Содержание
Конспект урока Где зимуют птицы? | План-конспект урока по окружающему миру (1 класс):
Тема урока: «Где зимуют перелётные птицы?»
УМК: «Школа России».
Класс: 1
Цель: расширить знания о птицах, зимующих в наших краях, познакомить с перелётными птицами, выяснить где они зимуют.
Задачи:
1. познакомить учащихся с понятиями «перелетные» и «зимующие» птицы, раскрыть причины перелета птиц;
2. создание условий для формирования заботливого отношения к птицам.
3. развивать познавательный интерес к окружающему миру путём привлечения занимательного материала, создания проблемных ситуаций;
4. развивать логическое мышление, воображение, восприятие, речь.
5.воспитывать интерес к окружающему миру; желание учиться и делать открытия; воспитывать умение слушать других.
В процессе обучения формировать следующие блоки УУД.
Личностные УУД:
-внутренняя позиция школьника;
— учебно-познавательный интерес к новому учебному материалу;
-ориентация на понимание причин успеха в учебной деятельности;
-самоанализ и самоконтроль результата;
-способность к самооценке на основе критериев успешности учебной деятельности.
Познавательные УУД:
-поиск и выделение необходимой информации;
-применение методов информационного поиска;
— способность и умение учащихся производить простые логические действия ( анализ, сравнение).
Коммуникативные УУД:
-формирую умения объяснять свой выбор, строить фразы, отвечать на поставленный вопрос, аргументировать; умение работать в парах, группе, учитывая позицию собеседника; организовать и осуществить сотрудничество с учителем и сверстниками.
Регулятивные УУД:
-контроль в форме сличения способа действия и его результата с заданным эталоном;
-оценка.
Оборудование: учебник Окружающий мир 1 класс, Плешаков А.А., часть 2, рабочая тетрадь по Окружающему миру для 1 класса №2, электронная презентация «Где зимуют птицы?», фишки(синие и красные) на каждого ученика, смайлики, карточки с заданиями.
Ход урока:
- Организационный момент.
- Актуализация знаний.
Постановка темы и цели урока.
А знаете ли вы, что есть птицы, которые никогда не видели зимы? Послушайте разговор ласточки и журавля. (инсценировка) Так о чем говорили эти птицы? Почему они не видели зимы? (Улетают в теплые страны)
— Как называются такие птицы? (Перелетные)
— Давайте проведём исследование, в ходе которого выясним, где же зимуют эти птицы. Это и есть тема нашего урока.
— Сформулируйте тему урока в виде вопроса. (Где зимуют перелётные птицы?)
— Что бы вы хотели узнать о перелетных птицах? Поставьте вопросы, используя слова почему, куда, как (Почему перелетные птицы улетают с приходом холодов? Куда улетают перелетные птицы? Как люди узнают, в каких странах зимуют перелетные птицы?)
4. Изучение нового материала
1) Постановка задания, содержащего противоречие и вызывающего проблемную ситуацию.
Заспорили однажды птицы: кому лететь в тёплые края, а кому остаться.
Вы сейчас будете работать в парах, вам нужно разделить птиц на две группы: те которые зимуют – вы их поселите в зимнем лесу, а перелётных поместите в стаю улетающих птиц.
2) Анализ проблемной ситуации, формулирование проблемы.
— Как же так, задание одно, а выполнили его по-разному. Почему? Может быть мы не знаем чего-то важного, нам не хватает знаний?
3) Поиск решения проблемы.
— Я вам немного помогу. Рассмотрите рисунки и попробуйте догадаться, почему многие птицы улетают на зиму в тёплые края. Обратите внимание, чем питаются птицы.
Какой корм нельзя добыть зимой? (Рассматриваем картинки, где видно, чем питаются птицы. Обсуждаем исчезает ли этот корм зимой.)
5. Первичное закрепление
— Давайте сделаем вывод, какова главная причина перелёта птиц? (голод) Какие птицы являются зимующими , какие перелетными. Оцените работу своей пары – если вы верно выполнили задание, положите сверху снежинку.
Физминутка.
6. Закрепление знаний
— Ребята, давайте вернемся к вопросу: почему перелетные птицы улетают с приходом холодов? Можете ли вы ответить на этот вопрос? (Им не хватает пищи).
— А можете ли вы сказать, куда именно улетают перелётные птицы? Выскажите предположение.
Возникли разные мнения.
— Итак, попробуем выяснить, куда именно улетают птицы? Я думаю, ответить на этот вопрос поможет географическая карта. А у вас есть схемы.
— Рассмотрите карту. На ней зеленым цветом изображены места, где ласточки проводят лето – найдите у себя на схемах. А жёлтым – места, где они проводят зиму – найдите у себя. Что обозначают синие стрелочки на карте? (Перелёт ласточек в теплые края) Возьмите синий карандаш и покажите стрелочками у себя на схемах, куда летят ласточки на зиму. Кто знает, как называются эти районы?
— На зиму ласточки летят в Африку, Индию, Китай. (Показываю на карте).
— А куда они полетят на лето? (На лето ласточки возвращаются в те же места, откуда прилетели).
