Community Laboratoria.pro
Людство навчилося літати завдяки своєму розуму. Параплани, літаки, гелікоптери, ракети і навіть реактивні ранці — польоти сьогодні цілком реальні. Ми пройшли настільки довгий шлях, що тепер можемо навіть невагомо літати в космосі.
«Політ фантазії» — це дослідження історії польотів від міфічного Ікара, якому так і не вдалося підкорити небо, вимерлих птахів-гігантів до сучасних літальних апаратів. Через науку, ідеї та уяву авторитетний сучасний науковець Річард Докінз разом із талановитою художницею Яною Ленцовою створюють дизайнерське ілюстроване видання про польоти розуму та втечу від повсякденності.
Книжка вийшла друком у видавництві Лабораторія, публікуємо уривок.
***
Наша планета кружляє навколо Сонця, і завдяки нахилу земної осі змінюються пори року. Це означає, що найкраще місце для харчування та парування щомісяця інакше. Для багатьох тварин складність далеких мандрівок блякне перед вигодами від кращої погоди та всього того, що йде з нею у комплекті. Звісно, «краща» не конче означає те, що люди уявляють собі під гарною погодою, яка годиться для літньої відпустки.
Кити мігрують із теплих вод, придатних для розмноження, до холодних, де течія, рухаючись із глибини у верхні шари, приносить багато поживи і забезпечує харчовий ланцюг. Завдяки крилам птахи можуть долати величезні відстані. Багато видів птахів мігрують, але рекорд за найдовший переліт належить полярним крячка́м: щороку з Північного полярного кола, де вони розмножуються, крячки вирушають до Південного полярного кола — 19 000 кілометрів, — а тоді летять назад.
Їхня мандрівка займає всього два місяці. Настільки величезні відстані за такий короткий час можна здолати тільки летючи.
Щороку полярні крячки мають по два літа без зими — цей екстремальний приклад дає ключ до розуміння того, чому так багато тварин мігрує. Не тільки птахи, а й багато інших тварин-мігрантів демонструють справжні дива витривалості та точної навігації. Європейські ластівки зимують в Африці, а тоді наступного літа повертаються на те саме місце — до свого гнізда: приголомшливе досягнення високоточної навігації.
Те, як птахам це вдається, довгий час було загадкою. Наразі її розгадують. Орнітологи чіпляють окремим особинам на лапи кільця і мініатюрні gps-передавачі, щоби простежити за їхнім рухом. За великими зграями перелітних птахів навіть стежили за допомогою радара. Ми починаємо розуміти, що птахи використовують кілька навігаційних технік і що різні види на різних етапах перельоту віддають перевагу різним комбінаціям методів. Почасти їм допомагають знайомі орієнтири, особливо під кінець мандрівки, коли перелітні птахи повертаються до торішніх гнізд.
Також відомо, що під час довгих подорожей птахи орієнтуються на річки, узбережжя та гірські хребти. Молодих птахів багатьох видів у їхній перший переліт мають супроводжувати дорослі досвідчені птахи, які знайомі з місцевістю.
Окрім орієнтирів, птахи також послуговуються вбудованими компасами. Достеменно відомо, що певні види можуть відчувати магнітне поле землі. Не зовсім зрозуміло, як вони бачать або відчувають напрямок за компасом, але було доведено, що вони це роблять.
Можливо, правильно говорити саме про «бачення», оскільки провідна теорія, яка описує цей механізм — хай яким він є, — локалізує його в очах. Давно відомо, що перелітним птахам (а ще комахам та іншим тваринам) за компас також править сонце. Звісно, опівдні сонце змінює своє видиме положення: вранці воно на сході, а ввечері через південь (або північ, якщо ви у південній півкулі) опиняється на заході.
Це означає, що перелітний птах може скористатися ним як компасом, тільки знаючи пору дня. Усі тварини мають внутрішні годинники. Власне, їх має кожна клітина. Завдяки внутрішньому годиннику ми у чітко визначені проміжки дня та ночі маємо потяг до певної діяльності або почуваємося голодними чи сонними.
