Тот факт, что зонотрихии (даже самые неопытные) сумели так быстро сориентироваться в пространстве и правильно определить направление на юг после принудительного перемещения почти на 5000 км, предполагает у них наличие обширной навигационной карты, охватывающей континентальные Соединенные Штаты и даже, возможно, весь земной шар.
Эксперимент также показал, что эта карта основана на опыте. Молодые неопытные птицы справились не так хорошо, как старшие. Они не смогли проложить новый маршрут через незнакомую местность и вместо этого просто полетели на юг, руководствуясь одним инстинктом.
Птицы не рождаются с запрограммированными ментальными картами. Они создают их в процессе обучения. Некоторые, например американские журавли, изучают маршруты, следуя за взрослыми птицами. Во время первого перелета неопытные журавли следуют за старшими по пятам. Орнитологи используют этот инстинкт, чтобы научить разводимый в неволе молодняк находить места зимовки. Они приучают молодых птиц следовать за небольшими легкими самолетами, как за вожаками стаи. Многолетний опыт показал, что новичкам достаточно один раз показать путь пролета, и уже следующей весной они способны вернуться на гнездовую территорию самостоятельно.
Но не у всех молодых птиц есть возможность следовать за родителями. Например, юные тупики покидают родные скалистые берега и острова Северной Атлантики ночью, задолго до того, как взрослые покинут колонию и отправятся на зимовку. Точно так же молодые кукушки, вырастающие в английском Норфолке, не могут следовать за своими родителями в тропические леса Конго, потому что те улетают раньше, чем их дети оперятся и покинут гнезда приемных родителей.
Тем не менее молодые перелетные птицы (при условии, что их не похищают и не перевозят на другой конец страны) каким-то образом находят путь протяженностью в сотни и тысячи километров от места рождения к месту зимовки, где они никогда прежде не были. Оказывается, они опираются на «генетический интеллект» — врожденную программу «часы + компас», которая подсказывает им, сколько дней и в каком направлении нужно лететь. Эти внутренние часы контролируются генами и указывают количество летных дней. Мы знаем об этом, потому что в неволе перелетные птицы проявляют «перелетное беспокойство» строго определенное количество дней, которое непосредственно зависит от обычного расстояния миграции. Что касается компаса, то по крайней мере у некоторых видов молодые птицы рождаются с однонаправленным компасом, указывающим направление миграции для их конкретного вида. Он основан на тех же навигационных сигналах, что и у взрослых птиц, включая солнце, звезды, геомагнитное поле и поляризованный свет на закате солнца. (Сумерки — богатый источник навигационной информации для всех животных. Это единственный период в течение дня, когда птицы и другие животные могут одновременно использовать несколько видов сигналов: паттерны поляризации света, ориентиры звездного неба и магнитные подсказки.)
Трудно представить, как работает эта врожденная программа, особенно у птиц с их чрезвычайно точными и сложными маршрутами путешествий. И однако это факт: эта конкретная для каждого вида информация о направлении и расстоянии каким-то образом кодируется в их генах и надежно передается из поколения в поколение.
В обратном путешествии и в дальнейших перелетах птицы больше не полагаются на унаследованную информацию. Они создают когнитивную карту, которая позволяет им использовать настоящую навигацию для нахождения мест гнездования и мест зимовки и даже корректировать свой маршрут, когда сильные ветры, шторма и другие природные явления сбивают их с курса. Установлено, что у некоторых видов птиц эта ментальная карта просто необъятна: она охватывает целые континенты и даже океаны. Взять, к примеру, белоголовых зонотрихий или малых буревестников. В одном эксперименте с перемещением малые буревестники, которых отвезли более чем за 5100 км от их места гнездования на островах британского Уэльса в Бостон, вернулись домой всего за двенадцать с половиной дней.
НА ЧТО ПОХОЖА эта ментальная навигационная карта? Может быть, на нашу декартову систему координат с различными внешними сигналами, которые предсказуемо меняются вдоль градиентов и обеспечивают точную информацию о широте и долготе? «Чтобы использовать эти градиенты, — говорит Ричард Холланд из Королевского университета Белфаста, — птица должна знать, что интенсивность сигналов меняется предсказуемым образом в зависимости от положения в пространстве (и, возможно, от времени) в пределах знакомой им местности, и уметь экстраполировать эту зависимость за пределы знакомой территории».
Но какие сенсорные сигналы могут быть задействованы в определении координат? И вообще, есть ли на этой карте координаты? Несмотря на огромное количество исследований, проведенных за последние 40 лет, эта таинственная навигационная карта по-прежнему таит в себе массу загадок.