— Возьмите красный карандаш и покажите стрелочками. Проверим, поменяйтесь схемами и проверьте друг друга. Оцените работу товарища, если задание выполнено правильно, нарисуйте на схеме снежинку.
— Итак, на какие вопросы уже нашли ответы? Остался один вопрос.
Как ученые узнали, где именно зимуют птицы? Узнать об этом сможем, поработав с текстом. Прочитайте текст самостоятельно и ответьте на поставленный вопрос. (Учёные узнали о том, куда летят птицы, надевая им на лапки кольца.)
— Для чего? (На каждом кольце свой номер и адрес, где птица была окольцована; когда кто-то в других странах встречал окольцованную птицу, он сообщал об этом. Так ученым удалось узнать, где зимуют птицы).
А теперь мы оформим выставку, которая называется «Перелётные птицы». (Дети выбирают изображения перелетных птиц, прикрепляют их на доске)
7. Рефлексия
15. Птицы
Материалы для скачивания
dwnld_solid
File
2.29 МБ
Конспект для ученика
dwnld_solid
File
67.
8 КБ
Методический материал для учителя
dwnld_solid
Рисунки и фотографии
1
гнездо яйца
2
яйцо пресмыкающегося
4
клюв черепахи
6
воробей
7
воробей
8
зяблик
9
трясогузка
11
07-2
12
синица
13
синица
14
соловей
15
дрозд и воробей
16
ворон
17
дрозд
18
галка
19
грач
20
ворона
21
ворона
22
орёл
23
сова
24
сова
26
филин
27
чайка
28
утка
29
гусь
30
гусь
31
лебедь
32
плоский утиный клюв
33
журавль
34
журавль
35
страус
36
страус
37
пингвин
38
ласточка
39
ласточка
40
стриж
41
широкие крылья
42
крылья ласточки
43
крылья воробья и ласточки
44
ласточка в городе
45
курица
46
павлин
47
павлин
48
пава
49
рябчик
50
фазан
51
перепел
52
глухарь
53
тетерев
54
перелётные птицы
1
гнездо яйца
2
яйцо пресмыкающегося
4
клюв черепахи
6
воробей
7
воробей
Фотография автора Natalia Romanenko
8
зяблик
Фотография автора Сашкин Сад
9
трясогузка
Фотография автора Anatoly haritonov
10
чиж
Фотография автора inga_art
11
07-2
12
синица
13
синица
Фотография автора Сашкин Сад
14
соловей
15
дрозд и воробей
Фотография автора Phil Winter
16
ворон
Фотография автора Squ ier
17
дрозд
Фотография автора minoltoved
18
галка
Фотография автора Stein Arne Jensen
19
грач
Фотография автора Pam
20
ворона
Фотография автора hkavas
21
ворона
22
орёл
23
сова
24
сова
Фотография автора neil ward
25
сыч
Фотография автора Volkan Donbaloglu
26
филин
Фотография автора Glenn.
B
27
чайка
28
утка
Фотография автора Tim Archibald
29
гусь
30
гусь
Фотография автора Croydon Nikon User
31
лебедь
Фотография автора Shannon-S
32
плоский утиный клюв
Фотография автора Taras Tsyurka
33
журавль
34
журавль
Фотография автора Patrick MONNEY
35
страус
36
страус
Фотография автора Pauline Pham
37
пингвин
38
ласточка
Фотография автора Phil Winter
39
ласточка
40
стриж
Фотография автора dmore10
41
широкие крылья
Фотография автора Jamie
42
крылья ласточки
Фотография автора Mandy West
43
крылья воробья и ласточки
44
ласточка в городе
Фотография автора Stamos Kavakakis
45
курица
46
павлин
Фотография автора Ballet Queen2013
47
павлин
48
пава
49
рябчик
Фотография автора kkdemien
50
фазан
Фотография автора Al
51
перепел
Фотография автора Patrick MONNEY
52
глухарь
Фотография автора Jamie MacArthur
53
тетерев
Фотография автора Mark Hope
54
перелётные птицы
Как мигрирующие птицы используют квантовые эффекты для навигации
Представьте, что вы — молодой веретенник, большая длинноногая ржанка с длинным зондирующим клювом, вылупившаяся в тундре на Аляске.
По мере того, как дни становятся короче и приближается ледяная зима, вы чувствуете желание совершить одну из самых впечатляющих миграций на Земле: беспосадочный трансэкваториальный перелет продолжительностью не менее семи дней и ночей через Тихий океан в Новую Зеландию, находящуюся на расстоянии 12 000 километров. Делай или умри. Каждый год десятки тысяч веретенников успешно завершают это путешествие. Миллиарды других молодых птиц, в том числе славки и мухоловки, крачки и кулики, каждую весну отправляются в столь же зрелищные и опасные миграции, умело ориентируясь в ночном небе без какой-либо помощи более опытных птиц.
Люди давно ломают голову над сезонным появлением и исчезновением птиц. Аристотель считал, что некоторые птицы, такие как ласточки, впадают в спячку в холодные месяцы, а другие превращаются в другие виды — горихвостки на зиму превращаются в малиновок. Только в прошлом столетии, с появлением кольцевания птиц, спутникового слежения и более широких полевых исследований, исследователи смогли связать популяции птиц, которые зимуют в одном районе, а гнездятся в другом, и показать, что некоторые из них путешествуют на огромные расстояния между двумя мест каждый год.
