Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Одинокие кукушата

Не все молодые перелетные птицы могут воспользоваться советами взрослых. К тому времени, когда молодая обыкновенная кукушка[156] покидает гнездо своих приемных родителей, ее настоящие родители уже летят на юг, направляясь к своим зимовьям в Южной и Центральной Африке. Поэтому молодой птице приходится искать дорогу самостоятельно. Подобно многим другим перелетным видам, кукушки совершают свои перелеты ночью, отчасти потому, что ночью воздух прохладнее (а перегрев бывает серьезной проблемой для летящих птиц), а отчасти — чтобы не привлекать внимания хищников. Молодая кукушка, которая никогда раньше не совершала такого путешествия, очевидно, не может следовать по заученному маршруту. Какие же методы навигации она может использовать?

В течение долгого времени предполагалось, что молодые кукушки используют унаследованную программу ориентирования, которая, по сути дела, направляет их в нужную сторону и говорит им, как долго следует лететь. Эта гипотеза сводится к тому, что такая система «часов и компаса» должна позволить им попадать, по меньшей мере приблизительно, в нужное место, но она плохо согласуется с результатами недавнего эксперимента по отслеживанию таких кукушек.

Этот эксперимент показал, что кукушата следуют по удивительно узкому «коридору» и останавливаются по пути для отдыха и подкрепления сил приблизительно в одних и тех же местах. Оказалось, что при перелете длиной более 5000 километров среднее расстояние между двумя отдельными птицами составляет всего 164 километра[157]. Эти наблюдения заставляют предположить, что здесь, вероятно, действуют другие механизмы, в том числе, возможно, некая передающаяся по наследству способность распознавать крупные элементы ландшафта, отмечающие правильный маршрут.

Природа необычайных навигационных способностей молодых кукушек остается загадкой, но эти птицы — как и другие мигранты-одиночки, а также те перелетные птицы, которые совершают длинные путешествия над лишенным каких-либо ориентиров открытым океаном, — должны по меньшей мере иметь возможность использовать какой-то компас, который позволяет им устанавливать и прокладывать прямой курс.

Как мы знаем на примере насекомых, такой компас, в частности, может быть основан на использовании небесных ориентиров — другими словами, узоров, наблюдаемых в небе.

Птицы Северного полушария могут использовать Полярную звезду. Она всегда находится на истинном севере (истинном, а не магнитном: магнитный полюс постоянно перемещается и сейчас находится на расстоянии около 500 километров от полюса географического). Значит, если вы движетесь прямо на нее, вы движетесь на север; если она справа от вас, вы движетесь на запад и так далее. Поэтому птица может держать прямой курс в любом направлении, просто стараясь сохранять постоянным угол между своим направлением и направлением на Полярную звезду. Для этого не нужно ни использовать какие бы то ни было часы, ни выполнять какие бы то ни было вычисления. Одно из наиболее широко используемых приспособлений для изучения миграционного поведения птиц — это конусная клетка Эмлена (воронка Эмлена). В этом почти невообразимо простом устройстве, изобретенном Стивеном Эмленом, используется то обстоятельство, что находящиеся в неволе птицы упорно пытаются улететь из клетки именно в предпочтительном направлении миграции. В традиционной конструкции клетки Эмлена птица стоит на чернильной подушечке, расположенной на узком дне воронки. Когда птица подпрыгивает, пытаясь улететь, она оставляет чернильные следы на бумаге, которой выстелены наклонные стенки воронки. Считается, что по получившемуся в результате рисунку можно определить, в какую сторону стремится птица.

В конце 1950-х годов Францу Зауэру пришла в голову блестящая идея проверить, как птицы будут реагировать на модель звездного неба, представленную в планетарии. Он заключил, хотя и на маленькой выборке птиц, что они вполне способны использовать звезды в навигационных целях[158]. Позднейшие работы Эмлена, в которых использовалась его знаменитая воронка, показали, что индиговые овсянковые кардиналы[159], хотя и не обращают внимания ни на одну звезду по отдельности, способны различать рисунок звезд, вращающихся вокруг Полярной звезды[160].

