Войти
Буревестники острова Мэн могут лететь прямо домой, когда их выпустят, преодолевая тысячи миль над сушей или морем. 17>- это способность многих животных точно ориентироваться без карт и инструментов. Птицы, такие как полярная крачка, насекомые, такие как бабочка-монарх, и рыбы, такие как лосось, регулярно мигрируют за тысячи миль в из мест своего размножения, и многие другие виды эффективно перемещаются на более короткие расстояния.
Точный расчет, навигация из известной позиции с использованием только информации о собственной скорости и направлении, была предложена Чарльзом Дарвином в 1873 году как возможный механизм. В 20 веке Карл фон Фриш показал, что медоносные пчелы могут перемещаться по солнцу, по схеме поляризации голубого неба и по магнитному полю Земли; из них они по возможности полагаются на солнце. Уильям Тинсли Китон показал, что почтовые голуби могут аналогичным образом использовать ряд навигационных сигналов, включая солнце, магнитное поле земли, обоняние И видение. Рональд Локли продемонстрировал, что небольшая морская птица, буревестник острова Мэн, может ориентироваться и лететь домой на полной скорости, когда ее выпускают далеко от дома, при условии, что видны либо солнце, либо звезды.
Несколько видов животных могут интегрировать сигналы разных типов, чтобы ориентироваться и эффективно ориентироваться. Насекомые и птицы могут комбинировать изученные ориентиры с определенным направлением (от магнитного поля земли или с неба), чтобы определять, где они находятся, и таким образом ориентироваться. Внутренние «карты» часто формируются с помощью зрения, но могут также использоваться и другие органы чувств, включая обоняние и эхолокацию.
На способность диких животных ориентироваться могут отрицательно повлиять продукты человеческой деятельности. Например, есть свидетельства того, что пестициды могут мешать навигации пчел, а огни могут навредить навигации черепах.
Карл фон Фриш (1953) обнаружил, что медоносная пчела рабочие может ориентироваться и указывать расстояние и направление еды другим рабочим с помощью виляющего танца.В 1873 году Чарльз Дарвин написал письмо в журнал Nature, утверждая, что животные, в том числе человек, обладают способностью ориентироваться по точному счёту, даже если присутствует магнитный «компас» и способность ориентироваться по звездам:
Что касается вопроса о способах, с помощью которых животные находят путь домой из большое расстояние, Поразительное описание человека можно найти в английском переводе «Экспедиции на Север Сибирь, написанной фон Врангелем. Там он описывает чудесную манеру, с которой туземцы держали верный курс к определенному месту, проходя при этом на большое расстояние по кочковатому льду, с непрерывной сменой направления и без проводника в небесах или в замерзшем море. Он заявляет (но я цитирую только по многолетней памяти), что он, опытный землемер и пользуясь компасом, не смог сделать то, что эти дикари легко сделали. И все же никто не будет предполагать, что они обладали каким-то особым чутьем, которого у нас нет. Мы должны иметь в виду, что ни компаса, ни северной звезды, ни любого другого подобного знака недостаточно, чтобы направить человека в определенное место через запутанную местность или по неровному льду, когда многие отклонения от прямого курса неизбежны. если только отклонения не допускаются или не соблюдается своего рода «мертвая расплата». Все люди в большей или меньшей степени способны на это, а уроженцы Сибири, видимо, в чудесной степени, хотя, вероятно, неосознанно. Это, несомненно, осуществляется главным образом благодаря зрению, но отчасти, возможно, благодаря ощущению мышечного движения, точно так же, как человек со слепыми глазами может продвигаться (и некоторые люди намного лучше других) на короткое расстояние в почти прямая линия, или поворот под прямым углом, или снова назад. То, как чувство направления иногда внезапно нарушается у очень старых и немощных людей, и чувство сильного беспокойства, которое, как я знаю, испытывали люди, когда они внезапно обнаруживали, что они действовали полностью неожиданное и неправильное направление, приводит к подозрению, что какая-то часть мозга специализируется на функции направления.
