Madarak navigációja
Molnár Dorottya
2008.11.10.
A Földön a madarak nagy része vonuló,és akad köztük olyan is amely akár több ezer kilométert is megtesz ezalatt,és mégis évről-évre eléri a célállomást.
Az a kérdés foglalkoztatott,hogy milyen navigációs módszerekkel kivitelezik mindezt.
Ezek között szerepel topográfia jellegzetesség,a naphoz való viszonyítás,csillagok állása-mozgása,mágnesesség és egyfajta genetikai térkép.
Topográfia jellegzetességek:
A madarak vándorlás során bizonyos,a magasból jól kivehető,jellegzetes tájelemek alapján is eligazodnak,mint például partvonalak,hegységek,völgyek,folyótorkolatok.
Ez természetesen csak a nappal vonulok számára használható,illetve éjszakai vonulóknak a holdfény lehet segítségére
Nap: (”sun compass”)
A nap mint egyfajta iránytű működik,amihez viszonyítva találják meg az állatok a helyes irányt .A viszonyítási szög 90 fok, de a nap óránként 15 fokkal elmozdul. Hogy a nap változását követni tudják,folyamatosan korrelálni kell annak mozgásával,illetve nagyon pontos belső órával kell rendelkezniük,hogy fel tudják mérni a változások időbeliségét .Ezt az elméletet két kísérlet is igazolja .Az egyiket galambokkal végezték. A kísérletben kontroll egyedek illetve „mesterséges napon „tartott egyedek vettek részt. A mesterséges nap 6 órával eltolta a biológiai órájukat a galamboknak,ennek következményeként mikor a madarakat messzebb szállították és elengedték,90fokkal eltértek a helyes iránytól,mert a reggel 6 órai napot a delelő napként értelmezték .A kontroll egyedek hazataláltak A másik kísérlet(sorozat) Gustave Kramer nevéhez fűződik. Megfigyelte hogy az állatkerti seregélyek tavasszal északkeleti,ősszel pedig a délnyugati oldalon tartózkodtak a röpdében. A madarakat ezután egy speciális kör alakú röpdébe helyezte ahova,a napfény csak kis nyílásokon át jutott be,ennek ellenére a seregélyeknél ugyanúgy megfigyelhető volt a költözés Mikor tükörrendszer segítségével mesterséges, valóságnak nem megfelelően változó napsugarakat állíottak elő ill. a nap nem a megszokott irányból sütött a madarak összezavarodtak A magyarázat hogy a seregélyek a Baltikumból származtak,így a költözés a vadegyedek vonulási irányának megfelelő volt és „A Nap helyzete alapján képesek meghatározni az égtájak irányát, miközben figyelnek arra is, hogy az adott napszakban hol helyezkedik el a Nap az égbolton. A kutató a seregélyek két, egymást kiegészítő képességét fedezte fel: a belső iránytűt és a belső órát”
A madarak csak akkor indulnak el ha olyan időjárási körülmények vannak (pl anticiklon gyenge széllel)mely vékony átlátható felhőréteget eredményez. Ez a csillagok alapján való navigációnál is jelentős lehet. Keeton 1970-ben vizsgálta a galambok navigációját a nap alapján illetve hogy erre milyen mértékben hat egy a galambokhoz erősített mágnes. Mágnes nélkül napos és felhős időben egyaránt hazajutottak,míg mágnessel csak napos időben.
Továbbá Keeton egy Helmholtz tekercs segítségével mágneses teret fejlesztett a galambok feje körül Ha a mágnese tér „folyási” iránya az északi féltekének megfelelő volt, az időjárástól függetlenül hazataláltak a galambok,míg ha ellentétesen áramlott felhős időben eltévedtek .A kísérletek következtetése az volt,hogy a madarak mind a geomágneses tér mind a nap alapján tájékozódnak,és hogy a nap dominál a navigálás során.