Кардиналы оказались способны узнавать центр вращающегося рисунка, хотя точное расположение звезд в нем их не волновало. Когда птицам показали ночное небо, которое вращалось вокруг Бетельгейзе — яркой звезды в созвездии Ориона, — а не Полярной звезды, их это нисколько не смутило, и они взяли курс в соответствии с этой конфигурацией[161]. Тот факт, что, когда звезды от них закрывали, они совершенно теряли ориентацию, показывает, насколько важны для них звездные рисунки. Поэтому легко понять, почему световое загрязнение представляет для них столь грозную опасность: точная навигация по звездам возможна только в том случае, когда эти звезды видны.

По-видимому, таким же образом находят верный курс и многие другие птицы, совершающие перелеты по ночам[162]. Огромное преимущество такой системы состоит в том, что, заучив ее, ею очень просто пользоваться, причем, в отличие от солнечного компаса, она не требует никаких поправок на время. Однако все еще неясно, как именно птицы учатся узнавать эти рисунки в ночном небе. Трудно поверить, чтобы они могли замечать движение звезд — оно происходит слишком медленно; возможно, однако, они могут делать вывод о нем, сравнивая во время полета «снимки» неба, сделанные через некоторые временные интервалы.

Еще в 1930-е годы орнитолог и писатель Роналд Локли, живший на маленьком острове Скокхолм у юго-западных берегов Уэльса, продемонстрировал, что обыкновенный, или малый, буревестник[163] способен на потрясающие подвиги в области дальней навигации. Он отвез двух диких птиц этого вида на самолете со Скокхолма в Венецию — то есть в место, в которое в обычных обстоятельствах они никогда не попадали. Тем не менее один из буревестников благополучно вернулся в свою нору всего через две недели.

Но это достижение меркнет по сравнению с тем, что произошло в 1953 году, когда Локли уговорил Розарио Маццео, заезжего музыканта, возвращавшегося в США, взять с собой пару буревестников:

К сожалению, лишь одна из птиц пережила это (должно быть, чрезвычайно трудное) путешествие, и Маццео выпустил ее немедленно по прибытии в Бостон. Расстояние оттуда до Скокхолма лишь немногим меньше 5000 километров, но птица (которая была окольцована) добралась до своей норы всего за 12,5 суток — более того, она прилетела еще до того, как пришло письмо, в котором сообщалось о ее выпуске. Вполне понятно, что человек, нашедший ее, был «совершенно ошарашен»[164].

10. Небесные навозники

Как-то раз на юге Франции я целых полчаса завороженно наблюдал, как черный, блестящий жук-навозник пытался — многократно и неутомимо — закатить свой шарик на небольшой, но крутой подъем. Шарик снова и снова вырывался у него почти у самой вершины, и жуку приходилось возвращаться вниз и начинать все сначала. В конце концов он добился своего, и я чуть не зааплодировал.

Древние египтяне поклонялись скарабею, считая, что он символизирует Хепри, бога солнца, который катит по небу солнечный шар. Эрик Уоррент, проработавший с навозниками много лет, восхищается ими почти не меньше: «Они такие целеустремленные. Именно поэтому с ними так замечательно работать. Во многих отношениях они похожи на маленькие машины: они готовы катить свои шарики бесконечно, в любое время».

Может показаться, что в качении шарика по прямой линии нет ничего особенного. Вспомним, однако, что жуку нужно сначала придать комку навоза правильную сферическую форму (иначе он вообще никуда не покатится); после этого он должен пятиться, направляя шарик самой задней парой своих ног, иногда по очень неровной местности.

За последние 20 лет Уоррент и его коллега Мари Дакке провели целую серию увлекательных экспериментов по навигации у навозных жуков. Эта работа привлекла большое внимание публики, не в последнюю очередь в связи с присуждением им «Шнобелевской премии»[165]. Ее ежегодно вручают в Бостоне за научные исследования, которые «сначала заставляют засмеяться, а потом — задуматься». Премия эта учреждена, чтобы привлекать внимание к потрясающей странности окружающей нас Вселенной — и той необычайной, иногда эксцентричной, настойчивости, с которой исследуют ее ученые.

