Дэвид Барри

Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Посвящается Мэри

[Эта тайна] существует от Сотворения мира, но никто еще не объяснил ее так, чтобы показать ее внутреннюю красоту[1].

Томас Трэхёрн (ок. 1634–1674)

David Barrie

INCREDIBLE JOURNEYS

Exploring the Wonders of Animal Navigation

Иллюстрации Нила Гауэра

Copyright © David Barrie 2019

Illustrations © Neil Gower

© Прокофьев Д. А., перевод на русский язык, 2020

© Издание на русском языке. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2020

КоЛибри®

Предисловие

Прямо сейчас мимо моего окна пролетает ворона. Кажется, что она летит очень целеустремленно, по какому-то делу, известному только ей одной. Растущие в саду цветы методично облетает шмель. У стены стремительно порхает бабочка – то напрягает все силы, то усаживается на секунду, а потом снова отправляется в полет. Кот проходит по дорожке и исчезает в траве, а в небе заходит на посадку в Хитроу набитый людьми авиалайнер.

Оглянитесь вокруг. Повсюду куда-то движутся животные, крупные и мелкие, люди и прочие. Может быть, они находятся в поисках пищи или брачного партнера; может быть, мигрируют, спасаясь от зимнего холода или летней жары; а может, просто возвращаются домой. Некоторые из них совершают кругосветные путешествия, другие попросту бесцельно бродят в окрестностях своего жилья. Но будь то полярная крачка, перелетающая через весь земной шар, или муравей-бегунок, спешащий к своему гнезду с мертвой мухой в челюстях, всем им нужна способность находить дорогу. Это вполне буквально вопрос жизни и смерти.

Как находит обратный путь к своему гнезду оса, вылетевшая из него на охоту? Как навозному жуку удается катить свой шарик по прямой линии? Какое странное чувство снова приводит морскую черепаху на тот же самый берег, на котором она родилась, чтобы отложить там яйца, после путешествия по всему океану? Как находит дорогу домой голубь, которого выпустили в сотнях километров от его голубятни, в месте, в котором он никогда до этого не бывал? А как насчет коренных народов, которые в некоторых частях света до сих пор совершают долгие и трудные путешествия по суше и по морю, не имея даже карт и компасов, не говоря уже о спутниковых навигаторах?[2]

Первый вопрос, который я хочу рассмотреть в этой книге, именно к этому и сводится: как животные – в том числе люди – находят дорогу? Как вы увидите, ответы на него не только чрезвычайно интересны сами по себе, но и приводят к другим вопросам, касающимся наших изменяющихся взаимоотношений с окружающим нас миром. Мы, люди, отказываемся от основополагающих навыков ориентирования, на которые полагались в течение столь долгого времени. Теперь мы можем точно определить свое местоположение в любой точке планеты, не затрачивая никаких усилий, даже не задумываясь, – одним нажатием кнопки. Важно ли это? Этого мы точно не знаем, но в заключительных главах я рассмотрю темы, которые затрагивает такое положение вещей. Они важны.

Прежде чем мы начнем, может быть полезно подготовиться к этому разговору, сказав несколько слов о повседневных задачах ориентирования. Задумаемся на минуту о том, как вы справляетесь с ситуацией, когда прилетаете в незнакомый город.

Первая навигационная задача, которую вам нужно решить, – это найти дорогу от самолета через паспортный контроль в зал выдачи багажа. Даже такое ориентирование внутри помещений бывает сопряжено с трудностями, особенно если у вас слабое зрение, но обычно мы можем преодолеть эти трудности, следуя указателям. Оказавшись наконец в такси или автобусе, вы можете расслабиться и предоставить принятие решений водителю.

По приезде в гостиницу вам нужно найти стойку регистрации, а затем свой номер – и в этом тоже бывают очень полезны указатели. С утра вам, возможно, захочется погулять пешком по окрестностям. Манящий голос спутникового навигатора, встроенного в ваш мобильный телефон, может дать вам точные указания, но это не настоящее ориентирование: вам говорят, что делать.

Если вы – человек независимый и предпочитаете идти своим путем, вы, вероятно, достанете бумажную карту. Первая практическая задача – найти на этой карте местоположение гостиницы, то есть определить свое собственное местоположение. Затем нужно найти те достопримечательности, которые вы хотите посетить, и определить, как до них добраться и сколько времени это займет. Это означает, что вам нужно измерить расстояния и оценить свою вероятную скорость, что приводит нас к задаче измерения времени. Хотя на первый взгляд это может показаться неочевидным, ориентирование касается времени не в меньшей степени, чем пространства.

Итак, маршрут распланирован. Теперь возникает следующая задача: куда повернуть по выходе из гостиницы, направо или налево? Прежде чем отправиться в путь, вы должны определить, в какую сторону вы сейчас смотрите. Эту ключевую проблему можно решить несколькими способами, например использовать компас, встроенный в телефон, но также можно сориентироваться, определив, на какой улице вы находитесь. Могут помочь и тени, направление которых подскажет, с какой стороны находится солнце. Затем, уже в пути, вам нужно будет следить за своими перемещениями, проверяя по карте положение достопримечательностей и названия улиц.

Совершая все больше прогулок по городу, вы начинаете понимать его конфигурацию – осознавать, как соединены между собою разные его части. Тут речь идет о запоминании ориентиров и построении геометрических связей между ними. Как все мы знаем, одни люди более способны находить дорогу, чем другие, но, если вы хорошо владеете навыками ориентирования такого рода, вы будете все увереннее совершать более долгие и сложные путешествия, даже не глядя на карту. Вместо простых прогулок вокруг гостиницы вы, возможно, начнете ходить по маршрутам, соединяющим разные части города. К этому времени у вас сформируется когнитивная карта города.

Однако вы можете использовать и совершенно другую методику ориентирования. Вы можете не пользоваться картой, а просто идти куда глаза глядят, пока не найдете что-нибудь, что вас заинтересует, тщательно отслеживая при этом, куда вы идете и на какое расстояние отошли, чтобы потом безошибочно найти обратную дорогу в гостиницу.

Этот процесс уподобляют тому методу, который использовал легендарный греческий герой Тезей. Продвигаясь по лабиринту Минотавра, он разматывал клубок нити, который дала ему Ариадна, и эта подсказка позволила ему тем же путем вернуться к выходу после того, как он убил чудовище. Поскольку в оживленном современном городе клубок – не самый удобный в использовании навигационный прибор, ориентирование без карты требует пристальных наблюдений и хорошей памяти.

Различие между ориентированием при помощи карты и без нее – это различие фундаментально важное, и это относится не только к людям, но и к другим животным. Карты (как физические, так и мысленные) дают огромные преимущества, и в число самых важных из них входит возможность прокладки укороченных путей, которые помогают сэкономить ценное время и силы, или обходов, позволяющих избежать встречи с опасностью или препятствиями. По-видимому, некоторые животные используют своего рода карты (хотя, разумеется, не напечатанные на бумаге), но доказать это трудно, а разобраться, как такие карты работают, еще труднее. Их существование и принцип действия относятся к числу самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются ученые, изучающие навигационные способности животных.

Структура этой книги отражает различия между навигацией без карт и по картам. В первой ее части я сосредоточу свое внимание на способности животных ориентироваться без карт, а во второй поговорю о возможном использовании карт – разных типов и у разных животных – и доказательствах существования в их мозге образа мира, подобного картографическому. В заключительной части книги я рассуждаю о том, какое значение имеет для нас наука о навигации у животных – бионавигации.

Каждая глава отделена от следующей коротким отрывком, набранным курсивом, в котором описывается один – обычно загадочный – из примеров бионавигации, который трудно было бы вписать в основной текст. Я надеюсь, что эти отрывки развлекут читателя и в то же время покажут, как много еще остается нераскрытых тайн.

Бионавигация – большая, сложная область исследований, и в рамках такой небольшой книги я могу коснуться лишь некоторых из ее главных тем. Эта книга отнюдь не является исчерпывающим описанием данной области, и, поскольку она предназначена не для специалистов, а для широкой аудитории, я стараюсь, насколько это возможно, воздержаться от использования в ней специальных терминов.

Написанное мною отражает не только мои личные интересы, но, отчасти, и результаты встреч с учеными, которые определили направление моих исследований. В основном я старался описать, что и как делают животные, не углубляясь в обсуждение того, почему они это делают. Попытка дать ответ на последний вопрос стала бы материалом еще для нескольких книг.

Наконец, я должен сказать несколько слов о гуманном обращении с животными.

Работа ученых, занимающихся изучением бионавигации (как и исследованиями во многих других областях), подчиняется строгим этическим правилам, и все те исследователи, с которыми я разговаривал, относятся к своей обязанности не причинять страдания в высшей степени серьезно. Тем не менее некоторые из них проводят эксперименты, в которых животным причиняется вред, и любое описание этой темы, в котором не упоминались бы результаты их работы, было бы не только неполным, но и чрезвычайно недостоверным.

Я глубоко убежден, что животные достойны уважительного отношения, и, следовательно, мы не должны бездумно предполагать, что наши потребности по определению важнее, чем их. Как именно мы можем решить, какие из экспериментов на животных оправданны, – вопрос сложный, но по меньшей мере мы должны делать все, что в наших силах, чтобы не причинять им боли. Честно говоря, я совершенно не убежден, что мы обладаем достаточными знаниями, например, о таких животных, как ракообразные или насекомые, чтобы быть уверенными в своих решениях на этот счет.

Возможно, некоторые из читателей считают, что причинение вреда животным ради получения знаний не может быть оправдано никогда и ни при каких обстоятельствах. Несомненно, можно привести этические аргументы в пользу полного запрета причиняющих вред экспериментов на животных, хотя я подозреваю, что лишь немногие из нас будут готовы смириться с последствиями такого запрета – особенно в отношении медицинских исследований. Тем не менее тот факт, что число животных, используемых в экспериментах (по меньшей мере в Великобритании), в последние годы сокращается, внушает оптимизм[3].

Этические аспекты научных исследований с использованием животных все еще остаются предметом споров, и я ни в коем случае не утверждаю, что знаю ответы на все связанные с этой темой вопросы. Однако я уверен, что предъявлять к ученым более жесткие требования, чем ко всем остальным, было бы неправильно.

Часть I

Навигация без карт

1

Мистер Стедмен и монарх

Когда мне было семь лет, в моей жизни появился замечательный учитель. Он преподавал математику, но не особо считался при этом ни с учебной программой, ни с возрастом своих учеников. Урок мистера Стедмена, начавшийся с теоремы Пифагора, вполне мог отклониться в топологию, а потом и вовсе провалиться в кроличью нору неевклидовой геометрии. Он говорил о том, что увлекало его самого, и, несомненно, считал, что нам полезно расширять кругозор.

Мистер Стедмен был не только математиком, но и опытным энтомологом; в летние месяцы он ставил в школе ловушку для бабочек. Я с нетерпением ожидал начала каждого учебного дня, потому что перед уроками я мог вместе с ним изучить все, что попалось за ночь в эту ловушку.

Моя школа находилась на краю Нью-Фореста[4], одного из лучших в Британии мест для насекомых, и в ловушке часто бывало штук пятьдесят, а то и сто мотыльков, тихо сидевших в коробке, в которую заманил их в течение ночи яркий светильник. Как я узнал, некоторые из бабочек не принадлежали к местным видам, а прилетали в эти места только на лето. Часто попадалась совка-гамма[5], которая – как мы теперь знаем – каждое лето прилетает в больших количествах из Средиземноморья и размножается на севере Европы. Почему эти насекомые совершают такие дальние путешествия и как они находят дорогу, было тогда полнейшей загадкой.

