Міні-проект на тему

Орієнтування тварин

Багато тварин, від бджіл до китів, з легкістю знаходять правильний напрям руху. При цьому вони використовують ультразвуки, хімічну орієнтацію та багато інших способів „навігації".

Основні дані:

Вугри

Практично всі дорослі особини європейської і американської популяцій річкових вугрів щороку залишають річки і вирушають на нерестовище. Вони пропливають відстань, більшу як 5 тисяч кілометрів, їхній шлях пролягає до Саргасового моря, що знаходиться в центрі Атлантики. Річкові вугри, найімовірніше, визначають напрям за глибинними течіями. Крім того, вони вибирають шлях залежно від температури і солоності води та інших факторів.

Бджоли

Після того, як робочі бджоли зберуть багато нектару і пилок, до вулика вони повертаються, орієнтуючись за сонцем (точніше, за поляризацією неба; бджоли розрізняють напрями коливань поляризованого світла). Повернувшись, вони повідомляють іншим бджолам не тільки про відстань, на якій знаходиться корм, але передусім про його положення щодо сонця.
За допомогою спеціального кругового танцю бджоли розповідають, наприклад, що джерело нектару знаходиться на відстані до 100 м від вулика. Якщо ж джерело знаходиться далі, ніж за 100 м, то бджола виписує фігуру, подібну до літери „фіта" старого кириличного алфавіту. Рухаючися по середній паличці „фіти", бджола виляє черевцем.
Кількість вилянь означає відстань до джерела корму, а нахил по відношенню до вертикалі -кут по відношенню до сонця, під яким повинні летіти інші бджоли. Проте, виявляється, одного тільки танцю недостатньо. Запах, яким „просочилася" танцівниця, вказує на те, які квіти там слід відвідати. При передачі інформації важливими є і звукові сигнали - якщо розвідниця дзижчить трохи менше, ніж півсекунди, це значить, що відстань до квіток приблизно 200 м.

Для визначення правильного напряму руху тваринам доводиться визначати своє положення за земними орієнтирами. Спеціальні органи чуття можуть виміряти земне тяжіння і геомагнітне поле Землі, передати цю інформацію в мозок і визначити, які рухи м"язів необхідні, щоб змінити напрям.

ОРІЄНТУВАЛЬНІ ПУНКТИ

Багато тварин під час міграцій орієнтуються за постійними, добре помітними пунктами земного ландшафту. Птахи під час перельотів летять уздовж річок та узбережжя.
Ссавці і комахи під час коротких подорожей орієнтуються за певними ознаками пейзажу. Деякі тварини визначають напрямок свого руху за положенням сонця, що складніше, оскільки сонце протягом дня змінює положення на небі.
Птахи, бджоли, оси, мурашки та деякі метелики успішно розраховують денний рух сонця за допомогою власного „біологічного годинника" і визначають правильний напрямок руху. Навіть у хмарну погоду ці тварини можуть дуже точно визначити напрямок за допомогою поляризованого світла. Сонячні промені розходяться в різні боки, проте, входячи в земну атмосферу, вони заломлюються і поляризуються. Людина, на жаль, не може використовувати поляризоване світло як орієнтир.
Деякі птахи, жаби і жабиропухи можуть орієнтуватися за зірками і, подібно як і люди, визначати північ за Полярною зіркою, а південь - за Південним Хрестом. Голуби керуються не тільки чудовим зором, але і своїм чудово розвиненим нюхом.

ГЕОМАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ

Між північним і південним магнітними полюсами земної кулі діють невидимі сили, існування яких можна довести за допомогою звичайного компаса. Людина при визначенні свого місцеположення може користуватися цим приладом, проте, як виявилось, тварини також мають подібні можливості і використовують магнітне поле Землі.
Згідно думки вчених, лініями магнітного поля користуються, наприклад, кити. Цим пояснюють викидання китів на узбережжя, яке опиняється у них на шляху. Спосіб орієнтації за допомогою геомагнітного поля Землі найчастіше використовують птахи. У темну ніч, за великої хмарності, коли абсолютно не видно зірок або яких-небудь інших орієнтирів, у повнісінькій темряві, птахи знаходять потрібний їм напрямок і весь час дотримуються його.
Парний самець і самка імператорських пінгвінів перебвають у морі досить далеко один від одного. Проте із настанням гніздового періоду птахи слідують в одному напрямі і зустрічаються, досягнувши кінцевої мети своєї подорожі. Більшість перелітних птахів здатна відчувати геомагнітне поле Землі. „Прилад", що сприймає магнітні лінії, на думку дослідників - це кровоносна система. У крові тварин є червоні кров"яні кульки, що містять залізо, а вся кров є відмінним електролітом.