Csillagok:
Az éjszaka vonulok a Naphoz hasonlóan a csillagokat,illetve csillag képeket használnak navigációs eszközként. Az első jelentős kísérlet ami ezt vizsgálta 1950-ben a német E G. Franz Sauer végezte. Poszátákat helyezett el egy planetáriumi kalitkában. Azok egy meghatározott irányt követve(közép-Afrika fele) a csillagok alapján vonulni kezdtek,miközben az iránynak megfelelően Sauer változtatta az égbolt képét a madarak felett .A néhány hetes kísérlet végén,mikor a csillagok szerint közép-Afrika felett lettek volna nyugtalanná váltak a poszáták .A kíséreltből az is kiderült hogy a madarak a csillagzat alapján a Földközi-tengert is megkerülték,anélkül,hogy bármilyen topográfia segítségük lett volna
A másik kísérlet Stephen Emlen nevéhez fűződik(1975).A kísérletet szintén planetáriumban végezte indigó pintyekkel .A pintyek papírhengerben röpködhettek,a talajon pedig tintapárnákat helyeztek el,ilyen módon a madarak tintás lábnyomainak mintázatából következtetéseket tudtak levonni. A pintyek ősszel a déli oldalnak megfelelő részén hagyták a legtöbb lábnyomot a papírhengerben .Emlen egyrészt megállapított,hogy a madarak,mint a nap alapján való navigáció esetében,nagyon pontos belső órával rendelkeznek,hisz a csillagok helyzete állandó mértékben változik,másrészt hogy nem csupán egy-egy csillagot,hanem csillagképeket használnak irányítóként .Ezt úgy állapították meg hogy fokozatosan csökkentették a világító csillagok számát,mire szignifikánsan nőtt az irányt tévesztő madarak száma(„tehát a kísérlet közben nagyobb területen elszórva hagyták ott lábnyomaikat a papírhenger falán”)
Végeztek egy másik kísérletet is aminek eredményeként elmondható,hogy a madarak genetikusan ismerik a vonulási irányát,míg az észak irányt azonban tanulás útján sajátítják el
„Ebben a kísérletben fiatal madarakat neveltek fel úgy, hogy fejlődésük ideje alatt egy megfordított égboltot vetítettek nekik. Ezen az égbolton a csillagok nem az északi Esthajnalcsillag körül fordultak el az éjszaka során, hanem a déli égbolt Orion csillagképének egyik tagja, a Betelgeuse csillag körül”Az így felnevelt madarak az északi égtájt a Betelgeuse csillaggal azonosították.
Sauer, többek közt ,egyik publikációjában azt is hozzáteszi,hogy a csillagászati tájékozódás több mint egyszerű iránytű A madarakat belső óra illetve egy csillagászati koordináta rendszer két változóval segíti .A kérdés csak az hogy az óraszög és elhajlás vagy oldalszög és magasság alapján egy természetes illetve egy mesterséges horizontot hoznak-e létre,vagy pedig az égi egyenlítőt veszik vonatkoztatási körnek.
Geomágnesesség:
Rp Larkin és JP Sutherland volt az aki beszámolt arról a jelenségről miszerint ha a madarak változó elektromos térrel rendelkező antenna rendszer felett repülnek el sokkal gyakrabban változtatják meg a magasságukat, mintha az antenna rendszer nem működik Ez az eredmény arra engedett következtetni,hogy a vonulás során a madarak alacsony ,változó elektromágneses tereket is képesek érzékelni
Emlen is elvégzett egy Keeton-éhoz nagyon hasonló kísérletet,csupán ebben indigó pintyek vettek részt,amelyeknek minimális vizuális navigációs eszköz állt rendelkezésükre,viszont teljesen normális elektromágnese tér. Ekkor a megfelelő irányba repültek a ketrecben .Majd Helmholtz tekercsel a normálistól 120 fokkal eltérő mágneses mezőt hozott létre. A madarak eltértek a helyes iránytól.
