A napiránytű és a belső óra A vonuló madarak titka
Benedek Gábor
Baróti Szabó Dávid Líceum, Barót, Románia
A madarak évszakos vonulása sok fejtörést okozott már, is és okoz még ma is a természet titkait fürkészőknek. Milyen különleges képességük, titkos ösztönük van a vándormadarak, hogy évről évre eltalálnak téli szálláshelyükre, majd a tavasz beköszöntésével visszatérnek elhagyott fészkükre, miközben több száz, sőt több ezer kilométert tesznek meg? Talán az öregek vezetik őket? A csapatosan vonuló madaraknál ebben is lehet valami igazság, legalábbis ezt látszanak igazolni azok a kísérletek, amelyeket a keleti és nyugati gólyákkal végeztek. Tudnunk kell, hogy Európa gólyaállománya két különböző útvonalon száll téli otthona felé. Nyugat-Európa gólyái a Gibraltáron keresztül hagyják el kontinensüket, míg kelet-európai társaik kelet felől kerülik meg a Földközi-tengert, és a Boszporusz felett vonulnak.
Mivel a Nyugat-Európában fészkelő gólyák száma az utóbbi időben nagyon megcsappant, állományukat a Kelet-Európából hozott fiatal gólyákkal akarták feljavítani. Összesen 754 kelet-európai gólyafiókát szállítottak a Rajna vidékére, s ezeket az ottani gólyaszülőkkel neveltették fel. A kísérlet vezetői izgatottan várták az őszi vonulás idejét, hogy megtudják milyen irányban fogják a nyugaton felnevelt gólyák elhagyni Európát. Valamennyi fiatal madár a nevelőszülőket követte, nyugat felől kerülte meg a Földközi-tengert! Egészen másképpen viselkedtek azok a gólyafiókák, amelyeket fogságban tartottak, és csak azután engedték szabadon, hogy a nevelőszülők útnak indultak. A szüleiktől örökölt vonulási irányt követve ezek a gólyák délkeleti irányba indultak el, azonban túl korán, eredeti hazájuk földrajzi helyzetének megfelelően fordultak délnek, s így eltévedtek, nem a Boszporusz felé repültek, hanem Olaszországban kötöttek ki. Ez a kísérlet azt bizonyítja, hogy a vonulási irány kiválasztása örökletes, az öreg madarak vezető szerepe azonban nagyon fontos.
A fiatalok a velük született ösztönnek csak akkor engedelmeskednek, ha vezető nélkül, magukra maradnak. Más szóval, inkább hisznek az öregek tapasztalatának, mint saját ösztöneiknek.
Mi a helyzet azokkal a vonuló madarakkal, amelyeknél az öregek vezető szerepét eleve ki kell zárnunk? Közismert, hogy a kakukk más madarakra bízza fiókái kiköltését és felnevelését. Rendszerint a gébicset, a nádirigót, a vörösbegyet, a poszátát és a billegetőt éri az a kétes megtiszteltetés, hogy a telhetetlen gyomrú kakukkfióka nevelőszülője legyen. A kis kakukk, miután mostohatestvéreit galád módon kihajította a fészekből, egyedül élvezi a nevelőszülők gondoskodását. Ezek valósággal látástól vakulásig hajszolják magukat, hogy a mindig éhes kis szörnyeteg száját, illetve csőrét betömjék. A gondoskodásnak azonban megvan az eredménye! A kis kakukk úgy nő, mintha húznák, és a kikelésétől számított 21-23. napon elhagyja a fészket.
Ettől kezdve vidáman és gondtalanul éli világát mindaddig, amíg elérkezik az őszi vonulás ideje. Ekkor szárnyra kap, és a kakukknemzedékekbe bevésődött ösztönt követve, egymaga vág neki az addig soha meg nem tett útnak, hogy pontosan eltaláljon a kakukkok téli szállására. Honnan tudja, hogy merre van ez a téli otthon, és milyen irányba, merre kell elindulnia, hogy odataláljon? Olyan kérdés ez, amelyikre a válasszal mind ez ideig adósunk maradt a tudomány.
Nézzük meg, mire lenne szükségünk ahhoz, hogy adott helyről elindulva egy másik, meghatározott helyre eljussunk. Elsősorban jó iránytűre és pontos térképre. Nos, a tudományos kísérletek és megfigyelések azt látszanak bizonyítani, hogy a vonuló madarak is rendelkeznek iránytűvel, ez az iránytű pedig, bármilyen hihetetlenül is hangzik, maga a Nap, illetve éjszaka a csillagos égbolt. A Nap látszólag állandóan változtatja helyét, óránként 15 °C-al fordul el az égbolton. Ahhoz tehát, hogy a madár egy bizonyos irányt tartani tudjon, állandóan módosítania kell a Naphoz viszonyított szögét, vagyis pontosan mérnie kell az időt is. Máshol áll ugyanis a Nap reggel, mint délben. A biztos tájékozódáshoz nem elég az iránytű, ahhoz pontosan járó óra is szükséges. Ezt a tényt már az ókorban felismerték a hajósok s ma is alkalmazzák mindazok, akik tájékozódásukban az égitestekre utaltak.
