Magnetické pole jako neviditelný orientační systém
Magnetické pole Země vzniká především pohybem roztaveného železa ve vnějším jádru planety. Obklopuje Zemi a sahá daleko do vesmíru, kde vytváří magnetosféru chránící povrch před částí nabitých částic ze Slunce. Jeho intenzita není všude stejná: u rovníku dosahuje přibližně 25 mikrotesla, zatímco v polárních oblastech může být více než dvojnásobná.
Pro člověka je toto pole neviditelné a bez kompasu prakticky nepostřehnutelné. Některá zvířata ho však dokážou využít k orientaci. Nejde přitom o přesnou obdobu navigace GPS. Satelitní systém určuje polohu pomocí signálů a výpočtů, zatímco zvířata pracují s přirozenými fyzikálními podněty. Magnetické pole jim může poskytovat směr, přibližnou polohu nebo informaci o tom, zda se nacházejí severněji či jižněji od cíle.
Výzkumy ukazují, že magnetickou orientaci používají například stěhovaví ptáci, mořské želvy, lososi, netopýři, hmyz a pravděpodobně také některé druhy kytovců. U každé skupiny může mechanismus fungovat jinak. Zvířata navíc obvykle nekombinují jediný signál, ale využívají také polohu Slunce a hvězd, pachy, zvuk, proudění vody nebo charakteristické body v krajině.
Ptáci vnímají směr i „magnetickou mapu“
Jedním z nejlépe prozkoumaných příkladů je červenka obecná. Během pokusů se ukázalo, že její orientační schopnosti souvisejí s modrou a zelenou částí světelného spektra. Ptáci mají v sítnici světločivné bílkoviny zvané kryptochromy. Podle jedné z nejvýznamnějších teorií v nich působením světla vznikají takzvané radikálové páry, jejichž chemické reakce může ovlivňovat směr magnetického pole.
Výsledkem není obraz magnetických siločar jako na mapě. Pták může spíše vnímat magnetické pole jako určitý vzor nebo rozdíl jasu v zorném poli. Tato schopnost se označuje jako magnetický kompas. Zajímavé je, že u některých ptáků neukazuje přímo k magnetickému severu, ale určuje osu sever–jih. Zvíře tedy musí využít další informace, aby rozpoznalo, kterým směrem skutečně letí.
Významnou roli může mít také magnetit, minerál s magnetickými vlastnostmi, který byl nalezen v tkáních řady živočichů. U ptáků se drobné struktury obsahující magnetické částice nacházejí například v oblasti zobáku, i když jejich přesná funkce zůstává předmětem odborné diskuse. Některé studie naznačují, že tyto struktury mohou pomáhat vnímat intenzitu nebo sklon magnetického pole, nikoli však samy vysvětlit celý navigační systém.
Stěhovaví ptáci tak mohou získávat dvojí typ informace. Sklon magnetických siločar se mění od rovníku k pólům a může napovědět, zda se zvíře pohybuje na sever, nebo na jih. Intenzita pole se liší podle místa a v kombinaci s dalšími údaji může vytvářet jakousi hrubou magnetickou mapu. U mladých ptáků se tato schopnost patrně vyvíjí postupně. Zkušenější jedinci se zároveň učí rozpoznávat pobřeží, řeky, pohoří a další orientační body.
Tisíce kilometrů bez satelitní navigace
Rozsah ptačí navigace ukazují dálkové migrace. Rybák dlouhoocasý každoročně cestuje z arktických hnízdišť do oblastí kolem Antarktidy a zpět. Celková délka jeho trasy může přesáhnout 70 tisíc kilometrů, takže jde o jednu z nejdelších pravidelných migrací mezi obratlovci.
Ještě přesnější představu nabízí břehouš rudý. Jedinci poddruhu hnízdícího na Aljašce dokážou během podzimní migrace přeletět zhruba 11 tisíc kilometrů do Austrálie nebo na Nový Zéland bez delšího mezipřistání. Let může trvat přibližně osm až deset dní. Ptáci při něm spotřebují značnou část tukových zásob a musejí zvládnout změny počasí, vítr i orientaci nad otevřeným oceánem.
