По размеру они настолько велики, что смыкаются наверху и внизу головы. Велики у сов и барабанные перепонки.

Во-вторых, у сов вокруг клюва и глаз расположены особые подвижные маленькие перышки, их расположение создает подобие лица. Этот так называемый лицевой диск играет очень важную роль в слуховом восприятии птицы. Он действует подобно современному локатору: улавливает и фокусирует на слуховые отверстия даже самые слабые звуки.

В-третьих, у многих сов положение на голове правого и левого уха асимметрично. Это не дефект их строения, а «специальная конструкция», облегчающая пеленгацию источника звука. Сова постоянно выворачивает голову вбок и вниз, чтобы точно установить, откуда слышен шорох.

Благодаря всем этим целесообразным устройствам слуховая система совы позволяет в десятки раз усиливать звук.

Использование принципа эхолокации. Многим животным, ведущим ночной образ жизни, удобно и привычно использование эха. Это необходимо для ориентации в пространстве и определения своего положения относительно предметов.

Некоторые биологи считают, что принцип эхолокации прост: звуковая волна, воспроизведенная животным, отражается от встретившихся на пути предметов и возвращается обратно к его органам слуха. И по тому, сколько времени потребовалось, звуковой волне на обратный путь животное может судить, как далеко находится объект, а по характеру эха – и о свойствах этого объекта.

Такой комплекс для лоцирования пространства отнюдь не прост:

• для того чтобы издавать эти звуки, птицы (как и летучие мыши, дельфины и другие животные) обеспечены особыми звукопроизводящими «аппаратами»;
• эти живые имеют врожденные знания, какие звуковые частоты для этого нужно использовать, так как для открытого пространства, воды и пещеры они различны;
• им даны и специальные живые «приборы» для восприятия и анализа эха, а также заложенные в памяти знания и эталоны, чтобы мгновенно судить о свойствах лоцируемого объекта.

Среди птиц, которые наделены способностью «видеть ушами», то есть использовать слух для ориентации в пространстве, есть ласточки-саланганы и другие ночные птицы. Наиболее известны среди них гуахаро – обитатели горных тропических лесов Южной Америки. День они проводят в глубине известняковых пещер, где в составе многотысячной колонии вьют свои гнезда на недоступных карнизах. А ночью эти птицы вылетают в поисках плодов тропических пальм, чтобы с рассветом возвратиться обратно.

Поскольку в глубине пещер царит полный мрак и ориентироваться с помощью зрения здесь практически невозможно, то гуахаро постоянно издают характерные высокие звуки частотой около семи тысяч герц. Это позволяет им уверенно проноситься в полной темноте по извилистым подземным коридорам, легко ориентируясь по отражению звука от твердых поверхностей стен, потолка и пола пещеры. Об этих птицах можно сказать, что им хорошо видна освещенная звуком дорога. Когда в эксперименте им плотно затыкали ушные отверстия ватой, птицы полностью теряли способность к правильной ориентации в пространстве и натыкались на стены и выступы.

Из поколения в поколение гуахаро бережно передавали и донесли до организма современных потомков программу создания аппарата эхолокации и наследственные знания о том, как использовать это совершенное устройство.

Живые приборы птиц

Для ориентации и навигации. Инстинкт возвращения животных домой называют хомингом. Он возможен благодаря врожденной способности к ориентации и навигации. Ориентация позволяет им определять свое местонахождение в пространстве и осуществлять целенаправленное передвижение. А навигация – это самая сложная форма пространственной ориентации, которая дана животным, чтобы правильно выбирать направление движения при дальних перемещениях (миграциях).

Все эти процессы обязательно происходят с участием памяти. Навигационные возможности у птиц определяет генетическая память. А конкретные ориентиры им приходится запоминать. При ориентации задействованы самые разные анализаторы, которые воспринимают и обрабатывают информацию из внешней среды.

Ориентирами могут служить очертания населенного пункта, запахи, звуки или же положение Солнца, Луны, звезд. Одни виды ориентиров птицам известны от рождения, а с другими они знакомятся по мере обучения и приобретения опыта. Поэтому для целенаправленого передвижения птицы воспринимают информацию об ориентирах и принимают решение в соответствии со сложившейся ситуацией.

