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

Пчелиные часы

Открытие у медоносных пчел способности различать поляризационные узоры в небе и прокладывать курс по ним, когда самого солнца не видно, было чрезвычайно важным. Но простое знание положения солнца еще не позволяет животным сохранять прямой курс — во всяком случае, в течение долгого времени. Нужно еще каким-то образом учитывать непрерывное перемещение солнца по небу. А это значит, что нужно следить за ходом времени. Может ли быть так, что в дополнение к прочим поразительным талантам пчел у них есть еще и встроенные часы?

Ключ к ответу на этот вопрос появился еще в 1929 году, но его значение было понято не сразу. Одна из учениц фон Фриша, Ингеборг (Инге) Белинг, установила тогда, что, если медоносных пчел кормить в течение нескольких дней в одно и то же время, в следующие дни они начинают прилетать к кормушке в точности ко времени раздачи пищи. Последующие опыты показали, что это замечательное поведение не зависит от присутствия каких-либо внешних подсказок — например, изменяющегося азимута солнца. В то время фон Фриш не был уверен, является ли этот механизм «бессмысленным даром природы» или имеет какое-то биологическое значение. Определенный ответ на этот вопрос фон Фриш смог дать только в начале 1950-х годов[79].

При помощи своего ученика Мартина Линдауэра (1918–2008) фон Фриш приучил нескольких пчел прилетать к источнику пищи, расположенному приблизительно в 180 метрах к северо-западу от их улья, после полудня, когда солнце было на западе. На следующий день они перенесли улей в совершенно новое место, в которое пчелы никогда до этого не залетали (чтобы лишить их возможности использовать для ориентирования знакомые элементы ландшафта).

Затем они расставили вокруг улья кормушки, расположив их все на расстоянии 180 метров, но в разных направлениях от него. Поскольку дело было утром, солнце стояло в восточной части неба. Тем не менее большинство пчел добралось именно до кормушки, расположенной к северо-западу от улья, которую их приучили искать накануне. Объяснить этот факт можно было, только предположив, что они учли изменение азимута солнца[80]. А эта способность явно должна быть основана на умении пчел отслеживать течение времени.

Подтверждение наличия у пчел солнечного компаса с поправками на время также явилось с совершенно неожиданной стороны. Когда пчелы собираются роиться, они высылают разведчиков на поиски наилучшего места для нового гнезда. Вернувшись в улей, эти разведчики исполняют танцы, которые могут длиться часами; в танце указывается направление к месту, которое им понравилось. Затем другие пчелы вылетают на осмотр этого места и в конце концов, когда им удается прийти к согласию, весь рой направляется к выбранному с использованием этой демократической процедуры новому дому. В ходе таких танцевальных марафонов направление виляний разведчиков изменяется в соответствии с изменениями азимута солнца. В этом не было бы ничего особенно впечатляющего, если бы они могли видеть солнце или небо, но они точно так же корректируют направление своего танца, даже когда находятся внутри улья, установленного в затемненном помещении[81].

Откровения фон Фриша относительно навигационных способностей медоносной пчелы стали настоящей сенсацией, потому что из них, по-видимому, следовало, что насекомые, несмотря на свои крохотные размеры, обладают высокой приспособляемостью и, возможно, даже разумом. Многим из ученых-современников фон Фриша было чрезвычайно трудно принять подобные идеи. Они считали, что животные, подобные пчелам, в принципе не могут быть столь хитроумными.

К тому же, подобно Тинбергену, фон Фриш по большей части ставил свои опыты на свежем воздухе, в естественной среде, параметры которой невозможно было регулировать и измерять так же точно, как в закрытой лаборатории. Людям в белых халатах, по-видимому, было трудно всерьез прислушаться к утверждениям человека, разгуливавшего по альпийским лугам в своих ледерхозе[82]. Также может быть, что к их скептицизму примешивалась зависть.

И все же работы фон Фриша были настолько строгими и изящными, что ему удалось убедить в своей правоте большинство сомневавшихся. Ведущий британский этолог того времени Уильям Торп (1902–1986), посетивший фон Фриша вскоре после войны, писал в научном журнале Nature, что «зоологам и впрямь простительно изначально скептическое отношение — несмотря на исключительную подробность и тщательность этого исследования».

Он упомянул об одном коллеге, который почти «страстно не желал» согласиться с открытиями фон Фриша, следствия из которых, как он признавал, были «несомненно, революционными». Сам Торп был убежден в правоте фон Фриша и с энтузиазмом заключил, что поведение рабочей пчелы — это не что иное, как «…примитивная форма картографии и чтения карт, символическая деятельность, в которой направление и действие гравитации[83] символизирует направление и угол падения солнечных лучей».