Laboratorní pokusy potvrzují, že umělé změny magnetického pole mohou směr letu ovlivnit. Vědci používají cívky, které kolem zvířete vytvoří pole podobné tomu v jiné části světa. Když se změní jeho sklon nebo intenzita, ptáci někdy volí jiný směr. Výsledky se však liší podle druhu, věku, počasí a toho, zda má pták k dispozici světlo. To potvrzuje, že magnetorecepce není jednoduchý jediný smysl, ale součást složitého navigačního systému.
Velryby spojují magnetismus s oceánskými signály
U velryb je výzkum obtížnější. Zvířata tráví většinu života ve vodě, často se pohybují na obrovském území a jejich chování se nedá snadno pozorovat v laboratoři. Přesto existují důkazy, že magnetické pole při jejich přesunech hraje určitou roli. Kytovci mohou vnímat změny magnetické intenzity a sklonu podobně jako některé jiné migrující druhy, vědci však stále nemají definitivní důkaz o jediném mechanismu.
Keporkaci se mezi potravními oblastmi v chladnějších vodách a rozmnožovacími místy v tropech přesouvají na vzdálenosti kolem 8 tisíc kilometrů. Některé populace překonávají i delší trasy. Velryby při tom využívají kombinaci více vodítek: teplotu vody, oceánské proudy, polohu pobřeží, zvuk a patrně také magnetické pole.
Silnou nápovědou jsou změny v počtu uvíznutí na pobřeží. Některé studie zjistily, že hromadná uvíznutí kytovců se častěji objevují v místech, kde se podél pobřeží nacházejí magnetické anomálie, tedy oblasti s neobvyklou intenzitou nebo směrem magnetického pole. Tyto anomálie mohou vznikat například díky rozdílnému složení hornin. Neznamená to, že magnetické pole je jedinou příčinou uvíznutí. Roli hrají také nemoc, hluk, počasí, změny přílivu nebo útěk před predátory.
U keporkaků se navíc předpokládá, že během migrace využívají i akustické signály. Nízkofrekvenční zvuky se ve vodě šíří na velké vzdálenosti a mohou pomáhat při kontaktu mezi jedinci. Magnetické pole tak pravděpodobně není „vnitřní GPS“, která by velrybě ukázala přesné souřadnice. Spíše představuje jednu vrstvu orientačních informací, které zvíře vyhodnocuje spolu s dalšími podněty.
Co navigaci narušuje
Magnetické pole Země není neměnné. Ovlivňují ho například sluneční bouře, při nichž k Zemi dorazí proud nabitých částic. Dočasné poruchy mohou trvat hodiny až několik dní a měnit podmínky, podle nichž se zvířata orientují. U některých druhů ptáků vědci pozorovali vyšší počet chyb v navigaci právě v obdobích silnější geomagnetické aktivity.
Problém mohou představovat také lidské zásahy. Elektrické vedení, vysílače a další zařízení vytvářejí lokální elektromagnetické pole. Výzkum vlivu těchto zdrojů na volně žijící živočichy pokračuje a výsledky nejsou u všech druhů stejné. Jisté je, že magnetická orientace se odehrává v prostředí, které člověk stále výrazněji mění.
Zvířecí navigace proto není neomylná. Ptáci mohou kvůli bouři odchýlit trasu, velryby může zmást hluk lodí a změny oceánských proudů ovlivňují dostupnost potravy. Přesto schopnost číst magnetické pole umožňuje mnoha druhům překonávat vzdálenosti, které by bez spolehlivého orientačního systému nedokázaly zvládnout. Každá nová studie přitom ukazuje, že cesta přes oceán nebo kontinent není založena na jediném smyslu, ale na přesném propojení světla, magnetismu, zvuku, počasí a zkušenosti.