ХІМІЧНІ РЕЧОВИНИ

Дуже цікаве явище являють собою регулярні міграції лососевих риб з місць, де вони з"являються на світ, до Атлантичного океану, а потім назад - на нерестовища в прісноводні водоймища. Вважають, що при виборі напрямку лососевим рибам допомагає оптичний чинник. Окрім того, лососеві риби також можуть керуватися хімічним складом води в їхніх рідних річках. Хімічний склад води, ймовірно, відіграє важливу роль і під час міграцій річкових вугрів на нерестовища в Саргасовому морі. Інші „мандрівники" - зелені черепахи - щороку вирушають у довгий шлях з Бразилії до місць розмноження на острів Вознесіння, що знаходиться в Центральній Атлантиці. Під час плавання зелені черепахи, імовірно, орієнтуються за допомогою нюху і смаку. Самки багатьох видів метеликів виділяють спеціальні хімічні речовини, що звуться феромонами, які є свого роду „еротичним посланням", що приваблює самців.

Оставалось возможным только одно решение: оптомоторный механизм не выключается! Просто появляется новая целевая установка. Вместо правила "никакого движения изображения на сетчатке", которое заставляло муху оставаться неподвижной, в ход вступает новое - "движение в определенном направлении с определенной скоростью". Вот новая целевая установка, которую с такой очевидностью продемонстрировал нам этот выдающийся эксперимент. Глаза правильно ориентируют насекомое, только находясь в нормальном положении относительно туловища. Будучи перевернутыми, они сообщают мухе неверные сведения: когда насекомое поворачивается влево, ему кажется, что произошел поворот вправо. При попытке выправить свои действия муха лишь еще больше поворачивается влево, то есть в сторону, противоположную той, куда она стремится повернуться. В результате - безумное вращение на одном месте.

Этим опытом было доказано, что мозг способен так "организовать" зрительные центры, которые обрабатывают поступающую извне информацию, что они в точном соответствии с дальнейшими "намерениями" животного постоянно изменяют целевую установку. Нормальная муха беспрепятственно поворачивается вправо или влево соответственно своим потребностям. Одновременно изменяется и целевая установка, которая удерживает направление и степень поворота в определенных рамках. Но как конкретно действует этот внутренний механизм - до сих пор еще загадка.

Каждый из нас может проделать простейший опыт, чтобы убедиться в том, что заданная целевая установка связана с определенными телодвижениями. Если окружающие нас вещи начинают перемещаться, мы соответствующим образом реагируем на их движение. Но это не та оптомоторная реакция, которая наблюдалась в опыте с мухой, помещенной внутри цилиндра; мы не отвечаем на перемещение предметов собственным движением в ту же сторону, а только видим, что предметы меняют свое местоположение. Если двигать глазами из стороны в сторону, у нас не появится ощущения, что окружающий мир пришел в движение, хотя изображение предметов на нашей сетчатке при этом переместится. И здесь возникает та же проблема, что и в опыте с мухой: меняется ли целевая установка от своего первоначального значения "никакого движения изображения на сетчатке" до нового - "движение в определенном направлении с определенной скоростью"?

Давайте закроем один глаз и слегка нажмем пальцем на веко другого, открытого. При этом глазное яблоко слегка повернется, но его движение будет пассивным, поскольку оно вызвано не работой мышц, а нажатием пальца. И мы увидим, что наша комната начнет двигаться.

Почему же такое ощущение не возникает, когда мы произвольно меняем положение глаз? Вероятно, в этом случае наш мозг каким-то образом дает приказ, или установку, - "ожидать перемещения изображения на сетчатке". Когда глазное яблоко передвигается при помощи соответствующих мышц, последние получают из мозга такую команду, когда же мы двигаем глазное яблоко пальцем, команды не поступает. Мозг приказывает мышцам "двигайся", и это приказание позволяет предвидеть предстоящее движение изображения на сетчатке. Целевая установка в отношении зрительных стимулов изменяется лишь в том случае, если мозг послал подобную команду. Когда же мы передвигаем глазное яблоко с помощью пальца, мышцы глаза не получают от мозга никаких указаний; установки на последующее, ожидаемое движение не возникает, и нам кажется, что комната движется.

Рассмотрим противоположную ситуацию. Допустим, что команда "двигайся" поступила от мозга в глаза, но они остаются неподвижными. Такая вещь возможна, если временно парализовать глазные мышцы каким-либо наркотиком.

Итак, команда ожидать некое движение поступила, появилась новая целевая установка, но соответствующие зрительные стимулы не возникают, поскольку глаза остаются неподвижными. Результат оказывается неожиданным: пытаясь перевести взгляд с одного предмета на другой и будучи не в состоянии сделать это, человек видит, что все вокруг него движется. В этот момент он может воочию убедиться в существовании целевой установки, о которой здесь столько говорилось.