Azt, hogy az állatok is rendelkezzenek valamilyen pontos időmérő mechanizmussal, „belső órával”, azt számos megfigyelés igazolja. Ha az erdeivöröshangyák útjába valamilyen áthághatatlan akadályt teszünk, amely eltakarja előlük a Napot, megszakítják útjukat. Ha néhány óra múlva elvesszük a dobozt, ismét az eredeti irányba indulnak el, jóllehet közben a Nap az égbolton elmozdult. A hangya tehát belső órájával pontosan „mérte” az időt. Időszakértő a tengerek és óceánok partjának nedves homokján élő homoki bolharák is. Ha száraz helyre viszik, egyenesen a part felé indul, miközben iránytűként a Napot használja. Menetirányának Nappal bezárt szöge a napszakok szerint változik. A rákocskák órája még akkor is pontosan működik, ha huzamosabb ideig sötétben tartják őket, s csak azután engedik szabadon. Zavar állott azonban be időmérésükben, amikor repülőgépen Olaszországból Argentínába szállították a rákocskákat. Új hazájukban is az otthoni idő szerint változtatták meg a Nap állásának megfelelő útjukat. A kísérlet néhány napja nem volt elégséges ahhoz, hogy belső órájukat a helyi időnek megfelelően állítsák be.
Érdekesek a folyók, tavak partján élő farkaspókkal végzett kísérletek is. Ha ez az állatka a vízbe hull, vagy ha szándékosan a vízbe dobjuk, rögtön a partra úszik, miközben minden esetben a legrövidebb utat választja, vagyis a partra merőleges irányba mozog. Ha pókunkat átvisszük a túlsó oldalra, és ott dobjuk vízbe, az előző útvonalat megtartva, a folyó közepe felé, vagyis abba az irányba veszi útját, amelyet a Nap állása szerint követni szokott. Hogy tájékozódásában időérzékének is fontos szerepe van, az bizonyítja, hogy a nap bármelyik időszakában ugyanazt az útirányt követi, tehát belső órája segítségével képes felbecsülni a Nap változó helyzetét az égbolton.
Vajon mennyire pontosak ezek a belső időmérő mechanizmusok, s hogyan tájékozódik az állat olyankor, amikor órája váratlanul sietni vagy késni kezd? Az állatoknál a pontos időmérő, amelynek alapján belső órájukat beállítják, nem más, mint a nappal és az éjszaka váltakozása, tartalmának viszonya 24 órán belül.
Az ecetmuslica belső órája sötétben mindössze egy napig jár pontosan, a patkányé viszont egy évig. Mi történik akkor, ha az állatokat több napon át zárt helységben, olyan mesterséges nappal-éjszaka váltakozásnak tesszük ki, ami a helyi időhöz viszonyítva siet vagy késik? Akkor az állat belső órája is sietni vagy késni fog, éppen úgy, mint amikor egy nem pontosan járó óra után állítjuk be a magunkét. Ha viszont órája nem jár pontosan, akkor az állat tévesen ítéli meg a Nap állása alapján a földrajzi irányt is, következésképpen eltéved. Hogy ez valóban így van, azt számos kísérlettel sikerült igazolni.
Egy galambothosszabb ideig, 6 órával előbbre állított „mesterséges napon” tartottak; majd otthonától délre szállították, és ott szabadon engedték. E galamb belső órája most már 6 órát sietett vagy 6 óra helyett 12-t mutatott. 12 órakor a Nap delel, tehát ahhoz, hogy északra fekvő otthonába jusson, a Nappal ellentétes irányba kellett volna repülnie. Csakhogy valójában reggel 6 óra volt, tehát a Nap keleten állt. A siető órája miatt megtévesztett galamb a Nap állásával ellentétes irányba indult el, és így nem észak, hanem nyugat felé repült, 90 fokkal térve el a helyes iránytól. Természetesen eltévedt, s nem jutott vissza otthonába. Társai, amelyeknek belső óráját nem térítették el, a helyes irányt választották, vagyis a Nap állásához viszonyítva 90 fokos szögben indultak el, s így visszatértek fészkükre.
Pontos belső órája és a napiránytű segítségével a madarak tartani tudják a helyes vonulási irányt. Ez azonban még mindig nem ad feleletet arra a kérdésre, hogyan találnak vissza fészkükre a madarak. Az iránytű ugyanis csak az irányt és nem a célt mutatja.
