Зима. Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Однажды в апреле я нашел несколько детенышей северной летяги (Glaucomys sabrinus) с еще нераскрывшимися глазками и взял себе одного зверька из помета. Крошечный найденыш быстро рос на детской смеси Similac, которой я кормил его из пипетки. Он часто спал в кармане моей рубашки, когда я брал его на работу, а иногда мы с ним ходили в университетское молочное кафе, и я выманивал его на прилавок полизать мороженое. Когда бельчонок вырос из кармана, то занял пустую спальню, где целыми днями спал в полой колоде. Если я входил в комнату после наступления темноты, зверек взбегал на потолочную балку, спрыгнув оттуда, планировал по воздуху и с легким шлепком приземлялся ко мне на грудь. При правильном уклоне и ветре северные летяги, спрыгивая с тридцатиметровых деревьев, могут преодолеть в планирующем полете более 90 метров.

Как и домашняя ласка моего отца, этот бельчонок погиб в результате досадного несчастного случая. Я поставил в банку с водой побеги герани. Как-то вечером мы выпустили зверька в гостиной, он спустился по стеблям срезанных побегов и попил воды, где они стояли. Через некоторое время у него началась рвота: он отравился веществами, которые служат растению химической защитой. К утру мой очаровательный питомец был мертв. Некоторые животные, например способные выжить в зимнем мире, поражают своей выносливостью, и в то же время, каждое по-своему, они чрезвычайно хрупки.

Северные летяги обитают в Северной Америке от берегов Канады до самой Аляски и переносят поистине суровые зимы. Чтобы обеспечить собственное выживание зимой, эти животные точно не прибегают к обычным приемам: не делают запасов пищи, не накапливают в теле жир и не погружаются в спячку. Более того, если не считать моего любителя мороженого, обычно летяги ведут строго ночной образ жизни. Можно было бы предположить, что им «следует» избегать ночной активности и укрываться в это время от мороза в уютном гнездышке, но в дикой природе они весь день спят даже при умеренных температурах. Летяги выбираются из гнезда, только когда солнце село и температура резко падает. Почему это так, я точно не знаю, но кое-какие выводы о давлении отбора, благодаря которому летяги стали ночными животными, можно сделать из межвидового анализа.

Весьма показательно, что все виды летяг, которых в мире около 30, ведут ночной образ жизни, а приблизительно из сотни видов дневных беличьих ни один не приспособлен к планирующему полету. То, что никто из дневных млекопитающих не умеет ни летать, ни планировать, вряд ли связано с рационом. Что, если дело в хищниках? Планирующий полет позволяет сэкономить массу энергии для перемещений, но животное оказывается у охотников на виду, к тому же летательные перепонки мешают проворно двигаться (рукокрылые, лучшие летуны среди млекопитающих, по земле перемещаются хуже большинства из них). Может быть, белки стали летать, чтобы экономить энергию, потом перешли на ночной образ жизни, чтобы скрыться от хищников, и тогда им пришлось летать еще больше, потому что шум бегущего по земле в лесу зверька служит наводкой для сов. Тогда получается, что потребность экономить энергию стимулирует ночной образ жизни этих млекопитающих, а ночной образ жизни способствует развитию планирующего и активного полета.

Поддерживая ночной образ жизни, летяги не полагаются на волю слепого случая: они пробуждаются строго после заката благодаря циркадным часам. Это не значит, что им не нужно обращать внимание на световые сигналы, которые дает окружающая среда. С помощью таких сигналов они синхронизируют свои внутренние часы с ежедневным суточным ритмом, так чтобы просыпаться и покидать темные дневные укрытия вскоре после того, как стемнеет снаружи. Тогда откуда мы знаем, становятся ли ночные животные активными после наступления темноты потому, что пришло нужное время, или просто потому, что в это время темно (и наоборот в случае дневных животных)?

Летяги сыграли важную роль в поиске ответа на этот фундаментальный вопрос. Они стали одними из первых млекопитающих, на которых показали, что те способны пробуждаться в правильное время независимо от внешних сигналов. Впервые удивительный механизм хронобиологии южных летяг (Glaucomys volans), а потом и почти всех остальных исследованных видов организмов был продемонстрирован в экспериментах сотрудницы Отделения зоологии Висконсинского университета Патриции Де Курси, теперь уже классических.

