Mapa a kompas u zvířat
Orientaci v prostoru, která je nutná například k opakované cestě za potravou k mořské hladině, dobře zvládají i nejjednodušší živočichové. Ovšem navigace, tedy schopnost najít konkrétní místo, je podstatně náročnější činnost, dobře rozvinutá jen u některých skupin živočichů. Nejznámější je u koloniálního hmyzu a obratlovců, zvláště u ptáků.
Navigace dovoluje zvířatům daleko účelnější využití členitého prostředí a složitější typy chování až po sociabilitu, tj. schopnost dlouhodobějšího společného života několika konkrétních jedinců i velkých kolonií. Tato zvířata se pak zdržují na určitých místech, která nazýváme domovské okrsky. Jejich velikost je značně rozdílná. Především záleží na živočišném druhu, ale i pohlaví a stáří, potravní nabídce, období a dalších faktorech. Pro některé mimořádně pohyblivé druhy jako jsou například migrující ptáci nebo mořské želvy, kytovci či albatrosi jsou domovem celé kontinenty či oceány. Jiné druhy se spokojí po celý život s daleko menším prostorem - například se spletí nor, ne nepodobných ulicím v nějakém městě či spíše v bludišti rozsáhlého metra, jak je tomu u téměř slepých hlodavců rypošů lysých, kteří celý život tráví ve tmě svých podzemních kolonií. Tomu odpovídají i specifické nároky na orientaci a navigaci. Teprve v domovských okrscích, ať již rozsáhlých areálech nebo i na malých plochách, dochází k detailní strukturaci prostoru z pohledu zvířete. Některá místa jsou vhodná a opakovaně využívaná k úkrytu, odpočinku a nocování, další pak k rozmnožování, sběru potravy atd. Jiná jsou rozpoznána jako nebezpečná a zvíře se jim vyhýbá. Taková znalost terénu výrazně zvyšuje pravděpodobnost, že jedinec přežije a bude se i déle rozmnožovat, což je hlavním kritériem jeho úspěšnosti. Z hlediska evoluce bude mít vyšší fitness a jeho geny se v populaci více rozšíří.
Zvířata, která využívají prostor tímto intenzivním způsobem, potřebují k navigaci dvě základní věci, které bychom z pohledu člověka poněkud zjednodušeně popsali jako "mít v hlavě mapu a kompas". V rozmanité živočišné říši se samozřejmě můžeme setkat s různě kvalitními "mapami" i různě rozvinutými smysly, které umožňují orientaci, a to v široké škále od "slunečních hodin po přístroje GPS".
Doposud nejlépe se podařilo prozkoumat tuto problematiku u sociálního hmyzu a ptáků; přitom je však doposud obtížné jakékoliv zobecňování, neboť blízké druhy mohou preferovat odlišné postupy.
Podívejme se blíže, co víme o navigaci u ptáků.
Četné experimenty v zrcadlových síních, planetáriích a komorách modifikujících magnetické pole (včetně jejich kombinací) postupně odkryly význam jednotlivých přírodních podnětů. Jako nejdůležitější se u ptáků jeví genetická dispozice k něčemu, co lze nazvat vnitřními hodinami. Jde o poměrně přesné vnímání času, které se dlouhodobě upřesňuje a propojuje s aktuální polohou slunce. Ptáci pak dovedou velmi přesně kompenzovat měnící se azimut slunce, a tím určit polohu zeměpisných stran. Pokud byly při pokusech v komorách jejich vnitřní hodiny posunuty, ptáci pak měli pod širým nebem odpovídajícím způsobem pootočený svůj kompas. A jak se orientují pěnice, které táhnou v noci? Podobnou orientaci nabízí samozřejmě i hvězdná obloha. Zde je však navíc možné nalézt přímo bez časové kompenzace polohu Severky. A skutečně se také při pokusech ukázalo, že ptáci využívají k orientaci přímo souhvězdí. Papežíkům indigovým nevadil v planetáriu ani náhodný časový posun oblohy, ani zmizení souhvězdí v rovině rovníku, ale dezorientaci přineslo zmizení hlavních severních souhvězdí v okolí Polárky! Kompenzovaná poloha slunce, poloha hvězd či přímo poloha souhvězdí tak zásadním způsobem přispívají k základní geografické orientaci ptáků. U kachen byla navíc prokázána i schopnost využít k orientaci měsíc. Do jaké míry získávají ptáci z těchto zdrojů i přesnější informaci o poloze, není stále jasné.