Позже, в 1873 году, Джозеф Джон Мерфи ответил Дарвину, написав в Nature, описав, как он, Мерфи, считалось, что животные совершали точный счёт с помощью того, что сейчас называется инерциальной навигацией :
. Если мяч свободно подвешен на крыше железнодорожного вагона, он получит толчок, достаточный для его перемещения, когда вагон приводится в движение : а величина и направление удара... будут зависеть от величины и направления силы, с которой каретка начинает двигаться... [и так]... каждое изменение в... движении каретки... вызывает сотрясение соответствующего величина и направление к мячу. Теперь, пожалуй, вполне возможно, хотя на такую хрупкость механизма не стоит надеяться, что следует сконструировать машину... для регистрации величины и направления всех этих толчков с указанием времени, в которое каждый из них произошел... из этих данных, положение кареты... может быть вычислено в любой момент.
Карл фон Фриш (1886–1982) изучил Европейскую медоносную пчелу, продемонстрировав, что пчелы могут распознавать желаемое направление компаса в трех разных направлениях. способами: Солнцем, поляризацией голубого неба и магнитным полем Земли. Он показал, что предпочтительным или главным компасом является солнце; другие механизмы используются под облачным небом или внутри темного улья.
Уильям Тинсли Китон (1933–1980) изучал самонаводящихся голубей, показывая, что они могут ориентироваться с помощью магнитное поле земли, солнце, а также обонятельные и зрительные сигналы.
Дональд Гриффин (1915–2003) изучал эхолокацию у летучих мышей, демонстрируя, что это было возможно и что летучие мыши использовали этот механизм для обнаружения и отслеживания добычи, а также для «наблюдения» и, таким образом, навигации по миру вокруг них.
Рональд Локли (1903–2000), среди многих исследований птиц в более чем пятидесяти книгах, первым открыл науку о миграции птиц. Он провел двенадцатилетнее исследование буревестников, таких как мэнский буревестник, обитающих на удаленном острове Скохольм. Эти маленькие морские птицы совершают одну из самых длинных миграций среди всех птиц - 10 000 километров, - но год за годом возвращаются к точному месту гнездования на Скохольме. Такое поведение привело к вопросу о том, как они передвигаются.
Локли начал свою книгу «Навигация животных» со слов:
Как животные находят свой путь по, по всей видимости, безлюдной местности, по бездорожью. леса, пустыни, бескрайние моря?... Они делают это, конечно, без видимого компаса, секстанта, хронометра или диаграммы...
Было предложено множество механизмов для навигации животных: ряд из них подтвержден. Исследователям часто приходилось отказываться от простейших гипотез - например, некоторые животные могут перемещаться в темную и облачную ночь, когда не видны ни ориентиры, ни небесные сигналы, такие как солнце, луна или звезды. Основные известные или предполагаемые механизмы, в свою очередь, описаны ниже.
Животные, включая млекопитающих, птиц и насекомых, таких как пчелы и осы (Ammophila и Sphex ), способны запоминать ориентиры в окружающей их среды и использования их в навигации.
Песчанка, Talitrus saltator, использует солнце и свои внутренние часы для определения направление. Некоторые животные могут ориентироваться, используя небесные сигналы, такие как положение солнца. Поскольку солнце движется по небу, для навигации с помощью этого средства также требуются внутренние часы. Многие животные зависят от таких часов, чтобы поддерживать свой циркадный ритм. Животные, ориентирующиеся по солнечному компасу: рыбы, птицы, морские черепахи, бабочки, пчелы, кулики, рептилии и муравьи.
Когда кулики (такие как Talitrus saltator ) поднимаются на пляж, они легко находят путь обратно к морю. Было показано, что это происходит не просто при движении вниз по склону или навстречу виду или шуму моря. Группа куликов была акклиматизирована к дневному / ночному циклу при искусственном освещении, время которого постепенно менялось до тех пор, пока он не на 12 часов не совпал по фазе с естественным циклом. Затем куликов поместили на пляж под естественным солнечным светом. Они ушли от моря, на пляж. Эксперимент подразумевал, что песочники используют солнце и свои внутренние часы для определения своего курса и что они узнали фактическое направление вниз к морю на своем конкретном пляже.
