Перелетной птице недостаточно знать, куда лететь. Ей еще нужно понимать, когда показания навигационных системам лучше не доверять. Исследователи из Зоологического института РАН и Санкт-Петербургского государственного университета обнаружили у птиц сенсорную систему, которая, по всей видимости, следит за быстрыми изменениями магнитного поля. Она реагирует даже на очень слабые, но пульсирующие магнитные возмущения и, предположительно, отключает работу магнитного компаса. Такая система может защищать птиц от навигационных ошибок во время гроз и других магнитных возмущений. Результаты исследования опубликованы в Journal of The Royal Society Interface.
 

Каждую весну и осень миллионы птиц отправляются в многокилометровые путешествия между местами размножения и зимовки. Одни пересекают континенты, другие — моря и океаны. При этом птице не приходится лететь вслепую: для навигации она использует целый набор ориентиров. Днем можно сверяться с Солнцем, ночью — со звездами, а при любой погоде помогает магнитное поле Земли.
 
Механизм магнитной навигации птиц до сих пор остается предметом исследований, однако одна из наиболее популярных гипотез связывает его с криптохромами — светочувствительными белками, расположенными в сетчатке глаза. Под действием света в сине-зеленой части спектра эти молекулы могут переходить между различными химическими состояниями, чувствительными к внешнему магнитному полю. Предполагается, что возникающий при этом сигнал позволяет птице определять направление.
 
Но у земного магнитного поля есть одна особенность: оно не абсолютно постоянно. Его параметры могут изменяться под воздействием солнечной активности, а локальные и быстрые возмущения возникают, например, во время гроз. Эксперименты уже показывали, что высокочастотные магнитные поля способны сбивать перелетных птиц с курса.
 
Оставалось непонятно, почему это происходит.
 
Можно было предположить, что внешнее магнитное поле непосредственно вмешивается в работу криптохромов. Но существовала и другая возможность: птица обладает дополнительным магнитным датчиком, который специально отслеживает помехи. В этом случае животное могло бы не просто определять направление с помощью магнитного компаса, но и проверять, насколько надежны его показания.
 
Именно на существование такого механизма указывают новые эксперименты.
 
Исследователи работали с мухоловками-пеструшками во время весенней и осенней миграции на Куршской косе. Птиц по одной помещали в так называемый конус Эмлена — простое устройство, которое позволяет определить направление предполагаемого полета. Внутри конуса находилась пленка, на которой оставались следы от когтей птицы. По расположению этих следов можно было восстановить выбранное животным направление.
 

Верхнюю часть конуса закрывали матовым стеклом. Благодаря этому птица не могла использовать зрительные ориентиры, но освещения внутри оставалось достаточно для работы предполагаемого магнитного компаса.
 
В обычном геомагнитном поле экспериментальные птицы вели себя именно так, как и должны были. Осенью они ориентировались преимущественно на юго-запад, а весной — на север. Иными словами, магнитная навигация продолжала работать даже в условиях эксперимента.
 
После этого ученые добавили к естественному магнитному полю искусственную помеху.
 
Сначала это было непрерывное высокочастотное поле. Его параметры оставались постоянными во времени. При сравнительно небольшой мощности сигнала мухоловки по-прежнему сохраняли правильное миграционное направление. Но стоило немного увеличить мощность, как птицы переставали нормально ориентироваться.
 
На этом этапе результат выглядел вполне ожидаемым: более сильная помеха сильнее нарушала навигацию.
 
Затем исследователи сделали сигнал прерывистым. Частота осталась прежней, однако магнитное поле стало периодически включаться и выключаться. Такая помеха была гораздо слабее непрерывного сигнала: ее средняя мощность оказалась примерно в два раза меньше той, которая не мешала птицам ориентироваться.
 
И все же именно она полностью сбила мухоловок с курса.
 
Получился парадокс: слабый сигнал оказался для птиц опаснее более сильного.
 
Это наблюдение сложно объяснить простым воздействием магнитного поля на криптохром. Если бы дело было только в нем, уменьшение мощности сигнала должно было приводить к уменьшению эффекта. Но птицы реагировали не столько на величину магнитного поля, сколько на характер его изменения.
 