Хотя пересмотренная фон Фришем интерпретация виляющего танца постепенно обретала все бо́льшую поддержку и, более того, привлекала интерес специалистов, работающих далеко за пределами зоологии, его утверждения все же убедили не всех. Особенно тревожный случай возрождения скептицизма произошел ближе к концу его научной карьеры, в 1967 году, когда два молодых американских исследователя опубликовали результаты нового эксперимента с медоносными пчелами — с большим количеством подробных статистических данных, — которые прямо противоречили его основным открытиям. К счастью для стареющего ученого, в 1970-м появились новые исследования, воспроизводившие его результаты и подтверждавшие его выводы[84].

Полярная крачка[85], отличающаяся изящными узкими крыльями и плавно пикирующим рисунком полета, живет в условиях вечного лета, перелетая с дальнего севера на дальний юг и обратно. Однако до самого последнего времени истинные масштабы сезонной миграции этих птиц оставались недооцененными.

В июне 2011 года голландские ученые поймали в Нидерландах семь полярных крачек и прикрепили к их ногам «геолокаторы» (весом всего по 1,5 грамма). Эти устройства ежедневно регистрировали время восхода и заката солнца, что позволило исследователям восстановить маршруты путешествий, которые совершили эти птицы, когда пять из них в конце концов были снова пойманы год спустя.

В среднем птицы провели вдали от своих гнездовий в Нидерландах по 273 дня и преодолели по 90 000 километров. Это считается (пока что) самым большим зарегистрированным расстоянием, которое пролетели птицы во время миграции, и значительно превосходит предыдущую оценку дальности перелетов этого же вида птиц — около 20 000 километров. По данным более раннего исследования, крачки с Гренландии в основном оставались в пределах северной и южной части Атлантического океана, следуя по маршруту, форма которого напоминала восьмерку, до Антарктиды и обратно. В отличие от них птицы из Нидерландов долетели до южной оконечности Африки, затем перелетели прямо через Южный океан почти до Австралии и только потом повернули на юг, к Антарктиде, из которой они вернулись домой через Атлантику, то есть совершили гораздо более длинное путешествие[86].

Пока что никто точно не знает ни как именно полярная крачка прокладывает курс через огромные пространства открытого моря, ни как она находит свои гнездовья.

6. Счисление пути

Теперь кажется удивительным, что столь многие мореплаватели когда-то были готовы, рискуя жизнью, пересекать океаны, имея в своем распоряжении столь безнадежно несовершенные навигационные приборы. Представьте себе, что вы отправляетесь в путешествие, которое может продлиться несколько месяцев, без сколько-нибудь надежных средств определения своего местоположения. А поскольку способов хранения свежих продуктов еще не существовало, а запасы питьевой воды можно было пополнять только за счет дождя, такое предприятие было еще более рискованным, чем оно стало бы в наши дни. Несовершенство методов навигации стоило жизни бесчисленным морякам, хотя причиной их гибели чаще бывали не кораблекрушения, а цинга, жажда и голод. К тому же, как ясно показывает пример пестрогрудого лесного певуна, человек — не единственное животное, которое сталкивается с такими проблемами.

В далеком прошлом навигация в открытом море была делом настолько опасным, что мореплаватели, видимо, старались по возможности придерживаться уже знакомых маршрутов — хотя это, разумеется, не означает, что они ходили исключительно вдоль берегов. Если они хотя бы приблизительно знали, какое расстояние им нужно пройти и в каком направлении, и могли оценить с разумной точностью свою скорость и курс, они могли с достаточной уверенностью рассчитывать, что доберутся до цели. У мореплавателей Северного полушария было удобное средство определения широты по высоте Полярной звезды над горизонтом, а начиная приблизительно с 1500 года, благодаря тщательным наблюдениям астрономов, также появилась возможность измерения широты по высоте солнца в полдень.

Если широта пункта назначения была известна, мореплаватели могли рассчитывать, что — рано или поздно — достигнут его, следуя вдоль соответствующей параллели. Но, как только земля скрывалась из виду, они теряли способность точного определения своего местоположения, так как у них не было средств определения долготы. Это означало, что они никогда не знали с уверенностью, когда именно дойдут до цели, — что было весьма опасно, особенно в бурную погоду или в условиях плохой видимости.

Невозможность определения долготы означала также невозможность составления точных карт. Например, разброс оценок ширины Тихого океана составлял тысячи километров, а Соломоновы острова, которые испанцы обнаружили в середине XVI века, были затем «потеряны» еще на двести лет. Даже карты знакомых европейских вод часто бывали чудовищно неточными. «Проблема определения долготы» была разрешена только в середине XVIII века, хотя на протяжении двух столетий до этого различные европейские правительства обещали за ее решение огромные награды; мореплаватели же получили эту новую методику в свое распоряжение и научились пользоваться ею и того позже[87].

Как же первые мореплаватели ориентировались в открытом море?

Помимо астрономических наблюдений в их распоряжении были три простых прибора: магнитный компас (который, по-видимому, вошел в употребление в Европе где-то в XII веке), лаг и лот.

Компас, разумеется, давал возможность держаться прямого курса, хотя даже это было далеко не так просто, как кажется, потому что этот прибор был подвержен потенциально опасному эффекту, который называют «девиацией». Речь идет об отклонении стрелки магнитного компаса, которое вызывают имеющиеся на борту судна железные предметы, влияющие на компас. Еще более сбивало с толку то обстоятельство, что девиация зависит от направления, в котором движется судно.

