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

С тех самых пор, как я познакомился с книгами Жана Анри Фабра (1823–1915), я питаю слабость к работам этого французского энтомолога. Главная из них, «Энтомологические воспоминания» (Souvenirs entomologiques), первая часть которых вышла в 1879 году, стала весьма необычным явлением в мире книгоиздания: бестселлером, посвященным исключительно членистоногим. Жан Анри Фабр был не только автором некоторых из наиболее лирических и увлекательных описаний жизни насекомых, созданных на каком бы то ни было языке, но и первопроходцем в области исследований бионавигации.

Хотя Фабр далеко не соответствовал традиционному образу ученого мужа, его необычайная наблюдательность сочеталась с любопытством, терпеливостью и изобретательностью, свойственными истинным ученым. Значительную часть своей жизни он проработал школьным учителем на Корсике и в Провансе, и его зарплаты едва хватало на содержание большой семьи. Фабра часто называют самоучкой, но на самом деле у него были тесные связи с научным миром; он получил университетский диплом и докторскую степень. В поисках дополнительного заработка он в конце концов занялся составлением школьных учебников, и эта деятельность оказалась настолько прибыльной, что он смог отказаться от преподавания и посвятить себя своим исследованиям[31].

Фабра увлекали насекомые и пауки, которых в то время в полях и на холмах Прованса было, должно быть, гораздо больше, чем сейчас; в особенности его интересовали загадки роющих ос. Эти животные-паразиты откладывают яйца в норки и складывают там для личинок, которые должны из них вылупиться, запасы еды — парализованных насекомых. Личинки могут питаться в этой жуткой кладовой, когда захотят. Фабр наблюдал, как осы, собирающие запасы для своего гнезда, улетают иногда на удивительно большие расстояния, и обнаружил, к своему удивлению, что они всегда могут найти дорогу обратно, даже если их унести за несколько километров.

Зная из других наблюдений, что, когда оса ищет добычу, ключевую роль в этих поисках играют два ее усика, он задался вопросом, не зависят ли от этих органов чувств и навигационные способности осы. Чтобы узнать это, Фабр попросту отрывал осам усики, пытаясь выяснить, как это скажется на их поведении. Как ни странно, эта жестокая операция никак не повлияла на способность ос находить гнездо, хотя можно предположить, что эти несчастные насекомые остались голодными[32].

Отчаявшись разобраться в поведении ос, Фабр сосредоточил свои исследования на свирепых рыжих муравьях, живших в его большом саду, — муравьи этого вида совершают набеги на гнезда черных муравьев и уносят их куколки[33]. Следить за ними должно было быть гораздо удобнее, потому что за их вылазками из гнезда легко было наблюдать. Прибегнув к помощи своей шестилетней внучки Люси́, Фабр поставил ряд простых, но поистине революционных опытов.

Сначала Люси, проявляя восхитительную преданность долгу, дежурила у гнезда рыжих муравьев, терпеливо дожидаясь отправления их отряда в очередной набег. Затем она шла за колонной муравьев, отмечая их маршрут мелкими белыми камешками — в точности как мальчик в известной сказке, замечает Фабр[34]. Когда рыжие муравьи находили гнездо черных, которое они собирались разграбить, Люси бежала звать дедушку.

Фабр знал, что рыжие муравьи, возвращаясь с добычей, всегда точно повторяют свой первоначальный маршрут, и предполагал вначале, что они, возможно, находят маршрут по каким-то запаховым ориентирам. Чтобы проверить эту гипотезу, он попытался, используя разные средства, уничтожить или замаскировать тот запах, на который они могли идти. Сначала он попробовал тщательно подмести участок земли, чтобы устранить с него этот запах. Однако целеустремленные муравьи, задержавшись лишь на короткое время, снова находили дорогу, либо проходя напролом через подметенные участки, либо обходя вокруг них[35].

Фабр предположил, что его щетка могла оставить на земле какие-то остатки муравьиной разметки, так что в следующий раз он полил тропу из шланга, надеясь смыть с нее все сохранившиеся запахи. Но муравьи преодолели и это препятствие. То же произошло и на следующем этапе его исследований, когда он попытался замаскировать предполагаемый запах, положив на участок тропы листья мяты.

