Ученые восстановили историю атмосферного загрязнения по оперению птиц. Ученые исследуют гнезда кречета, найденные на полуострове ямал на самой северной в мире железной дороге Ученые расшифровали структуру молекулы, подходящей для лечения рака мозга

«Не велика птица-синица, да умница.» (пословица)

Уже много лет (а вернее холодных зим) я подкармливаю синиц на окне и с огромным удовольствием наблюдаю за этими яркими, жизнерадостными и умными птицами.

И вот, я стала замечать, что знакомые мне синички приводили на мое окно своих птенцов на следующий год и обучали их, как быстрее выклевывать семечки из узкого отверстия в круглой пластиковой кормушке.

Исследования ученых из Оксфордского университета доказали, что синицы очень умные птицы, обладающие способностями к быстрому социальному обучению (social learning) и передаче полезных навыков будущим поколениям.

В первой половине 20 века синицы в Великобритании научились проклевывать фольгу на молочных бутылках (их тогда молочники просто оставляли рано утром на пороге у клиентов) и выпивать сливки, скопившиеся в верхней части горлышка.

Синицы мастерски обучаются полезным навыкам у своих сородичей, копируя их поведение, и вскоре эта «культурная традиция» стала как пожар передаваться от одной стаи к другой.

Своего пика проблема «синицы и молочные бутылки» достигла к 50-60 годам прошлого века и охватила все Соединенное Королевство (UK). Многие британцы вынуждены были оставлять на ступеньках специальные пластиковые крышки, чтобы молочник обезопасил бутылки от рейдов «летающих воришек», которые даже выучили время, когда молочники объезжали дома клиентов и сопровождали их повозки с радостным свиристением.

Это умение вскрывать крышки из фольги на молочных бутылках синицы передавали будущим поколениям на протяжении века (впервые было замечено в 1921 году жителями Суэйтлинга, Хэмпшир), и даже в наши дни в сельской Англии наблюдаются ранние утренние налеты «вражеской пернатой авиации» на молочные бутылки консервативных британцев, которые по-прежнему предпочитают заказывать качественное свежайшее молоко с небольших ферм, чем покупать хорошо запечатанные пластиковые и картонные упаковки с менее вкусным молоком в гипермаркетах (хотя количество таких людей стремительно падает: около 2 миллионов стеклянных бутылок с молоком доставляют клиентам в UK в наши дни, по сравнению с 40 миллионами бутылок в начале 1990х). Представьте, какое это было массовое явление в 60х годах!

Изучая это массовое явление, ученые пришли к еще более неожиданному и захватывающему открытию — синицы не только передавали свой опыт от одной особи к другой внутри сложившейся стаи, они изменяли его, адаптируя к условиям жизни той популяции, куда они перелетали.

Это открытие — первый изученный пример «культурного соответствия» (cultural conformity) среди животных, за исключением приматов.

Исследователи говорят, что их результаты бросают вызов общепринятым представлениям о развитии культуры у птиц и других животных (кроме приматов).

Адаптация к местным традициям была ключевым фактором в эволюции человеческой культуры.

Д-р Люси Аплин (Dr Lucy Aplin), зоолог из Оксфордского университета, сказала: «Мы обнаружили, что большие синицы (Parus major или great tits) чрезвычайно быстро учились новому, наблюдая друг за другом в дикой природе. Новое поведение распространялось от пары птиц к сотням особей буквально за несколько недель. При этом каждая популяция поддерживает свои собственные культурные традиции, а особи перелетающие от одной большой стаи к другой, приспосабливают свое поведение к новому окружению, чтобы соответствовать новому укладу жизни.»

Доктор Аплин и ее коллеги, чья работа была опубликована в журнале Nature , изучили 8 популяций (стай) больших синиц, в каждой из которых было порядка сотни птиц в лесу Витам в Оксфорде (Wytham Wood in Oxford).

Наблюдения за синицами проводились, начиная с 1940-х годов, большинство птиц получали уникальные идентификационные чипы (identifying chips), позволяющие отслеживать поведение и перемещение каждой особи.

Из 5 популяций были отловлены по два самца, которых натренировали открывать кормушку-головоломку (puzzle-box), сдвигая скользящую дверь налево или направо, чтобы добраться до корма.