Примечательно, что даже юные дальние путешественники знают, куда идти, и птицы часто из года в год выбирают одни и те же маршруты. Как они находят свой путь?
Перелетные птицы ориентируются по небесным ориентирам, подобно тому, как моряки древности ориентировались по солнцу и звездам. Но, в отличие от людей, птицы также обнаруживают магнитное поле, создаваемое расплавленным ядром Земли, и используют его для определения своего положения и направления. Несмотря на более чем 50-летние исследования магниторецепции у птиц, ученые так и не смогли выяснить, как именно они используют эту информацию, чтобы не сбиться с курса. Недавно мы и другие вторглись в эту непреходящую тайну. Наши экспериментальные данные свидетельствуют о чем-то экстраординарном: птичий компас основан на тонких, фундаментально квантовых эффектах короткоживущих молекулярных фрагментов, известных как радикальные пары, которые фотохимически формируются в их глазах. То есть существа, по-видимому, способны «видеть» линии магнитного поля Земли и использовать эту информацию, чтобы наметить курс между местами их размножения и зимовки.
Таинственное чувство
У перелетных птиц есть внутренние часы с годовым ритмом, которые, среди прочего, сообщают им, когда мигрировать. Они также наследуют от своих родителей направления, в которых им нужно лететь осенью и весной, и если каждый из родителей имеет разные генетически закодированные направления, их потомство в конечном итоге получит промежуточное направление. Например, если птицу, мигрирующую на юго-запад, скрестить с птицей, мигрирующей на юго-восток, их потомство, когда придет время, отправится на юг. Но как молодые птицы узнают, какое направление юго-западное, южное или юго-восточное? В их распоряжении как минимум три разных компаса: один позволяет извлекать информацию из положения солнца на небе, другой использует узоры звезд в ночное время, а третий основан на постоянно присутствующем магнитном поле Земли.
В первую осень молодые птицы следуют унаследованным инструкциям, таким как «лететь на юго-запад в течение трех недель, а затем на юго-юго-восток в течение двух недель».
Если они совершают ошибку или сбиваются с курса, они, как правило, не могут восстановиться, потому что у них еще нет действующей карты, которая указывала бы им, где они находятся. Это одна из причин, почему только 30% мелких певчих птиц переживают свои первые миграции на места зимовки и обратно. Во время своей первой миграции птица создает в своем мозгу карту, которая в последующих путешествиях позволит ей перемещаться с точностью до сантиметров на тысячи километров. Некоторые птицы размножаются в одном и том же гнездовом ящике и год за годом спят на одном и том же насесте на своих зимовках. Имея эту карту, около 50 процентов взрослых певчих птиц ежегодно возвращаются к месту своего гнездования для размножения.
Навигационная информация перелетных птиц поступает от нескольких органов чувств — в основном зрения, обоняния и магниторецепции. Наблюдая за кажущимся ночным вращением звезд вокруг Полярной звезды, птицы учатся определять местонахождение севера, прежде чем приступить к своей первой миграции, а внутренние 24-часовые часы позволяют им калибровать свой солнечный компас.
Характерные запахи могут помочь птицам узнавать места, которые они посещали ранее. Ученые многое знают о подробных биофизических механизмах зрения и обоняния птиц. Но внутреннюю работу их магнитного компаса понять оказалось труднее.
Чувство магнитного направления у маленьких певчих птиц, мигрирующих ночью, замечательно в нескольких важных отношениях. Во-первых, наблюдения за птицами в клетках, подвергающихся воздействию тщательно контролируемых магнитных полей, показывают, что их компас не ведет себя как намагниченная стрелка в корабельном компасе. Птица определяет ось магнитного поля и угол, который она образует с поверхностью Земли, так называемый наклонный компас. В лабораторных экспериментах изменение направления магнитного поля так, чтобы оно указывало точно в противоположном направлении, не влияет на способность птицы правильно ориентироваться. Во-вторых, восприятие птицами магнитного поля Земли может быть нарушено чрезвычайно слабыми магнитными полями, которые меняют свое направление несколько миллионов раз в секунду.
Наконец, хотя певчие птицы летают ночью при тусклом свете звезд, их магнитный компас зависит от света, что указывает на связь между зрением и магнитным восприятием.
В 1978 году, пытаясь разобраться в этих особенностях птичьего магниторецепции, Клаус Шультен, тогда работавший в Институте биофизической химии им. Макса Планка в Геттингене, Германия, выдвинул замечательную идею: компас основан на магниточувствительных химических превращениях. . На первый взгляд это предположение кажется абсурдным, потому что энергия магнитного поля Земли в миллионы раз недостаточна для того, чтобы разорвать или даже значительно ослабить связи между атомами в молекулах. Но Шультена вдохновило открытие, сделанное 10 лет назад, что короткоживущие химические промежуточные продукты, известные как пары радикалов, обладают уникальными свойствами, которые делают их химию чувствительной к слабым магнитным взаимодействиям. За последние 40 лет исследователи провели сотни лабораторных исследований реакций радикальных пар, на которые влияет приложение магнитных полей.