К этому моменту Фабр начал подозревать, что рыжие муравьи, несмотря на свою явную близорукость, может быть, используют для поисков пути не обоняние, а зрение. Возможно, они запоминают какие-то визуальные ориентиры. Чтобы проверить эту идею, Фабр стал изменять внешний вид маршрута, по которому муравьи возвращались домой, — сначала он положил на их пути газетные листы, а в другой раз насыпал слой желтого песка, который резко отличался от серой почвы, окружавшей это место. Эти препятствия оказались для муравьев значительно более трудными, хотя в конце концов им все же удалось вернуться в муравейник.

Фабр обнаружил, что муравьи способны повторить путь к источнику пищи даже по прошествии двух или трех суток, но, когда он перенес муравьев в другую часть сада, в которой они никогда раньше не бывали, они были совершенно дезориентированы. С другой стороны, они легко находили дорогу к дому из уже знакомых им мест.

Исходя из этих наблюдений, Фабр заключил, что муравьи находят обратную дорогу, используя не обоняние, а зрение. Хотя Фабра поразило, что у таких маленьких животных может хватать для этого ума, он был убежден, что муравьи прокладывают маршрут по визуальным ориентирам — так же, как это делают штурманы у людей. Возможно, его кустарные методы не обладали достаточной по нынешним меркам научной строгостью, но он определенно был на верном пути.

То, как роющие осы безошибочно возвращаются в свои норы из дальних экспедиций за припасами, восхищало не только Фабра, но и великого голландского исследователя живой природы Нико Тинбергена (1907–1988). Маленькие входы в их норки казались, по меньшей мере на взгляд Тинбергена, очень малозаметными. Как же осы их находят? Он подумал, что осы вполне могут запоминать ориентиры; поэтому он расположил вокруг входа в гнездо кольцо из сосновых шишек. Когда же он втайне от ос передвинул эти шишки, он обнаружил, к своему восторгу, что осы, вернувшиеся домой, стали искать вход в норку на новом месте[36].

Но привлекают ли ос ориентиры любых размеров и форм, или же существуют особые визуальные характеристики, на которые они обращают больше внимания, чем на другие? Чтобы ответить на этот вопрос, Тинберген попробовал размещать вокруг норки ориентиры разных типов. Когда же осы улетели, он создал два искусственных входа, каждый из которых был окружен ориентирами только одного типа.

Оказалось, что ос сильнее привлекают темные, объемные ориентиры, чем светлые и плоские. Аналогичные эксперименты с медоносными пчелами показали, что, улетая от богатого нектаром цветка, они тщательно запоминают окружающий его ландшафт, обращая особое внимание на трехмерные ориентиры. Пчелы способны использовать для нахождения обратной дороги даже геометрические соотношения между такими ориентирами, в особенности их удаление от цветка[37].

3. Запутанный ужас

Пчел из семейства галиктид называют еще потовыми пчелами; это довольно малопривлекательное название объясняется тем, что они любят человеческий пот. Вид Megalopta genalis обитает в тропических зонах Америки. Если более знакомые нам медоносные пчелы летают днем, потовые пчелы Megalopta genalis выбираются из гнезда только на закате и на рассвете: они ведут сумеречный образ жизни. Самки живут в дождевых лесах и строят свои гнезда в мелких полых ветках, скрытых в подлеске. Когда они отправляются на поиски пищи, им приходится пробираться через густую растительность (хотя возможно также, что они летают над растительным покровом: этого пока что никто точно не знает), и, судя по пыльце, которую они собирают, они могут улетать на расстояния по меньшей мере до 300 метров.

В тропиках быстро темнеет, и в дождевом лесу становится по-настоящему темно, так как листва задерживает бо́льшую часть оставшегося света. Навигационные задачи, которые приходится решать потовым пчелам, были бы достаточно сложны и при дневном свете, но после захода солнца скудость освещения делает их «особенно трудными»[38] — мягко говоря.

Я отправился в университет города Лунда на юге Швеции, чтобы встретиться с человеком, группа которого сделала эти необычайные открытия, — Эриком Уоррентом. Этот увлеченный и энергичный австралиец, знающий о зрении насекомых, возможно, больше всех на свете, явно был в восторге, когда обнаружил, что я разделяю его любовь к шестиногим животным.

В ходе наших бесед Уоррент объяснил, что чувствительность отдельной фоторецепторной клетки животного можно измерить, регистрируя ее реакцию на световые точки переменной интенсивности. При чрезвычайно тусклом свете не происходит ничего, но по мере постепенного увеличения яркости света клетка начинает «выстреливать» мельчайшие электрические сигналы. При помощи этой методики было показано, что некоторые животные способны воспринимать даже одиночные фотоны.