Каждая из птиц-новаторов была обучена только одному методу открывания кормушки, наблюдая за обученной в Оксфордском университете птицей-тренером.

Из трех оставшихся популяций было тоже отловлено по 2 самца синиц, но их ничему не обучали.

Отловленные птицы затем были выпущены обратно в дикую природу в своих первоначальных популяциях, а коробки с кормушками-головоломками были разбросаны по лесу внутри клеток, которые могли отследить птиц, которые вошли внутрь по их микрочипам, и заснять метод, который они использовали, чтобы открыть каждую коробку.

Исследователи обнаружили, что каждая популяция больших синиц начинает осваивать только тот метод открывания кормушки, которому был обучен самец-новатор из их района.

Всего за 20 дней более трех четвертей больших синиц в лесу открыли одну из головоломок, используя технику, введенную в их область отловленными самцами.

В трех популяциях, где самцы не были обучены лишь одной из 10 синиц удавалось открывать кормушки.

Спустя год исследователи поставили в лес больше головоломок и обнаружили, что, хотя почти две трети первоначальных птиц умерли и были замещены новым поколением, каждая из 5 популяций применяла метод, который они приняли годом ранее.

Это говорит о том, что птицы передавали поведение как «культурную традицию» следующим поколениям.

Когда исследователи смотрели на птиц, которые двигались между популяциями в течение года, они обнаружили нечто более удивительное — эти птицы соответствовали местной традиции, а не использовали технику, которую они изначально узнали.

Д-р Аплин добавила: «Как будто свой личный опыт был переписан поведением окружающего большинства . Конформистское поведение — приоритезация социального обучения над личным опытом — часто считалось применимым только для приматов и когнитивно сложным, поэтому эти результаты у птиц являются захватывающим вызовом ранее общепринятым идеям».

Выводы, полученные оксфордскими учеными, смогли объяснить, почему способность больших синиц открывать бутылки с молоком так быстро распространилась по всей Великобритании и почему эта традиция смогла просуществовать почти сотню лет.

Профессор Бен Шелдон, директор Института Эдварда Грея в Оксфордском университете, сказал: «Наши эксперименты показывают, что птицы могут учиться через наблюдения, и это может помочь создать произвольные местные« культурные традиции ». Как только большинство в группе принимает один способ делать вещи, эти культурные традиции передаются следующему поколению и могут сохраняться в течение многих лет».

Сегодня рогатые жаворонки (лат. Eremophila alpestris ) — это маленькие певчие птички с белыми животами и желтыми подбородками. Но столетие назад, в разгар загрязнения городского воздуха в США, их светлые перья были темно-серыми из-за сажи в атмосфере.

В новом исследовании ученые использовали птиц из музейных коллекций, чтобы отследить количество черного углерода в воздухе с течением времени и воздействие экологической политики на загрязнение.

«Сажа на птичьем оперении позволила нам определить, как менялось количество черного углерода в воздухе с течением времени, и мы обнаружили, что на рубеже веков городской воздух был загрязнен еще сильнее, чем предполагалось», — говорит Шейн Дюбэй, аспирант Полевого музея естественной истории при Чикагском университете и один из авторов исследования. Он и его коллега Карл Фалднер проанализировали более тысячи птиц, собранных за последние 135 лет, чтобы количественно оценить выбросы сажи над городами на территории Ржавого пояса (англ. Rust Belt ), известного также как Индустриальный или Фабричный. Этот пояс включает часть Среднего Запада и восточного побережья США, где с начала промышленной революции и до 1970-х годов были сосредоточены сталелитейное производство и другие отрасли американской тяжелой промышленности.

«Если вы посмотрите сегодня на чикагское небо, то увидите, какое оно голубое. Но когда-то ситуация с атмосферным загрязнением в таких городах США, как Чикаго и Питтсбург, была не лучше, чем сейчас в Пекине и Дели. Используя музейные коллекции, мы смогли восстановить эту историю», — говорят ученые.