Pokusy prokázaly, že ptáci nemusejí být závislí pouze na kompasech založených na nebeské mechanice. Nejprve na nám dobře známých červenkách, posléze na holubech a dalších druzích, byl prokázán i cit pro geomagnetické pole. Překvapivě to však není ten pravý "kompas" ukazující sever, ale cit pro směr siločar. Jejich inklinace je významnou geografickou informací o tom, jak daleko jsou na sever a jih od rovníku. Okolo rovníku jsou totiž siločáry vodorovné. Jejich sklon, přesněji úhel, který svírají se zemským povrchem, se k pólům zvětšuje. Nejnovější mikroskopické techniky navíc odkryly umístění odpovídajících senzorů u holubů. Nervová zakončení čichové části mozku jsou drážděna magneticky aktivními částicemi. Naopak v posledním Nature byly publikovány výsledky, které ukazují, že červenky využívají k magnetické orientaci jakýsi neznámý orgán v pravém oku. (Poštovní holubi ani červenky však překvapivě nepatří mezi ptáky, kteří létají daleko. Na první pohled se může zdát, že tato schopnost by byla výhodná především pro dálkové migranty např. naše čápy, vlaštovky či rorýse, kteří letí 6 až 10 tisíc kilometrů do oblasti rovníkové Afriky nebo i jižněji.)
Přesnost tohoto systému může být patrně dosti značná. Navíc kombinace s pravým severem, odkloněným o deklinaci, by mohla poskytovat na určitých místech zemského povrchu a v určitých obdobích překvapivě komplexní informaci o poloze. Takový souřadný systém založený na dvou odlišných gradientech by byl pro navigaci ideální, ale dosavadní zkušenosti ukazují, že se jím ptáci neřídí. I když se přepokládá, že schopnost využít geomagnetické pole je v ptačím světě rozšířená, přesto se navigace většiny druhů ptáků v běžných situacích touto cestou asi neubírá.
Určení severu samo o sobě by k nálezu konkrétního místa samozřejmě většinou nestačilo. Cestovatel s hodinkami a kompasem by asi našel přímou cestu zpět na základnu, pokud by po celý výlet pečlivě sledoval prošlé úseky. To nazýváme integrací trasy. Pokusy ukazují, že mnohá zvířata se tím skutečně řídí. Pokud je nečekaně přesuneme bokem na neznámé místo, pokračují ve své trase, posun nezaregistrují a při návratu zabloudí. A dravec, který loví pod korunami v hustém lese, nebo pták odnesený bouří či vyplašený v noci ze svého hřadu jsou v podobné situaci. Pokud to není daleko, může je ale zachránit znalost terénu - tedy to, že poznají některé objekty a že si pamatují polohu jednotlivých struktur v prostoru. To se zdá být triviální, ale není to samozřejmé. Život v monotónním prostředí jako je hustý les nebo třeba nedozírný oceán mnoho takových jednoznačných struktur nenabízejí.
Zde se dostáváme na poněkud tenký led. Je samozřejmě velmi obtížné dokázat "co si ptáci představují" a taková ptačí mapa - to je vlastně jejich představa. Avšak i v tomto směru se podařilo vědcům pokročit. V biologii zdomácněl pojem krajinných dominant - landmarků. Takovou ptačí kognitivní mapu (ale podobně třeba i mravenčí!) si můžeme představit jako detailní paměťový záznam jednotlivých stromů okolo hnízda s ubývajícími detaily ve větší vzdálenosti. Na okraji této mapy zůstávají největší struktury z obzoru jako jsou hory, řeky, komíny či třeba velká města. Přitom úhly v jakých se mají promítat dominanty z obzoru dovolují najít centrální místo, např. hnízdo, i pokud se jeho okolí výrazně změnilo. Obzorových dominant je vždy několik, takže absence jedné z nich nevadí. Navíc dovolují najít "vlastní mapu" i pokud jsou zahlédnuty z "druhé nezmapované strany". Naopak pokud se jedna extrémní dominanta vyskytuje v centru, její chybění způsobí zmatek. Zajímavé je například pozorovat chování nově okroužkovaných dospělých krahujců. Po vypuštění v lese vždy co nejrychleji vylétnou nad koruny stromů, kde se v mžiku zorientují a následně stočí let přímo ke svému hnízdu.