Чтобы понять, почему радикальные пары такие особенные, нам нужно поговорить о квантово-механическом свойстве электрона, известном как спиновый угловой момент или, для краткости, «спин». Спин — это вектор с направлением, а также величиной, и он часто изображается стрелкой, например, ↑ или ↓. Частицы со спином обладают магнитными моментами, то есть ведут себя как микроскопические магниты. Большинство молекул имеют четное число электронов, расположенных парами с противоположными спинами (⇅), которые, таким образом, компенсируют друг друга. Радикалы — это молекулы, которые потеряли или приобрели электрон, а это означает, что они содержат нечетный неспаренный электрон и, следовательно, имеют спин и магнитный момент. Когда два радикала создаются одновременно в результате химической реакции (это то, что мы подразумеваем под радикальной парой), два неспаренных электрона, по одному в каждом радикале, могут иметь либо антипараллельные спины (⇅), либо параллельные спины (↑↑), расположение, известное как синглетное и триплетное состояния соответственно.
Сразу же после образования пары радикалов в синглетном состоянии внутренние магнитные поля вызывают сложный квантовый «вальс», в котором синглет превращается в триплет, а триплет снова в синглет миллионы раз в секунду в течение периодов до нескольких микросекунд. Важно отметить, что при правильных условиях на этот танец могут влиять внешние магнитные поля. Шультен предположил, что этот тонкий квантовый эффект может стать основой чувства магнитного компаса, которое могло бы реагировать на стимулы окружающей среды в миллион раз слабее, чем обычно считалось возможным. Исследования, проведенные нами и другими учеными в последние годы, вновь подтвердили эту гипотезу.
Предоставлено: Джиллиан Дитнер ( птицы и глаза ) и Джен Кристиансен
Возможный механизм
Чтобы быть полезными, гипотезы должны объяснять известные факты и делать проверяемые предсказания. Два аспекта предложенного Шультеном механизма компаса согласуются с тем, что известно о птичьем компасе: радикальные пары безразличны к точным изменениям направления внешнего магнитного поля, и радикальные пары часто образуются, когда молекулы поглощают свет.
Учитывая, что магнитный компас птиц зависит от света, предсказание гипотезы Шультена состоит в том, что их глаза играют роль в магнитной сенсорной системе. Около 10 лет назад исследовательская группа одного из нас (Моуритсен) из Ольденбургского университета в Германии обнаружила, что область мозга, называемая Кластером N, которая получает и обрабатывает визуальную информацию, на сегодняшний день является наиболее активной частью мозга в определенные ночные часы. — перелетные птицы используют свой магнитный компас. Если кластер N не функционирует, как показали исследования мигрирующих европейских зарянок, птицы все еще могут использовать свои солнечные и звездные компасы, но они не способны ориентироваться по магнитному полю Земли. Из подобных экспериментов становится ясно, что датчики магнитного компаса расположены в сетчатке птиц.
Одним из первых возражений против гипотезы о парах радикалов было то, что никто никогда не продемонстрировал, что магнитные поля столь крошечные, как земные, которые в 10–100 раз слабее магнита на холодильник, могут влиять на химическую реакцию.
Чтобы решить эту проблему, Кристиан Тиммел из Оксфордского университета и ее коллеги выбрали молекулу, химически не похожую ни на что, что можно было бы найти внутри птицы: молекула, которая содержала молекулу донора электронов, связанную с молекулой акцептора электронов через молекулярный мостик. Воздействие зеленого света на молекулы заставляло электрон переходить от донора к акцептору на расстояние около четырех нанометров. Пара радикалов, образовавшаяся в результате этой реакции, была чрезвычайно чувствительна к слабым магнитным взаимодействиям, что доказывает, что на реакцию пары радикалов действительно может влиять присутствие и, что более важно, направление магнитного поля с силой Земли. поле.
Гипотеза Шультена также предсказывает, что должны быть сенсорные молекулы (магнеторецепторы) в сетчатке, в которых могут быть созданы магниточувствительные радикальные пары с использованием длин волн, необходимых птицам для работы их компаса, что согласно другому направлению исследований было определено как центр света в сетчатке.
синяя область спектра. В 2000 году он предположил, что необходимая фотохимия может иметь место в недавно открытом белке под названием криптохром.
Криптохромы встречаются у растений, насекомых, рыб, птиц и человека. У них множество функций, в том числе светозависимый контроль роста растений и регуляция циркадных часов. Что делает их привлекательными в качестве потенциальных датчиков компаса, так это то, что они являются единственными известными природными фоторецепторами у любого позвоночного, которые образуют радикальные пары, когда поглощают синий свет. В глазах перелетных птиц было обнаружено шесть типов криптохромов, и за последние 20 лет не появилось ни одного другого типа молекулы-кандидата магниторецептора.
Как и все другие белки, криптохромы состоят из цепочек аминокислот, свернутых в сложные трехмерные структуры. Глубоко в центре многих криптохромов находится желтая молекула, называемая флавинадениндинуклеотидом (FAD), которая, в отличие от остального белка, поглощает синий свет.