Познакомившись с этими экспериментами, мы только бегло заглянули в мир необычайно сложных и почти совершенно непознанных процессов, которые должны совершаться в мозгу одновременно с последовательными актами поведения. Ни одно звено такой цепи поведенческих актов не может обойтись без соответствующего механизма ориентации. В момент переключения с одного действия на другое неизменно используется и новый ориентирующий механизм, то есть установка. Отправляясь из своего улья на сбор нектара и пыльцы, пчела первоначально руководствуется целой серией ориентиров на местности, которые попадаются ей на пути. Когда цветы-медоносы уже недалеко и насекомое видит их, ведущим стимулом оказываются общие очертания растений (пчелу легко ввести в заблуждение, показав ей издалека зеленый предмет, по форме напоминающий растение). На более близком расстоянии пчелу привлекает окраска венчиков, затем знакомый запах - зрительные и химические "путеводители пчел". Когда насекомое оказывается внутри цветка, в дело вступают новые стимулы - запах нектара и ощущения от прикосновения к органам цветка. Роль каждого из этих стимулов состоит не только в том, чтобы вызвать очередную стадию в общей цепи действий и отключить предыдущую. Они одновременно заставляют действовать соответствующий механизм ориентации с его целевыми установками.

Процесс обучения также может изменять целевые установки . Выкапывая норку на новом месте, роющая оса осваивает и новые ориентиры, а ворона возвращается туда, где год назад нападала на филина, ибо запомнила этот участок леса. Когда лосось, руководствуясь обонянием, заходит из моря в ту самую реку, где вырос, то и в этом случае поведение рыбы включает целевые установки, приобретенные в результате обучения.

Совершенно особый и чрезвычайно затруднительный для объяснения случай изменения целевых установок представляет способность перелетных птиц ориентироваться по солнцу. Уже можно считать доказанным, что скворцы, летящие осенью на юго-запад, определяют направление пути именно по этому светилу. Но ведь в течение немногих утренних часов, когда птицы совершают перелет, положение солнца на небосводе существенно меняется. И тем не менее скворцы держат правильный курс. Исследования показали, что их целевая установка изменяется с изменением времени суток. обладают своего рода "внутренними часами". Как действуют эти внутренние часы, нам пока не известно.

Еще одна проблема, связанная с ориентацией в пространстве, возникает в тех случаях, когда движение одной части тела, например ноги или плавника, направляется деятельностью органа чувств (например, глаза), расположенного в другой части тела. Как объяснить столь быстрые и резкие движения конечностей животного, что даже глаза не в состоянии уследить за ними? Вспомним богомола, который ловит муху, молниеносно выбрасывая в ее сторону передние ноги. Заметив жертву, богомол следит за ней, поворачивая только голову. При этом тело насекомого остается неподвижным. И тем не менее, когда богомол пускает в ход свое орудие лова - передние ноги, он настигает цель с безошибочной точностью.

Каким же образом хватательные ноги "узнают" о том, что видят глаза , точнее, направление, в котором следует нанести удар? Вспомним, что выброс хватательных ног настолько стремителен, что его едва ли можно скорректировать на полпути при помощи зрения. Даже если богомол заметит, что его телодвижение неточно, будет уже поздно изменить направление броска. Совершенно ясно, что нацеливающий механизм должен быть безошибочно настроен еще до начала броска. Эта настройка осуществляется предшествующими движениями головы насекомого.

Дело в том, что у богомола есть особый чувствительный орган - щеточка из особых волосков, расположенных на переднегруди насекомого. Сигналы, постоянно идущие от этих волосков в центральную нервную систему, способствуют тому, что насекомое в обычном состоянии держит голову прямо. Всякий поворот головы повышает давление на волоски в том или ином участке переднегруди. При виде мухи в центральной нервной системе происходит оценка различий между противоречивыми сигналами: один из них приходит от глаз и заставляет богомола повернуть голову в сторону сидящей мухи, другой посылается волосками и приказывает держать голову прямо. Именно эти различия и диктуют передним ногам направление, в котором следует нанести удар. Если обрезать богомолу чувствительные волоски, насекомое будет выбрасывать ноги только прямо вперед - независимо от того, в каком направлении повернута его голова.

Можно задать вопрос: почему богомол вообще поворачивает голову? Почему зрительный сигнал относительно направления, где находится жертва, не передается непосредственно в центральную нервную систему? Главная причина этого, вероятно, состоит в том, что богомолу надо определить не только направление, в котором находится возможная добыча, но и расстояние до нее. Расстояние же можно определить только при помощи обоих глаз, посредством бинокулярного зрения. Богомол, лишенный одного глаза, выбросит ноги в правильном направлении, но будет стараться схватить жертву слишком далеко, если она мала, и слишком близко, если велика, поскольку оценка расстояния в этом случае основывается только на кажущихся размерах жертвы.

