Жануарлар компассыз қалай бағдар табады
Мазмұны
Табиғат тірі ағзаларды адам технологияларының мүмкіндіктерінен де асып түсетін таңғажайып қабілеттермен қамтамасыз еткен. Миллиондаған жылдарға созылған эволюция жануарлар, құстар, балықтар мен жәндіктерде күрделі навигациялық жүйелер қалыптастырды — кейде олардың дәлдігі соншалық, ғалымдар бүгінгі күнге дейін олардың нақты механизмдерін толық түсіндіре алмай келеді. Көшпелі құстар мыңдаған шақырымды еңсеріп, дәл сол ұясына қайта оралады, теңіз тасбақалары мұхиттың ортасындағы шағын аралды табады, ал аралар кеңістікте математикалық дәлдікпен бағдар алады. Тірі ағзалардың осындай «ерліктерді» қалай орындайтынын түсіну — биологиядағы ең қызықты құпиялардың біріне үңілу деген сөз.
Магниттік сезім: тірі ағза ішіндегі компас
Навигацияның ең таңғаларлық құралдарының бірі — Жердің магнит өрісін сезіну қабілеті. Бұл құбылыс магниторецепция деп аталады және ол бактериялардан бастап сүтқоректілерге дейінгі әртүрлі тірі ағзаларда анықталған.
Құстардың тұмсықтарында және балықтардың мұрын қуыстарында магнетит кристалдары табылған — бұл минерал планетаның магнит сызықтарына жауап береді. Мысалы, еуропалық қызылтамақтар магнит өрісін белгілі бір мағынада «көре» алады: олардың көз торындағы арнайы ақуыздар кәдімгі көру бейнесінің үстіне қабаттасатын ішкі карта тәрізді құрылым қалыптастырады. Сыртқы өрістерді экрандайтын Фарадей торымен жүргізілген тәжірибелер көрсеткендей: үйреншікті бағдарлардан айырылған құстар бағытынан жаңылып, ретсіз ұша бастайды.
Теңіз тасбақалары магниторецепцияны одан да нәзік деңгейде қолданады. Жас дарақтар туған жағажайының «магниттік қолтаңбасын» — өрістің қарқындылығы мен еңкеюінің ерекше үйлесімін — есте сақтайды да, ондаған жыл өткен соң дәл сол жерге қайта оралады.
Аспан бағдарлары: жұлдыздар, күн және поляризацияланған жарық
Секстант ойлап табылғанға дейін әлдеқашан жануарлар аспан денелерін навигациялық шамшырақ ретінде пайдалануды үйренген. Бұл әдіс астронavigation деп аталады және оны құстар, жәндіктер, тіпті кейбір теңіз жануарлары қолданады.
Түнде ұшатын құстар жұлдыздардың орналасуына қарап бағдар алады. Орнитолог Стивен Эмленнің индиго торғайларымен жүргізген әйгілі тәжірибелері көрсеткендей: жұлдыздардың айналу орталығы өзгертілген жасанды «түнгі аспан» астында өскен балапандар ересек кезінде қате бағытта ұшқан. Басқаша айтқанда, құстар жұлдыз картасын бала кезінен жаттап алып, оны өмір бойы пайдаланады.
Күндізгі саяхатшылар, керісінше, күнге қарап бағыт ұстайды. Мұнда бір қиындық бар: күн аспанда үнемі қозғалып тұрады, сондықтан навигаторларға дәл ішкі биологиялық сағат қажет. Аралар бұл мәселені өте шебер шешеді — олардың циркадтық ырғақтары соншалық дәл синхрондалған, тіпті бұлтты ауа райында да шашыраған жарықтың поляризациясына қарап, күннің тәуліктік қозғалысын есепке ала отырып бағытын түзете алады.
Иіс карта ретінде: химиялық навигация
Иіс сезу кей жағдайда толыққанды навигациялық құрал бола алады — әсіресе көру немесе магниторецепция көмектеспейтін ортада. Жануарлар әлеміндегі химиялық навигацияның ең әсерлі мысалдарының бірі — албырт балығы.
Шабақтар өздері туған өзен суының нақты химиялық құрамын есте сақтайды. Бірнеше жыл мұхитта өткізгеннен кейін ересек балықтар иістердің градиенттерін бойлай отырып туған жеріне қайта оралады — бейне бір көрінбейтін жіпті қайта орап шыққандай. Иіс сезуді уақытша тоқтататын тәжірибелер бұл құбылысты растады: иіс сезу қабілетінен айырылған балықтар уылдырық шашатын жеріне қайта алмай, ұрпақ қалдырмай қырылып қалған.
Құмырсқалар химиялық навигацияны мүлде басқа тәсілмен пайдаланады. Барлаушы құмырсқалар азық табылған жерден илеуге дейін феромон жолдарын қалдырады, ал басқа жұмысшы құмырсқалар сол иіс жолымен жүреді. Табылған қорек қаншалықты мол болса, соғұрлым иіс ізі күшті болады — осылайша колония жұмыс күшін ең пайдалы бағытқа автоматты түрде бөледі.
Инфрадыбыс және электромагниттік өрістер
Кейбір жануарлар адам сезім мүшелері мүлде қабылдай алмайтын сигналдарды сезеді. Мұндай «ерекше» навигациялық арналар оларға орасан қашықтықтарда және толық қараңғылық жағдайында бағдар табуға мүмкіндік береді.