Способность птиц к ориентации можно проследить на примере голубей. В них заложено свойство прекрасно ориентироваться при дальних полетах, что позволяет использовать их в качестве почтальонов. И хотя с развитием современных средств связи голуби утратили это свое назначение, их способности не исчезли. Поэтому развитие получил голубиный спорт.

В процессе обучения птиц сначала выпускают близко от дома, где они знакомятся с окрестностями места старта. Затем отвозят все дальше и дальше, постепенно увеличивая расстояние. Обучение помогает птицам изучить новый маршрут, чтобы на финише направить полет вдоль узкого коридора над хорошо знакомой местностью. В заключение курса голубей увозят далеко от последних границ изученного ими по частям маршрута. Благодаря великолепной способности к ориентации птицы, поднявшись в воздух, целенаправленно летят в сторону уже знакомой трассы. Побеждает голубь, который самостоятельно находит к ней дорогу и первым прилетает к месту старта. Существуют гоночные трассы протяженностью в тысячи километров.

Многолетние исследования, связанные с ориентацией птиц, некоторые вопросы пока оставили без ответа. До сих пор окончательно не выяснено, ориентируются ли голуби по мысленной пространственной карте и насколько в этом процессе участвуют зрение, обоняние и восприятие магнитного поля Земли. Возможно, существуют и другие факторы внешней среды, которые еще не известны или же не принимаются во внимание.

В большинстве своем ученые считают, что здесь задействован целый комплекс самых разнообразных способов ориентации, каждый из которых включается в нужный момент. Так, данные радионаблюдений за голубями, которым на спину помещали миниатюрный передатчик с батарейкой и антенной, свидетельствуют, что голуби возвращаются к дому не по прямой, а довольно часто меняя направление. Однако общая направленность движения птиц остается постоянной. По-видимому, после каждого отклонения срабатывает механизм того или иного способа ориентации (в зависимости от того, день ли это или ночь, светит ли солнце или небо затянуто облаками), благодаря чему происходит постоянная корректировка траектории движения.

Солнечный компас и биологические часы. Для навигации многих животных решающую роль играет солнечное освещение. Особенно для ракообразных и пауков, рыб и жаб, черепах и аллигаторов и, конечно, птиц, особенно голубей, созданных для выполнения функций почтальонов.

Солнечно-компасная ориентация голубей имеет свои особенности.

Во-первых, для того чтобы следить за изменением азимута Солнца птицам необходимо привязаться к системе неподвижных ориентиров на земной поверхности (горы, деревья, местонахождение гнезда). Молодым голубям, уже способным ориентироваться вблизи голубятни по местным приметам, требуется еще около месяца для освоения ориентации по Солнцу.

Для понимания хода этих часов голубям, как, впрочем, и пчелам, достаточно пронаблюдать только половину солнечного пути. Ученые считают, что возможность такой широкой экстраполяции (предугадывания) говорит о существовании какого-то сложного аппарата расчета в их центральной нервной системе. Кроме того, птицы, пересекающие экватор, обеспечены системой корректировки внутреннего солнечного компаса к необходимому направлению движения. Такая удивительная способность приобретать знания о перемещении Солнца у них врожденная.

Во-вторых, для того чтобы ввести определенную поправку на смещение светила в течение суток, голуби пользуются биологическими часами – врожденной способностью их организма ориентироваться во времени.

Так, в ходе эксперимента птиц обучали движению в самых разных компасных направлениях. Например, их перевозили в пункт с другой географической долготой, отчего внутренний отсчет времени суток голубей расходился с местным. Но птицы постоянно меняли курс на угол, близкий к изменению солнечного азимута за тот период, который соответствовал рассогласованию их внутреннего и местного времени. Поскольку астроориентация невозможна без измерения времени, то ученые справедливо говорят об ориентации голубей в пространстве и времени.

И еще важно отметить: когда на голубом небе не видно солнца, птицы используют эффект поляризации света, а в предутреннее время – свет зари. И даже в пасмурную погоду они ориентируются по самому светлому участку небосвода.