Среди 500 или около того аминокислот, составляющих типичный криптохром, встроена примерно линейная цепь из трех или четырех аминокислот триптофана, простирающаяся от FAD до поверхности белка. Сразу после того, как ФАД поглощает синий фотон, электрон с ближайшего триптофана перескакивает на флавиновую часть ФАД. Затем первый триптофан притягивает электрон от второго триптофана и так далее. Таким образом, триптофановая цепь ведет себя как молекулярная проволока. Конечным результатом является пара радикалов, состоящая из отрицательно заряженного радикала FAD в центре белка и на расстоянии двух нанометров положительно заряженного радикала триптофана на поверхности белка.
В 2012 году один из нас (Хор) вместе с коллегами из Оксфорда провел эксперименты по проверке пригодности криптохрома в качестве магнитного датчика. В исследовании использовался криптохром-1, белок, обнаруженный в Arabidopsis thaliana , растении, в котором криптохромы были обнаружены 20 лет назад. Используя короткие лазерные импульсы для создания радикальных пар внутри очищенных белков, мы обнаружили, что можем точно настроить их последующие реакции, применяя магнитные поля.
Все это очень обнадёживало, но, конечно, растения не мигрируют.
Нам пришлось ждать почти десять лет, прежде чем мы смогли провести аналогичные измерения на криптохроме перелетной птицы. Первой задачей было решить, на какой из шести птичьих криптохромов обратить внимание. Мы выбрали криптохром-4а (Cry4a) отчасти потому, что он связывает ФАД гораздо сильнее, чем некоторые его собратья, а если в белке нет ФАД, то не будет ни радикальных пар, ни магнитной чувствительности. Эксперименты в Ольденбурге также показали, что уровни Cry4a у перелетных птиц выше во время весеннего и осеннего миграционных сезонов, чем зимой и летом, когда птицы не мигрируют. Компьютерное моделирование, проведенное Ильей Соловьевым в Ольденбурге, показало, что европейский Robin Cry4a имеет цепочку из четырех триптофанов — на один больше, чем Cry1 из 9.0024 Арабидопсис . Естественно, мы задались вопросом, эволюционировала ли расширенная цепь для оптимизации магнитного восприятия у перелетных птиц.
Следующей нашей задачей было получить большое количество высокочистой малиновки Cry4a.
Цзинцзин Сюй, доктор философии. студент в лаборатории Моуритсена, решил ее. После оптимизации экспериментальных условий она смогла использовать культуры бактериальных клеток для получения образцов белка с правильно связанным FAD. Она также подготовила версии белка, в которых каждый из четырех триптофанов был заменен по одному другой аминокислотой, чтобы заблокировать перескок электронов в каждом из четырех положений цепи. Работа с этими альтернативными версиями белка позволит нам проверить, действительно ли электроны прыгают по всей цепи триптофана.
Мы отправили эти образцы — первые очищенные криптохромы любого мигрирующего животного — в Оксфорд, где Тиммел и ее муж Стюарт Маккензи изучили их с помощью чувствительных лазерных технологий, которые они разработали специально для этой цели. Их исследовательские группы обнаружили, что и третий, и четвертый радикалы триптофана на конце цепи магниточувствительны в сочетании с радикалом FAD. Мы подозреваем, что триптофаны работают совместно для эффективного магнитного восприятия, биохимической передачи сигналов и пеленгации.
Мы также предполагаем, что присутствие четвертого триптофана может усилить начальные этапы передачи сигнала, процесса, посредством которого нервные импульсы, кодирующие направление магнитного поля, генерируются и в конечном итоге отправляются по зрительному нерву в мозг. В настоящее время мы проводим эксперименты по выявлению белков, которые взаимодействуют с Cry4a.
Еще одна находка криптохрома заслуживает упоминания. Мы сравнили малиновку Cry4a с очень похожими белками Cry4a двух неперелетных птиц, голубей и кур. Белок малиновки обладал наибольшей магнитной чувствительностью, что указывает на то, что эволюция могла оптимизировать малиновку Cry4a для навигации.
Открытые вопросы
Хотя эти эксперименты подтверждают, что Cry4a обладает некоторыми свойствами, необходимыми для магниторецепторов, мы все еще далеки от доказательства того, как перелетные птицы воспринимают силовые линии магнитного поля Земли. Следующим важным шагом является определение того, действительно ли радикальные пары образуются в глазах перелетных птиц.
Наиболее многообещающий способ проверки пар радикалов внутри глаз птиц был вдохновлен работами химиков и физиков, которые в 1980-х годах показали, что флуктуирующие магнитные поля изменяют способ реакции пар радикалов на статические магнитные поля. Их работа предсказала, что слабое радиочастотное электромагнитное поле, колеблющееся с теми же частотами, что и «синглетно-триплетный вальс», может мешать способности птиц использовать свой магнитный компас. Торстен Ритц из Калифорнийского университета в Ирвине и его коллеги первыми подтвердили это предсказание в 2004 г.