Төменде осындай механизмдердің ең белгілі мысалдары келтірілген:
- акулалар терісіндегі арнайы рецепторлар — Лоренцини ампулалары арқылы ең әлсіз электр өрістерін ұстап алады, олар бірнеше нановольттық өзгерістерге де жауап береді;
- пілдер жер арқылы таралатын инфрадыбыстық тербелістерді жүздеген шақырым қашықтықтан сезіп, осылайша көкжиектің ар жағындағы найзағайды немесе басқа пілдердің қозғалысын «естиді»;
- жарқанаттар ультрадыбыстық импульстардың шағылуын тіркеу арқылы кеңістіктің үшөлшемді акустикалық картасын жасайды және миллиметрлік дәлдікпен бағдар алады;
- үйректұмсықтар лайлы суда олжасын бұлшықет жиырылуынан пайда болатын әлсіз электр сигналдары арқылы табады.
Табиғат, шамасы, бір ғана шешіммен шектелмей, қоршаған ортаны «оқудың» сан алуан тәсілдерін ойлап тапқан.
Когнитивтік карталар және әлеуметтік үйрену
Барлық навигациялық стратегиялар туа біткен сезім қабілеттеріне ғана негізделмейді. Кейбір жануарлар шынайы кеңістіктік түсініктер — когнитивтік карталар қалыптастырады және бағдарлау дағдыларын ұрпағына үйрету арқылы береді.
Мұндай мінез-құлықтың бірнеше айқын мысалын қарастырайық:
- Дельфиндер жүздеген шақырым аумақтағы теңіз түбінің рельефін есте сақтай алады. Ересек аналықтар төлдеріне таяз аңшылық аймақтарына апаратын бағыттарды үйретеді, және бұл бағыттар ұрпақтан ұрпаққа мәдени мұра ретінде беріледі.
- Қарғалар мыңдаған жасырын азық орындарын есте сақтап, бірнеше ай өткен соң да дәл сол жерге қайта орала алады. Нейробиологтар бұл құстарда кеңістіктік жадыға жауап беретін ми бөлігі — гиппокамп — азық жасырмайтын түрлерге қарағанда пропорционалды түрде үлкен екенін анықтаған.
- Аралар гүлдердің орналасуы туралы ақпаратты әйгілі «тербелмелі би» арқылы жеткізеді. Бидің вертикальға қатысты бұрышы нектар көзіне апаратын бағытты білдіреді, ал тербелістің ұзақтығы қашықтықты көрсетеді. Жәндіктер бұл кезде күннің аспандағы бұрышын да есепке алады.
- Піл табындарындағы матриархтар бүкіл табынның «географиялық энциклопедиясын» сақтайды — олар жүздеген шақырым радиустағы су көздерінің орналасуын есте ұстайды, тіпті табын ондаған жыл бойы бармаған жерлерді де ұмытпайды.
Навигацияның әлеуметтік қыры кейде жеке қабілеттерден де маңызды болып шығады.
Сигналдарды біріктіру: навигация оркестр сияқты
Жоғарыда аталған механизмдердің ешқайсысы, әдетте, жеке-дара жұмыс істемейді. Көптеген жануарларда нағыз навигациялық жүйе бірнеше құрал бір мезгілде жұмыс істейтін оркестрге ұқсайды.
Көшпелі құс бір уақытта магнит өрісін сезеді, жұлдыздарға қарайды, жел бағытын бақылап, жер бедеріндегі таныс белгілерді есте сақтайды. Егер бір арна істен шықса — мысалы, қалың бұлт кезінде жұлдыздар көрінбесе — жүйе ақпараттың басқа көздеріне ауысып, бағытын сақтай береді. Осындай көпдеңгейлі құрылым жануарлар навигациясының таңғаларлық сенімділігін түсіндіреді.
2019 жылы Оксфорд университетінің зерттеушілері таныс аумақта пошта көгершіндері магнит өрісіне емес, жолдар мен электр желілеріне қарап бағдар алуды жиі таңдайтынын көрсетті. Ал бейтаныс ландшафтта олар қайтадан «туа біткен» жүйелерге сүйенеді. Мұндай икемді ауысу жануарлар миының жоғары пластикалығын және жағдайға байланысты ең тиімді стратегияны таңдай алатынын көрсетеді.
Жануарлар навигациясын зерттеу біздің «әлемді қабылдау» ұғымын қайта ойлауға мәжбүр етеді. Әрбір жаңа ашылған механизм бізге мынаны еске салады: адамның сезім мүшелері шындықтың тек тар бір бөлігін ғана қамтиды, ал басқа тіршілік иелері оны мүлде басқа «тілдер» арқылы оқиды. Бұл жаңалықтардың практикалық маңызы да зор — магниторецепция принциптері автономды дрондарды жасауға шабыт берсе, аралар тобының алгоритмдері логистика мен робот техникасында қолданыла бастады. Ақыр соңында, кішкентай құстың жарты әлем арқылы жол тауып ұшатынын бақылау арқылы біз табиғаттан ғана емес, өзімізден де көп нәрсе үйренеміз.