Я совершенно помешался на чешуекрылых: к маминому ужасу, моя комната заполнилась сачками, банками, энтомологическими коробками и высокими клетками, в которых я выращивал гусениц. Иногда я лежал ночью без сна, слушая, как жуют мои непрерывно евшие пленники и как падают с легким шорохом на листья, положенные им для еды, их микроскопические экскременты. Когда гусеницы наедались до отвала, они превращались в куколок (или хризалид) и их упитанные тела растворялись, образуя алхимический суп, из которого как по волшебству формировались взрослые мотыльки. Глядя, как они прорывают твердую, сухую оболочку своего кокона, медленно расправляют влажные, смятые крылья и, наконец, пускаются в полет, я чувствовал, что становлюсь свидетелем настоящего чуда природы – миниатюрного, но оттого не менее поразительного.

Моя многострадальная мама отвезла меня в лондонский Музей естественной истории, и один любезный молодой сотрудник музея отвел нас в служебные помещения. Отперев дверь, на которой не было никакой таблички, он впустил нас в огромный зал, заполненный шкафами красного дерева: в них хранились миллионы мотыльков и бабочек со всего света. Он показал мне одну крупную, экзотического вида бабочку, которая, как он сказал, встречается – хотя и очень редко – и в Англии. Происходит она не из Европы и даже не из Африки, а из Северной Америки. Даже если ей помогают перелететь через Северную Атлантику господствующие западные ветры или она путешествует на попутных кораблях, такой перелет все равно можно считать необыкновенным свершением.

Крылья этой бабочки могут достигать 10 сантиметров в размахе и выглядят как витраж работы художника-модерниста. Тонкие черные прожилки расходятся по оранжевому фону, светящемуся, как будто сквозь него светит солнце. Темные линии соединяются с более широкой черной кромкой, усеянной, как и голова бабочки, белоснежными горошинами. Такая окраска может показаться аляповатой, но ее кричащие цвета предупреждают хищника, собирающегося закусить этим насекомым, что он, возможно, совершает крупную ошибку. В бабочке может быть полно яда, полученного из растения, которым она кормилась, когда была гусеницей, – ваточника[6]. Эта бабочка, известная всем жителям Северной Америки, называется данаида монарх.

Я поделился своим восторгом с мистером Стедменом, и тот, не предупредив меня, заказал куколку данаиды монарха в одной из компаний, занимавшихся обеспечением энтомологов. Когда я открыл упаковку, то сразу же узнал ее содержимое: это была моя собственная Danaus plexippus!

Куколка была неземным произведением ювелирного искусства, длиной всего сантиметра два или три. Она лежала на подстилке из ваты, заключенная в свою блестящую броню, похожую на зеленую яшму, как миниатюрный китайский император, ожидающий перерождения. Я мог смутно различить контуры крыльев и сегменты будущего тела взрослого насекомого. По самой толстой части куколки проходила полукруглая дуга мельчайших золотистых точек, блестевших металлическим отливом; остальные золотые крупинки были рассеяны по другим участкам куколки. Куколка завораживала своей красотой – на мой взгляд, она была даже красивее, чем великолепная взрослая бабочка, – но в то же время пугала своей странностью. Как можно ожидать встретить бо́льшие чудеса в глубинах космоса, если наш собственный мир полон такой великолепной чужеродности?

Я так и не увидел появления бабочки: она умерла, не достигнув зрелого состояния. Но к этому времени монарх и его необычайная жизнь уже захватили мое воображение.

Много лет спустя я впервые увидел живого монарха в песчаных дюнах Амагансетта, недалеко от городка Монток на восточной оконечности острова Лонг-Айленд. Был конец августа, и эта бабочка, вместе с миллионами других, которых я не видел, уверенно летела к юго-западу. Ее полет был похож на беззаботный танец. Сделав несколько ленивых взмахов крыльями, она поднималась выше, затем планировала в течение нескольких секунд, медленно теряя высоту, а потом снова «включала двигатель». Но куда она летела и как, черт возьми, находила дорогу?

Именно с попытки ответить на эти вопросы и началось путешествие, которое в конце концов привело меня к написанию этой книги. Я знал, что на этом пути меня ожидают сюрпризы, но даже не подозревал, насколько многочисленными и разнообразными они окажутся.

Первые навигаторы

Когда я начинал свои исследования, я думал только о тех животных, которых можно увидеть, – например, насекомых, птицах, рептилиях, крысах, людях. Однако, хотя первые живые организмы, появившиеся на нашей планете, были чрезвычайно маленькими, первопроходцами в области бионавигации были именно они.

Земля сформировалась около 4,56 миллиарда лет назад в результате случайной встречи блуждающих астероидов, притянутых друг к другу гравитацией. В то время она была не очень-то гостеприимным местом: всю ее поверхность покрывали расплавленные горные породы. Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад этот океан магмы начал остывать и затвердевать, и появились первые континенты, но ни океанов, ни даже воздуха на планете еще не было.

В течение сотен миллионов лет молодую планету бомбардировали все новые астероиды, но эти взрывные столкновения приносили не только разрушения. Благодаря им на Земле появилась вода и химические ингредиенты, давшие начало первым живым организмам[7]. Приблизительно 3,9 миллиарда лет назад Земля начала успокаиваться, и в самых глубинах ее первых океанов, вблизи гидротермальных источников – перегретых струй насыщенной минералами воды, бивших тогда и бьющих до сих пор из морского дна, – начали возникать простейшие формы жизни[8]. В их числе были и самые первые бактерии.

Хотя эти одноклеточные организмы чаще всего ассоциируются у нас с болезнями, в подавляющем большинстве своем бактерии безвредны, а многие из них вносят жизненно важный вклад в поддержание нашего физического и даже умственного здоровья. Чтобы выжить, они научились перемещаться к тому, что им нужно (например, к пище), и от того, что для них опасно (например, чрезмерно высокие температуры, слишком высокая или слишком низкая кислотность среды)[9]. У некоторых бактерий имеются специализированные органы движения, в том числе микроскопические моторы, приводящие в движение вращающиеся нитевидные структуры, которые называют жгутиками. Эта простейшая форма навигации известна под названием таксис – от греческого слова τάξις, означающего «порядок» или «строй».

Некоторые из бактерий используют особенно удивительную форму таксиса. Так называемые магнитотаксисные бактерии содержат мельчайшие намагниченные частицы, цепочки которых действуют как микроскопические стрелки компаса. Эти «стрелки» заставляют бактерии ориентироваться вдоль магнитного поля Земли, что помогает им находить дорогу вниз, к бедным кислородом слоям воды и отложений, условия которых особенно благоприятны для них. «Стрелки», которые находят в бактериях Северного полушария, имеют полярность, противоположную тем, которые встречаются у бактерий Южного. Этот простой пример иллюстрирует могущество естественного отбора.

Распознавание окаменевших бактерий – дело чрезвычайно трудное, но остатки магнитотаксисных бактерий находили в горных породах, образовавшихся сотни миллионов, а то и миллиарды лет назад. Хотя считается, что эти бактерии самыми первыми в истории нашей планеты пользовались магнитной навигацией, первые живые образцы были найдены только в 1975 году[10]. Как ни странно, их открытие совпало с демонстрацией использования магнитной навигации гораздо более сложными организмами – птицами.

Наши ближайшие родственники среди одноклеточных организмов имеют весьма труднопроизносимое название – это хоанофлагеллаты[11], или воротничковые жгутиконосцы. Они чуть сложнее бактерий, живут в воде и иногда собираются в колонии. Как и нам, им необходим кислород, и они способны не только обнаруживать чрезвычайно малые перепады его концентрации, но и активно перемещаться в направлении более богатого его источника – опять же при помощи своих жгутиков[12].

Еще сильнее поражают не имеющие мозга скопления единичных клеток, известные под малопривлекательным названием слизевиков. Эти простейшие организмы умеют медленно, но верно перетекать к источнику глюкозы, спрятанному на дне U-образной ловушки. При этом они используют примитивную память, позволяющую им не возвращаться в те места, которые они уже исследовали[13]. Кроме того, они с легкостью решают одну конструкторскую задачу, оказавшуюся сложной для людей: речь идет о проектировании оптимальной железнодорожной сети.

Исследователи обнаружили, что один слизевик, которому предложили множество овсяных хлопьев, разложенных в соответствии со схемой расположения городов вокруг Токио, принялся строить сеть туннелей для распределения питательных веществ, которые он извлекал из этих хлопьев. Как ни поразительно, в конечном виде эта сеть совпала с системой железнодорожного сообщения, реально существующей вокруг Токио. Слизевик решал эту задачу следующим образом: сначала он проложил туннели, идущие во всех направлениях, а затем стал постепенно отсекать лишние, так что в конце концов остались только те туннели, которые обеспечивали транспортировку наибольшего количества питательных веществ (то есть «пассажиров»)[14].

Выше по шкале сложности находятся гораздо более крупные, но все еще очень маленькие многоклеточные организмы, известные под названием «планктон», в изобилии живущие в океанах – в особенности тех, которые окружают Арктику и Антарктику. Многие из этих растений и животных невозможно разглядеть невооруженным глазом, но они часто скапливаются в таких огромных количествах, что море становится похоже на густой суп мисо. При так называемом цветении планктона целое море может приобрести ржаво-красный оттенок.

Такого рода существам не нужно точно знать, где они находятся, – что логично, так как они по большей части находятся во власти океанских течений, – но это вовсе не значит, что они пассивны. В поисках пищи или спасения от тех, кто сам может употребить его в пищу, многие виды животного планктона (или зоопланктона, к которому относятся мальки рыб, мелкие ракообразные и моллюски) на каждом закате и рассвете перемещаются вверх и вниз в толще воды, из темных глубин к поверхности и обратно. Планктон же растительный, который в основном остается вблизи поверхности, чтобы использовать более яркий солнечный свет, в случае необходимости может нырять в глубину, спасаясь от вредоносного воздействия слишком сильного ультрафиолетового излучения.

Выбор моментов таких перемещений обеспечивается способностью планктона отслеживать изменения интенсивности солнечного света, хотя полярной ночью, которая продолжается несколько месяцев, зоопланктон переключается на ритм, связанный с лунным светом[15]. В некоторых случаях в таких процессах участвует нечто большее, чем простая реакция на изменение освещенности. Некоторые виды планктона начинают движение еще до обнаружения каких бы то ни было изменений; даже будучи помещены в затемненный аквариум, они продолжают свою вертикальную миграцию еще в течение нескольких суток. Это загадочное поведение, по-видимому, связано с какими-то внутренними «часами», управляющими их перемещениями[16]. Вся пищевая цепочка океана в конечном счете зависит от планктона, и его колоссальных масштабов суточные миграции играют ключевую роль в жизни всей планеты.

Находить дорогу нужно даже простым червям, и один из них – стандартное подопытное животное, почвенная нематода Caenorhabditis elegans, – по-видимому, роет свои подземные ходы, используя для ориентации магнитное поле Земли[17]. А тритоны, некоторые из которых способны находить дорогу к своему родному водоему на расстоянии до 12 километров, пользуются магнитным компасом[18].