В 2007 году Моуритсен начал аналогичные поведенческие эксперименты в своей лаборатории в Ольденбурге — и получил интригующе разные результаты. Весной и осенью птицы, которые путешествуют между местами гнездования и зимовки, демонстрируют поведение, называемое Zugunruhe , или миграционное беспокойство, как будто им не терпится продолжить свой путь. Находясь в клетке, эти птицы обычно используют свой магнитный компас, чтобы инстинктивно ориентироваться в том направлении, в котором они летели бы в дикой природе.
Моуритсен обнаружил, что европейские малиновки, которых тестировали в деревянных хижинах на территории кампуса его университета, не могли ориентироваться по магнитному компасу. Он подозревал, что слабый радиочастотный шум (иногда называемый электросмогом), создаваемый электрическим оборудованием в близлежащих лабораториях, мешал магнитному компасу птиц.
Зарянка ( вверху ) и Большой веретенник ( внизу ) относятся к числу многих птиц, мигрирующих на большие расстояния. Предоставлено: Адриан Коулман/Getty Images; Имоджен Уоррен/Getty Images ( сверху и снизу )
Чтобы подтвердить, что источником проблемы был электросмог, Муритсен и его команда обложили хижины алюминиевыми листами, чтобы блокировать паразитные радиочастоты. Ночами, когда щиты были заземлены и функционировали должным образом, птицы хорошо ориентировались в магнитном поле Земли. Ночами, когда отключали заземление, птицы прыгали в разные стороны. При тестировании в неэкранированном деревянном укрытии, обычно используемом для лошадей, в нескольких километрах от города и вдали от электрооборудования, те же птицы без проблем определяли направление магнитного поля.
Эти результаты важны сразу по нескольким направлениям. Если радиочастотные поля воздействуют на магнитный датчик, а не, скажем, на какой-то компонент сигнального пути, по которому нервные импульсы поступают в мозг, то они дают убедительные доказательства того, что в основе магнитного компаса птицы лежит механизм пар радикалов. Основная конкурирующая гипотеза, которая в настоящее время имеет гораздо меньше поддержки, предполагает, что магнитные железосодержащие минералы являются датчиками. Любые такие частицы, которые были бы достаточно большими, чтобы выровняться, как стрелка компаса в магнитном поле Земли, были бы слишком большими, чтобы вращаться в гораздо более слабом поле, которое меняет свое направление на противоположное миллионы раз в секунду. Кроме того, радиочастотные поля, которые нарушают магнитную ориентацию птиц, удивительно слабы, и мы еще не понимаем, как именно они могут искажать информацию о направлении, доступную из гораздо более сильного магнитного поля Земли.
Также примечательно, что птицы в лаборатории Ольденбурга гораздо эффективнее дезориентировались широкополосным радиочастотным шумом (беспорядочно флуктуирующими магнитными полями с диапазоном частот), чем одночастотными полями, которые в основном использовались Ритцем и его сотрудниками. Мы надеемся, что, подвергая перелетных певчих птиц полосам радиочастотного шума с разными частотами, мы сможем определить, действительно ли датчики представляют собой пары радикалов ФАД-триптофан или, как предположили некоторые другие исследователи, может быть задействована другая пара радикалов.
Остается много вопросов о магнитном компасе птиц, в том числе о том, существуют ли эффекты магнитного поля на малиновку Cry4a, наблюдаемые in vitro, также in vivo. Мы также хотим посмотреть, не мешает ли перелетным птицам с генетически подавленным производством Cry4a ориентироваться с помощью своего магнитного компаса. Если мы сможем доказать, что механизм пар радикалов стоит за магнитным чувством in vivo, то мы покажем, что биологическая сенсорная система может реагировать на стимулы, в несколько миллионов раз более слабые, чем это считалось возможным ранее.
Это понимание улучшит наше понимание биологического восприятия и даст новые идеи для искусственных датчиков.
Работа по полному пониманию внутренних навигационных систем перелетных птиц — это не просто интеллектуальное занятие. Одним из последствий того, что перелетные птицы преодолевают огромные расстояния, является то, что они сталкиваются с более серьезными угрозами для своего выживания, чем большинство видов, которые размножаются и зимуют в одном и том же месте. Их сложнее защитить от пагубных последствий деятельности человека, разрушения среды обитания и изменения климата. Переселение мигрирующих особей из поврежденных мест обитания редко бывает успешным, потому что птицы склонны инстинктивно возвращаться в эти непригодные для жизни места. Мы надеемся, что, предоставив новое и более механистическое представление о том, как эти выдающиеся мореплаватели находят свой путь, у защитников природы будет больше шансов «обмануть» мигрантов, заставив их поверить в то, что более безопасное место действительно является их новым домом.
Когда вы в следующий раз увидите маленькую певчую птицу, остановитесь на мгновение и подумайте, что недавно она могла пролететь тысячи километров, с большим умением ориентируясь, используя мозг весом не более грамма. Тот факт, что квантовая спиновая динамика, возможно, сыграла решающую роль в его путешествии, только усиливает благоговение и удивление, с которыми мы должны относиться к этим необычным существам.
Первоначально эта статья была опубликована под названием «Квантовая природа миграции птиц» в журнале Scientific American 326, 4, 26–31 (апрель 2022 г.)
doi:10.1038/scientificamerican0422-26
Из нашего архива
Большой день. Кейт Вонг; Октябрь 2021 г.
