December 25th, 2012

Феномен миграций птиц, полный загадок

Меня всегда прельщают явления и проблемы, где видятся верхушки большущий айсбергов. В частности, изучение миграции птиц меня привлекло тем, что там много важнейших и сложнейших вопросов.:

1. Как птицы навигируют? Нет навигационных приборов, точность при этом порой - один и тот же куст годы подряд. Лететь нужно через совершенно разные среды (лететь над океаном не тоже самое, что лететь через континент). Дистанции очень разные (от нескольких км до десятков тысяч). Порой нужно пересечь океан за несколько суток безостановочного перелета (Атлантический - обыкновенные каменки с Баффиновой Земли, летящие в Западную Африку, или Тихий - малые веретенники, летящие с Аляски в Новую Зеландию). При чем там куда ни копни - новая серия загадок. Как развивается звездный компас? Вроде его нужно после рождения развивать по врожденным инструкция (выделяй центр вращения звездного неба), но там еще куча вопросов. Как функционирует магнитное чувство? Где эти гребанные магниторецепторы и как они работают? Зачем две или больше разных магниточувствительных системы, как сейчас показывают данные? Как работает тот химический магнитный компас, что в глазу? Почему на него влияют слабые электромагнитные поля, как сейчас выясняется? Тьма подвопросов только здесь. Вот этим я примерно 10 лет и занимаюсь. Но впереди намного больше. Идем дальше.

2. Каким образом птицы узнают, когда линять, когда лететь, когда останавливаться и вообще как они управляются своим календарем? Это вопрос и к другим животным, включая людей, но у птиц очень жесткие дедлайны и их много, они разделены порой тысячами км. Тут много известно, но много еще не известно. Существуют биологические часы, регулярующие дневной и годовой ритм. Они могут идти независимо от внешних стимулов. Окологодовые часы могут идти в лаборатории годами. Каков механизм передачи сигнала от окологодовых или циркануанных часов на другие физиологические механизмы? Где эти "часики" спрятаны в теле птицы? Их на самом деле много и между ними сложные взаимодействия и иерархия. Как между собой связаны разные биологические часы? Выясняется, что есть разные уровни иерархии биологических часов. Первый уровень у птиц - это т.н. suprachiasmatic nucleus (небольшая группа нейронов в передней части гипоталамуса, под перекрестием зрительных нервов). Но помимо этого есть сетчатка и эпифиз (шишковидная железа), которые вроде тоже выполняют важную Zeitgeberную роль. Помимо этого, каждый орган проявлять некоторую часовую автономность (например, печень в период миграции начинает своеобразно работать, очень эффективно запасая углеводы днем, когда птица есть на остановке, и выбрасывая их в кровь ночью, когда птица летит и ей нужно топливо много и быстро). Понимание это всего расскажет много и о нарушениях сна, и о том как с ними справлятся. О сне см. пункт 4 ниже.

3. Как птицы могут набирать огромное количество жира (порой до 100% от массы тела) и очень эффективно и быстро его тратить? Выясняется, что липидным траспортом и чувством голода и насыщения у млекопитающих заведует гормон лептин. У птиц есть его аналог - адипонектин - который, как и лептин, вырабатывается самими адипозными (или жировыми) клетками. Грубо говоря, у тощих птиц адипонектина в крови больше, в жировые клетки активно переносятся углеводы и жировые кислоты. Часть тратится, часть запасается. Птица набирает энергию. Когда же нужно тратить, то включается очень точечное и быстрое "распаковывание" жировых запасов без сильного съедания мускулов. Понимание всех этих процессов может помочь разработать фармакологические меры по регуляции жирового обмена - одной из главных медицинских проблем 21 века.

4. Сон. Зачем он нужен в приципе все еще плохо понятно catta а эту тему недавно писала пространный пост. Вроде бы как, во время бодрствования происходит каких-то метаболитических дисбалансов, которые выправляются во сне, а мозг это время спокойствия использует в своих целях. Другая теория, что это именно мозг требует консолидации памяти и должен впадать в сон, иначе кирдык организму через несколько дней. Известно что у млеков при недосыпе когнитивные процессы страдают (тупеем, т. сказать). Но выясняется, что у птиц недосып каждый год и оба сезона миграции, при этом хронический недосып вроде как на на когнитивные процессы не сказывается. Недосып при этом вроде никак не компенсируется или же очень в небольшой степени за счет очень кратковременных микроснов днем. Как удается птицам лететь сутками и не спать? Была гипотеза, что у них однополушарный сон, но это в эксперименте не подтвердилось. Короче, через птиц проблема сна тоже будет отчасти понята лучше.

Кому интересно больше - вот тут науч-поп статья про феномен миграции птиц. Там и картинки с видео) есть.