Многие животные способны ориентироваться, используя Солнце в качестве компаса . Ориентационные сигналы от положения Солнца на небе сочетаются с указанием времени от внутренних часов животного .
Существуют доказательства того, что некоторые животные могут ориентироваться, используя небесные ориентиры, такие как положение Солнца . Поскольку Солнце, по-видимому, движется по небу, навигация таким образом также требует внутренних часов. Многие животные зависят от таких часов для поддержания своего циркадного ритма . [1] Животные, которые используют ориентацию по солнечному компасу, — это рыбы , птицы, морские черепахи , бабочки , пчелы , песчанки , рептилии и муравьи . [2]
Ориентация по солнечному компасу использует положение Солнца на небе в качестве ориентира. [2] Азимут может использоваться вместе с ориентацией по солнечному компасу, чтобы помочь животным ориентироваться. Азимут Солнца можно определить как направление небесного объекта от наблюдателя, выраженное как угловое расстояние от северной или южной точки горизонта до точки, в которой вертикальный круг, проходящий через объект, пересекает горизонт.
Ориентация солнечного компаса может использоваться в качестве ежедневного ориентира для животных, но для некоторых, включая морских черепах, они используют солнце в качестве миграционного ориентира. Черепахи используют график компенсации азимута солнца, чтобы найти свои конкретные места размножения каждый год. [3]
Sandhoppers ежедневно используют солнце, чтобы определить, где находится их дом. В этом эксперименте группа sandhoppers была подвергнута шести часам искусственного освещения, и их движения отслеживались при воздействии обычного солнечного света. Ориентация sandhopper, когда они наконец подверглись воздействию обычного солнечного света, показала, что их ориентация была отклонена на 90 градусов по отношению к их дому. Это исследование помогло показать, как искусственный свет может изменить отношение вида к солнцу и как он может нарушить основные ориентационные способности вида [4]
С точки зрения больших высот солнечный компас снижает свою точность при предоставлении информации животным. Было проведено исследование, чтобы выяснить, лучше ли навозные жуки реагируют на ориентацию, предоставляемую солнечным компасом или компасом светового люка. Результаты этого исследования показали, что навозные жуки используют свои первоначальные ориентиры (т. е. солнечный компас) большую часть времени и редко используют компас светового люка. [5]
Личинки рыб находят безопасность в коралловых рифах от хищников. Конкретный коралловый риф — это тот, на котором личинка уже была. Личинка может распознавать область по запаху, звуку и направлению конкретного рифа. Личинки рыб дрейфуют от рифа и плывут, чтобы переместить свой риф. Они используют солнечный компас в качестве одного из своих инструментов. Личинки рыб изучают и запоминают различные сигналы, что позволяет им возвращаться на свой риф. Также был сделан вывод, что процесс обучения происходит, когда личинки рыб молоды, и местоположение может быть запомнено и стать второй натурой. Это полезный инструмент, который помогает личинкам рыб возвращаться на свои соответствующие рифы. [6]
Муравьи пустыни используют солнечный компас в качестве ориентира для определения расстояния, которое нужно пройти пешком до их конкретного пункта назначения. Муравьи, как и пчелы, компенсируют ежедневные движения солнца, поскольку оно движется и вращается вокруг Земли. Они общаются с другими муравьями, которые уже были на улице, и основывают свои указания на направлении, в котором им следует идти. В дополнение к солнечному компасу, насекомые, такие как муравьи, также используют инструмент, называемый азимутальным положением солнца. Это дополнительные сигналы, определяемые муравьями и передаваемые другим муравьям при общении. [7]
Песчаные прыгуны (например, Talitrus saltator , также называемые песчаными блохами) — это маленькие ракообразные, похожие на креветок, которые живут на пляжах. Когда их снимают с пляжа, они легко находят дорогу обратно к морю. Эксперимент, описанный Локли, показал, что это не просто перемещение вниз по склону или к виду или звуку моря. Группа прыгунов была акклиматизирована к циклу день/ночь при искусственном освещении, время которого постепенно менялось до тех пор, пока оно не стало на 12 часов отличаться от естественного цикла. Затем прыгунов поместили на пляж под естественный солнечный свет. Они двигались примерно на 180° от правильного направления вниз к морю, вверх по пляжу. Эксперимент подразумевал, что прыгуны используют солнце и свои внутренние часы для определения своего направления, и что они узнали фактическое направление вниз к морю на своем конкретном пляже. [8]