Carl Fuldner and Shane DuBay, The University of Chicago and The Field Museum

Орнитологи, работающие в Полевом музее, уже давно знали, что образцы птиц в коллекции с начала 1900-х годов заметно темнее, и предполагали, что виной тому атмосферная сажа. «Когда вы прикасаетесь к этим птицам, у вас остаются следы сажи на руках. Дело в том, что сажа в воздухе прилипала к их оперению, как пыль к ворсистой тряпке. Эти птицы действуют как воздушные фильтры, перемещаясь по окружающей среде», — поясняет автор исследования.

Птицы также оказались идеальными кандидатами для изучения, потому что они ежегодно сбрасывают оперение и выращивают новое, а это означает, что сажа на них могла накопиться только в том году, когда они были собраны. И вместе с тем наблюдалась очевидная тенденция: старые птицы были грязнее, а более современные — чище.

Carl Fuldner and Shane DuBay, The University of Chicago and The Field Museum

Чтобы измерить изменения в загрязнении оперения на протяжении многих лет, Дюбэй и Фалднер решили фотографировать птиц и измерять отраженный от них свет. Было сфотографировано более тысячи птиц из пяти видов, которые размножаются в Индустриальном поясе и имеют много белых перьев.

Изображения показывают впечатляющий контраст между грязными серыми птицами и чистыми белыми. Авторы подсчитали количество света, отраженного от птичьих перьев, сопоставив с годом сбора птиц. Затем они углубились в социальную историю загрязнения воздуха в городах, чтобы связать исторические данные с полученными результатами.

«Изменения в цвете оперения отражают усилия по решению проблемы загрязнения атмосферы вплоть до национальных движений. Мы действительно можем вернуться в прошлое и посмотреть, насколько эффективной была та или иная экологическая политика. И мы были удивлены точностью, которую смогли достичь. Сажа на птицах последовательно отражает использование угля с течением времени», — говорит Фалднер.

Исследование показало, что во время Великой депрессии наблюдается резкое уменьшение загрязнения птиц, потому что из-за кризиса потребление угля снижается. Во время Второй мировой войны, когда активно использовался уголь, количество сажи на птицах больше, чем после ее окончания, когда люди в Индустриальном поясе начали нагревать свои дома с помощью природного газа, поставляемого с Запада.

«Тот факт, что более современные птицы более чистые, не означает, что мы находимся в чистоте, — отмечает Дюбэй. — В то время как США выбрасывают в атмосферу гораздо меньше черного углерода, чем раньше, мы продолжаем заполнять нашу атмосферу загрязнителями, которые просто менее заметны, чем сажа. Кроме того, многие люди по всему миру по-прежнему дышат сажей в своих городах».

Анализ атмосферного черного углерода может помочь ученым, изучающим изменение климата. «Мы знаем, что черный углерод является мощным фактором изменения климата, и на рубеже веков его уровни были выше, чем считалось ранее. Я надеюсь, что наши результаты помогут климатологам и специалистам в области атмосферы лучше понять влияние черного углерода на климат».

«Это исследование показывает переломный момент, когда мы отказались от сжигания угля. И сегодня мы находимся в аналогичном ключевом моменте с ископаемым топливом. В середине XX века мы вложили инвестиции в инфраструктуру и регулируемые источники топлива и надеемся, что сможем осуществить аналогичный переход к более устойчивым, возобновляемым источникам энергии, которые более эффективны и менее вредны для нашей окружающей среды».

Ее глава Александр Сергеев назвал результаты исследований орнитологов. Они нашли еще один механизм, который позволяет птицам с поразительной точностью совершать перелеты на расстояния в тысячи километров. О сути этого исследования рассказывает директор биологической станции "Рыбачий", член-корреспондент РАН Никита Чернецов.

Многие уверены, что с миграцией птиц наука давно разобралась, что они ориентируются по магнитному полю. Однако недавно авторитетный научный журнал Science признал, что миграция птиц по-прежнему остается для науки загадкой. А ведь ее изучают более 100 лет. Насколько продвинулись ученые в понимании этого феномена?

Никита Чернецов: Чтобы птица могла за тысячи километров вернуться к месту гнездования, ей нужны карта и компас. Это понял в середине 50-х годов прошлого века немецкий ученый Гюнтер Крамер. Вначале должна понять, где находится по отношению к цели, и тут ей нужна карта, а затем уже с помощью компаса выбрать и поддерживать направление движения. Сегодня наука считает, что и компас, и карта могут "работать" на разных физических принципах.