Хотя эта премия была создана не вполне всерьез, она стала на свой манер весьма престижной; на церемонии ее вручения присутствуют и «настоящие» нобелевские лауреаты. Когда Уоррент и его сотрудники получали свою премию, во время выступлений, в которых каждый из лауреатов рассказывал о своей работе перед большой аудиторией, на сцене стояла маленькая девочка. Она должна была велеть выступающему заткнуться, если его речь становилась, по ее мнению, слишком скучной. Уоррент был одним из немногих, кому удалось довести свое выступление до конца.

В начале своей научной карьеры Уоррент исследовал, как навозные жуки видят в темноте. Африканских жуков-навозников (скарабеев) завезли в Австралию, чтобы устранить проблему, которую создавало другое, еще ранее завезенное туда животное — корова. Австралийские навозники привыкли только к навозу кенгуру и понятия не имели, что делать с накапливающимися горами коровьего навоза, которые причиняли серьезный ущерб сельскому хозяйству. Свежеприбывшим в Австралию африканским скарабеям, должно быть, казалось, что они попали в рай: огромное количество навоза и никаких конкурентов. Они быстро и эффективно начали закапывать все то, на что не обращали внимания их родственники-аборигены, и восстановили таким образом производительность австралийских пастбищ, причем, как кажется, не причиняя ущерба никаким другим животным[166].

В 1996 году Уоррент был на конференции по биологии навозных жуков в Национальном парке Крюгера в Южной Африке. Там он впервые услышал о навозниках, катающих шарики[167]. В отличие от знакомых ему навозных жуков эти собирают навоз в комки, ловко придают им сферическую форму, а затем укатывают их с максимальной скоростью, на которую способны. Потом они едят этот навоз или откладывают в него яйца и закапывают, чтобы обеспечить пищей потомство, которое должно вылупиться из этих яиц.

Как вспоминает Уоррент, докладчик сказал: «Это потрясающе; они все время катают свои шарики по прямым линиям, и я не знаю, как им это удается». Уоррент сидел в зале и возбужденно думал: «А я знаю! Они наверняка используют узоры поляризованного света в ночном небе!» Он поднял руку, задал вопрос, — и с этого момента его карьера пошла по другому пути.

Вскоре Уоррент и его коллеги показали, что в сложных глазах катающего шарики скарабея имеется зона дорсального края для восприятия поляризованного света, в точности как у муравья-бегунка. Затем они с Мари Дакке стали исследовать, как именно жуки используют эту структуру в навигации. Между навозными жуками явно существует острая конкуренция, поэтому, чтобы побыстрее скрыться с добычей, жук должен катить свой шарик от навозной кучи по как можно более прямой линии. В противном случае он рискует ввязаться в потасовку с другими жуками, которые могут отобрать у него драгоценный груз. Перед тем как отправиться в путь, жук-навозник забирается на свой только что слепленный шарик и, кружась, исполняет на нем любопытный танец, внимательно изучая при этом небо над головой[168].

Многие насекомые ведут ночной образ жизни, но, хотя их сложные фасеточные глаза чрезвычайно чувствительны при слабом освещении, они обеспечивают гораздо менее острое зрение, чем глаза птиц или даже человека. Поэтому насекомые намного лучше нас видят в темноте, но картина мира, которую они видят, гораздо сильнее размыта, чем наша. Вряд ли навозный жук способен различать много отдельных звезд, за исключением, может быть, самых ярких из них.

Логичнее всего предположить, что он использует самый яркий источник света, имеющийся в ночном небе, — луну. Поскольку экспедиции навозника занимают лишь короткое время, ему даже не нужно учитывать изменения положения луны. Однако луна — проводник ненадежный. Поскольку ее фазы постоянно изменяются, количество солнечного света, который она отражает, чрезвычайно сильно колеблется; кроме того, она восходит и заходит каждый день в разное время. Хуже того, в каждом (лунном) месяце есть несколько ночей, когда «молодая» луна находится в небе так близко к солнцу, что ее вовсе не видно. Интенсивность же лунного света, даже в полнолуние, гораздо меньше солнечного, хотя их спектральный состав приблизительно одинаков. В него входит и ультрафиолетовый свет: теоретически можно даже «загореть на луне», но это займет очень долгое время.