Эта странная проблема была понята — и действенные средства борьбы с девиацией разработаны — только в XIX веке. Долгое время ушло и на осознание того факта, что истинный север существенно отличается от севера магнитного, причем разница между ними изменяется не только в зависимости от местоположения, но и с течением времени.

Лаг, которым пользовались мореплаватели в старину, — это просто деревянная дощечка, прикрепленная к концу длинной веревки, на которой через регулярные интервалы завязаны узлы. Лаг бросали за борт корабля и смотрели, насколько он сместится к корме в течение фиксированного временного интервала, который измеряли при помощи песочных часов. Число узлов, которые уходили за борт за это время, позволяло оценить скорость судна относительно воды. Один узел считали по определению равным одной морской миле (1,852 километра) в час. Эта система была весьма действенной, хотя калибровка лага часто бывала делом непростым.

Лот был прибором еще менее сложным — если такое вообще возможно. Он попросту представлял собой длинную веревку, на конце которой имелась коническая свинцовая гиря; ее бросали за борт, чтобы измерить глубину воды. Полость, предусмотренную на нижней стороне гири, иногда заполняли жиром, что позволяло получить образец материала морского дна (грунта), чтобы узнать, состоит ли оно, например, из песка, гравия или ила. На картах прибрежных вод указывали характер дна, и эта информация в сочетании с данными о глубине моря могла помочь в определении местоположения судна.

Но, разумеется, обычный лот становился бесполезен в открытом море, где глубина воды часто достигает нескольких тысяч метров. Там штурманы прошлого могли оценивать свое местоположение только одним простым способом: они отслеживали, как долго судно шло в том или ином направлении. Скажем, если вы шли западным курсом в течение десяти часов со скоростью пять узлов, можно считать, что вы оказались на пятьдесят миль западнее, чем были за десять часов до того. Или надеяться на это.

Отмечая все изменения скорости и направления движения судна (обычно на простой доске с отверстиями для колышков, так как писать большинство моряков не умело), теоретически можно было определить положение судна относительно исходного пункта его маршрута — даже после нескольких изменений курса и скорости. Этот процесс называют «счислением пути», а по-английски — dead reckoning[88] (DR)[89]. Часто говорят, что аббревиатура DR означает deduced reckoning («дедуктивное счисление»), но термин этот существует по меньшей мере с XVII века, и происхождение его покрыто мраком. Я предпочитаю думать, что его изобрел какой-нибудь мореплаватель Елизаветинской эпохи, склонный к черному юмору.

Недостаток счисления пути состоит в том, что метод этот ненадежный. Точнее говоря, очень ненадежный.

При его применении может возникать множество ошибок, которые чрезвычайно трудно отслеживать и исправлять. Во-первых, приходится иметь дело с океанскими течениями, которые даже в глубоководных районах океана могут быть очень сильными. Обнаружить их невозможно, если нет никаких средств обеспечить неподвижность судна. Лаг может показывать, что корабль делает пять узлов, а компас — что он идет западным курсом; однако, если весь океан при этом движется, на самом деле судно может перемещаться в другом направлении и с другой скоростью. Кроме того, парусное судно, если только оно не идет прямо по ветру (когда ветер дует точно в его корму), имеет тенденцию «уваливаться под ветер». Другими словами, судно не только идет вперед, но и смещается — дрейфует — вбок. Хотя величину такого «сноса» можно оценить, сравнив направление кильватерной струи с установленным курсом судна, такая оценка весьма далека от истинно научной точности.

[79] Ibid. P. 92.

[80] Von Frisch, K. and Lindauer, M. (1956). ‘The «Language» and Orientation of the Honey Bee’, Annual Review of Entomology, vol. 1. P. 45–48.

[81] Ibid.

[82] Ледерхозе — кожаные шорты на помочах, традиционная одежда баварцев и тирольцев.

[83] Для исполнения и истолкования «танца» пчелам нужно знать, где «верх», а где «низ». В темноте пчелиного гнезда для этого необходимо чувствовать земное притяжение, направленное вниз.

[84] Munz, T. (2005). ‘The bee battles: Karl von Frisch, Adrian Wenner and the honey bee dance language controversy’, Journal of the History of Biology, 38 (3). P. 535–570.

[85] Sterna paradisaea.

[86] Fijn, R. C., Hiemstra, D., Phillips, R. A., & Winden, J. V.D. (2013). ‘Arctic Terns Sterna paradisaea from the Netherlands migrate record distances across three oceans to Wilkes Land, East Antarctica’, Ardea, 101 (1). P. 3–12.

[87] Подробное обсуждение этой темы см. в моей книге: Sextant: A Voyage Guided by the Stars and the Men Who Mapped the World’s Oceans (William Collins, 2014). P. 61–90.

[88] Дословно — «мертвое счисление».

[89] Научное название этого метода — «интегрирование пути».