До 15 градусов может достигать ошибка курса у мэнских буревестников, когда они быстро возвращаются с кормёжки через Атлантику. Причина — джетлаг у птиц: внутренние часы не успевают подстроиться под новую долготу, а солнечный компас начинает давать систематический сбой. Для инженеров автономной навигации это не просто красивая история о природе: даже система с несколькими способами ориентации способна сохранять небольшую, но предсказуемую ошибку.
Наблюдения собрала группа исследователей из Оксфордского университета под руководством поведенческого эколога Патрика Льюина; сообщает Ars Technica. Работа опубликована в журнале Science и опирается на двадцатилетний массив GPS-треков: 3 688 кормовых вылетов 1 045 птиц из колоний на западном побережье Великобритании.
Мэнский буревестник — птица примерно с голубя по размеру, но с длинными крыльями, родственница альбатросов. Во время размножения буревестники гнездятся на островах Северной Атлантики, в том числе в Великобритании и Ирландии, а за кормом могут улетать от нескольких десятков до более чем 1 000 километров от колонии. Обратный путь они проходят быстро и почти по прямой — это резко отличается от извилистых коротких перелётов между нырками во время поиска пищи.
Чтобы использовать Солнце как компас, птице мало видеть его на небе. Нужно понимать, где Солнце должно находиться в конкретный час. Утром направление на юг будет одним относительно светила, днём — другим, вечером — третьим. За это отвечает внутренняя циркадная система. У буревестников она синхронизируется на рассвете и закате, но в течение дня уже не корректируется. Поэтому каждый градус долготы, пройденный между восходом и закатом, создаёт рассогласование примерно в четыре минуты между внутренним и местным временем.
Если птица летит на восток, она ожидает Солнце не там, где оно оказывается в реальности, и отклоняется по часовой стрелке; при движении на запад ошибка зеркальная. В большинстве случаев речь идёт о сдвиге на 10–15 минут, максимум, который увидели учёные, — около часа. Человеку такая разница может показаться незаметной. Для солнечного компаса её хватает, чтобы оставить в GPS-треке статистически различимый след.
Исследователи выделили 335 возвращений домой, проходивших вне видимости суши. Для каждой точки маршрута они вычисляли, где птица в последний раз видела восход, сколько успела сместиться по долготе и какое отклонение должен был породить солнечный компас. Предсказание совпало с реальными маршрутами лучше, чем альтернативы: влияние бокового ветра, силы Кориолиса или магнитной ориентации. Авторы отдельно подчёркивают, что это не лабораторный эксперимент, поэтому говорить о строгой причинности нужно аккуратно. Но объём данных и характер ошибки делают объяснение через сбившиеся часы наиболее убедительным.
При этом джетлаг у птиц не превращает полёт в навигационную катастрофу. Буревестник, по-видимому, комбинирует солнечный компас с «картой» местности — возможно, основанной на запахах, — и регулярно сверяет предполагаемое направление с положением. По расчётам команды, птица, пролетевшая за день 1 000 километров на восток, в среднем отклонится примерно на семь градусов. Если она периодически перепроверяет позицию, лишний путь составит всего около пяти километров.
Любопытнее другое: при движении вдоль берега птицы тоже слегка дрейфовали в ожидаемую сторону — ближе к суше или дальше от неё. Это похоже на старые эксперименты с почтовыми голубями, у которых искусственно сдвигали биологические часы. Возможны два объяснения. Либо навигация параллельно использует ориентиры и компас, не отключая ни один из каналов полностью, либо птица ориентируется на сам факт присутствия берега, а Солнце помогает выбрать, в какую сторону его обходить. Точного ответа пока нет.
Для разработчиков робототехники и автономных систем здесь есть знакомый паттерн: датчики могут быть точными по отдельности, но ошибка синхронизации между ними меняет решение всей системы. Компас без корректного времени — почти такой же неполный сигнал, как GPS без надёжной временной метки. Природа решает проблему не идеальной калибровкой, а избыточностью: птица допускает небольшую ошибку, затем исправляет её по независимым признакам. В системах навигации дронов, морских аппаратов и роботов этот принцип обычно реализуют через sensor fusion, фильтрацию и повторную оценку положения; у буревестника он возник без спецификации и баг-трекера.
Следующий вопрос — ограничивается ли эффект маршрутом. Команда Льюина пока не проверяла, нарушает ли джетлаг у птиц сон, график кормления, объём принесённой пищи или успех размножения. Исследователи также предполагают, что подобную проблему могут регулярно испытывать другие быстро летающие животные и обитатели высоких широт, где меридианы расположены близко друг к другу. Если такие виды выработали устойчивые способы компенсации сдвига часов, биомиметика может подсказать не только более живучую навигацию, но и новые подходы к изучению самого джетлага. Подробнее о работе — в материале .