Таким образом, птицы, как, впрочем, и многие другие животные, имеют замечательную возможность гибко реагировать на изменение условий освещения, чтобы не сбиваться с намеченного курса.

Оценивают ли птицы высоту? Многие молодые животные боятся высоты, потому что в их генетической памяти в закодированном виде заложены знания об опасности падения. Это подтверждает серия экспериментов.

Так, над полом на определенной высоте укрепили лист толстого стекла и по средине его постелили дорожку. По одну сторону от нее на нижнюю сторону стекла наклеили обои рисунком кверху, чтобы стекло в этом месте выглядело, как опора для дорожки. По другую сторону дорожки обои приклеили на пол, чтобы испытуемым стало ясно – твердая поверхность дорожки нависает над пропастью.

Поведение выпущенных на дорожку манежа цыплят, котят, щенков, слонят и других детенышей оказалось одинаковым. Все они безбоязненно сходили с дорожки, как им казалось, на «мелкую» сторону и избегали «глубокой».

И только утята, так же как и водные черепашки, не боялись высоты. Если этих малышей подталкивали к «опасной» стороне, они не выказывали никакого волнения. А иначе как бы они, едва начав бегать, решались прыгать со сравнительно высокого берега в воду?

Следовательно, падение с высоты, опасное для одних птиц (цыплят), является нормой повседневного поведения для других (утят), иными словами, водоплавающие животные наделены наследственно обусловленной смелостью для прыжков с высоты.

Метеорологические способности. Что заставляет птиц собираться в ранний отлет на юг, если предстоит холодная осень? Почему они заранее делают гнезда на южной или северной стороне деревьев в зависимости от того, какое будет лето? Какие живые приборы обеспечивают пернатых метеорологической информацией на предстоящий сезон?

Например, в районе Барнаула утки устраивают свои гнезда либо по обоим берегам Оби, если предстоящее половодье будет слабым, либо только на высоком левом берегу – когда оно будет сильным. Ведь при значительном половодье низкий правый берег окажется затопленным.

Ответов на эти и многие другие подобные вопросы наука пока не нашла. Но одно неоспоримо – птицы способны оценивать только им ведомые приметы и тщательно анализировать весь комплекс факторов. Это позволяет пернатым в зависимости от длительных прогнозов рационально организовывать свою жизнедеятельность.

Птицы – мастера полета

В большинстве своем птицы – самые совершенные летающие животные. У них все – от особенностей строения организма и физиологических процессов до наследственной программы жизнедеятельности и специфического поведения – рассчитано на полет.

Превосходные летные качества птиц обеспечивают:

• мощные грудные мышцы, составляющие у некоторых из них половину массы тела (в то время как у человека – всего лишь один процент);
• высокое кровяное давление, а также чрезвычайно интенсивный обмен веществ – самый высокий среди всех животных, благодаря чему грудные мышцы и получают мощную энергию, необходимую для полета;
• сочетание в птичьих костях полой и пористой конструкций, отчего их скелет весьма легок. К примеру, у фрегата при размахе крыльев более двух метров масса скелета составляет менее полукилограмма.

Птицы издавна привлекали к себе повышенное внимание человека, а потому изучены гораздо лучше других животных, однако особенности организма и образа жизни пернатых таят в себе еще немало загадок.

Рассмотрим уникальные возможности организма некоторых их представителей, обеспечивающие им целенаправленное передвижение.

Рекордсмены высоты. Регулярные перелеты птиц, миграции, обычно связаны с сезонными изменениями в природе. В это время некоторые птицы покрывают очень большие расстояния. Так, полярные крачки преодолевают 17 тысяч километров, перелетая от Северного Ледовитого океана в Антарктиду. А наш обыкновенный скворец, чтобы оказаться в Бельгии, успевает пролететь свыше тысячи километров всего лишь за сутки.

Гуси, обитающие на севере, мигрируют так же, как и лебеди, в Южную и Юго-Восточную Азию, Иран, Афганистан и, кроме того, в Северную Африку, Индокитай, Индию. Белые гуси могут преодолеть около 3 тысяч километров за 60 часов. Ведь они проходят миграционную трассу с остановками, необходимыми для восполнения запасов жира.

