Ptaki rodzą się z mapą w głowie. Prosty eksperyment ujawnił ich wewnętrzny kompas

Spis treści:

1. Lejek Emlenów i początki badań nad ptasią migracją
2. Historia odkrycia ptasiego kompasu
3. Niepokój wędrówkowy i genetyczny kompas ptaków
4. Klatka Bussego – polski przełom w badaniach nad orientacją ptaków
5. Jedna migracja, dwa kierunki. Zagadka piegży z Izraela

Migracja ptaków od stuleci pozostawała jedną z największych zagadek świata zwierząt. Badacze zastanawiali się, skąd ptaki wiedzą, dokąd lecieć. Odpowiedzi na to pytanie zaczęto szukać nie tylko w terenie, lecz także w laboratoriach, gdzie powstały jedne z najbardziej pomysłowych urządzeń w historii ornitologii – lejek Emlena i klatka Bussego.

Choć już dawni obserwatorzy zauważali, że w konkretnych porach roku ptaki trzymane w klatkach stają się niezwykle pobudzone i próbują poruszać się w określonym kierunku, długo nie było wiadomo, co kryje się za tym zachowaniem. Dziś wiemy na pewno, że jest to związane z ich naturalnym instynktem wędrówkowym. Aby odczytać ten ukryty zmysł, trzeba było jednak stworzyć narzędzie, które zamieni chaotyczne ruchy ptaka w czytelny zapis.

Lejek Emlena i początki badań nad ptasią migracją

Większość wiedzy na temat mechanizmów nawigacyjnych uzyskaliśmy dzięki pracom nad ptakami trzymanymi w hodowlach. Już na początku XVIII wieku zauważono, że ptaki śpiewające (Oscines), trzymane w klatkach, takie jak słowiki, każdej jesieni i wiosny – w okresach, kiedy naturalnie odbywają migracje – zaczynają podskakiwać jak szalone. Dopiero po ponad dwóch wiekach, w połowie XX w., biolodzy w pełni wykorzystali ten „niepokój migracyjny”. Przełomem okazało się niezwykłe urządzenie o nazwie lejek Emlena (Emlen funnel), opracowane przez ojca i syna – Johna i Steve’a Emlenów.

W 1966 roku ten amerykański duet zaprojektował i opisał aparat służący do badania zachowań ptaków, a w szczególności ich instynktu migracyjnego. Lejek Emlena to okrągła klatka w kształcie odwróconego stożka. Na jej dnie znajduje się poduszka z tuszem, na której umieszcza się ptaka. Niebo jest widoczne nad jego głową, podczas gdy drzewa i inne obiekty tworzące horyzont pozostają zasłonięte. Gdy ptak naskakuje na pochyły, biały papier i trzepocze skrzydłami, pozostawia czarne ślady na bibule, zanim ześlizgnie się z powrotem na dół. W ten sposób powstaje czytelny zapis, dostarczający informacji zarówno o obranym kierunku, jak i o intensywności prób migracji.

Dzięki tej metodzie wiemy obecnie, że małe ptaki są genetycznie zaprogramowane do lotu w konkretnym kierunku. Choć to niezwykle cenna informacja, nie wyjaśnia ona w pełni, w jaki sposób ptaki posługują się nawigacją w przestrzeni. Już w XIX w. istniało kilka teorii tłumaczących, w jaki sposób np. pingwiny odnajdują drogę do miejsc lęgowych. Sprawdźmy, co się za nimi kryje.

Historia odkrycia ptasiego kompasu

Pierwsza teoria zakładała, że pingwiny po prostu zapamiętują całą przebytą trasę z miejsc rodzinnych – zabrakło jednak jakichkolwiek dowodów na jej poparcie. Druga bazowała na stosunkowo nowym odkryciu. Zakładała, że Ziemia zachowuje się jak gigantyczny magnes, a ptaki są wyposażone w szósty zmysł, pozwalający im wyczuwać jej pole magnetyczne.

Już w 1859 r. Alexander von Middendorff – rosyjski zoolog i badacz Syberii bałtyckoniemieckiego pochodzenia – zasugerował, że ptaki mogły wykorzystywać zmysł magnetyczny do nawigacji. Ówczesne środowisko naukowe szybko jednak odrzuciło tę hipotezę. Pod koniec XIX w. podważył ją także angielski zoolog Alfred Newton. W 1882 r. francuski zoolog Camille Viguier również przypuszczał, że ptaki nawigują za pomocą pola magnetycznego Ziemi – co wówczas nie było znane u żadnych zwierząt. Prace te odeszły jednak w zapomnienie, a przekonanie, że ptaki nie potrafią odczuwać pola magnetycznego, dominowało w świecie nauki przez blisko sto lat – aż do lat 50. XX w.