Már említettem, hogy a pontos tájékozódáshoz iránytűre, órára és térképre van szükségünk. Eddig csupán az első kettőről esett szó. Hogyan állunk a harmadikkal, a térképpel? Az ornitológusok fias gólyákat szedtek ki éjjel a fészekből, és másnap reggel 40, illetve 111 km-re szállították őket. A gólyák 40 km-ről 5 óra alatt, 111 km-ről pedig 9 óra alatt tértek vissza fészkükre.
Szemléletesek a fecskékkel végzett kísérletek is. Berlin közelében 28 füstifecskét fogtak be, és gyűrűzésük után Londonba (900 km), Madridba (1800 km), és Athénbe (1850 km) szállították őket. Valamennyi helyről 8 napon belül 2-2 fecske visszatért fészkére. Egy kis őrgébics Marseille-ből, 1200 km távolságból repült vissza Berlin melletti otthonába.
A búvármadarakra vonatkozó megfigyelések még ezt a teljesítményt is felülmúlják. Az egyik példányt a Wales partjai előtt elterülő kis brit szigetről, Skokholmról fogták be. Repülőgépen Velencébe szállították, s ott szabadon engedték. Másfél nap múlva ismét a fészkén ült. Teljesítménye csodálatra méltó, mivel ez a madár sohasem repül a szárazföld felett. Feltételezhető, hogy az egész utat Olaszország és Spanyolország megkerülésével, a tenger felett tette meg, ami kb. 6000 km-es út két hét alatt!
Hogyan határozták meg otthonuk földrajzi helyzetét a madarak? A tudomány egyelőre adósunk a válasszal, csupán feltételezésekre szorítkozhatunk. Valószínű, hogy a fészek közelében a helyismeretnek, az emlékezetnek és a látás útján történő tájékozódásnak egyaránt szerepe van. Legalábbis erről tanúskodik a füstifecskék mindnyájunk által megfigyelt viselkedése: téli szállásukról visszatérve következetesen tavalyi fészkük helyét keresik a falon, ismételten ott kapaszkodnak meg, még akkor is, ha időközben fészküket leverték vagy bevakolták. Azt is megfigyelték, hogy a sirályok egy magaslati pontról, valamilyen feltűnő ismertetőjel alapján bevésik költőkolóniájuk képét, méghozzá olyan pontosan, hogy a költőhelyek ezrei közül is biztosan megtalálják a magukét, még olyankor is, amikor fészkükből semmi sem látszik.
Hogyan történik az otthon földrajzi helyének meghatározása nagyobb távolságból? Miként az előbb említett példákból is láthattuk, egyes madarak több száz, sőt több ezer km-ről is hazatalálnak, ehhez pedig a földrajzi szélesség és hosszúság pontos ismeretét kell feltételeznünk. Azt, hogy az említett esetekben hogyan határozza meg a madár a helyes irányt, a kutatók még csak gyanítják. Talán a madár belső órája olyan pontos, hogy észreveszi, ha a szabadon bocsátás helyén más napszak van, mint amelyet otthon beállított órája mutat. Ennek alapján olyan irányt választhatna, amelyben továbbrepülve a „belső” és a „külső” óra által mutatott idő közötti különbség megszűnne, s így meghatározná a keresett hely földrajzi hosszúságát. Ha a delelő Nap magassága közötti különbséget is érzékelni tudná otthona és az elszállítás helye között, úgy otthonának földrajzi szélességét is meghatározná. A két mérés kombinációja – feltéve, hogy a belső órája által mutatott idő pontosan megegyezik otthonának helyi idejével – képessé tenné arra, hogy bármilyen helyről mindig hazataláljon.
Eddig nem sikerült bizonyítani, hogy a madarak rendelkeznének ezzel a képességgel. Sőt ez elég kétségesnek tűnik, mert hihetetlen teljesítményt követel a madártól, egyrészt olyan belső óra létezését, ami pontosan mutatja az otthoni, helyi időt, másrészt pedig, hogy pontosan érzékelni tudja a Nap láthatár feletti állásának változását ívpercekben.
A Napnak nemcsak a gerincesek tájékozódásában van fontos szerepe, hanem a fejlettebb idegrendszerű gerincteleneknél is.
Pályázatom az állatok tájékozódására és a hírközlésére vonatkozó megfigyeléseket, az újabb kísérleti eredményeket ismerteti dióhéjban. Mindazokhoz szól, akik szeretik a természetet és akiket érdekel az állatok életének ezerféle, sok esetben még meg nem fejtett, de mindig vonzó megnyilvánulása.
Az írás szerzője Diákpályázatunkon a Varjú Dezső professzor által kiírt Biofizika különdíj kategóriában III. díjat kapott.
Természet Világa, 134. évfolyam, 1. szám, 2003. január
https://www.chemonet.hu/TermVil/
https://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/
Vissza a tartalomjegyzékhez