У кубомедуз – маленьких прозрачных животных, печально известных в тропической зоне Австралии сильными ожогами, которые они вызывают, – нет мозга, но есть глаза, и они отнюдь не отдаются на волю течения. Они плавают активно и целеустремленно, охотясь за своей добычей. Как ни странно, глаз у них целых 24 штуки, четырех типов.

Еще удивительнее то, что некоторые из этих медуз способны ориентироваться по объектам, расположенным над поверхностью воды. У одного из видов, часто встречающегося в карибских мангровых болотах, есть группа глаз, которые всегда направлены вверх, как бы ни было повернуто тело медузы. В тканях, расположенных вокруг каждого из этих специализированных глаз, содержатся тяжелые кристаллы гипса, которые и поддерживают такую ориентацию.

Дан Эрик Нильсон, биолог из Лундского университета в Швеции (одного из ведущих центров изучения бионавигации), захотел выяснить, что именно делают эти глядящие вверх глаза. Они с сотрудниками поместили медуз в прозрачные контейнеры с открытым верхом, опустили эти контейнеры в море вблизи мангрового болота и стали наблюдать за поведением медуз при помощи видеокамеры. Когда контейнер находился в зоне прямой видимости от края мангровых зарослей, но в нескольких метрах от их края, медузы регулярно сталкивались со стенкой контейнера, ближайшей к деревьям, как будто пытались подплыть поближе к ним. Когда же контейнер переместили на расстояние, с которого деревья уже не были видны из-под поверхности воды, медузы плавали в нем случайным образом.

По-видимому, медузы используют свои направленные вверх глаза для различения силуэтов мангровых деревьев. Это позволяет им оставаться на мелководье, где обычно скапливается зоопланктон, которым они питаются, – но это возможно, только если они не удаляются от края зарослей на слишком большое расстояние[19].

Это лишь несколько примеров необычайных способностей к навигации, которые проявляют организмы, кажущиеся на первый взгляд весьма простыми.

* * *

В фильме «Невероятное путешествие» (The Incredible Journey, 1963) студии Уолта Диснея рассказывается история двух собак – лабрадора и престарелого бультерьера – и сиамского кота, которых хозяева оставили у друзей. Несчастные животные, не понимая, что их поселили в чужом доме лишь на время, решают самостоятельно вернуться домой, но для этого им нужно пересечь 400 километров незаселенной канадской территории. Пережив ужасающие встречи с медведем и рысью и болезненное знакомство с дикобразом, чуть не утонув, трое животных в конце концов воссоединяются со своей семьей.

Скептики могут сказать, что история эта совершенно невероятна, и будут не правы. В 2016 году овчарка по кличке Перо убежала из своего нового дома в английском Озерном крае и добралась до прежних хозяев, живших в Уэльсе. Пес преодолел расстояние 385 километров всего за 12 суток и явился на место – совершенно неожиданно для хозяев – в прекрасном состоянии. У Перо был вживлен идентификационный микрочип, так что возможность того, что его перепутали с другой собакой, исключена[20].

Никто не знает, как ему это удалось. Наверное, можно предположить, что Перо нашел дорогу домой благодаря какой-нибудь необычайной цепочке счастливых догадок, но поверить в это очень трудно. До сих пор наука уделяла на удивление мало внимания навигационным способностям собак и кошек, хотя недавнее исследование утверждает, что собаки предпочитают мочиться, повернувшись мордой либо на север, либо на юг. Значит, можно предположить, что у них есть какой-то внутренний компас, который по меньшей мере помогает им определить, в какую сторону они направляются. Если это так, собак следует добавить к быстро растущему списку организмов, способных чувствовать магнитное поле Земли[21]. Но один лишь компас не позволил бы Перо найти дорогу домой.

Возможно, Перо сумел каким-то образом отследить дорогу, по которой его везли в новый дом в Озерном крае. Значит ли это, что ему удалось восстановить этот маршрут? Может быть, в этом сыграл какую-то роль его острый нюх.

2

Волшебный ковер Джима Ловелла

Чарльз Дарвин (1809–1882) писал, что «человек… носит в своем физическом строении неизгладимую печать низкого происхождения»[22][23], но даже он, возможно, удивился бы, узнав, что наши глаза и глаза кубомедуз, кальмаров, пауков и насекомых имеют общее происхождение[24].

На протяжении сотен миллионов лет беспощадный испытательный стенд естественного отбора работал над созданием глаз и мозга, которые позволяют нам (и другим животным) легко выбирать те объекты, которые нам действительно нужно видеть, – и запоминать их. Зрение не только помогает животным находить пищу и половых партнеров и избегать опасности. В отличие от других органов чувств оно позволяет нам получать исключительно подробную информацию об объектах как удаленных, так и близких к нам. Для многих животных глаза являются самым важным навигационным прибором, и человек постоянно опирается на зрение для ориентирования и навигации.

По сравнению со многими другими животными средний человек, живущий в городе, – не слишком одаренный «штурман». Но, потренировавшись, почти все мы можем достаточно хорошо ориентироваться при помощи заметных объектов. На самом деле наша зрительная память весьма хороша, если не лениться ее использовать. Например, мы способны узнавать по меньшей мере 10 000 изображений, увиденных до этого лишь мимолетно[25].

С нашими способностями в этой области трудно состязаться даже очень мощным компьютерам. Обучение их весьма простым функциям зрительного распознавания оказалось задачей чрезвычайно трудной. Компьютеру, ищущему совпадения на двух фотографиях одного и того же дома, одна из которых сделана солнечным утром, а другая – ночью и в дождь, приходится нелегко. Изменения положения тени или внезапного отражения света от оконного стекла будет достаточно, чтобы привести его в полное замешательство. Простое увеличение вычислительной мощности проблемы не решает – по меньшей мере не решает ее полностью. Суперкомпьютеру тоже будет трудно решать задачи визуального распознавания, пока он – в подражание нам – не «научится» сосредоточивать свое внимание на деталях стабильных и существенных и игнорировать весь визуальный «шум». «Машинному зрению» все еще свойственна масса элементарных ошибок, которые никогда не сделал бы человек: это очень ясно иллюстрируют аварии с участием автоматических автомобилей без водителя.

Все мы знаем, какими обычно бывают заметные ориентиры – взять хотя бы Эйфелеву башню или надпись «Голливуд» в Лос-Анджелесе, – но их формы могут быть очень разными и иногда неожиданными. Ориентиры могут быть огромными, как озеро Мичиган или пирамида Хеопса, или совсем маленькими, как одиночный след на земле. Маршрут может быть специально помечен цепочкой камешков (как это было в старой сказке) или зарубками, сделанными топором на коре деревьев. Моток нити, который Ариадна дала Тезею, можно считать единым, растянутым в пространстве ориентиром, надежно отметившим его путь в лабиринте.

Визуальные ориентиры могут не только помочь нам идентифицировать цель и промежуточные точки маршрута, но и дать информацию, полезную для определения направления. Взять, например, статую Свободы, которая возвышается над Нью-Йоркской бухтой. Поскольку ее фигура несимметрична, по ее силуэту можно определить, с какой стороны мы на нее смотрим.

Разумеется, самое важное свойство хорошего ориентира – это его заметность на окружающем фоне. Кроме того, он может быть полезен, только если достаточно долго остается на месте, хотя, как ни странно, ему совсем не обязательно быть единым неподвижным объектом.

В фильме «Аполлон-13» астронавт Джим Ловелл, которого играет Том Хэнкс, собирается отправиться в свой злополучный полет к Луне. Пытаясь приободрить беспокоящуюся жену, он вспоминает, как однажды, в 1950-х годах, будучи молодым летчиком американского ВМФ, он совершал с авианосца вылет над Японским морем. Дело было ночью, у него скоро должно было кончиться горючее, и, если бы ему не удалось быстро найти свой корабль, ему пришлось бы совершать аварийную посадку на воду посреди «большого темного океана». Но авианосец шел без огней, в самолете был неисправен радар, а сигналы корабельного приводного радиомаяка случайно заглушила одна местная радиостанция.

Когда Ловелл попытался включить освещение кабины, чтобы посмотреть на карту, в электросистеме произошло короткое замыкание, и все приборы самолета отключились. Оставшись в полной темноте, он начал думать об аварийной посадке – операции, рискованной даже при дневном свете. Ему наверняка было очень страшно. Но потом, взглянув вниз, на море, он увидел длинный, светящийся «зеленый ковер» биолюминесцентного планктона, отмечавший кильватерную струю того самого судна, которое он искал: «Он вел меня прямо к дому». Если бы освещение в кабине Ловелла не отключилось, он так и не заметил бы этого свечения.

До сих пор существуют некоторые племена, не отказавшиеся от своих традиционных навыков в области навигации. Если бороздящие океаны моряки с тихоокеанских островов активно используют для ориентирования солнце и звезды, то иннуиты Крайнего Севера полагаются в основном на наземные ориентиры, встречающиеся на их пути, – по той простой причине, что на чистое небо им рассчитывать не приходится. В некоторых местах – например, на побережье Гренландии – нет недостатка во впечатляющих элементах рельефа, заметных с большого расстояния: горах, скалах, ледниках и фьордах. В районах же с более однородным пейзажем иннуиты сооружают свои собственные ориентиры, которые называются словом «инукшук». Они напоминают человеческие фигуры и устанавливаются обычно на возвышенностях, причем руки такой фигуры указывают направление ближайшего жилья.

По словам Клаудио Апорты, специалиста по иннуитской культуре, совершившего множество долгих наземных путешествий по Арктике, опытные иннуитские проводники знают тысячи километров троп и способны узнать бесчисленные ориентиры, встречающиеся в пути. Возможно, иннуиты обладают необычайно цепкой зрительной памятью, но кроме того они в полной мере используют и способность, имеющуюся у всех нас, – речь:

Поскольку у иннуитов не было карт, которые они использовали бы для путешествий или представления географической информации, это огромное собрание данных с незапамятных времен распространялось и передавалось из уст в уста и через опыт путешествий.

Для таких устных воссозданий необходима «точная терминология для описания элементов рельефа и ледяных образований, направлений ветра, состояний снега и льда, а также географических названий».

Путешествия иннуитов бывают чрезвычайно трудными. Нередко случаются долгие периоды ожидания в тумане и «белой мгле», но для представителей старшего поколения, которые научились ориентироваться еще до появления спутниковой навигации, «мысль о том, что человек может заблудиться или быть не в состоянии найти дорогу, [была] несовместима с их опытом, языком или пониманием»[26]. Они существуют в полной гармонии с окружающим их миром и максимально эффективно используют все навигационные подсказки, имеющиеся в их распоряжении.

То же можно сказать и об аборигенах страны, которую мы называем теперь Австралией. Они прибыли туда по морю около 50 000 лет назад и, как и иннуиты, приобрели высокоразвитые способности к навигации, в которой они в основном полагаются на местные ориентиры. Они способны проходить длинные маршруты по ненаселенным внутренним областям Австралии при помощи долгих и сложных песен.

Эти песни помогают им узнавать природные объекты, встречающиеся на пути, вызывая в памяти мифические образы из «Времени сновидений». Как красноречиво сказал один знающий (европейский) наблюдатель, методы навигации у аборигенов отличаются «верой в духовную силу, захватывающую материальные вещи и возвышающую их с неподвластной времени целью, частицей которой ощущает себя и человек»[27].

Хотя у горожан Запада нет никакой надежды понять тесную взаимосвязь, существующую между австралийскими аборигенами или иннуитами и местностью, в которой они проживают, наши далекие предки, возможно, тоже использовали похожие методы навигации. Печально сознавать, что теперь они не подлежат восстановлению, и тем важнее сделать так, чтобы знания тех, кто все еще обладает таким необычайным искусством, не были безвозвратно утрачены.