В исследовании Де Курси участвовало 68 летяг, которых она отловила и вырастила в Висконсине. Летяг держали по одной в клетках с беличьим колесом на велосипедной оси. К оси был присоединен эксцентриковый кулачок, который ненадолго замыкал цепь с микровыключателем в определенной точке на каждом обороте колеса, чтобы оставить отметку на диаграммной ленте, равномерно движущейся со скоростью около 46 сантиметров в день. Таким образом, для последующего анализа получили непрерывную запись, где было отражено и число оборотов, и время, когда крутилось колесо. Многометровый бумажный график нарезали на полоски по дням, распределили по времени и расположили дневные отрезки один под другим – подневная запись простиралась на месяцы. По графикам Де Курси могла за две минуты определить, в какой момент суточного цикла летяга бегала и как соотносилась ее активность в разные дни.

По столбцам из множества расположенных друг над другом суточных графиков исследовательница сразу вполне предсказуемо увидела, что летяги – ночные животные (конечно, если только у них нет возможности спокойно, ничего не опасаясь, сходить в молочное кафе за мороженым). Зверьки начинали бегать вскоре после наступления темноты и бегали до рассвета, кто спорадически, а кто почти постоянно (в зависимости от особи), а с рассветом полностью прекращали бегать до следующей ночи. Некоторые демонстрировали два периода активности: сразу после наступления темноты и незадолго до рассвета.

Этот результат, и теперь и, наверно, даже тогда вполне банальный, был лишь подготовкой к настоящему эксперименту, в ходе которого Де Курси поместила летяг в клетках в условия постоянной темноты. Будут ли летяги бегать в таких условиях постоянно или спорадически? Как оказалось, ни то ни другое. К удивлению исследовательницы, все летяги бегали в колесе примерно тогда же, что и раньше, в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи. Иными словами, летяга знает, когда пора просыпаться, поскольку, очевидно, ориентируется по внутренним часам. Однако скептики предполагали, что животные могли реагировать на какой-то неизвестный внешний, или экзогенный, сигнал, связанный с наступлением вечера, а не придерживаться старого режима, опираясь на внутреннее, или эндогенное, чувство времени.

В конце концов Де Курси с ее летягами удалось доказать, что их режим имеет внутренний источник, и немалая ирония состоит в том, что самый веский довод вытекал как раз из небольших погрешностей во времени, которые допускали животные. Так, летяга номер 131 начинала бегать (в полной темноте) в среднем каждые 23 часа 58 минут плюс-минус 4 минуты, а другая в тех же условиях в том же помещении стартовала с запаздыванием на 21 минуту в день, то есть у нее цикл активности составлял 24 часа 21 минуту. Иными словами, при постоянной темноте у одного зверька сутки ежедневно сокращались на 2 минуты, а у другого на 21 минуту росли. Через десять дней бега «в свободном режиме» в полной темноте одна летяга просыпалась за 20 минут до того, как за стенами помещения наставал вечер, а другая опаздывала на 210 минут, то есть разошлась со внешним миром на 3,5 часа. Если бы оба животных ориентировались по экзогенным, или внешним, часам, они бы бегали как по общему сигналу – время у них бы совпадало.

Ход внутренних часов у летяги задают генетические механизмы, но, чтобы определить, когда будет считываться сигнал к началу активности, часы постоянно подстраиваются в соответствии с внешним стимулом. У летяг они синхронизируются со временем наступления темноты. Сегодня известно, что у дневных животных поступающий в глаза свет вызывает в шишковидной железе мозга снижение выработки мелатонина – регулирующего сон гормона, который обычно выделяется в соответствии с определенным ритмом, приблизительно (но не точно) по суточному графику. Поэтому таблетки с мелатонином и помогают перестроиться при смене часовых поясов. Летяге пришлось бы принимать таблетки по утрам. Когда Де Курси вновь ввела в условия содержания животных суточный цикл смены дня и ночи, сбившиеся зверьки, в темноте бегавшие «в свободном режиме», на следующий день вернулись к прежнему графику и стали бегать сразу после наступления темноты. Выходит, обычно летяги перестраивают внутренние часы под действием нормального цикла смены дня и ночи. Внешне кажется, что они просто реагируют непосредственно на темноту и свет, и без экспериментов ничего больше узнать об этом было бы нельзя. Де Курси, конечно, могла бы подождать и проводить наблюдения во время полных солнечных затмений. Но их было бы сложно повторить, так что не удалось бы быстро сделать выводы. Суть эксперимента в том, чтобы искусственно вызвать событие, а затем внимательно наблюдать за результатом.