A föld mágneses tere szerinti navigációról jelenleg két modern elmélet létezik,melyek közül a másodikat nem régiben igazolták
Az első a sejtekben elhelyezkedő mágneses részecskék elmélete. E szerint magnetit másképpen vas-oxid található a madarak szervezetében. A magnetit pedig a mágnes komponense. Számos madárban a felső csőrkávában találtak ilyen fizikai mágnest,mely segítheti a madarakat a tájékozódásban,mivel ezzel képesek az északi és déli sark által keltett elektromágneses mezőt érzékelni.
Galambokkal végzett kísérletekkel bizonyították hogy a galambok szaglás(atmoszféra „szaga”) és mágneses mező alapján tájékozódnak,illetve képesek az abnormális és normális mágneses tér megkülönböztetésre Ha a galambok felső csőrkávájára mágnest helyeztek vagy lefagyasztották az orrjáratot a madarak képtelenné váltak az előbbiekre. Úgy gondolták a mágneses tér magnetittel való érzékelése azonban kirívó a madarak közt,vannak bizonyítékok egy másik „technológiára”
A „radical-pair”mechanizmus ami alapja az hogy az elektronok keringenek a mag körül,ahol páronként alkotnak egy pályát .A két elektron ellentétes póluson fent-lent(észak-dél)irányban helyezkedik el. Az elektronok egymás hatását semlegesítik. Ha szabad gyökök alakulnak,mikor nagyobb molekulák hasadnak,elektronok páratlanul maradnak. Ezek nagyon labilisak és nagyon reakcióképesek .Két szabadgyök egy nagy molekulává áll össze ami a páratlanul keringő elektronjaik felé kényszerülnek. Ha páratlan elektronok közül egyik fenti a másik lenti egyensúly áll fenn. De ha 2 felső van az egyiknek meg kell változatni az irányát .A hipotézis szerint a madarak az északi-déli sark mágneses terét a két szabadmolekulából képzett stabil molekulával igyekeznek érzékelni .A magnetikus érzékelést a „radical-pair”mechanizmustól az alapján különböztetik meg,hogy az utóbbi sokkal gyengébb mágneses mezőre is érzékeny A magnetikus részecskéket a sejtes környezet lefolytja.
Vörösbegyek esetén a kísérletben nagyon gyenge mágneses mezőt alakítottak ki körülöttük,a madarak mégis teljesen megzavarodtak .A kísérletben 600 alkalommal rendkívül gyenge volt a mágneses mező melyet magnetit nem érzékelhetett volna .Valószínű hogy a magnetit illetve a „radical-pair „rendszer is megtalálható a vörösbegyekben
A másik elmélet melyet az oldenburgi egyetem munkatársai igazolni látszanak,miszerint az állatok szemében „fotoreceptorok működnek, amelyek mágneses terekre biokémiai reakcióval válaszolnak.”Mindezzel kapcsolatba hozható,hogy a gyorsan változó oszcilláló tereket nem tudja követni a magnetikus rendszer,ahogy a vörösbegyeknél is láthattuk
Henrik Mouritzen végezte azokat a kísérleteket mely eredményeként cryptochrom molekulákat találtak,főleg az éjjel költöző madarak ideghártyájában .Ez egy fény-függő mágneses iránytűként segíti a madarak navigációját. Cryptochromnak rengeteg kulcsfontosságú szerkezeti jellegzetességgel kell rendelkeznie. Az elnyelt kék-fény radical párokat hoz létre,bár millimásodpercnyi élettartalommal. A felmérések valóban kimutatták,hogy a kék spektrumú fény hatására flavorproteinek aktiválódnak,és nagyon rövid időre „radical-pair”-ok jönnek létre.Ez a szerkezeti sajátosság teheti lehetővé hogy a gwCry1a ideális legyen mint fény-közvetítő,”radical-pair-based” mágneses iránytű receptor. Ennek következtében a madarak képtelenek sárga,vagy piros fényben tájékozódni,viszont kék illetve zöld fényben megtalálják a helyes irányt.Feltételezések szerint a fejük több pontján is találhatók ilyen érzékeny receptorok,épp ezért normális körülmények között egyik oldalról a másikra forgatják a fejüket. Kerti poszátákban speciális idegsejtekben,melyek főleg éjszaka aktiválódnak igen magas qwCry1a szintet tapasztaltak.A kisérletekből az is kiderült hogy naponta egyszer újrakalibrálják az iránytűjüket,ilyen módon biztosítják,hogy mindig a helyes irányba haladjanak.