Эксперименты Локли с мэнскими буревестниками ( Puffinus puffinus ) показали, что, будучи выпущенными «под ясным небом» вдали от своих гнезд (в Скокхольме), морские птицы сначала сориентировались, а затем «улетели по прямой линии в Скокхольм», быстро проделав путь. Например, одна из птиц, выпущенная в аэропорту Бостона, прибыла в Скокхольм через 12½ дней; Локли подсчитал, что если птицы летели по 12 часов в день, они должны были двигаться со скоростью 20 миль в час, что является их полной нормальной скоростью, поэтому они не могли значительно отклоняться от прямого курса или искать место назначения наугад. Птицы вели себя так независимо от того, вел ли прямой курс птиц над морем или сушей. Но если в момент выпуска небо было пасмурным, буревестники летали кругами, «будто заблудившись», и возвращались медленно или не возвращались вообще. Поэтому Локли пришел к выводу, что для птиц было важно, чтобы «в момент выпускания солнце было видно днем, а звезды — ночью». Локли не утверждал, что понимает, как птицы узнают свое положение относительно пункта назначения, а просто заметил, что они вели себя так, как будто знали его. [9]
Исследование показало, что бабочки-монархи используют солнце в качестве компаса для направления своей юго-западной осенней миграции из Канады в Мексику . Мигрирующие бабочки были пойманы и содержались в течение циклов из 12 часов света и 12 часов темноты. Свет одной группы начинался каждый день в 7:00 утра, в то время как свет другой группы начинался на 6 часов раньше в 1:00 ночи. Монархи содержались в неволе в течение нескольких дней, а затем были выпущены в клетке для полетов в условиях естественного дневного света. Это позволяло им лететь в желаемом направлении, удерживая их на испытательной арене. Бабочки, у которых были установлены биологические часы на естественный осенний цикл (свет включался в 7:00 утра), пытались лететь на юго-запад, в то время как те, у которых часы были сдвинуты на 6 часов раньше, ориентировались на 90 градусов влево. [2]
Способность птиц так хорошо настраивать свои механизмы компенсации на истинные изменения азимута солнца предполагает, что соответствующие процессы предварительно запрограммированного обучения генерируют функцию азимута/времени/направления солнца, которая очень точно отражает истинную кривую азимута солнца. Это предполагает, что птицы регистрируют направление солнца в довольно короткие интервалы и сохраняют эту информацию вместе с информацией о времени в своей памяти. Исследование, проведенное с целью проверки ориентации солнечного компаса у голубей, показало, что животные должны компенсировать движение солнца с помощью своих внутренних часов. Азимут солнца играет важную роль в этом. Азимут позволяет птицам определять время суток и в конечном итоге определять, в каком направлении двигаться по таким причинам, как миграция или возможные источники пищи. [10] [11]
Для некоторых животных солнце является формой визуального стимула, используемого в качестве инструмента для навигации. Как видно на примере птиц и пчел, животное ориентирует свое тело под определенным углом по отношению к солнцу и времени суток. Этот внешний стимул активирует часть мозга (необходимую для навигации и позволяющую организму корректировать свою ориентацию по отношению к солнцу). То есть, если животное покидает свое гнездо утром, когда солнце находится низко в небе, и планирует направиться в известном направлении, животное будет двигаться в определенном направлении с солнцем в положении, связанном с его телом (например, чтобы двигаться на запад, солнце может находиться справа от животного во время навигации). Эта форма навигации не так проста, как наблюдение за стимулом и соответствующие действия. Исследования показали, что животные могут использовать другие «трюки», такие как длина и направление теней, чтобы определить, где находится солнце во время временных сдвигов, а затем вычислить направление, в котором им следует двигаться. Например, над тропиком Рака солнце всегда будет находиться на юге в зените (самой высокой точке), поэтому короткие тени будут указывать на север. [12] Животные, как правило, включают в свой репертуар несколько типов навигационных методов, таких как магнитная ориентация и ориентиры, чтобы выполнять обычную навигацию или мигрировать.
Когда животные используют солнце для ориентации по компасу, они должны компенсировать видимое движение солнца с помощью своих внутренних часов . Животные связывают азимут солнца со временем дня, предоставляемым их внутренними часами, и с опорным направлением, предоставляемым их магнитным компасом. [10]