Некоторые люди говорят на языках, которые постоянно заставляют их думать о том, в каком направлении они движутся.

Живущие в Квинсленде носители языка кууку йимитирр, от которых капитан Кук (1728–1779), по-видимому, узнал слово «кенгуру», никогда не используют слов вроде «направо» или «налево». Они говорят только о сторонах света:

Если носители кууку йимитирр хотят, чтобы кто-то подвинулся в машине, потому что тесно, то они скажут «нага-нага манаайи», что значит «сдвинься слегка к востоку»… Когда старшим носителям кууку йимитирр показывали короткий немой фильм по телевизору, а потом просили описать движения персонажей, их ответы зависели от того, куда был направлен экран телевизора, который они смотрели. Если телевизор стоял экраном на север, а человек на экране приближался, то старики говорили, что герой фильма «приходил на север»… Если вы читаете книгу лицом на север, а носитель кууку йимитирр хочет сказать вам, чтобы вы пролистали вперед, он скажет: «Пройди дальше на восток», – потому что страницы перелистывают с востока на запад[28][29].

Как говорит Гай Дойчер:

Если вам нужно постоянно знать свое положение, вы разовьете привычку вычислять и запоминать стороны света в каждый момент жизни. А поскольку эта мыслительная привычка будет внедряться почти с младенчества, она скоро станет второй натурой, не требуя ни усилий, ни сознательного применения[30].

Эти лингвистические особенности, вероятно, отражают особые навигационные задачи, с которыми сталкиваются носители языка кууку йимитирр. Возможно, постоянное осознание своего положения в пространстве – осознание, зафиксированное в самой структуре их языка, – было необходимо для их выживания.

Шестиногие тайны прованского сада

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:

Это просто безумие, чистое безумие, – что они умеют летать сквозь весь этот запутанный ужас, находить цветы и потом без малейших затруднений находить обратную дорогу и приземляться с такой невероятной точностью.

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].

Даже насекомые иногда используют для обнаружения предметов информацию, передаваемую электрическими сигналами.

Когда мы снимаем с упаковки пластиковую пленку, она часто прилипает к рукам и не хочет от них отцепляться. При прикосновении к металлической поверхности, особенно если до этого пройти по ковру из синтетических волокон, можно почувствовать легкий электрический разряд. Эти любопытные явления вызваны накоплением статического электричества, и они, как ни странно, играют важную роль в существенном с точки зрения экологии процессе опыления цветов пчелами.

Шмели могут чувствовать статическое электрическое поле, окружающее цветки, и способны даже различать разные цветы по конфигурации электрического поля, которое они создают. Пчелы улавливают эти слабые сигналы при помощи чувствительных волосков, которые отклоняются электрическими полями, окружающими цветы. С помощью этой информации они отличают цветы, дающие много нектара, от цветов менее питательных[47].

Североамериканская ореховка

Птицы могут летать на большие расстояния, так что навигационные задачи, которые им приходится решать, бывают особенно трудными. Зато в их распоряжении прекрасное зрение, а также широкий ассортимент других навигационных приборов. Точно так же, как мы можем иногда использовать для прокладки маршрута GPS-навигатор, а иногда – обычную карту, птицы по мере надобности переходят с одного метода навигации на другой.

Выяснение роли разных механизмов, которые используют птицы, оказалось делом чрезвычайно сложным, и в этой области до сих пор остается много неясного. Это лишь один из примеров более масштабной проблемы, затрагивающей все направления науки о поведении. Истолкование результатов опытов на высших животных редко бывает очевидным. Взять хотя бы тесты на интеллектуальное развитие людей. Если ребенок показывает плохие результаты, обязательно ли это значит, что он недостаточно умен? Может быть, когда он выполнял задания, он беспокоился, отвлекался или даже скучал, – а может быть, сам тест плохо составлен.

Несмотря на эти затруднения, вполне ясно, что зрительное распознавание – это ключевая часть навигационных приборов, используемых птицами. Особенно замечательных высот в области использования визуальных ориентиров достигает одна конкретная птица.

Североамериканская ореховка[48], или кедровка Кларка, принадлежащая к отличающемуся высоким интеллектом семейству врановых, живет в высоких горах западной части Северной Америки. Первым ее описал Уильям Кларк, спутник Мериуэдера Льюиса, человека, возглавившего в начале XIX века знаменитую наземную исследовательскую экспедицию от Сент-Луиса до Тихого океана и обратно и составившего карты тех мест, по которым она проходила.

Североамериканская ореховка переживает холодные горные зимы только благодаря запасам семян, которые она, как белка, делает в летние месяцы. Поскольку птица эта далеко не глупа, она не складывает все свои запасы в одном месте: это было бы слишком рискованно, так как другие животные (в том числе другие ореховки) с удовольствием украдут их, представься им такая возможность. Кроме того, если птица не сумеет найти свою собственную закладку, ей грозит голодная смерть.

Но масштабы и сложность работ ореховки по созданию тайных хранилищ пищевых запасов поистине поражают воображение. В каждом тайнике она прячет всего по нескольку зерен, причем тайники эти бывают разбросаны по территории площадью порядка 100 квадратных миль (около 260 квадратных километров). Некоторые из них могут быть закопаны на продуваемых ветрами склонах, другие – в густых лесах, третьи – на пустынных горных вершинах. Одна птица может спрятать более 30 000 зерен в 6000 отдельных закладках. Птицам необходимо помнить расположение этих тайников в течение многих месяцев. Хотя их память неидеальна, она все же производит сильное впечатление, и ее с лихвой хватает, чтобы обеспечить выживание ореховок в той суровой среде, в которой они существуют.

Поведение ореховки в процессе запасания корма иллюстрирует один важный общий принцип, особенно существенный в приложении к навигации: эволюция благоприятствует возникновению систем, не идеальных, а «достаточно хороших». Природа «отбирает» те характеристики, которые позволят организму прожить достаточно долго, чтобы произвести на свет себе подобных. Нет смысла создавать более сложные механизмы, если и более простой удовлетворяет этому основному требованию, тем более если усложнение можно получить только ценой значительного увеличения мозга. Мозг – очень жадный потребитель энергии, и для обеспечения его работы потребовалось бы гораздо большее количество пищи. Иметь мозг больший, чем необходимо, просто невыгодно.

Можно предположить, что в поразительном поведении ореховки какую-то роль играет обоняние, но, по-видимому, это не так. На самом деле птица замечает мелкие ориентиры, расположенные вокруг каждого из тайников, и запоминает геометрические взаимосвязи между ними[49]. В дикой природе такими ориентирами могут служить камни или кусты, хотя в лабораторных опытах птицы ничего не имели и против использования объектов искусственных. Когда экспериментаторы скрытно передвигали ориентиры, сохраняя их взаимное расположение, птицы часто искали свою закладку в месте, обозначенном сдвинутыми предметами.

Кажется, однако, что система поиска тайников, которую используют эти птицы, еще сложнее. В одной недавней работе[50] предполагается, что ореховки используют и более крупные и удаленные ориентиры. Их легче заметить на расстоянии, а размеры птиц делают их менее подверженными воздействию ветра и непогоды.

Пока что не вполне ясно, на что именно птицы обращают внимание в дикой природе, но они, вероятно, замечают выдающиеся элементы ландшафта, окружающего каждый тайник, – например, деревья или крупные валуны, – и, возможно, запоминают своего рода «панорамный снимок» местности. В этом случае поиск тайника состоит, вероятно, из двух стадий. Сначала птица распознает район закладки, применяя процесс своего рода сопоставления изображений с использованием крупных элементов ландшафта, а затем точно ориентируется по более мелким объектам, расположенным ближе к тайнику, чтобы определить его точное местоположение.

На протяжении тысячелетий люди использовали необычайную способность голубей к нахождению дороги домой для быстрой передачи сообщений, часто на очень большие расстояния. Военные использовали почтовых голубей по меньшей мере со времен Римской империи; сотни тысяч голубей использовались разными воюющими сторонами только во время Второй мировой войны. Некоторые из них получили медали за храбрость в благодарность за верную доставку сообщений под огнем.

Существует легенда, что в 1815 году банк Ротшильдов получил огромную прибыль благодаря известию об исходе битвы при Ватерлоо, полученному по голубиной почте раньше, чем об этом узнал рынок. История хорошая, но, по-видимому, не соответствующая историческим фактам. Однако Ротшильды действительно создали систему связи с использованием голубей, которая успешно работала уже к 1840-м годам[51], за несколько лет до появления первых работоспособных систем электрического телеграфа.

Голуби активно использовались во время осады Парижа прусской армией в 1870–1871 годах. Птиц вывозили за пределы города на воздушных шарах, которые приземлялись там, где они уже не могли попасть в руки вражеской армии, окружавшей город. Птиц кормили и давали им отдохнуть, а затем они уже своим ходом возвращались в Париж с микрофотографическими посланиями для осажденных горожан.

Поскольку голубей легко выращивать и они (в отличие от большинства других птиц) готовы летать на большие расстояния в любое время, их давно используют для проверки различных теорий относительно навигационных способностей птиц. Появившиеся в последние годы электронные отслеживающие устройства – трекеры – позволили исследователям очень подробно изучать их поведение при возвращении домой. Что неудивительно, выяснилось, что большую помощь в навигации оказывают голубям ориентиры, хотя они также способны следовать по заученным «компасным» курсам[52].

Молодые почтовые голуби подолгу исследуют окрестности своей голубятни, узнавая при этом структуру местного ландшафта, иногда на весьма больших площадях. «Обзорная информация», которую они приобретают таким образом, не поможет им, если они окажутся в местности, в которой никогда раньше не бывали, но, как только они возвращаются на знакомую территорию, они ориентируются по заметным элементам ландшафта – например, шоссе, железным дорогам и рекам. На последних стадиях своего путешествия голуби следуют по привычным, причем часто не самым коротким маршрутам[53]. Однако нам не следует относиться к ним высокомерно: они ведут себя как миллионы ежедневно путешествующих людей, которые, будучи рабами своих привычек, часто поступают точно так же.

По-видимому, голубям легче выучить новый маршрут, когда они летят над ландшафтом, несколько, но не слишком разнообразным[54]. Как говорит ведущий автор этого исследования Ричард Манн:

Измеряя скорость запоминания ими разных маршрутов, мы видим, что ключевую роль играют визуальные ориентиры. Голубям труднее запомнить маршрут, если ландшафт слишком однообразен – например, в поле, – или слишком насыщен деталями – например, в лесу или в районе плотной городской застройки. Оптимальный вариант лежит где-то между этими крайностями; это сравнительно открытые участки, на которых встречаются изгороди, деревья или здания. Также удобны границы между городскими и сельскими областями[55].

В противоположность широко распространенному мнению летучие мыши не слепы, а многие из них обладают просто великолепным зрением. Некоторые перелетные виды преодолевают тысячи километров, и способность распознавать удаленные ориентиры, очевидно, играет для них жизненно важную роль.

Несколько лет назад израильские ученые отвезли крыланов, к которым были прикреплены GPS-трекеры, из их родной пещеры в кратер, расположенный в пустыне на расстоянии около 84 километров. Некоторых из летучих мышей выпустили на дне кратера, а других – наверху, на его кромке. Хотя местоположение кратера не было известно никому из них, большинству летучих мышей удалось добраться до дому.

