Прогнозирование поведения наивных мигрирующих животных: множество причин вреда себе

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1058 (2022) Цитировать эту статью

1214 Доступов

2 цитаты

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Миграционная ориентация многих животных передается по наследству, что позволяет неопытным (наивным) особям мигрировать самостоятельно, используя геомагнитный или небесный компас. Остается неясным, как наивные мигранты надежно достигают отдаленных пунктов назначения, иногда исправляя ошибки ориентации или перемещения. Чтобы оценить наивные миграционные характеристики (успешное прибытие), мы моделируем и оцениваем предлагаемые курсы компаса для различных мигрирующих по воздуху популяций, учитывая эффекты сферической геометрии, точность компаса, передачу сигналов (например, от солнца к звездному компасу) и геомагнитную изменчивость. Мы формулируем, как компенсированные по времени направления солнечного компаса частично самокорректируются в зависимости от того, как обновляются внутренние часы. Для моделируемых миграций на самые дальние расстояния курсы по солнечному компасу с компенсацией по времени наиболее устойчивы к ошибкам и наиболее близки к известным маршрутам. Для ночных миграций на более короткие расстояния наиболее надежными являются геомагнитные курсы или курсы по звездному компасу, поскольку они не требуют ночных передач сигналов. Наше прогнозное исследование обеспечивает основу для оценки наивной миграции на основе компаса и механизмов самокоррекции, а также подтверждает, что ориентация по компасу в сумерках является ключевой для многих первых миграций на большие расстояния.

Сезонные миграции животных развивались среди таксонов в пространственных масштабах, простирающихся от метров до континентов1. Важнейшим, но нерешенным фактором для мигрирующих популяций является то, как неопытные (в дальнейшем «наивные») особи могут совершать первые миграции через незнакомые места обитания в непредсказуемых условиях. Считается, что опытные мигранты умеют правильно ориентироваться, т. е. используют чувство карты, чтобы оценить направление к местам миграции2,3,4. Среди мигрирующих водных и наземных таксонов маршруты миграции часто передаются в культурном отношении опытными когортами посредством коллективных и социальных сигналов5,6. Тем не менее, многие наивные воздушные мигранты совершают свои поездки в отдаленные пункты назначения (далее - целевые районы) самостоятельно2,7. Среди мигрантов на дальние расстояния это обычно достигается за счет череды направленных ежедневных или ночных полетов (далее «этапы полета»), чередующихся с периодами длительной остановки (далее «остановка»)7,8,9. Считается, что наивные мигранты, путешествующие самостоятельно, совершают такие подвиги, следуя унаследованным направлениям миграции, переопределяемым в начале каждого этапа полета с использованием различных геофизических миграционных компасов2,10. Однако степень, в которой такие направления движения по компасу (часто называемые в литературе миграцией по часам и компасу) могут надежно воспроизводить наблюдаемые закономерности миграции, остается неопределенной11,12,13,14.

Было показано, что наивные, но готовые к миграции птицы и насекомые, основанные главным образом на содержащихся в неволе особях, последовательно ориентируются как по геомагнитным, так и по небесным указателям направления2,10,15. Например, перелетные птицы могут врожденно идентифицировать геомагнитную ось Север-Юг и отличать магнитный север (N) от юга (S) с помощью геомагнитного наклона (вертикальный наклон геомагнитного поля вниз в северном полушарии). В отличие от геомагнитного компаса, способность сохранять предпочтительные направления относительно Солнца и звезд необходимо изучить до миграции6,7. Птичий звездный компас определяет географический север или юг через центр небесного вращения (15° в час по часовой стрелке), но не реагирует на естественные или экспериментальные сдвиги часов, т. е. не имеет временной компенсации16,17. Однако даже за пределами миграции многие насекомые18,19 и птицы20,21 используют солнечный компас с временной компенсацией, достигаемый путем отслеживания угла азимута Солнца, т.е. горизонтальной проекции дневной дуги Солнца на небе (более ранние теории, предлагающие навигация по птицам, основанная на высоте Солнца, не поддерживается16,21). Компенсация времени, основанная на азимуте Солнца, будет включать в себя дифференциальные угловые скорости регулирования в течение дня (например, самая высокая скорость в полдень), а также варьироваться в зависимости от сезона и широты22,23. Однако солнечные сигналы потенциально могут функционировать как ограниченный по времени компас, то есть в течение более коротких периодов в течение дня20. Потенциальное преимущество временной компенсации вблизи восхода или заката состоит в том, что азимут Солнца затем перемещается по горизонту почти с одинаковой угловой скоростью в течение года (т.е. меняется только в зависимости от широты)22. Учитывая, что солнце и звезды часто скрыты из-за погоды или топографии, возможно, неудивительно, что многие воздушные мигранты могут также ориентироваться, используя образцы поляризованного света24,25, который менее затенен облаками15,26. Полосы максимальной интенсивности поляризованного света на самом деле перпендикулярны азимуту Солнца как во время восхода, так и во время заката, что в случае усреднения было предложено мигрантам как способ определения географической оси север-юг24,27.

3.7, circular length > 0.85; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)53. For error scenarios with multiple components, we also describe directional precision among flight-steps using the normal approximation \({\sigma }_{A+B}=\sqrt{{\sigma }_{A}^{2}+{\sigma }_{B}^{2}}\) (which also becomes poorer for σ > 30°; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)./p>

3.7, circular length > 0.85), TCSC courses were feasible across longer longitudinal migration distances compared with other courses (especially magnetoclinic courses; Fig. 5a), and also outperformed fixed sun compass and magnetoclinic routes across their limited ranges (Fig. 5b–e). However, particularly for migration at mid-latitudes, cue-transferred TCSC courses lose their self-correcting advantage relative to non-transferred loxodromes, which they only outperform across longer-distance routes and with compass precision within ~15° (Fig. 5d)./p>

3.7, circular length > 0.85) is supported by nightly concentrations in flight direction among radar measurements of nocturnally migrating birds40,66. Increased benefits from more frequent than the hourly cue maintenance used in our simulations are presumably limited by motion and cue-related effects (Supplementary Fig. 1c). Evidence of larger variability in migratory directions en route11,12,36 likely relates in part to responses and adaptations to external environmental factors./p> 1) and nonexistent for North–South headings (G = 1, reflecting no longitude bands being crossed). We expected this factor to affect compass courses differentially according to their error-accumulating or self-correcting nature./p> 0 self-correction, and s represents a modulating exponential damping factor, consistent with the limiting circular-uniform case (as κ → 0, i.e., \({\sigma }_{{{\mathrm {step}}}}\to \infty\)), where no (timely) convergence of heading is expected with an increasing number of steps./p>