Genetikai térkép:
Elképzelhetőnek tartjuk,mivel több kísérlet is ezt támasztja alá,hogy a fiatal madarak nem csak tanulják,de genetikailag is kapnak szüleiktől információt a tájékozódás vagy a vonulási útvonalra vonatkozóan,még azon fajoknál is ahol az idősebb egyedek,mint vezető jelennek meg vándorlás során
Egyik érdekes jelenség amit Helbig figyelt megy hogy az ausztriai és németországi barátka populáció hibridjeinek útvonala. miként alakul a két populáció útvonal különbségéből adódóan A német populáció egyedei délnyugatra vonulnak az osztrák egyedek délkeletre A hibrid utódok,gyakorlatilag a két populáció szülői útvonalából egy harmadik „középsőt” választanak,ami azonban az Alpokon keresztül vezet,ami nagyon rontja a túlélési esélyüket. Mindez azt mutatja hogy genetikailag meghatározott a poszátáknál a vándorlás. Csak azt nem tudjuk vajon hány gén határozza meg mindezt .Helbig véleménye szerint nem valószínű. hogy egyetlen.
Helbig azt is megfigyelte,hogy a laborban tartott barát poszáták a kalickában a vonulás kezdetekor,valamint a visszatéréssel egybeeső időpontban a vonulási iránynak megfelelő felén mozogtak a kalitkában
Pether Berthold a francia populációt vizsgálta,ahol 3 területről költöznek,de egy negyedik populáció marad. A kísérletbe költöző egyedeket tenyésztettek tovább,ahol a 3. generációból is minden egyek vonult. Azonban 6 generáció alatt nem költöző vonalat is sikerült kitenyészteniük .Ez is bizonyítja hogy a költözésben szerepet játszanak a gének
Európában van egy keleti valamint egy nyugati gólyaállomány. Az elterjedési különbség a vonulási útvonalba is megmutatkozik. Mikor a nyugati állományt keletről hozott és nevelőszülőkkel felneveltetett fiókákkal növelték az állományt. akkor a vezetővel útnak indított fiatalok nyugat fele a Boszporuszon keresztül hagyták el a kontinenst míg a nevelőszülő nélkül útnak indítottak kelet felé,megfelelő időben fordulva Afrika fele,de mivel nyugatról indultak így Olaszországba kerültek végül.
Látható hogy az öröklöttség nagyon fontos főleg a fiatal madarak életében,de ha
vezető nélkül maradnak,vagy egyedül vonulnak,mint a poszáták,a géneknek megfelelő irányt választják.
Források:
http://index.hu/tudomany/magnes0922/
http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0001106
http://gata.uw.hu/doksik/madarvonulas.htmhttp://www.termeszetvilaga.hu/tv2003/tv0301/benedek.html
http://www.origo.hu/tudomany/20071002-iranytu-az-agyban-az-allatok-tajekozodasa-a-termeszetben.html
http://www.origo.hu/tudomany/20070904-a-galamb-csore-iranytu-a-galambok-a-fold-magneses-mezejet.html
http://www.newscientist.com/article/mg13017654.000-science-migrating-birds-use-genetic-maps-to-navigate-.html
http://www.nbb.cornell.edu/neurobio/emlen/abstracts/Science_76.html
http://www.nature.com/nature/journal/v432/n7016/abs/nature03077.html
http://www.scq.ubc.ca/the-compasses-of-birds/
http://www.ornithology.com/lectures/MigrandNavig.html
http://www.science-frontiers.com/sf077/sf077b07.htm
http://www.springerlink.com/content/v857530628168l10/?p=f04665439e2b4db5a16caa87b9c712ce&pi=7
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/195/4280/777
.