ОБ АВТОРАХ
Питер Дж. Хор — химик из Оксфордского университета. Он работает над биофизической химией электронных и ядерных спинов и их влиянием на такие процессы, как механизмы магниторецепции животных. Кредит: Ник Хиггинс
Хенрик Моуритсен — биолог из Ольденбургского университета в Германии.
Он изучает механизмы ориентации и навигации у многих различных животных, уделяя особое внимание мигрирующим в ночное время певчим птицам. Предоставлено: Ник Хиггинс
Всемирный день перелетных птиц: световое загрязнение угрожает птицам во всем мире, но решения легко доступны
- Дом
- Новости
- Пресс-релизы
- Всемирный день мигрирующих птиц: световое загрязнение угрожает птицам во всем мире, но решения легко доступны
Плакат WMBD 2022
ПРЕСС-РЕЛИЗ
Бонн, 14 мая 2022 г. необходимость международного сотрудничества для их сохранения. Мероприятия, приуроченные к этому дню, будут проводиться по всему миру под девизом «Приглушите свет для птиц ночью».
Световое загрязнение увеличивается по всему миру. По оценкам, в настоящее время более 80 процентов населения мира живет под «освещенным небом», а в Европе и Северной Америке этот показатель приближается к 99 процентам.
Количество искусственного света на поверхности Земли увеличивается не менее чем на 2 процента каждый год и может быть намного больше.
Эми Френкель, исполнительный секретарь Конвенции о сохранении мигрирующих видов диких животных (CMS), сказала: «Естественная темнота имеет такое же природоохранное значение, как и чистая вода, воздух и почва. Ключевой целью Всемирного дня перелетных птиц 2022 г. является повышение осведомленности о проблеме светового загрязнения и его негативного воздействия на перелетных птиц. Решения легко доступны, и мы надеемся побудить ключевых лиц, принимающих решения, принять меры по борьбе со световым загрязнением».
Световое загрязнение представляет собой серьезную и растущую угрозу для дикой природы, включая многие виды перелетных птиц. Ежегодно световое загрязнение способствует гибели миллионов птиц. Он изменяет естественные закономерности света и темноты в экосистемах. Это может изменить модели миграции птиц, поведение при кормлении и голосовое общение.
Привлеченные искусственным светом ночью, особенно при низкой облачности, тумане, дожде или при полете на малых высотах, перелетные птицы теряют ориентацию и могут кружить в освещенных местах. Истощенные запасы энергии подвергают их риску истощения, нападения хищников и смертельных столкновений со зданиями.
Жак Трувилье, исполнительный секретарь Соглашения о сохранении афро-евразийских мигрирующих водно-болотных птиц (AEWA), сказал: «Огромное разнообразие птиц, активных ночью, испытывают воздействие светового загрязнения. Многие ночные мигрирующие птицы, такие как утки, гуси, ржанки, кулики и певчие птицы, страдают от светового загрязнения, вызывающего дезориентацию и столкновения со смертельным исходом. Морских птиц, таких как буревестники и буревестники, привлекает искусственное освещение на суше, и они становятся добычей крыс и кошек».
Решения и рекомендации по снижению светового загрязнения
Руководство по световому загрязнению, касающееся морских черепах, морских птиц и мигрирующих куликов, было одобрено Сторонами КМВ в 2020 году.
Среди их рекомендаций в руководстве изложены шесть принципов наилучшей практики освещения и призвать к оценке воздействия на окружающую среду для соответствующих проектов, которые могут привести к световому загрязнению. Они должны учитывать основные источники светового загрязнения на определенном участке, вероятные дикие виды, на которые может быть оказано воздействие, а также факты о близости к важным местам обитания и миграционным путям.
В настоящее время под эгидой CMS разрабатывается новое руководство, посвященное мигрирующим наземным птицам и летучим мышам. Они будут представлены Сторонам КМВ для принятия на 14-м совещании Конференции Сторон КМВ в 2023 году.
Многие правительства, города, компании и сообщества по всему миру уже предпринимают шаги для решения проблемы светового загрязнения.
В некоторых городах, особенно в Северной Америке, такие инициативы, как программы «Выключи свет» и инструкции по созданию безопасных для птиц зданий, направлены на защиту перелетных птиц от светового загрязнения путем поощрения владельцев и управляющих зданиями выключать любое ненужное освещение в периоды миграции.
Сьюзен Бонфилд, директор по охране окружающей среды в Северной и Южной Америке, сказала: «Всемирный день перелетных птиц — это призыв к действию для сохранения международных перелетных птиц. Поскольку перелетные птицы пересекают границы, вдохновляя и объединяя людей на этом пути, мы стремимся использовать два дня в 2022 году для повышения осведомленности об угрозе светового загрязнения и важности темного неба для миграции птиц».
Всемирный день перелетных птиц 2022 – Анимационный промо-ролик
Описание: Следуйте за маленькой перелетной певчей птицей, которую заманивает в опасный город яркий свет. Угрозы, с которыми он сталкивается, обычны для перелетных птиц, пытающихся ориентироваться в городской среде.