Летучие мыши обеих групп вернулись домой одинаково успешно, но в начале своего путешествия они вели себя очень по-разному. Те, которых выпустили на дне кратера, откуда они сначала не видели окружающего ландшафта, были дезориентированы, в течение некоторого времени летали кругами и лишь потом направились домой; группа, выпущенная на кромке кратера, полетела прямо к своей пещере. Судя по всему, летучие мыши использовали крупномасштабные ориентиры – такие, как дальние горы, – и определяли по ним свое положение, как турист определяет его при помощи карты и компаса[56].

* * *

Осенью маленькая птичка, пестрогрудый лесной певун[57], с северо-востока Северной Америки направляется на юг и летит до самого Карибского моря, а иногда добирается даже до самой Колумбии и Венесуэлы. Хотя этих птиц замечали с кораблей, что заставляло предположить, что маршрут их сезонной миграции проходит прямо над Атлантикой, долго было неясно, сколько именно времени они проводят в полете над морем. Теперь эта тайна раскрыта. При помощи чрезвычайно миниатюрных трекеров ученые недавно выяснили, что они способны пролететь без остановки от Лонг-Айленда до Гаити или Пуэрто-Рико, преодолев над открытым океаном 2770 километров.

Даже откормившийся в процессе подготовки к перелету пестрогрудый лесной певун весит в среднем всего лишь около 17 граммов – приблизительно столько же, сколько весят 50 стандартных таблеток аспирина. Хотя считается, что рубиновогорлый колибри[58], весящий всего 3–4 грамма, перелетает во время своей собственной поразительной сезонной миграции через Мексиканский залив, в его случае речь идет о расстоянии всего лишь 850 километров. Как говорят авторы исследования, безостановочный трансокеанский полет пестрогрудого лесного певуна – это «одно из самых необычайных достижений в области перелетов на нашей планете»[59].

4

О войне в пустыне и муравьях

В нескольких днях хода от Галифакса, Новая Шотландия, и в сотнях километров от суши я сидел за штурвалом яхты, идущей в Англию, как вдруг на леер рядом со мною неуверенно села неизвестно откуда взявшаяся маленькая коричневая птичка. Она была настолько измождена, что даже не пыталась улететь при моем приближении. В отличие от глупышей, непринужденно планировавших вокруг яхты, бедняжке явно было не по себе посреди океана, но она отказалась от предложенной пищи и воды и в конце концов вспорхнула и продолжила свое безнадежное путешествие. Это вполне мог быть пестрогрудый лесной певун, сбившийся с курса или, может быть, допустивший ужасную навигационную ошибку и полетевший в совершенно неправильном направлении.

Первая задача, которую должен решить всякий навигатор, будь то человек или любое другое существо, – это выбрать верное направление. Этот процесс и называется ориентацией в пространстве[60]. Обычно в этом помогают визуальные ориентиры, но, если вы находитесь в незнакомом месте или в открытом море, где никаких ориентиров нет, вам потребуется какой-нибудь компас.

Солнце видно не всегда, но можно быть уверенным, что оно восходит на востоке и заходит на западе, а когда оно поднимается в небе выше всего (в полдень), оно всегда находится либо строго к северу, либо строго к югу от вас – правда, если дело происходит в тропиках, иногда оно может находиться прямо над головой[61]. Поэтому, по меньшей мере теоретически, солнце должно помочь вам определить направление.

Но использовать солнце в качестве компаса не так-то просто. По мере вращения Земли вокруг своей оси Солнце описывает в небе дугу, и точки горизонта, в которых оно восходит и заходит, как и высота траектории, по которой оно перемещается, зависят от времени года и географической широты. Например, в тропиках солнце почти вертикально поднимается утром и так же вертикально опускается после полудня. Напротив, в средних широтах оно описывает в небе более длинную и более низкую траекторию[62]. В полярных областях солнце либо не опускается за горизонт («полуночное солнце»), либо не поднимается над горизонтом целыми месяцами.

Типичные траектории движения солнца в течение дня в средних широтах Северного полушария

Перемещение солнца по небу определяется его изменяющимся азимутом: так называют угол между истинным севером и точкой горизонта, находящейся прямо под солнцем.

Предположим, вы находитесь в Англии в сентябре и подобно ласточке хотите направиться на юг; что получится, если вы будете прокладывать курс по солнцу? Если вы отправитесь в путь на заре, причем солнце будет находиться слева от вас (азимут 90°), вы начнете двигаться в приблизительно верном направлении. Но в течение дня азимут солнца будет постепенно изменяться, и ваш курс будет отклоняться вправо. В полдень, когда солнце окажется строго на юге (азимут 180°), вы уже будете направляться на запад, а к вечеру, когда солнце будет заходить на западе, окажется, что вы движетесь к северу. В итоге получится, что траектория вашего движения имеет приблизительно U-образную форму, что вряд ли можно назвать удовлетворительным результатом.

Надеяться удерживать постоянный курс можно, только учитывая постоянно меняющийся азимут солнца. Но как это сделать?

Для этого существует прибор, который называют солнечным компасом с поправками на время. Как ни удивительно, именно такое устройство повлияло на ход Второй мировой войны.

В 1940 году, после падения Франции, британская армия в Египте оказалась под серьезной угрозой со стороны гораздо более многочисленных итальянских сил, которые базировались на западе, в Ливии. Потеря Египта и всего Ближнего Востока казалась вполне реальной перспективой. Утратив доступ к Суэцкому каналу и нефтяным месторождениям Ирака, Британия могла потерпеть поражение, и державы оси стали бы тогда непобедимыми. В этом случае мир был бы сейчас совсем другим.

По счастливой случайности в этот критический момент в Каире оказался один замечательный человек – Ральф Багнольд (1896–1990). Это был опытный штурман, который в 1920-е и 1930-е годы исследовал по большей части не нанесенные на карты внутренние области Восточной Сахары на облегченных автомобилях «форд». Хотя Багнольд был всего лишь майором, он отважно пренебрег «официальными каналами» и ухитрился послать записку прямо новому главнокомандующему, генералу сэру Арчибальду Уэйвеллу.

Он рекомендовал сформировать из специально обученных добровольцев патрульное подразделение, которое должно было проникать глубоко за линию фронта на «оборудованных для условий пустыни машинах» для сбора разведывательной информации и нанесения точечных ударов. Уэйвелл немедленно вызвал его и был сильно впечатлен предложениями Багнольда[63]. Пользуясь полной поддержкой генерала, Багнольд быстро нашел необходимых людей и создал свое подразделение под весьма прозаическим названием – Группа дальней разведки пустыни (ГДРП)[64].

Вскоре после этого, когда итальянцы начали наступать на восток вдоль берега Средиземного моря, первые патрули ГДРП тайно отправились на запад через пустыню, расположенную в 500 километрах к югу. Серия неожиданных нападений, которые они совершили, оказалась в высшей степени результативной: итальянцы пришли в такое замешательство, что их наступление задержалось на несколько месяцев. Эта задержка позволила британцам дождаться подкреплений, и вскоре они смогли отбросить итальянскую армию назад. ГДРП продолжала играть важную роль и в дальнейших кампаниях в пустыне, но в конце войны была распущена. Возможно, именно поэтому ее замечательные достижения прославлены меньше, чем подвиги десантников Специальной авиадесантной службы, которая была создана приблизительно в то же время.

Точная навигация в пустыне была жизненно важна для успешных действий ГДРП. Она была необходима патрулям для выживания в чрезвычайно неблагоприятных условиях глубинных районов пустыни. Существовала, однако, одна трудность: они почти не могли использовать магнитные компасы. Эти приборы не только плохо переносили тряску во время переездов, но и не давали точной информации, так как стальные рамы грузовиков порождали большие отклонения. На практике на магнитный компас можно было полагаться только на некотором расстоянии от грузовиков. Поскольку патрулям нужно было быстро перемещаться, они не могли позволить себе слишком частые остановки. Поэтому им остро нужны были другие средства, которые позволили бы им держаться верного направления, – средства, которые хорошо работали бы на трясущемся и качающемся грузовике.

Решением этой задачи стал простой солнечный компас с поправками на время, который Багнольд разработал для своих путешествий по пустыне еще до войны. Он состоял из регулируемых круглых солнечных часов: на циферблат была нанесена шкала в градусах, на которую отбрасывала тень вертикальная игла. Кроме того, имелся набор карточек, по одной на каждые три градуса широты, на которых были записаны азимуты солнца в разное время дня.

Карточки использовались для калибровки компаса, хотя летом около полудня этот прибор становился бесполезным, потому что тень иглы была слишком короткой и не достигала шкалы, нанесенной по краю циферблата. Это давало бойцам долгожданный повод остановиться и укрыться от солнца, светившего почти прямо сверху. По ночам штурманы могли проверять свое положение, наблюдая за звездами[65].

В своем отчете о довоенных экспедициях Багнольд приводит красочное описание навигации в пустыне при помощи солнечного компаса:

Мы думали только о том, как бы не заснуть и удержать тонкую тень на циферблате солнечного компаса на стрелке, отмечавшей заданный курс, так как я знал, что найти этот маленький оазис будет трудно, и очень стремился попасть к нему как можно точнее. Для сравнения можно было представить себе, что мы отправляемся из Ньюкасла, ориентируясь только по компасу, и пытаемся найти маленький сад, расположенный где-то в огромной скалистой котловине размером с Лондон и лежащей на таком же расстоянии [около 450 километров]… Я проложил курс так, чтобы подойти к оазису с юго-запада… Но все вокруг было совершенно незнакомым; ничто не совпадало с моими воспоминаниями о нашем предыдущем пути к тому же месту. Судя по нашему отмеченному на карте положению, [оазис] должен был быть в восьми или десяти милях [приблизительно 13–16 километрах] к северо-западу, но на таком большом расстоянии мы вполне могли ошибиться на несколько миль… На следующее утро в полутьме были видны только смутные контуры близлежащих холмов. С северо-востока подул легкий ветер, и я отчетливо почувствовал присутствие верблюдов… [Поэтому я решил] ехать на запах, хотя местность и казалась незнакомой. Через несколько миль я заметил прямо впереди очертания оазиса[66].

Поскольку у других животных нет навигационных таблиц, по которым Багнольд калибровал свой солнечный компас, вполне можно подумать, что они никак не могут ориентироваться по солнцу. Однако не следует недооценивать могущество естественного отбора, особенно когда речь идет о созданиях, существующих уже сотни миллионов лет.

Первый намек на возможность использования животным солнечного компаса появился в работе влиятельного британского эрудита сэра Джона Леббока (1834–1913). Хотя Леббок очень сильно отличался от Фабра, жившего почти в то же время, он тоже был одним из первопроходцев в области исследования чудес навигации у насекомых. Леббок был банкиром, политиком, археологом, антропологом и биологом, а также близким другом, соседом и верным учеником Чарльза Дарвина. Хотя теперь он почти забыт, в свое время он был весьма известным общественным деятелем.

Леббок особенно любил муравьев и держал множество этих насекомых в своем загородном доме, где он, как и Фабр, исследовал их навигационные способности – хотя и существенно более упорядоченным образом. Тем, кому посчастливилось приехать к нему в гости на выходные, он устраивал экскурсии по своим любимым муравейникам со стеклянными стенками.