Похоже, они способны чувствовать саму «пульсацию» магнитного поля.
 
По мнению авторов работы, это означает, что у птиц может существовать дополнительный набор магниточувствительных рецепторов, работающий независимо от механизма магнитного компаса. Его задача может заключаться не в том, чтобы показать птице направление, а в том, чтобы предупредить ее: окружающее магнитное поле сейчас слишком нестабильно.
 

Такой механизм можно сравнить с системой контроля качества сигнала. Основной магнитный компас сообщает, куда лететь, а дополнительный сенсор проверяет, можно ли этому компасу доверять. Если магнитное поле начинает быстро и необычно меняться, система может временно подавить работу навигационного механизма.
 
«Если бы такие колебания поля птицы воспринимали с помощью белка-криптохрома, то прерывистый сигнал с меньшей мощностью воздействовал бы на него слабее. Но раз мы увидели усиление эффекта, это значит, что есть дополнительные рецепторы, которые реагируют не столько на силу сигнала, сколько на его пульсацию — то есть на то, как именно меняется магнитное поле во времени», — говорит Кирилл Кавокин, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник СПбГУ и Зоологического института РАН.
 
Авторы подчеркивают, что обнаруженный механизм в строгом смысле нельзя назвать еще одним навигационным компасом. Он не сообщает птице ни направление, ни координаты. Скорее, это система аварийного предупреждения.
 
Зачем она могла понадобиться, тоже довольно легко представить. Если во время миграции птица попадает в область сильных магнитных возмущений, ее основной компас может начать давать неправильные показания. Для животного, которое летит на тысячи километров, ошибка в направлении может оказаться критичной. А если магнитное возмущение связано с грозовым фронтом, неправильный маршрут может привести птицу непосредственно в зону опасной погоды.
 
В таком случае способность временно игнорировать магнитный компас оказывается не недостатком, а полезной функцией.
 
Особенно интересно, что предполагаемый механизм может работать совсем не так, как магнитный компас. Исследователи считают, что в его основе может лежать электромагнитная индукция — явление, описанное Майклом Фарадеем еще в XIX веке. Изменяющееся магнитное поле способно создавать электрический сигнал, и именно этот принцип, по мнению авторов, может использоваться птицей для обнаружения магнитных помех.
 
По своей физике такая система напоминает принцип действия простейших детекторных радиоприемников: сигнал возникает не благодаря тому, что устройство «измеряет» постоянное поле, а благодаря изменениям электромагнитного воздействия.
 
Предполагаемое место расположения такого сенсора тоже необычно. Исследователи считают, что он может находиться в вестибулярном аппарате внутреннего уха. Если эта гипотеза подтвердится, получится довольно любопытная картина: магнитные чувства птицы будут распределены между разными системами организма и выполнять разные задачи.
 
Один механизм помогает определить направление, другой — заметить, что магнитная обстановка стала ненадежной.
 
Следующий вопрос заключается в том, какие именно природные явления способны запускать такую систему. Чтобы приблизиться к ответу, ученые уже разработали установку с магнитными антеннами, которая позволяет воспроизводить импульсы, возникающие при близких ударах молнии.
 
Теперь исследователям предстоит проверить, реагируют ли мухоловки-пеструшки на магнитные сигналы, действительно похожие на те, которые возникают во время грозы. Кроме того, предстоит выяснить, характерна ли подобная система для других перелетных птиц.
 
Это особенно важно для видов, которые совершают регулярные перелеты между Европой и Африкой. На пути к местам зимовки им приходится пересекать районы с интенсивной грозовой активностью. Возможно, способность почувствовать нестабильность магнитного поля помогает им не только выбрать правильное направление, но и вовремя понять, что привычному навигационному инструменту сейчас лучше не доверять.
 
Если дальнейшие эксперименты подтвердят эту гипотезу, окажется, что птицы используют магнитное поле Земли несколько сложнее, чем можно было предположить. Их магнитный компас — не просто устройство, которое показывает направление. Рядом с ним может работать своеобразная система контроля, способная сказать: «Сейчас показаниям лучше не верить».