Выбор такого, казалось бы, бессмысленного направления объясняется теми же причинами, которые заставляют находящихся в неволе перелетных птиц поворачиваться в ту сторону, куда они полетели бы, если бы их выпустили на свободу. Пингвины отправляются в путь в том же направлении, в котором они обычно совершают свои зимние походы к расположенному на севере морю. В Антарктике любое путешествие на север приводит к морю, поэтому направление, выбираемое пингвинами, вполне согласуется со здравым смыслом: не совсем понятно, почему пингвины передвигаются еще к востоку. Дело в том, что у берегов Антарктиды существуют морские течения, которые всегда направлены на запад. Принято считать, что пингвины во время своих путешествий отклоняются к востоку ровно настолько, насколько это необходимо, чтобы морские течения не унесли их за зиму слишком далеко от родных берегов.
Навигационные способности пингвинов проявляются не только в их умении находить путь к морю и обратно к своим колониям. Зимой в поисках пищи пингвины, по-видимому, заплывают далеко в открытое море. Для того чтобы весной проложить точный, а не приблизительный курс к своим гнездовьям, пингвины должны каким-то образом точно определить свое местоположение. Другие птицы, совершающие далекие путешествия, также должны обладать способностью сохранять правильный курс и делать поправки на ветер, если он относит их в сторону. Мелких птиц, например горихвосток и мухоловок-пеструшек, которые совершают перелеты из Скандинавии в Испанию и Португалию, встречный ветер иногда переносил через Северное море на восточное побережье Англии. Когда птицы снова отправлялись в полет, их путь прослеживали с помощью радиолокатора. Оказалось, что они улетали из Англии на юг-юго-восток (т. е. в том направлении, которое должно было привести их к первоначальной цели), а не следовали в прежнем направлении на юг-юго-запад, где они затерялись бы в просторах Атлантического океана.
Каким образом птицы определяют свое местоположение, можно только догадываться. Проблема расшифровки физиологических механизмов, эквивалентных компасу, секстанту и карте, кажется нам почти неразрешимой; однако, исходя из некоторых особенностей мозга и органов чувств птиц, можно теоретически представить себе некие механизмы ориентации. Можно ожидать, что любая основанная на хорошо установленных фактах теория, которая без каких-либо противоречий объясняет поведение птиц, в конце концов окажется правильной и со временем будут найдены соответствующие ей физиологические механизмы. Такой «обратный» способ выяснения истины довольно широко распространен в самых различных областях науки. Так, например, существование и местонахождение планеты Нептун было предсказано на основе наблюдений за планетой Уран, и уже позднее, когда с помощью телескопа в соответствующем участке неба обнаружилась новая планета, это предсказание подтвердилось. Теоретические рассуждения подсказали астрономам, где искать планету. Точно так же теоретические представления о физиологическом механизме, с помощью которого птицы определяют свое местонахождение, должны подсказать физиологам, что именно нужно искать в мозге и органах чувств птиц.
Теория, объясняющая навигационные способности птиц, была предложена проф. Мэттьюзом. Ее приняли не все орнитологи, да и сам Мэттьюз, без сомнения, внесет в нее соответствующие поправки, как только в его распоряжении окажутся новые факты. Тем не менее эта теория дает хорошее представление о чрезвычайно богатых возможностях зрения птиц и почти сверхъестественной способности их мозга обрабатывать зрительную информацию.
А. В полдень солнце всегда находится в наивысшей точке своего пути. Разница во времени наступления полудня в данном месте и в Гринвиче позволяет определить долготу данного места (в градусах) к востоку или к западу от гринвичского меридиана. Поскольку в окружности 360°, а Земля делает полный оборот за 24 ч, легко подсчитать, что 1 ч времени соответствует 360°:24=15°.
Б. Высота солнца над горизонтом в полдень зависит от широты местности. На экваторе солнце в полдень всегда стоит прямо над головой. Чтобы определить нужный курс, необходимо сравнить высоту солнца в полдень в данном месте с его полуденной высотой «дома», т. е в конечном пункте путешествия.
По мнению Мэттьюза, птицы во время миграций и при полетах в районе гнездовий используют для навигации приемы, во многом сходные с теми, которые применяют штурманы кораблей (фиг. 24). В любой части океана (если наблюдатель находится в северном полушарии) солнце в полдень всегда находится в самой высшей точке своего пути и точно на юге. Штурман определяет долготу места, где находится корабль, измеряя с помощью судового хронометра разницу во времени наступления полудня в этом месте и в каком-то другом, от которого принято вести отсчет; в качестве такого места выбран город Гринвич. Если эта разница составляет 12 ч, то, следовательно, корабль находится на другой стороне земного шара, точно напротив гринвичского меридиана. Кроме того, высота солнца в полдень показывает штурману, на каком расстоянии к северу или к югу от экватора находится его корабль. Если солнце стоит прямо над головой — корабль пересекает экватор. Затем по мере дальнейшего передвижения корабля угол между полуденным солнцем и горизонтом будет уменьшаться; при этом солнце будет «скатываться» к северу или к югу, в зависимости от того, в каком полушарии плывет корабль.
Предполагают, что перелетные птицы определяют географическое положение незнакомой им местности, оценивая разницу в величине угла между полуденным солнцем и горизонтом у себя «дома» и в том месте, над которым они пролетают. Чем севернее находятся птицы от своего «дома», тем меньше будет этот угол, чем южнее — тем больше (мы предполагаем, что птицы находятся в северном полушарии). Как корабельные штурманы, так и перелетные птицы часто не могут в полдень увидеть солнце из-за облаков, но они могут вычислить его полуденное положение на небосводе, проводя наблюдения в другое время и экстраполируя полученные результаты. Для этого нужно измерить небольшой участок дуги, которую описывает солнце при движении по небосклону, и затем вычислить остальную часть дуги, чтобы найти полуденное положение солнца.
Согласно другой теории, птицы могут запомнить, как выглядит «дома» полная дуга, которую солнце описывает на небосводе. Во время перелетов в родные края птицы сравнивают эту дугу с отрезками описываемой солнцем дуги, которые видны в тех местах, где они пролетают. Они летят в таком направлении, чтобы траектория движения солнца приближалась к той, которую они привыкли видеть у себя на родине.
Обе эти теории основаны на наблюдениях и экспериментах, которые проводились с птицами во время их перелетов или вблизи гнезд; однако до сих пор не удалось поставить ни одного опыта, который бы четко показал правильность одной теории и несостоятельность другой. Конечно, имеет смысл рассматривать только те предполагаемые способы навигации птиц, которые теоретически соответствуют возможностям их органов чувств. Обе теории требуют, чтобы птицы могли обнаруживать движение солнца и экстраполировать его положение в разное время суток. Кроме того, они должны обладать способностью определять момент наступления полдня, у них должно быть исключительно точное чувство времени и хорошая память.
По-видимому, все это не выходит за пределы возможностей органов чувств птиц. Известно, что голуби могут обнаруживать перемещения солнца, которое «движется» по небу почти с такой же скоростью, с какой часовая стрелка обходит циферблат часов. Кроме того, птицы могут «рассчитать» траекторию движения различных объектов. Сокол, например, должен уметь в доли секунды определить курс своей быстро летящей жертвы и скорректировать полет таким образом, чтобы настичь ее. По сравнению с движениями этой жертвы движение солнца гораздо проще: оно с постоянной скоростью проходит свой путь, который никогда не меняется.