То есть магнитным полем Земли дело не ограничивается?

Никита Чернецов: Сейчас общепризнано, что птицы ориентируются с помощью трех компасных систем: по Солнцу, по звездам и по магнитному полю Земли. Солнечный компас зависит от чувства времени птиц, по сути, от их внутренних часов. А навигации по звездам они обучаются с самого раннего возраста. Вообще умение пользоваться звездным компасом своей сложностью поражает многих специалистов. Оно требует от птиц хорошо развитых когнитивных способностей, гораздо более продвинутых, чем при работе с магнитным компасом. К примеру, птицы должны замечать медленное вращение неба, выделять центр вращения.

А вот магнитный компас, о котором наслышаны многие, на самом деле долгое время не признавался рядом ученых. Ведь он предполагает, что у птиц должна быть особая система, которой нет у человека, так называемая сенсорная модальность. А потому к подобным исследованиям относились так же скептически, как, например, к изучению телепатии у людей. Ситуация изменилась, когда в 70-х годах на научных фактах было доказано существование у птиц магнитного компаса. Считается, что, в отличие от солнечного и звездного, он у птиц является врожденным. Этот компас не действует в полной темноте, работает в синем и зеленом свете и "отключается" в желтом и красном.

А каков механизм? Как птицы воспринимают магнитное поле?

Никита Чернецов: Это сложная система, на пальцах не объяснишь. Важно лишь отметить, что в сетчатке их глаза есть рецепторы, через которые запускаются химические реакции. Они преобразуют поле в зрительные образы. Можно сказать, что птицы фактически "видят" магнитное поле. Но вот что интересно. Помимо глаза для получения информации о магнитном поле у птиц существует еще один канал - это тройничный нерв. Его чувствительные окончания находятся в надклювье, откуда информация по нерву поступает в мозг.

Почему природа столь расточительна? Зачем она подарила птице сразу три компаса? Кстати, какой из них точней?

Никита Чернецов: Над этим вопросом давно бьются ученые. Кстати, над птицами очень сложно ставить эксперименты, которые дали бы однозначные ответы. Сейчас считается, что иерархия различных компасов зависит не только от видов птиц, но они разные даже у популяций одного вида. Некоторые птицы, скажем, "дальнобойщики", регулярно сверяют свой магнитный компас с астрономическим. Для тех, кто мигрирует на короткие расстояния, достаточно одного магнитного компаса. Но если с компасами у науки есть определенная ясность, хотя вопросов еще множество, то ситуация с навигационными картами птиц куда хуже.

То есть остается неясным, как птицы определяют свое местоположение по отношению к цели перелета?

Никита Чернецов: Здесь много гипотез, среди них две наиболее реалистичные. Согласно первой, птицы пользуются картой градиентов магнитного поля, в частности, его напряженности и наклонения. Они меняются от полюса к экватору, а потому могут быть координаторами широты, направления "север-юг". И в экспериментах показано, что пернатые каким-то образом умеют это измерять. Но вот как им определить на карте географическую долготу, координаты "восток-запад"? Даже люди научились определять долготу только в XVIII веке.

А чтобы птицам решить эту проблему, им надо измерять еще и третий параметр, магнитное склонение - угол между географическим и магнитным полюсами. Такая гипотеза высказана давно, но не было ее реальных подтверждений. И нам впервые в мире удалось в экспериментах с тростниковыми камышовками показать, что они обладают такой способностью, могут измерять склонение в направлении "восток - запад". Значит, могут пользоваться магнитной картой. Именно эту работу имел в виду президент РАН Александр Сергеев, говоря о последних достижениях академии. Теперь нам надо показать, что подобный механизм работает и у других птиц.

А удалось понять механизм, физику явления?

Никита Чернецов: Мы показали, что информация о долготе может поступать в мозг по тройничному нерву, о котором я уже говорил. Возможно, в надклювье есть маленькие частицы магнетита, по сути, это похоже на наш обычный компас. Сейчас данную версию изучаем вместе с учеными питерского

Есть версия, что птицы могут ориентироваться в пространстве по запаху.. .