Хотя гусеобразные перемещаются не столь быстро и не так далеко, но они являются рекордсменами высоты. Так, зафиксирован случай, когда утка-кряква столкнулась с самолетом над Невадой на высоте почти 7 тысяч метров над уровнем моря, а на уровне свыше 8 тысяч метров наблюдали стаю лебедей-кликунов. Гуси, направляясь к своим зимовьям на севере Индии и в Бирме, перелетают на высоте свыше 9 тысяч метров самые высокие горные хребты в мире – Гималаи.

Имеются свидетельства о способности нильских гусей забираться в верхние слои атмосферы. Так, их стая была сфотографирована над индийским поселением на высоте почти 18 тысяч метров (!) Для сравнения: рекордная высота для самолета – свыше 36 тысяч метров.

Если сравнить мощность двигателя реактивного самолета и силу крыльев гуся, то возникнет чувство восхищения перед теми необыкновенными возможностями, которыми обладают эти животные.

Обеспеченность гусей для полета. Сложно и целесообразно устроены у гусеобразных тело, органы и комплекс систем, обеспечивающие возможность летать. Согласно общим законам построения тела пернатых гусеобразным даны крылья и обтекаемое тело с черепицеобразно уложенным перьевым покровом. Они, как и все птицы, имеют облегченный скелет с полыми костями, особую систему дыхания, кровообращения, интенсивного пищеварения, управления движением.

Немаловажную роль при перелетах играют не только великолепные летные качества этих птиц, но и их живые приборы. Они позволяют даже молодым и неопытным особям прекрасно ориентироваться в полете и точно прибывать в пункт назначения.

Однако гусеобразные имеют и свои индивидуальные особенности для перемещения в воздухе, полностью соответствующие их заданному образу жизни и поведению. Утке нужно летать так же быстро, как атакующему добычу соколу. А лебедю ни к чему летные качества миниатюрной птички колибри, питающейся нектаром цветов. Все, что имеют эти птицы, предназначено именно для них и несет в себе определенный смысл.

Так, поскольку гусеобразные могут лететь на таких невероятных высотах, которые одолевают лишь турбореактивные самолеты, то они часами вынуждены находиться в разреженном воздухе, где почти втрое меньше кислорода. Каким образом птицы выдерживают это? Ведь любое млекопитающее, сходное с ними размером, попав в такую среду, быстро потеряло бы сознание и, скорее всего, погибло. Да и люди сравнительно недавно стали шаг за шагом осваивать вершины тех гор, высота которых превышает 8 тысяч метров, и то с использованием специальных аппаратов, чтобы компенсировать сильнейшую нехватку кислорода.

А гусеобразным, оказывается, не нужны ни предварительные тренировки, ни дополнительные источники кислорода. Даже впервые летящие гуси довольствуются голодным кислородным пайком и долгое время не теряют дееспособности. Что существует для этого в их организме – биологический феномен, так пока и не понятый наукой.

Организация перелета. А как гуси организуют свой массовый высокогорный перелет?

Как и у многих перелетных птиц, в определенное время в их организме включается программа миграционного поведения. Ведомые знаниями о конкретном месте сбора в южной Сибири, они слетаются туда с разных сторон и разбиваются на несколько отдельных стай под руководством старых и наиболее опытных особей.

Затем гуси отдыхают перед тяжелым полетом и, наконец, в назначенный день на рассвете отправляются в путь. Перелеты у гусей осуществляются днем, когда птицы, наблюдая наземные ориентиры, легко придерживаются общего направления. Гуси пользуются своими традиционными маршрутами, которыми неизменно следуют опытные вожаки стай, показывая их при перелете молодежи. Орнитологи установили, что во время миграций птицы уже при старте выбирают правильное направление пути.

Стаи гусей, как и журавлей, имеют характерную V-образную форму. Она не случайна и воспроизводится у них из века в век. А летящая впереди особь гасит воздушные завихрения, облегчая полет следующим за ней птицам. Лидирующую птицу, которой приходится тяжелее всех, по очереди сменяют другие члены стаи.

