Сенсорные системы ближней и дальней навигации у птиц

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-14-01147

НазваниеСенсорные системы ближней и дальней навигации у птиц

Руководитель Кишкинев Дмитрий Александрович,

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Зоологический институт Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова навигация животных, ориентация животных, магниторецепция, обоняние, миграция птиц, пространственное поведение, поведенческая экология, нейроэтология

Код ГРНТИ34.33.02

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Вопрос о том, каким образом мигрирующие животные, и перелетные птицы в частности, способны находить небольшие удаленные цели является одним из самых обсуждаемых вопросов в современной биологии. Некоторые виды птиц способны к высокоточной навигации, при этом пересекая большие расстояния. На это указывает, во-первых, тот факт, что многие дальние воробьиные мигранты являются филопатричными видами (от греч. philopatria − любовь к родине), т.е. они год за годом гнездятся в районах площадью в единицы квадратных километров, преодолевая для этого путь в тысячи километров из районов зимовок и обратно. Во-вторых, многочисленные эксперименты с разными видами птиц убедительно показали их способность находить направления к цели своей миграции даже после перемещения на сотни и тысячи километров в сторону от миграционного маршрута, в заведомо незнакомый для них регион. При этом до сих пор остается малоизученным вопрос, какие «координаты», т.е. навигационные природные факторы, помогающие в определении местоположения, используют птицы для навигации. Широко принятый в литературе концептуальный подход «карты и компаса» (Kramer 1953) предполагает двустадийность решения любой навигационной задачи: сначала животное определяет свое местоположение относительно цели (стадия «карты»), а затем следует в компасном направлении, ведущем к цели (стадия «компаса»). При этом природные источники информации для этих стадий могут быть разными. Исследования последних 60 лет выявили основные черты компасных механизмов: птицы используют звездные, солнечные и магнитные ориентиры для выбора и поддержания направления (Wiltschko & Wiltschko 2015; Чернецов 2016). Однако сенсорная природа «карты» (системы определения местоположения) остается наименее изученным вопросом. Данный проект нацелен на выявление природы карты и деталей работы навигационных сенсорных механизмов у птиц. В нашем проекте мы опираемся на самые современные экспериментальные работы, включая наши собственные научные достижения в этой области. В современной литературе сосуществуют две гипотезы − магнитная и ольфакторная (запаховая) − объясняющие сенсорную природу навигации птиц. Однако они не являются взаимоисключающими. Более того, некоторые исследователи предполагают, что позиционирование на разных географических масштабах и/или у видов разных экологических групп может осуществляться с помощью разных сенсорных систем. В частности, данные, полученные на океанических птицах (некоторые буревестники и чайки), а также на почтовых голубях (Columba livia forma domestica), указывают на важную роль обоняния для навигации, поддерживая гипотезу ольфакторной навигации. Однако все ли птицы используют такой подход, какие летучие вещества (запахи) используются для ольфакторной навигации, на каком географическом масштабе осуществляется позиционирование по запахам остается непонятным. В то же самое время, наши недавние данные показывают, что у некоторых видов дальних воробьиных мигрантов (например, у тростниковой камышевки, Acrocephalus scirpaceus) геомагнитная информация необходима и достаточна для определения местоположения на больших расстояниях (гипотеза магнитной навигации). Данный проект направлен на комплексное изучение роли как обоняния, так и магниторецепции для навигации у птиц. При этом мы планируем экспериментально проверить магнитную и ольфакторную гипотезына разных географических масштабах (от единиц до тысяч километров), а также попытаемся выявить взаимодействие этих двух сенсорных систем. Научная новизна нашего проекта заключается в том, что мы предлагаем интегрированный подход для изучения роли как запаховой, так и магниторецепторной сенсорной системы для навигации у птиц, в то время как обычно научные коллективы концентрируются на изучении одной из двух упомянутых систем. Недавние исследования указывают на то, что обе упомянутые сенсорные системы используются в разных таксономических группах птиц. Это дает основание предположить, что разные группы птиц эволюционировали в сторону специализации к использованию той или иной сенсорной системы для навигации, но возможно эта специализация неполная. Мы полагаем, что ключевым вопросом является то, как обоняние и магниторецепция применяются птицами при решении навигационных задач на разных географических масштабах (от единиц до тысяч километров), т.к. есть фундаментальные физические ограничения на использование одной и той же сенсорной системы одинаково успешно на малых и больших расстояниях. Кроме того, в рамках этого проекта, мы предполагаем выполнить две важные методологические работы, необходимые для адекватного применения методов манипулирования с упомянутыми сенсорными системами, т.к. ограничения методов, широко используемых в литературе по навигации птиц, не всегда адекватно понимаются или проверяются. В рамках данного проекта мы стремимся проверить наиболее обсуждаемые и подкрепленные свежими экспериментальными данными гипотезы, применяя самые современные методологические и технические подходы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Пахомов, А., Анашина, А., Хейерс, Д., Кобылков, Д., Моуритсен, Х., Чернецов. Н. Magnetic map navigation in a migratory songbird requires trigeminal input Scientific Reports, 8, 11975 (год публикации - 2018)
10.1038/s41598-018-30477-8

2. Мухин, А., Кобылков, Д., Кишкинев, Д., Гринкевич, В. Interrupted breeding in a songbird migrant triggers development of nocturnal locomotor activity Scientific Reports, 8, 5520 (год публикации - 2018)
10.1038/s41598-018-23834-0

3. Дрейер, Д., эль Хунди, Б., Кишкинев, Д., Шучентрук, К., Кампострини, Л., Фрост, Б.Д., Цехмайстер, Т., Уоррент, Э.Дж. Evidence for a southward autumn migration of nocturnal noctuid moths in central Europe Journal of Experimental Biology (год публикации - 2019)

4. Кишкинев Д., Анашина А., Ищенко И., Холланд Р.Д. Anosmic migrating songbirds demonstrate a compensatory response following long‑distance translocation: a radio‑tracking study Journal of Ornithology, https://doi.org/10.1007/s10336-019-01698-z (год публикации - 2019)
10.1007/s10336-019-01698-z

5. Брлик В, Колечек Я, Бургесс М, Хан С, Хумпле Д, Крист М, Оувиханд Я, Вейзер Э, Адамик П, Алвез Х и др. Weak effects of geolocators on small birds: A meta-analysis controlled for phylogeny and publication bias Journal of Animal Ecology, Special Issue Bio-logging 00:1–14 (год публикации - 2019)
10.1111/1365-2656.12962

6. Чернецов, Н., Пахомов, А., Давыдов, А., Целлариус, Ф., Моуритсен, Х. No evidence for the use of magnetic declination for migratory navigation in two songbird species PLoS One, 15(4), e0232136 (год публикации - 2020)
10.1371/journal.pone.0232136

7. Кишкинев, Д., Пакмор, Ф., Цехмайстер, Т., Винклер, Х.-К., Чернецов, Н., Моуритсен, Х., Холланд, Р.Э. Navigation by extrapolation of geomagnetic cues in a migratory songbird. Current Biology (год публикации - 2021)
10.1016/j.cub.2021.01.051

8. Чернецов Н., Пахомов А., Кобылков Д., Кишкинев Д., Холланд Р., Моуритсен Х. Migratory Eurasian reed warblers can use magnetic declination to solve the longitude problem Current Biology, 27(17):2647-2651.e2 (год публикации - 2017)
10.1016/j.cub.2017.07.024

Публикации