Градиентная карта может быть частично геомагнитной. Холланд и его коллеги недавно сделали любопытное открытие. Они поймали нескольких зарянок, остановившихся на отдых во время перелета на зимовку, и подвергли их воздействию мощных магнитных импульсов, что временно нарушило работу их магниторецепторов. Затем птиц выпустили. Молодые зарянки (совершавшие свой первый перелет и не имевшие опыта навигации) продолжили следовать правильным маршрутом, руководствуясь врожденной программой. А вот старшие птицы полетели в неправильном направлении. Исследователи предположили, что взрослые птицы опирались на геомагнитные карты, сформированные ими в ходе предыдущих миграций. Магнитные импульсы могли вызвать сбой или «перенастройку» этих карт, что запутало птиц.
Еще один недавний эксперимент, на этот раз с участием тростниковых камышовок, ведет нас в том же направлении. Команда исследователей во главе с Никитой Чернецовым[40] и Хенриком Моритценом поймала нескольких птиц на их миграционном маршруте по пути из Калининграда на балтийском побережье России на север — в южную Скандинавию. У половины птиц ученые перерезали так называемый тройничный нерв, который соединяет клюв и мозг и предположительно передает в мозг информацию о магнитных сигналах. Затем они отвезли всех птиц примерно за тысячу километров к востоку от их привычного пути миграции. Камышовки с неповрежденным тройничным нервом быстро сориентировались и двинулись на северо-запад, к своим местам гнездования. А птицы с поврежденным нервом направились на северо-восток, как будто по-прежнему находились на обычном миграционном пути. Примечательно, что птицы знали, где находится север, но потеряли способность локализовать свое положение в пространстве. Другими словами, они перестали ориентироваться по своей ментальной карте.
Мы, люди, очень визуальные существа, особенно когда дело доходит до ориентации в пространстве. Нам трудно представить себе карту, составленную на основе невидимых сигналов, а не зрительных ориентиров.
Возможно, есть еще один вид подобных сигналов. По словам Джона Хагстрема, геофизика из Геологической службы США, изучающего навигацию птиц более десяти лет, естественные инфразвуковые сигналы — низкочастотные шумы в атмосфере, находящиеся за пределами нашего слухового диапазона, но, возможно, слышимые для птиц, — также могут быть частью их навигационной системы.
Эти сигналы могут предупреждать птиц и о надвигающихся природных катаклизмах. Эта поразительная способность некоторых птиц была обнаружена случайно. В апреле 2014 г. исследователи из Калифорнийского университета в Беркли решили проверить, получится ли у них прикрепить маячки на популяцию золотокрылых пеночковых певунов, живущих в Камберлендских горах на востоке Теннесси. Птицы прибыли всего пару дней назад со своего места зимовки в Колумбии, пролетев почти 5000 км. Исследователи успели отловить всего нескольких певунов и прикрепить на их крохотные спинки геолокаторы, когда внезапно все птицы поднялись и покинули место гнездования. Как оказалось, туда надвигался «многоячеистый» весенний шторм, который на своем пути породил 84 торнадо и убил 35 человек. Золотокрылые певуны снялись со стоянки за 24 часа до прихода разрушительной бури, разлетевшись во всех направлениях, — некоторые даже долетели до Кубы. После бури они вернулись на место гнездования, причем некоторые из них совершили круг в 1500 км. Ученые предполагают, что птицы узнали о приближении урагана, когда тот находился еще на расстоянии 400–800 км от них, уловив мощные низкочастотные инфразвуки, генерируемые такими торнадовыми штормами. Эти сигналы могут распространяться на сотни и даже тысячи километров вокруг, но они не слышны для людей.
Инфразвуки производятся многими природными источниками, но в основном океанами. Взаимодействие волн в глубоком океане и движение поверхностной воды создает в атмосфере своего рода фоновый шум, улавливаемый низкочастотными микрофонами в любой точке земного шара. Кроме того, изменение давления на морском дне создает сейсмические волны в твердой земной оболочке, которые могут взаимодействовать с атмосферой у земной поверхности и фактически превращать холмы, горы и другие элементы ландшафта в «гигантские акустические колонки», говорит Джон Хагстрем. Они излучают вокруг себя инфразвуковые волны, способные проходить большие расстояния. Каждое место на Земле обладает характерным звуковым профилем, зависящим от его топографии. По мнению Хагстрема, птицы могут использовать эти профили для навигации и находить свои голубятни с помощью инфразвука.
«Подобно тому как мы видим ландшафт, птицы могут его слышать, — говорит Хагстрем. — Издалека они слышат звуки, генерируемые более крупными элементами ландшафта, а по мере приближения различают более мелкие элементы». Другими словами, голубь может знать, как «звучат» окрестности его родной голубятни. «Голуби с матовыми линзами на глазах способны вернуться в родные окрестности радиусом в один-два километра, — говорит Хагстрем, — но чтобы отыскать свою голубятню, им нужно зрение. Я думаю, что один-два километра — это наименьший возможный участок, который может производить достаточно громкие и уникальные инфразвуки, которые голубь способен уловить и распознать».