Тут имеет смысл задержаться на мгновение и обдумать значение этого утверждения. Фотон — одна из фундаментальных частиц природы, хотя, как ни странно, он также ведет себя как волна. Речь идет об объекте настолько малых размеров, что его называют точечным: другими словами, он не занимает никакого места. Кроме того, у него нет массы. Однако фотон перемещается очень быстро (со скоростью света) и переносит малое количество энергии (величина которой зависит от длины волны фотона).

Тот факт, что глаза любого животного способны регистрировать столь малую порцию энергии, поразителен сам по себе, но потовая пчела Megalopta genalis и тут стоит особняком. Ей удается найти дорогу домой через джунгли, хотя каждый фоторецептор ее глаз получает всего лишь пять фотонов в секунду. Уоррент говорит, что от ее способностей к ночной навигации у него мороз идет по коже:

Одна лишь необычайная чувствительность сложных фасеточных глаз потовых пчел не объясняет, как им удается столь успешно ориентироваться в почти полной темноте. Нужно что-то еще. Это особые клетки их мозга, которые «суммируют» сигналы, приходящие от органов зрения. Именно они позволяют пчелам использовать очень ограниченный поток информации, поступающий от окружающего их мира, с максимальной эффективностью. Низкая скорость полета ночных потовых пчел — низкая по сравнению с пчелами, активными днем, — также дает больше времени для осуществления этого процесса «суммирования». Уоррент считает, что потовые пчелы Megalopta genalis вполне могут использовать очень смутные рисунки, которые создает контраст между контурами растительности и ночным небом, в качестве ориентиров, по которым они находят обратную дорогу к своему гнезду (известно, что этот же механизм работает у некоторых муравьев, живущих в тропических дождевых лесах), но эта гипотеза пока остается недоказанной.

Вылетая из гнезда, потовая пчела Megalopta genalis совершает «ориентировочный полет», во время которого она старательно кружится на одном месте и рассматривает вход в гнездо и его окрестности. Когда Уоррент и его сотрудники передвинули гнездо пчелы после того, как она улетела, они увидели, как пчела вернулась в точности в то же место, где гнездо было раньше, вероятно найдя это место по окрестным визуальным ориентирам.

Чтобы проверить это предположение, перед вылетом пчелы они расположили над входом в гнездо белую карточку, а пока пчела была в отлучке, переместили ее к соседнему, покинутому пчелиному гнезду. По возвращении пчела, введенная в заблуждение карточкой, забралась в чужое гнездо, но быстро покинула его. Дорогу к своему дому она смогла найти только после того, как ученые вернули карточку на прежнее место[39]. Это явно доказывает, что процесс нахождения обратной дороги основывается не на обонянии.

Люди часто относятся к рыбам свысока — и не только потому, что живут на суше. На наш поверхностный взгляд, рыбы кажутся холодными, скользкими и, откровенно говоря, туповатыми. Иначе почему бы они так глупо глотали крючки и заплывали в сети? Однако этим, как и многими другими своими предрассудками, мы лишь выказываем собственное невежество. Рыб гораздо труднее изучать в дикой природе, чем наземных животных, так что наше невежество в их отношении по-прежнему остается глубоким, но одно известно точно: им вовсе не свойственно плавать случайным и бесцельным образом и в их навигационном инструментарии активно используются разного рода ориентиры.

В распоряжении рыб имеются самые разнообразные чувства, некоторые из которых нам совершенно не знакомы. У них есть органы боковой линии — их основу составляют чувствительные к давлению бугорки, которые расположены под кожей в проходящих вдоль тела продольных каналах, соединенных с внешней средой порами, — обладающие поразительной чувствительностью к малейшим движениям окружающей их воды. Именно эти органы обеспечивают косяку рыб поразительную способность к синхронному изменению направления.

Живущая в Мексике слепая пещерная рыба[40] узнает о присутствии и расположении окружающих ее предметов при помощи волн давления, которые порождает ее собственное движение в воде. Когда она плывет в темноте, органы боковой линии регистрируют характерные отражения, которые производят эти предметы, и рыба может научиться перемещаться по маршрутам, отмеченным этими жидкостными «ориентирами»[41].