Леббок хотел выяснить, как черные садовые муравьи[67] находят обратную дорогу к своему муравейнику. Сначала он установил, что, в отличие от рыжих муравьев Фабра, они могут следовать по маршруту, отмеченному запахами, но потом заметил нечто странное: казалось, что свечи, которыми он освещал свою работу, также влияют на поведение муравьев. Это его озадачило, он провел еще несколько опытов и в конце концов заключил, что на ориентацию муравьев «весьма сильно влияет направление света»[68]. Леббок был слишком осторожен, чтобы делать более общие выводы, но, как показали дальнейшие исследования, свечи явно служили заменой солнцу. Это замечательное открытие было опубликовано в 1882 году.

Швейцарский доктор в Тунисе

К началу ХХ века навигацией у муравьев занимались сразу несколько ученых. Возможно, самым замечательным из них был чудаковатый швейцарский врач из Лозанны Феликс Санчи (1872–1940), который в 1901 году, в возрасте 29 лет, приехал в Тунис и поселился в древнем укрепленном городе Кайруан[69]. В этой изолированной крепости, так называемой Мекке Магриба, он и прожил почти до самой смерти, ухаживая за больными из местного населения.

В 1890-х годах, еще юным студентом, Санчи участвовал в грандиозной научной экспедиции в Южную Америку, в которой у него возник глубокий интерес к муравьям. Теперь, живя на краю Сахары, он смог посвятить свое свободное время наблюдениям за многочисленными видами, живущими в этой пустынной местности, и их коллекционированию. Вскоре Санчи начал публиковать научные статьи по навигации у муравьев. Его открытия были поистине революционными, но, поскольку о них рассказывалось в малоизвестных швейцарских журналах, в то время они по большей части оставались незамеченными.

Санчи был изобретательным экспериментатором и, в отличие от многих ведущих ученых своего времени, развивал свои теории, исходя из результатов пристального наблюдения за реальным поведением животных в их естественной среде обитания, а не лабораторных экспериментов, основанных на предположениях о том, что животные должны делать.

Несмотря на открытое Леббоком значение света, дискуссии о навигации у муравьев по-прежнему в основном сводились к спорам о роли, которую могут играть запаховые метки. Однако Санчи знал из своих полевых наблюдений, что пустынные муравьи, которыми он интересовался, не возвращаются в свои гнезда по тому же извилистому пути, по которому они уходили от них. На самом деле они перемещаются по более или менее прямому маршруту – так сказать, прямой наводкой. К тому же в условиях чрезвычайно сильной жары летучие химические вещества, которые должны лежать в основе любой ароматической метки, испарялись бы так быстро, что никакой практической пользы от них быть не могло.

Объяснить это удивительное поведение было трудно. Другой исследователь пустынных муравьев, французский инженер-строитель Виктор Корнец (1864–1936), также работавший в Северной Африке, не мог решить эту загадку. Он смог только предположить, что муравьи используют «абсолютное внутреннее чувство направления», но понятия не имел, как такой таинственный механизм на самом деле может работать. Это не удовлетворило Санчи, который задал один дерзкий вопрос.

Не могут ли муравьи использовать в качестве компаса солнце?

Санчи придумал простой, но блестящий способ проверить эту новаторскую идею. Он устанавливал экран, который загораживал муравью солнце, а затем при помощи зеркала показывал ему отражение солнечного света с противоположного направления. В большинстве случаев муравей послушно изменял свой курс на 180 градусов.

Вне зависимости от того, знал ли Санчи о более ранней работе Леббока, именно ему принадлежит заслуга представления первого доказательства того, что солнечный компас входит в навигационный инструментарий животных. Но он не остановился и на этом. Впоследствии Санчи показал, что муравьи способны успешно ориентироваться в сумерках после захода солнца. Они не теряли этой способности и днем, когда картонный цилиндр (который экспериментатор держал над идущими муравьями) позволял им видеть только маленький, пустой кружок неба.

Санчи пришел к выводу, что для сохранения курса муравьям не обязательно видеть сам солнечный диск. Ему было трудно объяснить эти результаты, но он предположил, что муравьи, возможно, используют перепады интенсивности света или какие-то другие небесные ориентиры – он даже задавался вопросом, не могут ли они каким-то образом видеть при дневном свете расположение звезд[70].

Открытия Санчи получили должное признание только после его смерти, и к тому времени сходное поведение было замечено и у медоносных пчел.

* * *

Самыми первыми птицами, перемещения которых стали отслеживать с использованием спутниковых технологий, были странствующие альбатросы[71]. Эти огромные птицы, вес которых может достигать 12 килограммов, на протяжении многих веков поражали моряков, видевших, как легко они планируют и парят над волнами, почти никогда не взмахивая своими гигантскими крыльями. Поскольку они могли сопровождать корабли в течение нескольких дней или даже недель, было ясно, что они способны перелетать на большие расстояния.

Но истинный масштаб путешествий, которые они могут совершать, стал ясен только в 1989 году, когда двум французским ученым, Пьеру Жувантану и Анри Ваймерскиршу, работавшим на удаленных островах Крозе в южной части Индийского океана, удалось во время брачного сезона прикрепить к шести самцам этого вида спутниковые трекеры[72].

Птицы, отягощенные 180-граммовыми передатчиками, вернулись в свои гнезда и терпеливо ждали там возвращения своих подруг. Когда те заняли их место, они полетели в море в поисках пищи. Информация, полученная от трекеров, поражала воображение – и намного превосходила существовавшие до тех пор оценки.

Одна из птиц пролетела за 33 дня более 15 000 километров, другая покрыла за 27 дней 10 427 километров, а еще одна преодолела 936 километров всего за одни сутки. Средняя скорость птиц доходила до 58 км/ч, а максимальная скорость в одном случае составила 81 км/ч. Используя штормовые ветры Южного океана, эти величественные птицы с трехметровым размахом крыльев без труда облетали весь Антарктический континент.

Днем альбатросы улетали гораздо дальше, чем ночью, останавливаясь лишь изредка, вероятно, чтобы покормиться. Однако они продолжали лететь и в темноте, только гораздо медленнее. Судя по всему, им удобнее прокладывать курс при дневном свете, что может означать, что они, по меньшей мере частично, используют для навигации солнце.

5

Танцующие пчелы

Одним из отцов-основателей этологии – научного изучения поведения животных в дикой природе – наряду с Конрадом Лоренцем (1903–1989) и Нико Тинбергеном был Карл фон Фриш (1886–1982). Необычайные достижения этой неутомимой троицы получили признание в виде Нобелевской премии, которой все трое были удостоены в 1973 году. Возможно, наиболее впечатляющим – и уж точно самым знаменитым – среди этих достижений было открытие языка танца медоносных пчел, но путь к нему занял многие годы[73][74].

Медоносные пчелы исследуют местность, окружающую их ульи, в поисках нектара и пыльцы, необходимых для существования роя, причем такие экспедиции могут уводить их на расстояния до 20 километров. Изучая, как пчелы различают разные цветы, фон Фриш приучил их прилетать к кормушкам, наполненным сахарным сиропом, который имитировал нектар, служащий топливом для их долгих полетов.

При этом фон Фриш сделал одно интересное наблюдение. Он заметил, что пчелы время от времени возвращаются к опустевшей кормушке, как бы проверяя, не наполнилась ли она снова, а когда он действительно доливал в нее сахарный сироп, у кормушки за поразительно короткое время появлялось множество пчел. Казалось, они каким-то образом знали, что́ он сделал.

В 1919 году фон Фриш взял напрокат специальный улей, позволявший ему наблюдать за деятельностью пчел внутри его – на вертикальной поверхности сот – через стеклянную панель. Он приучил нескольких пчел питаться в расположенной неподалеку кормушке и пометил их пятнышками красной краски. Затем он позволил кормушке опустеть, а потом снова наполнил ее. Вскоре одна из приученных к ней пчел, помеченных краской, прилетела к кормушке и вернулась в улей.

Наблюдая за поведением этой пчелы, фон Фриш не мог поверить своим глазам: это было «так прекрасно и увлекательно». Пчела кружила по поверхности сот, виляя брюшком, а другие пчелы возбужденно поворачивали к ней головы и прикасались к ее брюшку своими усиками. Если в толпе оказывалась одна из меченых пчел, она немедленно вылетала к кормушке, но вскоре к ней также начали прилетать и многочисленные немеченые пчелы.

Сначала фон Фриш заподозрил, что «мобилизованные» пчелы следуют за «разведчиком» к источнику пищи, но никаких доказательств, подтверждающих эту гипотезу, он найти не мог. Его мысли, как и мысли Фабра и Леббока до него, обратились тогда к обонянию. Поэтому затем он приучил пчел к кормушкам, установленным на поверхностях с сильными запахами – например, пропитанных экстрактом перечной мяты или бергамота. Эти ароматы наверняка должны были остаться на ногах и телах пчел.

«Мобилизованные» пчелы выказывали явное предпочтение к тем кормушкам, которые были помечены запахами. Впоследствии фон Фриш проводил похожие эксперименты в теплице, используя настоящие цветы, а не блюдечки с сахарным сиропом, и получил такие же результаты. Он заключил, что танцы пчел сообщали пчелам, остававшимся в улье, не только о наличии пищи, но и о ее качестве. Он предположил – вполне разумно, – что «мобилизованные» пчелы находили затем запасы пищи, просто ища источник запаха, который они обнаружили на теле танцующей пчелы.

Открытие у пчел способности к передаче информации было совершенно революционным. Хотя многим ученым было трудно поверить, что насекомые способны к такому сложному поведению, качество работ фон Фриша – а также блестящие лекции, книги и фильмы, в которых он популяризировал их, – принесли ему к 1939 году, когда началась война, всемирную славу. Но репутация не спасла его от нежелательного внимания со стороны нацистских властей. Когда кто-то выяснил, что предки Фриша в третьем поколении были евреями, обратившимися в христианство в начале XIX века, он подпал под действие антисемитских законов нацистского режима и чуть было не лишился профессорской должности в Мюнхенском университете. Сохранить работу ему удалось только потому, что он взялся за поиски способов увеличения производства меда для военных нужд.

Жизнь была трудной: к 1944 году до Мюнхена начали долетать бомбардировщики союзников, и дом фон Фриша был разрушен вместе с его библиотекой и недавно построенной лабораторией. По счастью, ему удалось укрыться вместе с семьей и некоторыми из учеников в своем очаровательном загородном имении в Бруннвинкле, на берегу озера у подножия Австрийских Альп, недалеко от Зальцбурга. Затем последовали высадка в Нормандии в июне 1944 года и сражения на севере Франции; все эти события стали мрачным фоном, на котором фон Фриш с коллегами начали серию наблюдений колоссальной важности, которые заставили его изменить и очень существенно доработать созданную им исходную теорию о значении танца пчел.

В августе 1944 года стояла погода, идеально подходящая для работы с пчелами, и один из коллег фон Фриша проводил эксперимент, в котором он хотел добиться, чтобы пчелы производили больше меда и опыляли больше цветов: для этого он хотел направить их к лучшим источникам нектара, расположенным на большем расстоянии от улья. Фон Фриш предложил приучить пчел прилетать к ароматизированной кормушке, поставленной около улья, а затем перенести эту кормушку на новое, более удаленное место.

Теория, которую он разработал задолго до этого, утверждала, что пчелы должны суметь найти кормушку на новом месте просто в результате поисков источника аромата, с которым они познакомились раньше. Однако результаты опыта его удивили: когда кормушку переместили, пчелы так и не прилетели к ней, и коллега фон Фриша остался ни с чем.