Эксперименты с буревестником острова Мэн показал, что, выпущенные «под чистым небом» далеко от своих гнезд, морские птицы сначала сориентировались, а затем улетели в правильном направлении. Но если во время выпуска небо было затянуто облаками, буревестники летали по кругу.
Бабочки-монархи используют солнце как компас, чтобы направлять свою осеннюю миграцию на юго-запад из Канады в Мексику.
В своем новаторском эксперименте Локли показал, что камышевки помещены в планетарий, показывая ночное небо, ориентированное на юг; когда небо планетария затем очень медленно вращалось, птицы сохраняли ориентацию по отношению к отображаемым звездам. Локли замечает, что для навигации по звездам птицам потребуются и «секстант, и хронометр»: встроенная способность считывать структуры звезд и ориентироваться по ним, что также требует точных часов времени.
В 2003 году было показано, что африканский навозный жук перемещается с использованием поляризационных моделей в лунном свете, что сделало его первым известным животным, использующим поляризованный лунный свет для ориентация. В 2013 году было показано, что навозные жуки могут перемещаться, когда видны только Млечный Путь или скопления ярких звезд, что делает навозных жуков единственными насекомыми, которые, как известно, ориентируются по галактике.
Модель неба Рэлея показывает, как поляризация света может указывать направление для пчел. Некоторые животные, особенно насекомые, такие как медоносная пчела, чувствительны к поляризации света. Медоносные пчелы могут использовать поляризованный свет в пасмурные дни, чтобы оценить положение солнца на небе относительно направления по компасу, в котором они собираются двигаться. Работа Карла фон Фриша установила, что пчелы могут точно определять направление и диапазон от улья до источника пищи (обычно участка цветов, несущих нектар). Рабочая пчела возвращается в улей и сигнализирует другим рабочим о расстоянии и направлении источника пищи относительно солнца с помощью танца виляния. Затем наблюдающие пчелы могут находить пищу, пролетая предполагаемое расстояние в заданном направлении, хотя другие биологи задаются вопросом, обязательно ли они это делают, или их просто побуждают идти и искать пищу. Тем не менее, пчелы, безусловно, способны запоминать местонахождение пищи и точно возвращаться к ней независимо от того, солнечная погода (в этом случае навигация может осуществляться по солнцу или запоминающимся визуальным ориентирам) или в значительной степени пасмурная погода (когда может быть поляризованный свет.
почтовый голубь может быстро вернуться в свой дом, ориентируясь на такие сигналы, как магнитное поле Земли. Некоторые животные, в том числе такие млекопитающие, как слепые слепыши (Spalax ) и птицы, например голуби, чувствительны к магнитному полю Земли.
Самонаводящиеся голуби используют информацию о магнитном поле вместе с другими навигационными подсказками. Исследователь-первопроходец Уильям Китон показал, что самонаводящиеся голуби со сдвигом во времени не могут правильно ориентироваться в ясный солнечный день, но могут делать это в пасмурный день, предполагая, что птицы предпочитают полагаться на направление солнца, но переключаются на использование сигнал магнитного поля, когда солнце не видно. Это подтвердили эксперименты с магнитами: голуби не могли правильно ориентироваться в пасмурный день, когда магнитное поле было нарушено.
Вернувшийся лосось может использовать обоняние, чтобы идентифицировать реку, в которой они развивались. Обонятельная навигация была предложена в качестве возможного механизма у голубей. «Мозаичная» модель Папи утверждает, что голуби строят и запоминают мысленную карту запахов в своей области, распознавая, где они находятся, по местному запаху. «Градиентная» модель Уоллраффа утверждает, что существует устойчивый крупномасштабный градиент запаха, который остается стабильным в течение длительных периодов времени. Если бы было два или более таких градиента в разных направлениях, голуби могли бы располагаться в двух измерениях по интенсивности запахов. Однако неясно, существуют ли такие устойчивые градиенты. Папи действительно обнаружил доказательства того, что аносмические голуби (неспособные обнаруживать запахи) были гораздо менее способны ориентироваться и ориентироваться, чем обычные голуби, поэтому обоняние, похоже, действительно важно для навигации голубей. Однако неясно, как используются обонятельные сигналы.