Итак, мы познакомились с тем, насколько разнообразны механизмы, используемые различными животными в целях ориентации, и каким образом, подобно множеству других жизненных процессов, они служат поддержанию некоего устойчивого состояния. Постоянное положение тела или необходимое направление при передвижении определяются соответствующими пространственными характеристиками внешней среды. Так же как и в других жизненных процессах, это осуществляется за счет сложной системы отрицательных обратных связей: каждое отклонение от нормы фиксируется и открывает дорогу именно тем действиям, которые выправят положение. По мере того как животное меняет свое поведение, центральная нервная система получает сообщение об этих изменениях и дает подходящую к случаю целевую установку.

Сиамский котенок опасливо поглядывает вниз, боясь упасть с высоты около 60 сантиметров. На самом деле никакой опасности нет, поскольку перед ним находится кусок стекла, служащий продолжением верхней площадки. Котенку еще не пришлось узнать, что такое высота, и тем не менее он не решается наступить на стекло. Этот опыт показывает, что страх животного перед высотой определенно не связан с обучением.

Ориентация животных в пространстве является одной из самых загадочных их особенностей. Они находят дорогу домой, даже, если судьба забросит их в очень отдаленные места.

Эта история произошла в середине прошлого века во Франции, в Париже. У мальчика-чистильщика обуви был верный четвероногий друг- собака, которая наверно понимала, что их общий ужин зависит от количества клиентов. Поэтому она крутилась под ногами у прохожих и будто бы нечаянно пачкала их башмаки. Про удивительного песика прослышал один богатый англичанин и уговорил мальчика продать собачку. Она отправилась в Туманный Альбион.

Но через три недели умный песик опять пачкал ботинки парижан в столице Франции. Как он мог переправиться через пролив Ла-Манш, история умалчивает, но с тех пор друзья больше не расставались.

Ориентацией в пространстве славятся и .

Рекорд побил кот Чапа, который преодолел расстояние в 1500 километров: из Вольска он вернулся в родной Екатеринбург, назад к хозяевам.

А кот -американец три месяца разыскивал свой дом. Он потерялся во время путешествия за 320 километров. Но дом нашел!

Ну где же спрятан этот особый компас у братьев наших меньших? Эта загадка давно интересует ученых, поэтому сегодня в биологии уже создан раздел, который исследует ориентацию животных в пространстве. И называется он-бионавигация.

Оказывается, что в поисках нужного направления животные используют и нюх, и зрение, и тонкий слух. Однако, как ни напрягай глаза, носы, усы и уши, свой родной дом с большого расстояния не разглядишь и не учуешь. Что же еще выступает в роли навигатора?

Не так давно американские ученые предположили, что ориентация животных происходит по магнитным линиям нашей планеты. А выглядит это примерно так: магнитное поле влияет на радикалы, которые образуются в молекулах криптохрома-особого белка, входящего в состав клеток живого организма. Разобраться нам простым смертным тяжело, но все-таки попробуем.

Представьте себе эту молекулу белка, которая обладает магнитными свойствами. Когда она находится в привычном поле, животное испытывает комфорт. Стоит увезти питомца далеко от дома, магнитное поле меняется, и молекула белка начнет поворачиваться в соответствии с силовыми линиями поля, раздражая нервные окончания. Животное будет себя чувствовать неуютно до тех пор, пока не вернется к привычному месту жительства, то есть к привычному магнитному полю.

Пока это лишь гипотеза, которую еще не доказали, но уже сегодня известно, что по магнитным линиям Земли дорогу находят не только кошки и собаки, но и пчелы, и мухи, жуки, термиты, морские черепахи и многие беспозвоночные животные.

Птицы, отправляясь на зимовку и возвращаясь домой, ориентируются по Солнцу, звездам или изменению атмосферного давления.

В мире животных очень важны первые детские впечатления.

Одни тихоокеанские лососи выходят из икринок в дальневосточных регионах, другие-в ручьях Канады. Потом они переселяются в океан, где растут и достигают зрелости. Но размножаться каждые уходят к "своим" истокам. В океане они используют астрономические или магнитные ориентиры, а у берегов, при выборе родных ручьев и рек, ориентируются по запаху.

Обитателям воды и почвы помогает способность ориентации по особенностям химического состава среды. Принцип все тот же-непривычный химический состав вызывает неприятные ощущения, поэтому существо всеми силами стремится попасть в родное пространство.

Исследования ученых еще не закончены и очевидно, что очень многое еще предстоит открыть, но хотя бы по данным результатам мы можем судить, как происходит ориентация животных в пространстве.

Видео: Лялечка и Бусинка

• Октябрь 16, 2013 Хочу похвастаться штанишками! Мой мастер класс попал в журнал! }