Навозный жук хорошо умеет справляться с непостоянством луны. Прежде всего, он ориентируется не столько по самому лунному диску, сколько по поляризационным узорам (Е-векторам) лунного света, точно так же, как пчелы и муравьи-бегунки используют в дневное время поляризованный свет солнца[169].

Ночи с беспросветной облачностью в той части Южной Африки, где проводили свои эксперименты Уоррент и Дакке, случаются нечасто. Но все же что делать жуку, когда луны нет?

Открытие у жуков способности держать курс по поляризованному лунному свету наделало много шума; статья, описывающая эту работу, даже удостоилась публикации в Nature, одном из самых авторитетных научных журналов. Однако несколько лет спустя Уорренту и Дакке пришлось пережить сильное потрясение. Одной кристально ясной ночью они разбили лагерь на краю пустыни Калахари. Бархатисто-черное небо было усеяно звездами; они ждали восхода луны, чтобы начать новый эксперимент.

Уоррент рассказал мне, что случилось потом:

Когда ученым приходится отзывать свою статью, напечатанную в научном журнале, потому что оказалось, что ее содержание не соответствует истине, это всегда весьма унизительно, но хуже опровержения в одном из самых главных журналов, таких как Nature, не бывает почти ничего. «Тут было выпито некоторое количество напитков», — сообщает Уоррент, но в конце концов им пришла в голову спасительная мысль:

[156] Cuculus canorus.

[157] Willemoes, M., Strandberg, R., Klaassen, R. H., Tøttrup, A. P., Vardanis, Y., Howey, P. W., … & Alerstam, T. (2014). ‘Narrow-front loop migration in a population of the common cuckoo Cuculus canorus, as revealed by satellite telemetry’, PLoS One, 9 (1), e83515.

[158] Sauer, E. F., & Sauer, E. M. (1960, January). ‘Star Navigation of Nocturnal Migrating Birds: The 1958 Planetarium Experiments’, in Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology (Cold Spring Harbor Laboratory Press), vol. 25. P. 463–473.

[159] Passerina cyanea.

[160] Emlen, S. T. (1967). ‘Migratory orientation in the indigo bunting, passerina cyanea. Pt I: Evidence for use of celestial cues’, The Auk, 84 (3). P. 309–342. И: Emlen, S. T. (1967). ‘Migratory orientation in the Indigo Bunting, Passerina cyanea. Pt II: Mechanism of celestial orientation’, The Auk, 84 (4). P. 463–489.

[161] Emlen, S. T. (1975). ‘The stellar-orientation system of a migratory bird’, Scientific American, 233 (2). P. 102–111.

[162] Mouritsen, H., & Larsen, O. N. (2001). ‘Migrating songbirds tested in computer-controlled Emlen funnels use stellar cues for a time-independent compass’, Journal of Experimental Biology, 204 (22). P. 3855–3865.

[163] Puffinus puffinus.

[164] Strycker, N. K., The Thing with Feathers: The Surprising Lives of Birds and What They Reveal about Being Human (Riverhead Books, 2014).

[165] Ig Nobel Prize. Уоррент и Дакке получили ее в 2013 г.

[166] С 1967 по 1982 г. в Австралии успешно интродуцировали 29 видов навозных жуков (из них 22 вида — из Африки).

[167] Этим занимаются далеко не все навозные жуки. Многие виды закапывают навоз там же, где его находят. Другие просто живут в навозе.

[168] Baird, E., Byrne, M. J., Smolka, J., Warrant, E. J., & Dacke, M. (2012). ‘The dung beetle dance: an orientation behaviour?’, PLoS One, 7 (1), e30211.

[169] Dacke, M., Nilsson, D. E., Scholtz, C. H., Byrne, M., & Warrant, E. J. (2003). ‘Animal behaviour: insect orientation to polarized moonlight’, Nature, 424 (6944). P. 33.