Обонятельные сигналы могут быть важны для лосося, которые, как известно, возвращаются в ту реку, где они вылупились. Локли сообщает об экспериментальных доказательствах того, что такие рыбы, как гольяны, могут точно различать воды разных рек. Лосось может использовать свое магнитное чутье для навигации в пределах досягаемости реки, а затем использовать обоняние, чтобы идентифицировать реку с близкого расстояния.
GPS исследования отслеживания показывают, что аномалии силы тяжести могут играть роль в навигации почтовых голубей.
Биологи рассмотрели другие чувства, которые могут способствовать навигации животных. Многие морские животные, такие как тюлени, способны к гидродинамическому восприятию, что позволяет им отслеживать и ловить добычу, например рыбу, путем ощущения помех, которые их прохождение оставляет в воде. Морские млекопитающие, такие как дельфины и многие виды летучих мышей, способны к эхолокации, которую они используют как для обнаружения добычи, так и для ориентации путем ощущения окружающей среды.
лесная мышь - первое животное, отличное от человека, которое можно было наблюдать как в дикой природе, так и в лабораторных условиях, используя подвижные ориентиры для навигации. Во время поиска пищи они собирают и распределяют визуально заметные объекты, такие как листья и ветки, которые затем используют в качестве ориентиров во время исследования, перемещая маркеры, когда область была исследована.
Интеграция пути суммирует векторы расстояния и направления, пройденного от начальной точки, чтобы оценить текущее положение и, таким образом, путь обратно к началу. Точный расчет у животных, обычно известных как интеграция пути означает объединение сигналов от различных сенсорных источников внутри тела, без ссылки на визуальный или другие внешние ориентиры, для непрерывной оценки положения относительно известной начальной точки во время путешествия по путь, который не обязательно должен быть прямым. Задача, рассматриваемая как проблема в геометрии, состоит в том, чтобы вычислить вектор в начальную точку, добавив векторы для каждого отрезка пути от этой точки.
Начиная с Darwin «О происхождении некоторых инстинктов» (цитируется выше) в 1873 году, интеграция путей оказалась важной для навигации у животных, включая муравьев, грызунов и птиц. Когда зрение (и, следовательно, использование запоминающихся ориентиров) недоступно, например, когда животные перемещаются в облачную ночь, в открытом океане или в относительно безликих областях, таких как песчаные пустыни, интеграция путей должна полагаться на идиотский сигналы изнутри тела.
Исследования Венера на муравьях пустыни Сахара (Cataglyphis bicolor) демонстрируют эффективную интеграцию траектории для определения направления (по поляризованному свету или положению солнца) и для вычисления расстояния (путем отслеживания движения ног или оптического потока).
Интеграция траектории у млекопитающих использует вестибулярные органы, которые обнаруживают ускорения в трех измерениях, вместе с моторной эффективностью, где моторная система сообщает остальной части мозга, какие движения были заданы, и оптическим потоком, где зрительная система сигнализирует, насколько быстро визуальный мир движется мимо глаз. Информация от других органов чувств, таких как эхолокация и магниторецепция, также может быть интегрирована у некоторых животных. гиппокамп - это часть мозга, которая объединяет линейное и угловое движение для кодирования относительного положения млекопитающего в пространстве.
Дэвид Редиш заявляет, что «тщательно контролируемые эксперименты Миттельштадта и Миттельштадта (1980)) и Этьен (1987) убедительно продемонстрировали, что [интеграция путей у млекопитающих] является следствием интеграции внутренних сигналов вестибулярных сигналов и моторной эфферентной копии ».
Неоникотиноиды пестициды может ухудшить способность пчел ориентироваться. Пчелы, подвергшиеся воздействию низких уровней тиаметоксама, с меньшей вероятностью вернутся в свою колонию до степени, достаточной для того, чтобы поставить под угрозу выживание колонии.
Световое загрязнение привлекает и дезориентирует светолюбивых животных, которые следуют за светом. Например, вылупившиеся морские черепахи следят за ярким светом, особенно голубоватым, изменяя свою навигацию. Нарушение навигации у бабочек можно легко наблюдать около ярких фонарей летними ночами. Насекомые собираются вокруг этих ламп с высокой плотностью, а не перемещаются естественным путем.