Де Курси продемонстрировала действие внутренних часов просто, элегантно и неопровержимо. Своей работой она поставила точку в дискуссии о том, есть ли у млекопитающих циркадные часы, и открыла новую область в исследовании клеточных механизмов. Со времен экспериментов Де Курси 1950-х годов о циркадных часах многое стало известно, и эта информация постепенно приобретает все большее значение в медицине. Так, эффективная дозировка многих лекарств сильно зависит от времени приема относительно циркадного ритма пациента. Последние исследования позволили выявить ряд генов, которые стоят за молекулярными механизмами этого явления, а в качестве подопытных здесь теперь чаще всего выступают уже не летяги, а мыши и дрозофилы.

В организме у циркадных часов может быть множество применений. Например, они позволяют впадающим в зимнюю спячку наземным беличьим определять долготу дня, по которой животное узнает о смене времен года. Правильно реагировать на смену времен года очень важно для выживания зимой. На самом деле циркадные часы необходимы всем существам, которые каким-либо образом готовятся к зиме – окукливаются (насекомые), мигрируют (насекомые, птицы, некоторые виды млекопитающих) или залегают в спячку и готовятся физиологически (большинство северных организмов).

Планирующий полет с дерева на дерево – очень эффективный способ перемещения, но переход на ночной образ жизни оборачивается для летяг большими затратами энергии на обогрев. Полет позволяет экономить энергию, но не дает запасать в теле жир, как делают родственники этих животных – лесные сурки и другие наземные беличьи, которые к осени тучнеют. Кроме того, в отличие от наземных беличьих, северные летяги не могут воспользоваться огромными энергетическими выгодами, которые дает оцепенение, потому что у них нет энергетического резерва в виде жировых запасов в теле или кладовых с пищей, а их мех не меняется зимой на более теплый. Похоже, в плане зимнего энергетического баланса многое играет против летяг. Любопытно узнать, какими приспособлениями они компенсируют многочисленные предполагаемые недостатки своего организма для выживания зимой.

Я высматриваю беличьи гнезда, пытаясь выяснить, где ночуют корольки, и привычно стучу по каждому дереву, на котором есть гнездо, чтобы посмотреть, не вылетит ли из укрытия птица. Все гнезда летяг, которые я видел, находились в густых зарослях елей и пихт. Выманить королька мне до сих пор не удалось, но иногда в награду мне из гнезда высовываются одна или две летяги и, спрыгнув, планируют на соседнее дерево. Если учесть, что зимой летяги не меньше половины времени проводят в гнезде, его теплоизоляция должна быть очень важна для энергетического баланса животного. В декабре 2000 года я рассматривал недостроенное гнездо из сетки сухих еловых веточек без выстилки. Оно было зажато между несколькими растущими вверх ветками, и, вероятно, его бросили неоконченным, потому что здесь было слишком мало места. В любом случае по нему было видно, что белка начинает постройку с того, что собирает клубок сухих веточек, а затем уже выстилает гнездо. В том декабре я нашел еще шесть гнезд, которые своим каркасом из мелких сухих палочек напоминали сорочьи, но уже были закончены (одно кто-то разворотил, вытащив выстилку).

Выстилка в разных гнездах была разной. В одном я нашел смесь из мха, лишайника, травы и измельченной березовой коры. Два гнезда были выстланы почти исключительно мелко накрошенной корой березы. В четвертом выстилка практически полностью состояла из мха. В пятом была только измельченная кора туи, а в шестом измельченная кора березы и туи лежала двумя отдельными слоями (в этих лесах часто можно увидеть, что с туи кто-то недавно снимал внешний слой коры – вероятно, белки, хотя медведи тоже ее собирают). Хорошо высушенное, это последнее гнездо размером с футбольный мяч весило 480 граммов, из которых 340 составляла выстилка: в оболочке из плотно утрамбованного лишайника уснеи (в виде «бороды») весом 227 граммов находился слой из 113 граммов мягкой измельченной коры туи. Хороший выбор: северо-западные индейцы измельченную кору туи использовали вместо подгузников для младенцев.