Przełom nastąpił za sprawą niemieckiego zoologa i ornitologa Gustava Kramera, który spojrzał na to zagadnienie z zupełnie nowej perspektywy. W 1953 r. sformułował teorię dwuetapowej nawigacji ptaków, znaną powszechnie jako koncepcja „mapy i kompasu” (ang. map and compass concept). Etap mapy polega na określeniu aktualnego położenia geograficznego względem celu (np. miejsca gniazdowania lub zimowania) – czyli odpowiedzeniu na pytanie: gdzie jestem i w którym kierunku znajduje się mój dom? Gdy właściwy kierunek zostanie już wyznaczony, wchodzi etap kompasu: ptak wybiera odpowiedni kurs w przestrzeni i utrzymuje go podczas lotu. Innymi słowy – ptaki najpierw wyznaczają trasę jak człowiek spoglądający na mapę, a następnie za pomocą wewnętrznego kompasu odnajdują i utrzymują ten kierunek.

Niepokój wędrówkowy i genetyczny kompas ptaków

Mechanizmy orientacji i migracji poszczególnych gatunków ptaków, pochodzących z konkretnych populacji lęgowych lub odławianych podczas migracji, zwykle badano poprzez różne eksperymenty w warunkach laboratoryjnych. Badania te stały się podstawą studiów nad tymi mechanizmami, a rozkwit tej sfery nastąpił po wynalezieniu rozmaitych typów klatek, w których rejestrowano zachowanie testowanych osobników.

W badaniach tych kluczową rolę odgrywa niepokój migracyjny, który najłatwiej zaobserwować u gatunków migrujących nocą, takich jak np. kapturka (Sylvia atricapilla). Stan ten objawia się u ptaków przebywających w klatkach wyraźnym wzrostem ruchliwości, uporczywymi próbami startu oraz szybkim trzepotaniem skrzydeł, co odzwierciedla ich naturalne zachowanie podczas migracji na wolności. Na podstawie eksperymentów wykazano również, że początek niepokoju migracyjnego pokrywa się z terminem odlotu danej populacji, a czas jego trwania odpowiada długości czasu wędrówki danego gatunku i jest związany z dystansem, który ten gatunek pokonuje.

Niepokój migracyjny występuje cyklicznie w stałych porach roku i jest kierowany wewnętrznym zegarem biologicznym ptaka. Co więcej, podobnie jak szereg innych zachowań związanych z migracją – stanowi zachowanie uwarunkowane genetycznie. Wykazano również, że kierunek aktywności ruchowej ptaków pokrywa się z właściwym dla danego gatunku szlakiem migracyjnym, co stanowi dowód na istnienie genetycznie zakodowanych preferencji kierunkowych. Wyniki te znajdują także bezpośrednie potwierdzenie w danych uzyskiwanych innymi metodami – m.in. poprzez obserwacje radarowe czy zliczanie ptaków na tle tarczy Księżyca.

Klatka Bussego – polski przełom w badaniach nad orientacją ptaków

W 1995 r. Przemysław Busse – polski naukowiec i założyciel Akcji Bałtyckiej, największej w Polsce stacji badania przelotów ptaków – zaproponował nową metodę badania preferencji kierunkowych nocnych migrantów oraz model klatki orientacyjnej. Konstrukcja klatki Bussego była prosta – rozmiarem przypominała zwykłą tarczę do darta, osiągając ok. 10–12 cm wysokości. Jej ścianki tworzyły pionowe pręty wyznaczające poszczególne sektory, a całość owijano zwykłą folią spożywczą. Od góry klatkę zabezpieczano gęstą siatką, co chroniło ptaka przed zaplątaniem się.

Podczas testu klatkę umieszczano bezpośrednio na ziemi wewnątrz jednolitego walca o średnicy ponad metra i wysokości 40 cm. Cylinder ten służył jako ekran zasłaniający otoczenie – dzięki niemu ptak miał wgląd jedynie w wycinek nieba bezpośrednio nad sobą, a obiekty krajobrazowe (np. drzewa) nie odwracały jego uwagi. Poza ekranem, w miejscu niewidocznym dla ptaka, znajdował się palik oznaczający kierunek północny. Prawidłowe zaś ustawienie samej klatki ułatwiał odmienny kolor jednego z pionowych prętów w jej ściance. Zliczanie aktywności polegało na rejestrowaniu, ile razy ptak próbował wyskoczyć lub poderwać się do lotu w stronę poszczególnych sektorów klatki, uderzając o jej ścianki lub siatkę. Na podstawie liczby prób badacze mogli precyzyjnie określić preferowany kierunek migracji danego osobnika.