Дослідники ставили експерименти на людях: садили їх у підземні бункери, повністю відрізані від зовнішнього світу. Піддослідні займалися своїми звичними справами, спали та прокидалися, вмикали та вимикали світло, їли і так далі, дотримуючись добового ритму. Звісно, їхні годинники не вписувалися точнісінько у двадцять чотири години — приміром, вони могли відстати на десять хвилин — тому поступово розсинхронізовувалися із зовнішнім світом. Саме тому це зветься не «діадним» циклом (з латинської dies — «день»), а «циркадним» (латинською circa значить «приблизно»). За звичайних обставин, циркадний годинник переводиться, коли людина бачить сонце. Як і всі тварини, перелітні птахи мають своєрідні годинники, що дають змогу використовувати сонце як компас.
Деякі мігранти літають уночі, тому сонце їм не допоможе. Натомість вони взоруються на зорі. Більшість людей знає, що одна зірка, а саме Полярна, розташована майже точнісінько над Північним полюсом, хай там як крутиться Земля. Тому в Північній півкулі її сміливо можна брати за орієнтир.
Однак як нам дізнатися, яка з безлічі зірок Полярна?
Коли ми з сестрою були малими, батько навчив нас багатьох корисних речей. Зокрема, він показав нам, як знайти Полярну зірку за допомогою легко впізнаваного Великого Воза або ж Ковша (частини сузір’я Великої Ведмедиці).
Просто проведіть уявну лінію через дві зірки-«вказівниці», найвіддаленіші від ручки Великого Ковша, і продовжуйте її вгору аж до першої яскравої зорі. Це і буде Полярна зірка, і вночі за нею можна звіряти курс. Тобто якщо ви живете у Північній півкулі. Якщо ж живете у півкулі Південній, як і полінезійці, що плавають серед віддалених тихоокеанських островів, вам доведеться трішки постаратися: на Південному полюсі немає яскравої зорі, яка зручно над ним зависала б.
Сузір’я Південного Хреста розташоване надто далеко. Проте до цього ми ще повернемося.
Як нічні птахи розрізняють зірки для навігації, навіть якщо вони літають у Північній півкулі, де своєю присутністю нас ушанувала Полярна зірка?
Теоретично вони могли успадкувати гени із зоряною картою, але звучить це якось надумано.
Існує більш правдоподібне пояснення, і завдяки низці блискучих експериментів, які провів у планетарії Стівен Емлен із Корнелльського університету, ми знаємо, що воно справедливе для північноамериканської індигової скригнатки.
Індигові скригнатки мігрують на великі відстані, і літають вони вночі. У перелітний сезон скригнатки, яких тримають у клітках, пурхають коло ґраток у напрямку, в якому вони зазвичай мігрують.
Доктор Емлен узявся вивчати їхні марні поривання і зробив це за допомогою спеціальної клітки. Нижня частина клітки була конусоподібною, такою собі лійкою, застеленою білим папером, а внизу лежала чорнильна подушечка, на яку пташки часто приземлялися. Вони збігали конусом угору, а чорнильні сліди лап фіксували на папері пріоритетний для них напрямок. Відтоді цей інструмент почали використовувати інші науковці, які досліджували міграцію птахів, і він отримав назву «конус Емлена».
Восени скригнатки загалом обирали південний напрямок — це відповідає їхній звичній міграції у Мексику та Карибський басейн, де вони зимують. Навесні вони обпурхували північний бік Емленового конуса — цим шляхом скригнатки зазвичай повертаються в Канаду та Північну Америку. Емленові пощастило розжитися планетарієм, куди він помістив свою клітку-конус.
