Как птицы определяют время суток?

Существование биологических часов хорошо доказано не только у птиц, рыб, насекомых и других животных, но и у растений. Чтобы дальше было все просто, необходимо расстаться с привычной мыслью, что часы - это обязательно прибор, коробочка, словом, предмет. Биологические часы это не предмет, а явление. Их нельзя вынуть из организма, рассмотреть, заспиртовать, нельзя сказать, где они находятся - в голове или в желудке, нельзя сказать, сколько их - одни или бесконечно много.

В конечном счете суть биологических часов сводится к тому, что все происходящие в организме процессы должны быть строго координированы друг с другом и с суточным циклом окружающих условий. Без такой координации жизнь невозможна, ибо она поддерживается только благодаря строго определенной последовательности процессов. Каждый такой процесс или группа процессов имеют определенную скорость, ритм, которые осуществляют полный цикл приблизительно за сутки. Каждый из процессов взаимосвязан с несколькими другими процессами, т. е. все эти процессы связаны обратной связью.

Долгое время деятельность внутренних часов связывали то с чередованием чувства сытости и голода, то с чередованием сна и бодрствования. Такая точка зрения очень тормозила изучение процессов регуляции в организме. После выхода в свет книги немецкого физиолога растений Бюнинга "Физиологические часы" установлена новая точка зрения. Стало ясно, что в организме нет какого-то специального органа, измеряющего время и регулирующего скорость всех реакций. Наоборот, каждая клетка, каждая часть клетки имеет свой определенный ритм. Постоянная взаимосвязь множества процессов приводит к тому, что их скорости координируются и суммарное определение времени оказывается довольно точным.

Системы органов, связанные единой функцией, могут иметь свой ритм, слагающийся в результате координации их процессов, так сказать, свою систему часов. При переходе в новые условия организм в течение некоторого времени сохраняет старый ритм, причем одни системы перестраиваются медленнее, а другие быстрее. Это приводит к расхождению хода часов отдельных систем. В естественных условиях биологические часы постоянно корректируются определенными астрономическими явлениями - временем восхода и захода солнца, и т. п. Но животные могут использовать и любые другие явления, имеющие суточный ритм.

Довольно трудно ответить на вопрос о точности биологических часов. Дело в том, что отдельные системы, из которых слагаются биологические часы, работают с различной точностью. Трудно решить, может ли одна система работающая менее точно, в случае необходимости воспользоваться часами другой системы, более точной. Часы одной системы могут и не использоваться в другой. Поэтому существует мнение, что данные о точности часов, связанные с ориентацией, должны быть получены в результате опытов по ориентации. Очень интересные опыты по изучению ориентационных часов провел Гофман. В 1954 и 1960 гг. были опубликованы две его работы, о которых следует рассказать.

Скворцов, живших в круглом павильоне, приучили находить корм в одной из кормушек, которая ничем не отличалась от остальных, кроме одного признака - она находилась под определенным углом к солнцу. Скворцы находили ее, ориентируясь по солнцу. После того как птицы были достаточно хорошо обучены, их поместили в камеры, где с помощью электрических ламп поддерживалось определенное соотношение светлой и темной частей суток. Это соотношение соответствовало природному, но было сдвинуто на шесть часов. Иными словами, "утро", "полдень" и "вечер" наступали на шесть часов раньше или (в других опытах) позже, чем в природе. Скворцы жили в камерах до тех пор, пока не привыкли к новому ходу времени, т. е. пока не перестроились их биологические часы. Затем птиц снова выпустили в павильон к кормушкам. Скворцы искали пищу в одной из кормушек, но это была не та, которую они находили раньше, а другая, расположенная под углом в 90° к прежней. Отклонение было вызвано тем, что беря поправку на движение солнца, они теперь неправильно определяли время: их время расходилось с действительным на шесть часов.

Какова же точность хода ориентационных часов? Ученые пришли к выводу, что ошибка составляет несколько минут в сутки.

Другой важный вопрос - продолжительность времени, в течение которого сохраняется прежний ход часов в новых условиях. Изучение устойчивости часов было начато в 1964 г. исследованиями Ашофа. Ученый предложил очень простой метод. Птиц, живших в условиях определенного суточного ритма внешней среды, переводят в условия без суточного ритма. В течение всего опыта у птиц регистрируют такие процессы, как двигательная активность, кормежка, сон, пение. Оказывается, что перестройка часов, регулирующих эти явления, идет у птиц с разной скоростью. Одни из них перестраивались в течение трех-четырех суток, а другие сохраняли прежний ритм и через 28 дней.

Из этого можно заключить, что птицы имеют набор часов, из которых одни могут длительное время сохранять автономность, невзирая на изменившиеся условия, а другие с разной скоростью перестраиваются на новый ритм.

Многочисленные исследования показали, что миграционное состояние, начало роста гонад и другие явления из года в год повторяются с точностью до одного-трех дней. Начало миграции даже у птиц на экваторе колеблется в пределах лишь нескольких дней. Видимо, определение времени года для птиц тоже не представляет большой трудности.