Двухминутная анимация была создана и предоставлена Корнельской лабораторией орнитологии. Его можно использовать в любых рекламных мероприятиях, связанных со Всемирным днем перелетных птиц 2022 года. Все языковые версии анимации можно загрузить из этой папки для загрузки: https://bit.ly/3w68a0g
Примечания для редакторов:
О Всемирном дне перелетных птиц Сохранение мигрирующих видов диких животных (CMS) и Соглашение о сохранении афро-евразийских мигрирующих водоплавающих птиц
(AEWA) – и некоммерческая организация «Окружающая среда для Америки» (EFTA). Кампания 2022 года также активно поддерживается Секретариатом Восточноазиатско-Австралазийского партнерства по пролетным путям (EAAFP), BirdLife International и растущим числом других специализированных организаций. Всемирный день перелетных птиц подчеркивает важность международного сотрудничества для сохранения перелетных птиц и мест их обитания. В пиковый майский день более 200 зарегистрированных мероприятий в более чем 30 странах по случаю Всемирного дня перелетных птиц 2022 года будут включать фестивали птиц, образовательные программы, мероприятия для СМИ, поездки для наблюдения за птицами, презентации, кинопоказы и благотворительный концерт для сбора средств на международная охрана природы.
Эти мероприятия организуются правительствами, парками, школами, библиотеками и многими другими группами и варьируются от прогулок с птицами до образовательных семинаров и фестивалей. Некоторые события предлагаются виртуально.
В Северной и Южной Америке предстоящие виртуальные мероприятия включают вебинар под руководством экспертов по миграции птиц, организованный Национальным обществом Одюбона, и беседу с исследователем столкновений птиц со стеклом и писателем Дэниелом Клемом-младшим, организованную организацией Environment for the Americas 12 мая. Будет виртуальная художественная деятельность и чтение детской книги «А что, если ночь?» с автором Полом Богардом и иллюстратором Сарой Холден 13 мая.
Восточноазиатско-австралазийское партнерство по пролетным путям (EAAFP) учредило специальный фонд малых грантов WMBD для оказания финансовой поддержки партнерам и сотрудникам EAAFP в целях повышения осведомленности о необходимости сохранения мигрирующих водоплавающих птиц и ценности их мест обитания в Восточноазиатско-Австралазийском регионе.
Пролетный путь. EAAFP также опубликовал специальный информационный бюллетень, посвященный Всемирному дню перелетных птиц 2022 года.
Зачем отмечать Всемирный день перелетных птиц два дня?
Традиционно отмечаемые во вторую субботу мая и октября, два празднования Всемирного дня перелетных птиц отражают циклический характер миграции птиц, а также тот факт, что пиковые периоды миграции в северных и южных регионах страны различаются. полушария. Двухдневное празднование Всемирного дня перелетных птиц также дает большему количеству людей возможность отпраздновать и понаблюдать за перелетными птицами в пиковое время миграции в разных частях мира.
www.worldmigratorybirdday.org
О Конвенции о мигрирующих видах (CMS)
Экологический договор Организации Объединенных Наций, Конвенция об охране мигрирующих видов диких животных (CMS) обеспечивает глобальную платформу для сохранения и устойчивое использование мигрирующих животных и мест их обитания.
Этот уникальный договор объединяет правительства и экспертов по дикой природе для удовлетворения потребностей в сохранении наземных, водных и птичьих мигрирующих видов и мест их обитания по всему миру. С момента вступления Конвенции в силу в 19 г.79, его членский состав неуклонно растет и включает 133 Стороны из Африки, Центральной и Южной Америки, Азии, Европы и Океании.
www.cms.int @bonnconvention
О Соглашении об афро-евразийских мигрирующих водно-болотных птицах (AEWA)
Соглашение об охране афро-евразийских мигрирующих водно-болотных птиц (AEWA) — межправительственный договор, посвященный сохранению мигрирующих водно-болотных птиц которые мигрируют по афро-евразийскому пролетному пути. Соглашение охватывает 255 видов птиц, экологически зависимых от водно-болотных угодий, по крайней мере, часть их годового цикла. Договор охватывает 119государства ареала из Европы, части Азии и Канады, Ближнего Востока и Африки. На сегодняшний день в AEWA входят 82 Стороны, 44 из Евразии (включая Европейский Союз) и 38 из Африки.
www.unep-aewa.org @UNEP_AEWA
Environment for the Americas (EFTA)
EFTA — некоммерческая организация со штаб-квартирой в Колорадо, которая предоставляет двуязычные образовательные материалы и информацию о птицах и их сохранении для повышения осведомленности о мигрирующих птиц и содействовать действиям по защите перелетных птиц по всей Америке.
https://www.environmentamericas.org/
Ссылки по теме:
Всемирный день перелетных птиц — @WMBD
Страница ресурсов Социальные сети Trello Board
Глобальная карта событий | Всемирный день мигрирующих птиц
CMS COP13 Резолюции и решения по борьбе с световым загрязнением:
CMS Резолюция 13.5 «Руководство по световому загрязнению дикой природы»
Приложение к Резолюции 13.5 — Национальное руководство по световому загрязнению для дикой природы, включая морских черепах, морских и мигрирующих куликов
Решения с 13.138 по 13.