В течение этого лета фон Фриш приучал пчел кормиться из ароматизированных источников пищи; некоторые из них были рядом с ульем, а другие – на удалении до целых 300 метров. Он обнаружил, что, когда разведчики привыкали посещать удаленный источник пищи, «мобилизованные» ими пчелы часто начинали летать прямо к нему, не обращая никакого внимания на кормушку, расположенную гораздо ближе, хотя она была помечена тем же самым запахом. Это было очень странно. В отличие от того, что утверждала исходная теория фон Фриша, казалось, что «мобилизованные» пчелы не просто ищут любой источник пищи с правильным запахом: они активно выискивали дальний источник и игнорировали тот, который был ближе к их улью. Фон Фриш лаконично отметил в своем журнале, что пчелы, по-видимому, способны каким-то образом «обмениваться информацией о расстоянии».

Когда фон Фриш исключил возможность того, что пчелы ориентировались по ароматическому следу, оставленному в воздухе, стало ясно, что они и в самом деле реагируют на информацию о расстоянии. Более того, казалось, что им также небезразлично и направление. Мог ли танец разведчиков передавать информацию не только о качестве источника пищи, но и о направлении на него и его удалении от улья?

После войны фон Фриш упорно трудился над этими увлекательными вопросами. Используя кодовую систему цветовых меток, которая позволила ему идентифицировать большое число индивидуальных пчел-разведчиков, он показал, что скорость, с которой они танцуют, действительно тесно коррелирует с расстоянием до источника пищи, у которого они побывали непосредственно перед этим.

А летом 1945 года он произвел наблюдения, оказавшиеся едва ли не еще более удивительными. Пчелы, возвращавшиеся от одного конкретного источника пищи после полудня, исполняли прямолинейный сегмент своего виляющего танца, развернувшись на поверхности сот головою вниз, но в течение дня их положение постепенно изменялось – по мере того, как менялся азимут солнца.

Тогда фон Фриш исследовал зависимость направления танца от расположения кормушек, которые он разместил вокруг улья на главных румбах компаса: к северу, к югу, к востоку и к западу. Обнаружилась поистине поразительная вещь. Направление танца устойчиво отражало соотношение между направлением на источник пищи и положением солнца. Фон Фриш резюмировал свои наблюдения следующим образом: «Если прямолинейная часть танца направлена прямо вверх, то это, очевидно, означает: “Источник корма находится в том же направлении, что и солнце”. Если же она направлена вниз, то это, вероятно, означает: “Лети в противоположную от солнца сторону, чтобы найти корм”»[75][76].

Это давало ясное доказательство не только существования у насекомых некоего способа навигации по небесным светилам, но и, что было еще более замечательно, способности разведчика передавать информацию о местоположении источника пищи товарищам по улью.

Затем фон Фриш поместил улей в специально сконструированный кожух, что позволяло ему систематически манипулировать визуальной информацией, доступной пчелам во время исполнения виляющих танцев на горизонтально расположенных сотах. Он обнаружил, что при отсутствии в кожухе солнечного света (при этом там включалось красное освещение, позволявшее наблюдателю следить за происходящим, но невидимое для пчел) пчелы совершенно теряли ориентацию. Однако, когда он включал фонарик, пчелы сразу же согласовывали направление своих танцев с его светом, как будто это было настоящее солнце, – в точности так же, как муравьи Леббока. Перемещая свой фонарик, фон Фриш мог заставить пчел танцевать в любом направлении по своему выбору.

После этого фон Фриш заметил, что пчелам иногда удается правильно сориентировать направление своих танцев, когда они видят даже маленький кусочек неба. Тогда, повторяя гораздо более ранние опыты Санчи с муравьями (о которых он тогда ничего не знал), он установил в крыше трубку, которая позволяла пчелам увидеть только узкий кружок неба, в котором не было видно солнца. Пока небо было безоблачным, пчелы могли танцевать правильно, но, когда в кружке света оказывались облака, это снова дезориентировало их. Затем он попробовал показывать пчелам отраженное изображение участка неба, видного в трубу, и выяснил, что это приводило к смене направления их танца на противоположное.

Полоса наиболее сильной поляризации в безоблачном небе. Солнце находится за спиной наблюдателя

Когда фон Фриш обсудил эти загадочные факты с коллегами-физиками, они предложили объяснение, казавшееся правдоподобным. Они предположили, что пчелы воспринимают поляризованный свет[77].

К тому времени было давно известно, что свет, испускаемый солнцем, состоит из электромагнитных волн, колебания которых происходят в направлениях, перпендикулярных направлению солнечного луча. В свете, распространяющемся в пустом пространстве, присутствуют все возможные ориентации этих волн, но, когда он проходит сквозь атмосферу Земли, происходит фильтрация, подавляющая некоторые из его составляющих. Этот процесс называют поляризацией, и он приводит к образованию в небе характерного узора распределения векторов напряженности электрического поля (Е-векторов). Мы не можем увидеть этот узор невооруженным глазом, но можем при помощи поляризующих фильтров получить некоторое представление о том, как небо может выглядеть для животных, способных его видеть.

Попробуйте встать спиной к солнцу безоблачным утром, надев поляризующие очки. Если вы посмотрите на небо над головой, вы должны увидеть темно-синюю полосу, проходящую слева направо, от горизонта до горизонта. Медленно повернувшись затем на 90 градусов в любую сторону, влево или вправо, можно увидеть, как эта темная полоса постепенно светлеет. Темная полоса отмечает зону максимальной поляризации, а ее ориентация в небе определяется азимутом солнца.

Фон Фриш понял, что, если пчелы способны видеть такие узоры, им нет необходимости видеть само солнце: они могут определить его положение по одним лишь Е-векторам. Вскоре он смог доказать эту гипотезу при помощи поляризующих пленок, которые получил, когда ездил с лекциями по США, от Эдвина Лэнда, изобретателя фотоаппарата «Поляроид»[78].

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.

А еще нужно учесть работу рулевого. Некоторым рулевым удается точно удерживать судно на курсе, другие бывают менее надежны. В конце вахты штурманы могут заверить, что корабль стабильно шел с определенной скоростью на запад, но на самом деле он вполне мог следовать гораздо более беспорядочным курсом, и скорость его также могла колебаться. И конечно же, всегда приходится считаться с погодой. Когда судно попадает в шторм, отслеживать какие-либо параметры становится невозможно, а при полном штиле оно попросту дрейфует по воле невидимых течений. В таких условиях счисление пути становится абсолютно неприменимым.

Яркую иллюстрацию ненадежности счисления пути дала знаменитая экспедиция, которую возглавил в 40-х годах XVIII века коммодор Королевского военно-морского флота Великобритании Джордж Ансон. С трудом обогнув в ужасных погодных условиях мыс Горн, Ансон решил, что его маленькая, потрепанная непогодой флотилия достаточно углубилась в Тихий океан, чтобы можно было безопасно повернуть на север и пойти вдоль западного побережья Южной Америки. Однако его ожидал весьма неприятный сюрприз.

Глубокой ночью, когда Ансон считал, что они находятся в открытом море, вдали от земли, передовой корабль дал предупредительный пушечный выстрел: флотилия шла прямо на скалы архипелага Огненная Земля, навстречу верной гибели. Крушения удалось избежать, но лишь в последний момент. Ошибка счисления пути составила около 500 морских миль (926 километров). Впоследствии Ансону не удалось с первого раза найти острова Хуан-Фернандес, и эта задержка стоила жизни нескольким десяткам моряков, умерших от цинги.

Марк Твен ходит кругами

В 1950-х годах, в связи с созданием атомных подводных лодок, способных оставаться в подводном положении месяцами подряд, возникла навигационная задача совершенно нового рода. Хотя к тому времени навигация по небесным телам давно была доведена до совершенства, а также существовали различные способы определения местоположения по радиосигналам, все эти средства нельзя было использовать на судах, патрулирующих на больших глубинах под поверхностью моря[90].

Эта задача была решена при помощи навигационной системы, регистрирующей ускорение в трех измерениях – другими словами, изменения скорости и ориентации судна, – при помощи набора гироскопов. Интегрируя данные, поступающие от этих инерциальных датчиков, бортовой компьютер может отслеживать все маневры, которые совершает подводная лодка, и точно определять ее положение на любой момент. При этом, однако, необходимо учитывать вращение самой Земли, а кроме того, данные системы нужно время от времени обновлять, потому что в противном случае они постепенно «дрейфуют». Этот метод, который называют инерциальной навигацией, широко применяется в ракетах, авиалайнерах и даже космических кораблях.

Интересно отметить, что человек, как и многие другие позвоночные, использует похожий механизм под названием вестибулярный аппарат. Внутреннее ухо, подобно гироскопам на борту подводной лодки, способно регистрировать ускорение, хотя работает оно по другому принципу. Внутри полукружных каналов внутреннего уха имеются мелкие камешки, называемые отолитами; они оказывают давление на чувствительные волоски, которые посылают сигналы в мозг, а тот обрабатывает эти сигналы и получает информацию о направлении и скорости движения организма. Но это еще не все. Одновременно с этим поступают ценные сигналы обратной связи от суставов и мышц. Например, подсчитав число сделанных шагов, можно оценить пройденное расстояние, а по ощущению наклона почвы и усилиям, затрачиваемым на перемещение, можно судить о том, идем ли мы вверх или вниз по склону.

В принципе объединение информации об этих элементах «собственного движения»[91] позволяет организму отслеживать свое собственное местоположение. Однако на практике, как ни печально, эта система работает не слишком хорошо, что иллюстрирует следующая история.

После метели мир кажется совершенно иным. Многие из ориентиров, которые обычно использует путешественник, оказываются скрыты, и без хорошего знания местности – или навыков охотника-иннуита – легко попасть в беду.

Именно это и случилось со знаменитым американским писателем Марком Твеном (1835–1910) и его попутчиками в середине XIX века, когда они направлялись в город Карсон-Сити в Неваде.

Твен описывает в автобиографической книге «Налегке», как он и его спутники, в число которых входили прусский всезнайка Оллендорф и некий персонаж по имени Баллу, чуть было не замерзли насмерть. Дорогу скрывал толстый слой снега, а поскольку видимость была плохой, сориентироваться при выборе пути по дальнему горному хребту путешественники тоже не могли.

Дело явно принимало рискованный оборот, но Оллендорф сказал, что его чутье вернее всякого компаса и что он берется вывести нас к Карсон-Сити «как по струнке», самым прямым путем. Он уверял, что, случись ему отклониться хотя бы на пядь в ту или другую сторону, чутье станет язвить его, как нечистая совесть. Он поехал вперед, и мы, успокоенные его словами, бодро пустились вслед за ним. Сначала мы двигались довольно осторожно, но через полчаса мы увидели ямки от копыт в снегу, и торжествующий Оллендорф закричал:

– Говорил я вам, что мне можно верить, как компасу. Вот чьи-то свежие следы, и мы без всяких хлопот найдем по ним дорогу. Поедем побыстрей, догоним этих путников!

Твен и его товарищи пустили своих коней рысью и, видя, что следы, оставленные их предшественниками, становятся все более четкими, заключили, что постепенно догоняют их. Час спустя следы становились «все глубже и свежей», причем, к некоторому их удивлению, казалось, что всадников, едущих где-то впереди, становится все больше.