Гнездо летяги под шапкой снега

Даже после сильных ливней гнезда оставались сухими внутри. Обычно зимой они также оказываются изолированы образовавшимся сверху кровом снежных шапок. В каждом гнезде было по два входа, расположенных напротив друг друга. Входы были незаметны. Материал здесь смыкался, как податливый кончик вязаного носка или варежки. Таким образом, по строению все эти гнезда походили на старомодную муфту (и ни в одном из них, как и в семи гнездах красной белки, не было ни следа птичьего помета, так что вряд ли здесь ночевали корольки).

Чтобы примерно понять, какую теплоизоляцию на самом деле обеспечивает гнездо летяги, я разогрел картофелину, призванную имитировать тело животного, и посмотрел, с какой скоростью она будет остывать. При температуре воздуха –13 °C горячая картофелина (температурой 60 °C) в гнезде за 35 минут остыла лишь до 42 °C, а снаружи гнезда за то же время до 15 °C. Мой грубый эксперимент показывает лишь, что гнездо действительно эффективно обеспечивает теплоизоляцию. Конечно, на ветру это было бы еще важнее, а гнездо работало бы еще лучше, если бы было покрыто снегом. К тому же летяга с ее пушистым мехом, обернувшись пышным хвостом, должна терять тепло гораздо медленнее картофелины. А чем медленнее животное остывает, тем меньше энергии ему придется тратить, чтобы дрожать и поддерживать постоянную высокую температуру.

В рассказе Джека Лондона «Костер» герой, новичок на севере, в конце концов погиб, потому что промочил ноги. Он проломил хрупкий лед под толстым изолирующим слоем снега на ручье Хендерсон-Крик. Его костер потух под обвалившимся с елки снегом и не помог ему исправить случившуюся неудачу – или допущенную ошибку. Как ни парадоксально, в теплоизолированном носке, рукавице или беличьем гнезде капелька влаги гораздо опаснее, чем трескучий мороз, поскольку влага сводит теплоизоляцию на нет. Дождь при температуре около 0 °C может оказаться смертельным, а снег при –30 °C – обеспечить комфорт: он не намочит и не испортит теплоизоляцию. Без сухости спасительный утеплитель теряет смысл, и конструкция или расположение гнезда должны решать эту проблему. Я особенно отчетливо понял это, разглядывая зимой гнездо каролинской белки.

Глядя на беличье гнездо (или, как его иногда называют, гайно) высоко в ветвях, можно подумать, что это беспорядочная кучка листьев и веток. Всю осень и зиму я наблюдал такое гнездо в ветках дуба у дорожки к нашему дому. После сильной бури в середине января оно слетело. Изучив гайно, я обнаружил, что его строение подчиняется строгой структуре. Конструкция являла собой образчик функциональности. Внешний слой шарообразного гнезда диаметром 30 сантиметров состоял из веточек красного дуба, на которых до сих пор оставались листья. Следовательно, веточки были скушены с дерева летом. За этой грубой внешней стенкой слоями были выложены расправленные сухие зеленые листья дуба (в одном месте, где я их посчитал, было 26 таких слоев). Листья действовали как водонепроницаемые перекрывающиеся дощечки гонта – внутри гнездо было сухим. За их слоями оказался четырехсантиметровый слой измельченного луба мертвого тополя и ясеня. Мягкая отделка скрывала уютное пустое пространство в 9 сантиметров шириной. Невозможно было представить себе более эффективного в функциональном плане устройства из таких простых обыденных материалов. Впрочем, не все гнезда каролинской белки изготовлены настолько искусно. Многие из тех, что я исследовал, действительно оказались просто кучей обломков, как будто были фальшивкой, чтобы отвлечь хищника и избежать нападения на настоящее гнездо.