Mnoho velmi zajímavých pokusů bylo prováděno s poštovními holuby. Jejich mláďata nenajdou domov, pokud jim nedovolíme poznat okolí rodiště z výšky. Teprve při vysokém kroužení mohou vizuálně obsáhnout a zapamatovat si dostatečně velký prostor. Člověka překvapuje, jak daleko je vidět při letu třeba jen 1 km nad terénem. K zachycení dominant okraje téměř celé poloviny České kotliny není ani třeba nijak výjimečná viditelnost. Přitom někteří ptáci mohou kroužit v termických proudech i podstatně výše a krajinu zkoumají opakovaně za různé viditelnosti.
Ve skutečnosti se asi obě části - jak pocit polohy založený na fyzikálních podnětech, tak zkušenostní mapa - prolínají. To znamená, že ptačí mapa je stále zorientovaná a patrně dovoluje pomocí extrapolace i návrat z nezmapovaného okolí. Zvláště u starších ptáků, kteří se terénem např. při tahu do zimoviště pohybovali opakovaně, dochází asi k silnému překrývání a ztotožnění na celé trase. Postupným poznáváním okolí se původně jediná trasa tahu může rozšiřovat a zpřesňovat až posléze nejen hnízdiště a zimoviště, ale i jejich široká spojnice vytvoří tzv. familiární - známou oblast. Vše je jen otázkou stupně redukce krajinných dominant v místech, která jsou méně důležitá. V projektu Africká odysea jsme mohli rok po roce sledovat různé tahové cesty stejných jedinců čápů černých. Stejný cíl dosahovali různými cestami. Nejvíce se trasy lišily v prostoru nad Saharou, ale i v Evropě, kde byli schopni operativně oblétat velké horské masivy po různých stranách.
Obecná schopnost geografické orientace, založená na principech nebeské mechaniky a případně i geomagnetizmu, má význam především při prvním tahu do zimoviště a při návratu. Je to i pojistka pro nenadálá zbloudění. Význam patrně nemá samotné zjištění vlastní polohy v novém prostředí, ale především určení nejvhodnějšího směru k návratu do známého prostoru, kde se již uplatní vizuální navigace.
Na orientaci pomocí Slunce, hvězd i magnetizmu, jsou patrně více odkázáni mořští ptáci. Jak jinak si vysvětlit, že buřňák severní nebo v jiném případě buřňák obecný se navrátili po převozu do Evropy na svoji kolonii v Americe za 12 a 14 dní. A návrat dlouhý 5150 km ze státu Washington na pacifický ostrov Midway stihl albatros laysanský za 10 dní. I na mořích se však uvažuje o mapách založených třeba na různé barvě vody na okraji šelfu a v různých částech oceánů. Tu mohou například využívat albatrosi. Když krmí mládě, nalétají během jediného výletu nad vzdálené části oceánu až 6000 km, a přesto se po několika dnech vždy bezpečně vrátí do hnízdiště například na izolovaném ostrově v oceánu.
Různé způsoby orientace a navigace používané v ptačí říši se patrně odlišují svojí náročností a přesností. Také doba (např. délka pozorování pohybu Slunce) nutná k něčemu, co bychom snad mohli nazvat zaměření, může hrát svoji roli. Není vyloučeno, že k rozpoznání správného směru musí pták nejprve dostatečně změnit svoji polohu. I když mají ptáci k dispozici různé způsoby orientace, uplatňují spíše vždy ten nejméně náročný. Proto se asi v oblasti známé orientují především vizuálně a po paměti. Takovou známou oblastí se může stát pro starší jedince nečekaně velký prostor, třeba i celá tahová cesta do afrického zimoviště. Zkušenost, že za špatné viditelnosti ptačí tah většinou ustává, dosvědčuje význam vizuální orientace. Teprve pokud se ptáci dostanou do zcela neznámého prostředí, nebo jsou z nějakých důvodů zmateni, například protichůdností navigačních poznatků, postupně zapojují i další orientační mechanizmy. Záleží také na schopnosti druhu. Zatímco vrabec domácí se není schopen vrátit ke hnízdu, již pokud je přemístěn o pouhých 20 km, tak trénovaný holub najde cestu z neznámého místa i mnoho set kilometrů. Ale i on se někdy nechá svést tím, co vidí a je třeba schopen letět mylně několik hodin podél pohoří či řeky, která patrně připomíná část jeho kognitivní mapy.
Přes pokrok v poznání principů jednotlivých navigačních mechanizmů zůstává otázkou, jakým způsobem se v ptačí říši skutečně uplatňují. A mnoho dalších otázek se vynořuje.