Другие рыбы, в том числе, например, индийская рыба-ползун[42], используют визуальные ориентиры. Этот вид живет либо в прудах, либо в быстрых ручьях. Исследователи взяли рыб из этих двух очень разных сред обитания и научили их находить вознаграждение, пробираясь через последовательность узких проходов, установленных в их аквариумах. Сначала рыбы, живущие в текучей воде, показывали гораздо лучшие результаты, чем их собратья из стоячей воды, но, когда у каждого проема поставили по маленькому растению, ситуация сменилась на противоположную: теперь в соревновании побеждали обитатели прудов.

По-видимому, рыбы, живущие в быстро движущейся воде, не обращают особого внимания на растения и тому подобные непостоянные объекты, потому что течение перемещает их слишком быстро, чтобы их можно было использовать в качестве ориентиров. Прудовые же рыбы, напротив, могут рассчитывать, что предметы в большинстве своем остаются на одном и том же месте, и поэтому научились обращать на них более пристальное внимание[43].

Несколько разных видов рыб, в том числе угри и акулы, чувствительны к электрическим полям и используют электрические ориентиры. У слабоэлектрических рыб[44], например, есть специальный орган, позволяющий им замечать изменения электрического поля, существующего в окружающей их воде. Одна из таких рыб, живущая на дне африканских озер, ведет ночной образ жизни[45] и, подобно индийской рыбе-ползуну, способна находить отмеченные ориентирами проемы в препятствиях, используя этот метод. Но у нее есть одно радикальное отличие: она делает это в полной темноте[46].

[31] Cambefort, Y., Les Incroyables Histoires Naturelles de Jean-Henri Fabre (Grund, 2014). P. 20.

[32] Fabre, J. H. (1882). Souvenirs Entomologiques (Vol. 2) Librairie Ch. Delagrav. P. 137–138.

[33] Fabre, J. H. Ibid. P. 140–153.

[34] Petit Poucet во французском оригинале Шарля Перро, или Мальчик-с-пальчик в наиболее распространенном русском переводе. Мальчик отмечал путь маленькими камешками, чтобы найти дорогу домой, когда обнищавшие родители пытались оставить его с братьями в глухом лесу. Однако позднее, когда он использовал вместо камешков хлебные крошки, их склевали птицы, и дети заблудились.

[35] См.: Фабр Ж. А. Жизнь насекомых. Рассказы энтомолога / Сокр. пер. с фр. и обработка Н. Плавильщикова. М.: Учпедгиз, 1963. С. 200. — Прим. ред.

[36] Нико Тинберген в своей книге «Осы, птицы, люди» (М.: Мир, 1970) указывает, что, хотя работы и проводились под его руководством, исследования, продлившиеся семь летних сезонов, были выполнены его студентами: Бэрендсом и ван Роон (будущей госпожой Бэрендс). — Прим. ред.

[37] Кратко изложено в Gould, J. L., & Gould, C. G., Nature’s Compass: The Mystery of Animal Navigation (Princeton University Press, 2012). P. 173–176.

[38] Warrant, E.J., Kelber, A., Gislén, A., Greiner, B., Ribi, W., & Wcislo, W.T. (2004). ‘Nocturnal vision and landmark orientation in a tropical halictid bee’, Current Biology, 14 (15). P. 1309–1318.

[39] Warrant, E. J. (2008). ‘Seeing in the dark: vision and visual behaviour in nocturnal bees and wasps’, Journal of Experimental Biology, 211 (11). P. 1737–1746.

[40] Здесь речь идет о полосатом астианаксе, Astyanax fasciatus.

[41] de Perera, T. B. (2004). ‘Spatial parameters encoded in the spatial map of the blind Mexican cave fish, Astyanax fasciatus’, Animal Behaviour, 68 (2). P. 291–295.

[42] Или анабас, Anabas testudineus.

[43] Sheenaja, K. K., & Thomas, K. J. (2011). ‘Influence of habitat complexity on route learning among different populations of climbing perch (Anabas testudineus Bloch, 1792)’, Marine and Freshwater Behaviour and Physiology, 44 (6). P. 349–358.

[44] К этой категории относят рыб, способных генерировать электрические разряды величиной менее 1 В (тем не менее у некоторых слабоэлектрических рыб величина разряда может составлять до 7 В). Они используют электрические поля не для нападения или защиты, а для локации и внутривидовой сигнализации.

[45] Речь идет о гнатонеме Петерса, он же нильский слоник, или убанги (Gnathonemus petersii).

[46] Cain, P., & Malwal, S. (2002). ‘Landmark use and development of navigation behaviour in the weakly electric fish Gnathonemus petersii (Mormyridae; Teleostei)’, Journal of Experimental Biology, 205 (24). P. 3915–3923.