Постройка гнезда требует сил, и белки утруждают себя этим не всегда, как я выяснил с небольшой помощью четверых друзей[20]. Зимой 2000 года в ельниках Мэна, где обитают красные белки, повсюду, куда ни глянь, были свежие следы их присутствия. При этом гнезд их мы видели мало. Я задумался, не могут ли зимние гнезда красной белки находиться под землей (как сообщают и в литературе), потому что много раз видел следы этого животного, ведущие к подземным норам. Я нашел множество ходов, которые шли под корни большого гнилого соснового пня, и подумал, что если где-то есть гнездо красной белки, то оно должно быть здесь. Будет ли оно теплоизолировано хуже, чем у летяги или каролинской белки?

Ястребы строят гнезда из различных материалов, но не используют листья, в отличие от каролинской белки (на рисунке)

Биология без непосредственного наблюдения – пустой звук, так что мы впятером вооружились лопатками, кирками, топориками, пилами и электронным термометром и, хорошенько позавтракав, отправились к пню в еловой роще возле того места в Олдер-Стриме, где я обычно купаюсь. В последние сутки тремя идущими под пень норовыми отверстиями кто-то пользовался. На пне кучками лежали недавно погрызенные чешуйки шишек красной ели. Все это выглядело очень многообещающе.

Мы начали копать 21 декабря 2000 года в 8 утра при бодрящих –14 °C. Мы продвигались вдоль ходов сквозь губчатый перегной и мягкую гнилую древесину, и через каких-то пять минут стало ясно, что идем в верном направлении, потому что из одного из трех лазов выскочила красная белка. Мы копали с разных краев пня вглубь и вперед, вытаскивая огромные глыбы замерзшего гумуса, который панцирем покрывал почти сухую почву внизу. Затем мы прокопали почву под пнем до самой твердой породы. Где-то через полчаса (когда мои друзья начали выражать первые признаки сомнений) к нам пулей вылетела еще одна красная белка. Мы заработали с новой силой и за следующие полтора часа полностью перерыли полтора квадратных метра вокруг пня и под ним.

Мы не нашли ни запасов пищи, ни каких-либо признаков гнезда. Считается, что отрицательных результатов недостаточно, чтобы делать выводы, и о них не принято сообщать в печати. И все же мы так тщательно все перекопали, что отрицательный результат отчетливо ощущался как положительный: никаких гнезд. Утром следов вокруг пня не было, следовательно, две белки провели ночь в системе тоннелей под ним, в теплом на ощупь губчатом гумусе (теплым он ощущался в первую очередь, потому что был сухим, измерения показали –0,02 °C). Возможно, несколько сухих кленовых листьев, которые нам попались при раскопках, грызуны затащили туда со слабым намерением построить гнездо, но благодаря густым зимним шубкам им оно, вероятно, не понадобилось.

Летягам тоже можно не беспокоиться о настоящем гнезде, если есть возможность согреться, прижавшись друг к другу. 19 ноября 2000 года, в надежде найти птиц, которые могли бы ночевать в дупле, я стучал по очередному дереву, на этот раз по мертвому красному клену в лесу рядом с домом. Мне повезло глянуть вверх, как раз когда летяга взметнулась на верхушку шестиметрового остова клена и замерла там, как будто застыла на месте. Она прижала плоский хвост к коре, на ее теле не двигался ни один мускул. Затем я увидел, как еще одна летяга выглянула из дупла над моей головой. В следующий раз, посмотрев вверх, я увидел еще двух зверьков, несущихся вверх по дереву один за другим. Мы с моим спутником обошли дерево, а первая летяга тем временем спланировала к подножию живого красного клена, пролетев 15 метров. Через несколько секунд еще одна летяга «слетела» в другом направлении. Мы быстро ушли, не желая их тревожить. За пару дней до того выпал снег, по ночам стояли сильные морозы. Весь день держалась температура ниже нуля. Вернется ли кто-то из четырех зверьков в укрытие?

Около трех часов следующего дня после сильного снегопада я вернулся к дереву, надеясь увидеть, как летяги выбираются из общего укрытия. Я засел под низкими ветками красной ели и прождал до 16:45 (40 минут после заката), когда стало слишком темно, чтобы что-то разглядеть. Как показали эксперименты Де Курси, летяги должны были знать, что пора вставать, даже в полной темноте своего жилища, но я не видел, чтобы кто-то из них покидал дупло.

[20]  Отсылка к «Ливерпульской четверке», группе The Beatles.