Отмечено, что при перелете эти птицы соблюдают значительно больший порядок, чем солдаты на марше. При этом, тесно прижимаясь друг к другу в полете, гуси точно выдерживают расстояние, чтобы сильными крыльями не задеть соседа.

Набрав после взлета максимальную высоту, гуси целенаправленно двигаются к величественным горам. Многими часами птицы размеренно работают крыльями, выдерживая среднюю скорость на 35-градусном морозе!

Наконец, самые высокие пики остаются позади, и горы постепенно становятся ниже – теперь можно и спуститься, где легче дышать и можно реже махать крыльями. Еще два–три часа полета – и становятся видны холмы и леса Северной Индии.

У каждой стаи есть свои закрепленные места для остановки на отдых. Стаи даже могут делать крюк, отклоняясь от прямого маршрута, чтобы провести ночь на привычном месте. День близится к концу, и опытный вожак внимательно высматривает маленький низкий островок уединенного озера. Он дает сигнал, и смертельно уставшая стая опускается на землю.

Жизнь ласточки – в полете. Ласточки, относящиеся к семейству певчих воробьиных, слывут прекрасными летунами. Известную нам деревенскую ласточку (касатку), как и береговую ласточку, никогда не спутаешь с иными птицами, кроме, может быть, стрижей, на которых они очень похожи.

Значительную часть жизни ласточки проводят в воздухе. Их удлиненные и острые крылья прямо-таки созданы для длительного и стремительного полета. Ведь ласточки питаются исключительно насекомыми, которых ловят в воздухе на лету. Часами они носятся в небе, ловко хватая мух, комаров, мошек, жучков распахнутым, как широкий сачок, клювом. При этом ласточки способны проделывать в небе фигуры «высшего пилотажа» и ловко пролетать сквозь узкие отверстия.

На лету ласточки не только едят, но и пьют, стремительно проносясь с поднятыми крыльями и вытянутой шеей над самой поверхностью воды и зачерпывая ее надклювьем. Кроме того, при желании они могут окунуть в воду ту или иную часть тела и за несколько таких полетов полностью выкупаться.

В телесной организации каждой птицы помимо признаков, связанных со способностью к полету, находит отражение и то, где эта птица живет и чем питается. Если бы ласточки, подобно нашим курам, постоянно расхаживали по земле и греблись в поисках корма, то этому соответствовало бы и строение их ног. А поскольку «работа» ласточек, впрочем, как и стрижей, почти целый день носиться в воздухе, ловя на лету насекомых, то они имеют короткие ноги и ходят по земле с трудом. Эти птицы лишь изредка присаживаются на отдых и для очистки перьев на ветки или провода. На землю же они опускаются, если только собирают материал для строительства гнезд.

Координация движений. Совершая сложные маневры, ласточки, как и многие птицы, должны очень точно координировать свои действия. Для этого они используют широкий диапазон движений – от изгибов и полного поворота крыла до изменения амплитуды взмахов. Ласточки во многом схожи с современным реактивным самолетом с высокой маневренностью. Таким самолетом управляет компьютерная система, которая в доли секунды оценивает обстановку и дает необходимые указания комплексной системе, обеспечивающей передвижение.

Так и ласточка имеет сложнейшую систему управления полетом – свой мозговой компьютер, что позволяет ей точно корректировать действия на довольно большой скорости. А одной из главных исполняющих систем ее организма является великолепная мышечная организация. Самые сильные мышцы птицы рационально расположены вблизи центра тяжести ее тела, что увеличивает устойчивость во время полета. Грудные же мышцы, прикрепленные к килю, являются основными двигателями крыльев.

Особенности телосложения пингвинов

Хотя пингвины имеют крылья и перья, однако они совсем не летают по воздуху. Зато великолепное устройство тела, включая не менее мощную, чем у летающих птиц, мускулатуру, позволяет пингвинам осуществлять быстрый и хорошо маневрируемый «полет» под водой. Они способны развивать на коротких дистанциях скорость до 40 километров в час, погружаться на большую глубину и вообще подолгу плавать в студеной антарктической воде.