Він провів низку захопливих експериментів із несправжньою зоряною картою: закривав окремі частини штучного неба і таке інше. Так він довів, що індигові скригнатки справді орієнтуються за зірками, особливо за тими, що розташовані поблизу Полярної, зокрема у сузір’ях Великого Воза, Цефея та Кассіопеї (не забувайте, що це птахи Північної півкулі). Мабуть, найцікавішим його експериментом із планетарієм був той, який мав відповісти на запитання: «Звідки пташки знають, за якими зірками орієнтуватися?».
Облишивши концепцію генетичної зоряної мапи, Емлен припустив, що в молодості до міграції пташки спостерігають, як уночі обертається небо, і таким чином помічають, що певна його частина майже не рухається, позаяк зірки перебувають близько до центру обертання. Цей метод працював би, навіть якби Полярної зірки не існувало: частина неба все одно не оберталася б, і це була б північ. Або південь, якщо ви птах з Південної півкулі.
Цю ідею Емлен перевірив якнайвигадливішим експериментом. Він власноруч доглядав за пташенятами, а коли вони росли, то показував їм тільки зірки у планетарії. Деяким птахам симулювали планетарне нічне небо, що оберталося навколо Полярної зірки. Коли ж восени їх посадили в клітку-конус, вони віддавали перевагу звичному напрямку міграції.
Однак другу групу пташенят ростили в інакших умовах. У пуцьвірстві вони так само бачили тільки зірки з планетарію. Проте цього разу Емлен схитрував: він налаштував планетарій таким чином, щоби нічне небо оберталося не навколо Полярної зірки, а довкола іншої яскравої зорі, Бетельгейзе (якщо ви живете у Північній півкулі, то знайдете її на місці лівого плеча Оріона, а якщо у Південній, то шукайте її у правій ступні).
Як же повелися птахи, коли зрештою їх помістили в конус Емлена? Радий повідомити, що вони вважали, ніби Бетельгейзе вказує на північ, і, орієнтуючись на неї, обрали хибний напрямок. Проте варто розмежувати «карту» та «компас». Щоб полетіти, скажімо, на південний захід, вам потрібен тільки компас. Однак для поштових голубів компаса недостатньо. Їм також потрібна «карта». Їх садять у кошик, кудись везуть, а тоді випускають. Голуби повертаються додому дуже швидко, а це наштовхує на думку, що вони якимось чином визначають, де їх випустили.
Утім експериментатори перевіряють не тільки те, чи безпечно поштовий голуб дістанеться додому. Випустивши пташку в певному місці, вони стежать за нею в бінокль і фіксують напрямок її руху в момент зникнення з поля зору. Поштові голуби мають сильну тенденцію зникати в напрямку дому, хоча вони надто далеко, щоби послуговуватися знайомими орієнтирами. До появи радіо повідомлення у штаби військові надсилали за допомогою поштових голубів.
У часи Першої світової війни британська армія використовувала перероблений лондонський автобус як польовий голубник. Під час Другої світової німці поставили собі на службу спеціально навчених яструбів, які мали перехоплювати британських голубів-посланців. Так почалася орнітологічна гонка озброєнь, і британським спецагентам дозволили відстрілювати яструбів.
Отже, компаса, хай який він точний, для поштового голуба недостатньо. Щоби скористатися компасом, голуб спочатку має зрозуміти, де перебуває. І це стосується не тільки поштових голубів: будь-який птах, який мігрує на великі відстані, також потребує карти на випадок, якщо зіб’ється з курсу.
Власне, експериментатори навмисне «збивають» перелітних птахів зі шляху — ловлять їх посеред мандрівки, а тоді випускають деінде: скажімо, на сто кілометрів східніше. Замість того, щоби рухатися за компасом у тому самому напрямку та опинитися на сто кілометрів східніше від потрібної точки, птахи примудряються діставатися правильного місця призначення. Можливо, здатність повертатися додому розвинулася у птахів саме через необхідність заново прокладати курс — і сталося це задовго до того, як люди вигадали перевозити їх у кошиках, автомобілях і поїздах.