Dotychczas przyjętą praktyką było prowadzenie testów orientacyjnych wyłącznie po zmroku, co wydawało się naturalne względem nocnych migrantów. Busse wykazał, że u rudzika (Erithacus rubecula) – uważanego za klasycznego migranta nocnego, preferencje kierunkowe podczas testów w dzień i w nocy nie różniły się istotnie. Co ciekawe, próby przeprowadzane w ciągu dnia wykazały, że rudziki wykazują silniejszą aktywność i wyraźniejszy kierunek niż nocą. Spostrzeżenia te zostały potwierdzone przez innych polskich badaczy w kolejnych latach.

Jedna migracja, dwa kierunki. Zagadka piegży z Izraela

Analiza testów z wykorzystaniem klatki Bussego ujawniła jeszcze jedno niezwykle ciekawe zjawisko – badane ptaki mogą wykazywać więcej niż jeden preferowany kierunek wędrówki. Przykładem jest piegża (Curruca curruca), niewielki ptak wróblowy o brązowym grzbiecie, szarej głowie i jasnym spodzie ciała. Gatunek ten gniazduje na terenach półotwartych z obecnością drzew i krzewów, m.in. w żywopłotach oraz gęstych zaroślach.

W 1999 r., podczas badań na stacji terenowej w Eilacie, położonej na samym czubku Zatoki Akaba w Izraelu dowiedziono, że piegża ma dwa główne kierunki migracji. Dominującym okazał się kurs północno-zachodni, natomiast drugim – północno-wschodni. Pierwszy z nich odpowiada prawdopodobnie trasie ptaków pochodzących z Europy, drugi zaś osobników wywodzących się z populacji palearktycznych, obejmujących m.in. Bliski Wschód, Turcję czy Rosję.

Potwierdzeniem pierwszej hipotezy dotyczącej kierunku migracji jest piegża odłowiona w sieć ornitologiczną na stacji badawczej Akcji Bałtyckiej 12 maja 2000 r. Okazało się, że zaledwie miesiąc wcześniej ten konkretny osobnik został zaobrączkowany w Palestynie. Na ogół europejskie populacje piegży zimują we wschodniej Afryce, na południe od Sahary. Druga z kolei hipoteza nie jest potwierdzona, jak twierdzą naukowcy, lecz to nie oznacza, że ptaki tego gatunku wcale nie wędrują szlakiem wschodnim. Potwierdzają to chociażby obserwacje osobników należących do wschodnich podgatunków piegży.

Co roku, zarówno podczas wiosennej, jak i jesiennej wędrówki, nad izraelską stacją Eilat przelatują tysiące migrantów. Piegże oraz przedstawiciele dziesiątek innych gatunków zatrzymują się tam, by odpocząć i uzupełnić zapasy energii przed dalszym lotem.

Eksperymenty z wykorzystaniem klatek orientacyjnych stały się niezastąpionym narzędziem w rękach ornitologów – pozwalają zdobywać informacje o kierunkach migracji i mechanizmach orientacji ptaków, na których poznanie w warunkach naturalnych trzeba byłoby czekać całe dekady. Badania prowadzone od Polski po Bliski Wschód pokazały, że prosta konstrukcja zaproponowana przez Przemysława Bussego znalazła trwałe miejsce w światowej ornitologii. Dzięki niej naukowcy mogli zajrzeć do „wewnętrznego kompasu” ptaków i zrobić kolejny krok w wyjaśnianiu jednej z największych tajemnic ptasich wędrówek.

Źródła: Birkhead T. (2012). Sekrety ptaków. Fascynujący świat ptasich zmysłów., www.jstor.org, sbwp.ug.edu.pl

Chcesz znaleźć więcej inspirujących podróży, fascynujących odkryć i opowieści ze świata nauki? Skorzystaj ze specjalnej oferty prenumeraty magazynów National Geographic Polska i National Geographic Traveler.

Nasz autor

Aleksander Kusznir

Od lat łączy pasję do ptaków z fotografią i edukacją przyrodniczą. Wspołpracuje z „National Geographic Polska”, gdzie opowiada o świecie natury – zarówno tej, którą spotyka na codzień, jak i bardziej egzotycznej. Najchętniej o dzikiej przyrodzie, jej ochronie i niezwykłych zachowaniach zwierząt. Pracuje też w laboratorium weterynaryjnym, gdzie na co dzień ma możliwość badania różnych gatunków zwierząt. Inspirację czerpie z podróży i nowych doświadczeń, a twórczą energię najłatwiej odnajduje przy filiżance dobrej kawy – najlepiej pośród śpiewu ptaków.