Гладкое и обтекаемое тело этой птицы испытывает в воде намного меньшее сопротивление, чем мчащаяся торпеда. Так, стремительно вошедший в воду императорский пингвин способен за считанные мгновения достичь двухсотметровой глубины.

К особенностям телосложения пингвина относится и очень рациональное строение его крыльев, которые не похожи на крылья других птиц. Они имеют форму жестких и тонких весел, ведь кости, образующие скелет пингвиньего крыла, уплощены. Их внутренняя структура лишена тех воздушных полостей, которые для легкости заложены в конструкцию костей летающих птиц. Это увеличивает плотность и надежность всей конструкции при отталкивании от воды во время плавания.

При подводном плавании пингвин очень ловко действует своими «веслами». Помогает ему в этом особо подвижное устройство плечевого сустава. Вращаясь в нем почти винтообразно, крылья пингвина способны делать 2–3 взмаха в секунду! А роль руля при плавании этой хорошо управляемой живой подводной лодки играют хвост и короткие толстые ноги с четырьмя пальцами, соединенными плавательной перепонкой.

Разнообразие способов передвижения. Пингвины движутся в воде тремя способами:

• при погоне за добычей, эти птицы быстро погружаются под воду и словно летят в ее толще, интенсивно гребя крыльями, как веслами. Обычно подводная охота длится минуту, однако описаны случаи даже двадцатиминутного их погружения;
• быстрый способ перемещения на далекие расстояния связан с подпрыгиванием. В этом случае пингвины мчатся в приповерхностном слое воды, периодически выскакивая из нее, как дельфины, чтобы вдохнуть воздуха;
• во время отдыха пингвины медленно плывут у самой поверхности, загребая крыльями и приподняв голову и хвост.

Пингвины, бесспорно, являются лучшими ныряльщиками среди пернатых. Обычно они ныряют на глубину до 60 метров и гребут при этом короткими и узкими крыльями-ластами. А рекордную для птиц глубину погружения императорских пингвинов ученые зафиксировали на уровне 265 метров. При этом один из пингвинов был с передатчиком, регистрирующим максимальное давление воды. В подобных случаях глубоководного погружения пингвины быстро возвращаются на поверхность, чтобы исключить декомпрессию. Значит, им на генетическом уровне даны знания, как избежать кессонной болезни.

Эти птицы рекордсмены и по дальности подводного передвижения. Так, пингвины Адели, ныряя в полыньях, с легкостью проплывают подо льдом 120 метров. А императорские пингвины способны преодолевать от полыньи до полыньи почти 360 метров.

Пингвины не только искусные ныряльщики. Они еще и чемпионы по стремительному выскакиванию из воды, особенно когда их преследуют морские леопарды. Пингвины легко, буквально свечой выпрыгивают на лед или береговой уступ двухметровой высоты. Причем, как бы ни был труден прыжок, он всегда заканчивается точным приземлением на обе лапы.

Скольжение по льду и заимствование бионики. У пингвинов короткие, далеко отнесенные назад ноги, поэтому на суше они держат головы вертикально и неутомимо ходят или стоят, опираясь на жесткие перья хвоста. Зато эти птицы быстро скользят по льду или даже по снегу, лежа на брюшке и отталкиваясь крыльями и лапами.

Для защитного поведения этих, казалось бы, неуклюжих птиц, характерно, что, завидев преследователя, они мгновенно бросаются на живот и, активно действуя лапами, довольно быстро ускользают от него. При этом пингвины проворно лавируют между выступами, впадинами и трещинами. Значит, эти замечательные птицы используют не только врожденные знания о различных способах быстрого перемещения, чтобы уйти от опасности, но и способны мгновенно оценивать ситуацию и выбирать ледяную дорогу, наиболее оптимальную для высокоскоростного движения.

Бионикам пришла мысль создать машину с таким же целесообразным способом перемещения, как у пингвинов. Разрабатываемая машина, должна двигаться по снегу на большой скорости даже со значительным грузом. Широкое днище будет скользить по снежной поверхности, отталкиваясь от нее специальными приспособлениями. Несмотря на то, что такой снегоход будет иметь массу больше тонны, он должен развивать скорость до 50 километров в час, что очень хорошо для подобных непроходимых мест.