Никита Чернецов: Да,Ведь концентрация определенных веществ в атмосфере может меняться, а значит и здесь вероятно есть градиент. В ряде экспериментов птицы с "отключенной" системой обоняния теряли ориентацию. Но у этой версии немало критиков, она требует очень серьезной аргументации.

Ученые отправятся в экспедицию к гнездам самого крупного представителя семейства соколиных - кречета, которые были впервые обнаружены в прошлом году на мостах железной дороги от города Лабытнанги до станции Карская на полуострове Ямал. Специалисты определят, повлияли ли нетипичные условия на размножение этих птиц, сообщил ТАСС старший научный сотрудник лаборатории экологии птиц и наземных беспозвоночных Института экологии растений и животных УрО РАН Василий Соколов. Дорога от Лабытнанги до станции Карская считается самой северной из действующих железных дорог в мире.

"Продолжается наблюдение за кречетом - это единственная хищная птица, которая не улетает в теплые края, а остается на зиму в Арктике. В 2016 году при поддержке региональных властей Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) была обнаружена уникальная группировка птиц этого вида, гнездящихся на мостах действующей железной дороги "Обская - Бованенково". В этом году стартует экспедиция по мониторингу найденных гнезд, которая должна установить, повлияли ли нынешние суровые условия, в том числе погоды, на размножение птиц", - сказал собеседник агентства.

В этом году на Ямале наблюдается морозная весна. Ранее Соколов отметил, что из-за холодов некоторые виды перелетных птиц изменили маршруты миграции: после прилета в регион часть пернатых откочевывают к тому месту, где идет ледоход, и концентрируются там. Ледоход в регионе задерживается до 29 мая. Для сравнения в 2016 году лед около Салехарда сошел 19 мая, в регионе до сих стоят морозы, температура воздуха по ночам достигает минус 13 градусов.

Ранее сообщалось, что в сентябре 2016 года ученые обследовали 45 мостовых переходов и обнаружили пять гнезд кречета. До сих пор гнездование этого вида на действующих объектах инфраструктуры не было зафиксировано и является уникальным фактом экологии хищника. Также тогда на стационаре Еркута на южном Ямале были найдены семь гнезд редкого гуся - пискульки. В экспедициях по изучению экосистем тундры участвовали ученые Арктического научно- исследовательского стационара Института экологии растений и животных УрО РАН, Научного центра изучения Арктики, а также их коллеги из Франции, Норвегии и Нидерландов.

Орнитологи ведут наблюдения за арктическими птицами в рамках проекта по мониторингу редких видов пернатых, реализуемого в ЯНАО с 2009 года. Помимо научных задач, проект включает в себя мероприятия по сохранению и поддержанию благоприятного статуса птиц. По рекомендации ученых на территории округа были созданы зоны покоя в Шурышкарском, Приуральском и Пуровском районах, где полностью запрещен отстрел птиц во время весенней охоты.

Исследования путей миграции ямальских лебедей, помеченных в 2015 и 2016 годах в Байдарацкой губе, показали, что места их зимовок разнесены на тысячи километров. Птицы с Ямала зимуют в Причерноморье (дельта Эвроса), на Каспии (дельта Волги), в Китае (Синдзян, озеро Поянг и Шанхай) и Средней Азии (Узбекистан, Туркмения).

В 2016 году российским орнитологам совместно с коллегами из Центра кольцевания птиц Королевского института Бельгии во время экспедиции по территории ЯНАО впервые в РФ удалось поймать несколько особей лесных гуменников - наименее изученного вида гусей - и установить на них спутниковые передатчики.

В 2017 году ученые планируют продолжить изучение гуменника в ЯНАО, чтобы получить полную картину об экологии и путях миграции пернатых. В этих исследованиях намерена принять участие китайская сторона, так как места зимовок гуменников также могут находиться в Восточноазиатском регионе. Китайские коллеги готовы предоставить российским ученым ошейники для мечения птиц, помочь с обработкой данных и лабораторными генетическими исследованиями арктических птиц. В полевой сезон 2017 года планируется установить ошейники 12 птицам.