Зачем такое множество путников скачет по снежной пустыне, да еще в самую вьюгу? Наконец мы решили, что это эскадрон из форта, и пришпорили коней, чтобы поскорей догнать его. Но следов становилось все больше и больше, – эскадрон каким-то чудом превратился в полк! По мнению Баллу, верховых уже было никак не меньше пятисот! Вдруг он осадил лошадь и сказал:

– Да это наши следы, ребята! Вот уже добрых два часа, как мы кружим на одном месте в этой проклятой пустыне. Ну и ну! Просто гидравлика какая-то![92][93]

В литературе и фольклоре полно подобных историй, и они подтверждаются научными исследованиями, хотя причины их вызвали немало споров.

В 1920-х годах ученый по имени А. А. Шеффер считал, что у человека есть странная, врожденная «тенденция к движению по спирали», которая автоматически включается, когда мы не видим, куда идем. Именно она, утверждал он, заставляет нас «ходить кругами»[94]. Другие, однако, представляли доводы в пользу того, что вклад в сбои нашей навигационной системы могут вносить разная длина ног, изменения осанки, отвлекающие факторы или ошибки постановки ног (и это лишь несколько примеров).

Гораздо позднее Ян Соуман провел эксперимент[95], в котором он предлагал своим подопытным перейти с завязанными глазами через большое плоское летное поле. Никаких звуков, которые помогали бы им ориентироваться, не было, и исследователь обнаружил, что испытуемые были не в состоянии идти по прямой – даже на короткие расстояния. Они следовали по извилистым и, по-видимому, случайным траекториям и часто ходили по кругу; среднее максимальное расстояние, которое им удавалось пройти, составляло в целом около 100 метров.

Насколько Соуман мог сказать, в этих ошибках не было никакой систематичности; не было и никаких признаков того, что в деле замешаны какие-либо физические факторы – например, неравная длина или сила ног. Еще до этого другой исследователь проверял, как долго люди могут держать курс на цель после того, как эту цель внезапно спрячут. Оказалось, что эта способность сохраняется всего лишь в течение приблизительно восьми секунд[96].

Даже при наличии некоторой визуальной информации мы довольно плохо умеем придерживаться прямого курса – если только при этом не светит солнце или луна. Соуман изучал пешее передвижение людей с незавязанными глазами в двух радикально разных местностях, ни в одной из которых не было большого количества пригодных к использованию ориентиров – в лесу в Германии и в тунисской пустыне. Результаты этого исследования были интересны своим разнообразием.

При наличии облачности всем испытуемым было очень трудно идти прямо, но, когда выходило солнце, они показывали гораздо лучшие результаты и часто сохраняли одно и то же направление на поразительно больших расстояниях, даже в загроможденных и запутанных лесных зарослях. Один испытуемый, шедший ночью по тунисской пустыне, также справлялся со своей задачей весьма неплохо, пока ему была видна луна. Но, когда она скрылась за облаками, он несколько раз резко повернул и в конце концов двинулся в обратном направлении – туда, откуда и шел.

Эти результаты заставляют предположить, что люди по большей части могут ориентироваться по солнечному и лунному свету с некими быстрыми и приблизительными поправками на время. Однако наша неспособность придерживаться постоянного курса, опираясь только на внутренние сигналы, информацию о собственном перемещении, далеко не случайна. В этом процессе неизбежно возникают систематические ошибки, и они имеют тенденцию накапливаться. Поэтому направление в конце концов не может не исказиться. Отсюда следует, что животное (любого вида), стремящееся двигаться прямо к цели, непременно должно сверяться по внешним ориентирам, будь то видимые элементы ландшафта или нечто играющее роль компаса. В противном случае его путь рано или поздно примет форму, приближающуюся к спиральной[97].

Так что, возможно, Шеффер и был прав: может быть, у нас действительно есть врожденная склонность к движению по спирали.

* * *

В 2009 году при помощи трекера был зарегистрирован безостановочный перелет наземной птицы, которую называют малым веретенником[98], через весь Тихий океан от Аляски до Новой Зеландии. На преодоление расстояния 11 680 километров ей потребовалось всего лишь чуть более восьми суток[99]. Еще несколько птиц проделали перелеты, лишь немногим более короткие, так что этот случай явно не был редким исключением из правила. Для птицы, которой для создания подъемной силы необходимо махать крыльями, – в отличие от птиц, парящих и планирующих, как странствующие альбатросы, – путешествие такой длины кажется почти невероятным. Еще большее впечатление оно производит с учетом того, что веретенник не садится на воду, так как, намокнув, он не сможет снова подняться в воздух.

Такие необычайно длинные перелеты требуют от веретенников огромных физических усилий, и они вынуждены увеличивать уровень метаболизма в состоянии покоя в 8–10 раз, только чтобы оставаться в воздухе. Такие усилия им приходится прилагать на протяжении всего путешествия. Чтобы накопить необходимые для этого запасы энергии, перед отлетом птицы набирают огромное количество жира, а их жизненно важные органы сжимаются, чтобы свести взлетную массу к минимуму. К тому моменту, как они долетают до Новой Зеландии – скорее мертвыми, чем живыми, – они теряют треть массы своего тела[100]. Однако этим птицам также приходится находить дорогу на протяжении тысяч километров открытого моря, да еще и справляться по дороге с воздействием неблагоприятной погоды. Как им это удается, по-прежнему неясно, хотя интересно отметить, что они точно подбирают время отлета с Аляски так, чтобы воспользоваться помощью попутных ветров[101].

Но почему веретенники предпочитают летать прямо через открытый океан, когда они могли бы следовать вдоль берегов Азиатского континента? По-видимому, этот выбор определяют несколько факторов. Судя по всему, прямой маршрут позволяет птицам не только сэкономить ценное время, но и снизить суммарные затраты энергии. Кроме того, полет над морем помогает им избежать встречи с хищниками, например сапсанами[102], и уменьшает опасность подхватить паразитов или заболевания. Однако при обратном перелете на север соотношение преимуществ и недостатков, видимо, меняется на обратное: в эту сторону они пролетают бо́льшую часть пути вдоль берега.

Любые перемены сезонных ветров над Тихим океаном, вызванные изменениями климата, приведут к нарушению трансокеанской миграции малого веретенника. Угрожает ей и быстрое исчезновение водно-болотистых территорий в Китае, на которых эти птицы останавливаются для пополнения сил по пути на север.

7

Скаковая лошадь мира насекомых

Несмотря на все недостатки счисления пути, это единственный практически применимый способ, позволяющий путешественнику отслеживать свое местоположение, – если у него нет каких-либо независимых средств определения своих точных координат, например возможности использовать внешние ориентиры или аппаратуру спутниковой навигации. К тому же на очень коротких расстояниях, пока не накопятся разнообразные ошибки, счисление пути может работать весьма эффективно. Поэтому вопрос о том, способны ли другие животные использовать счисление пути, не лишен смысла. Тот факт, что живущие в пустыне муравьи[103] могут проходить в своих экспедициях за пищей сложными, извилистыми маршрутами, а потом возвращаться домой прямым курсом, позволяет считать их возможными кандидатами на эту роль. Чтобы узнать побольше о навигационных способностях муравья, я поехал в Цюрих, к величайшему в мире специалисту в этой области – Рюдигеру Венеру.

Упорное стремление Венера понять ориентационное поведение муравьев поистине впечатляет. Подобно фон Фришу, он провел сотни полевых экспериментов, но в дополнение к этому он обращается для исследования многочисленных и разнообразных навигационных механизмов, которые позволяют пустынным муравьям выживать в чрезвычайно жестокой окружающей среде, к достижениям нейробиологии, анатомии, молекулярной биологии и даже робототехники. Хотя в научном мире много говорят о междисциплинарных исследованиях, мало кто из исследователей преследует этот идеал так же настойчиво и успешно, как Венер.

Хотя мой поезд должен был прийти поздно ночью, Венер настоял, что встретит меня на центральном вокзале Цюриха. Его высокая фигура в очках была безошибочным ориентиром посреди огромной, почти пустынной платформы. На следующее утро, позавтракав в университетской столовой, мы отправились к нему домой и провели весь день в его кабинете, из которого открывается вид на озеро и возвышающиеся на западе горы, за разговорами о его работе. Книги, стоящие по стенам его кабинета, по большей части научные издания, но среди них было множество пьес и романов, а также работ по философии и истории искусств. Наша беседа продолжалась без перерывов за обедом и за ужином, и, хотя вечером я вернулся в свою гостиницу совершенно изможденным, в голове моей роились мысли и мне было трудно заснуть.

То, о чем рассказывал мне Венер, вызывало острое чувство собственной неполноценности: маленькие насекомые оказались способны на чудеса навигации, которые человеку удаются только при помощи приборов. Но на меня помимо моей воли произвело глубокое впечатление не только это, но и изобретательность и упорство ученых, сделавших все эти открытия.

Венер родился в 1940 году в Баварии, но его первое воспоминание – как его выкапывают из-под развалин в Дрездене после британской бомбардировки и последовавшего за нею огненного смерча, которые почти полностью стерли этот город с лица земли. Когда он учился в начальной школе, он жил за городом, в доме, окруженном большим садом. Именно в этой «очаровательной буколической обстановке» у него впервые проявился интерес к естественной истории.

Затем его семья перебралась в Западную Германию, и там он проводил свободное время вместе со школьными друзьями, изучая певчих птиц, – «мы определяли величину кладки, время гнездования, пищевое поведение, а также время прилета и отлета перелетных видов». Хотя его отец был филологом, а один из дедов – профессором лингвистики, Венера уже в юности чрезвычайно привлекали естественные науки, и в 1960 году он поступил во Франкфуртский университет. Там он слушал лекции по зоологии, ботанике и химии, и область его интересов «все более смещалась от полевых исследований к лабораторным, от естественной истории к физиологии, в особенности биохимии и нейрофизиологии». Однако в то время он и представить себе не мог, что главным предметом его работы станут насекомые.

Ученые – по меньшей мере лучшие из них – тратят на взращивание молодых талантов не меньше времени, чем на свои собственные исследования. Фон Фриш, несомненно, привлек к себе и воспитал множество превосходных учеников, которые занимались затем уже своими собственными важными исследованиями. Одним из тех, кто продолжил работу на основе результатов, полученных фон Фришем, был Мартин Линдауэр, а он, в свою очередь, взял под свое крыло молодого Рюдигера Венера.

В 1963 году Мартин Линдауэр стал директором франкфуртского Института зоологии, и его работа по изучению сенсорных способностей медоносных пчел привлекла внимание Венера. Его приводила в восторг перспектива проведения строгих научных экспериментов на свободно перемещающихся животных. Начиная с этого момента Венер стремился разобраться во всех механизмах, порождающих поведение, – цепочке причинно-следственных связей между органами чувств и теми клетками мозга, которые непосредственно обеспечивают двигательную активность. Под руководством Линдауэра Венер написал диссертацию, в которой исследовал, как медоносные пчелы различают разные геометрические формы, а затем стал работать в Цюрихском университете, в котором и остается до сих пор[104].

В тот день в начале лета, пока мы сидели вместе, глядя на спокойные воды озера, Венер рассказал мне, как через несколько месяцев после защиты диссертации Линдауэр отвез его на встречу с фон Фришем в его знаменитом австрийском имении Бруннвинкль. Это было по большей части символическое мероприятие, и, слушая рассказ Венера, я вспомнил о церемонии «рукоположения», которой отмечается передача апостольской благодати священнослужителям христианской церкви.

Хотя старый мастер был поразительно изобретательным экспериментатором, с современными статистическими методами он ощущал себя совершенно не в своей тарелке. В конце разговора фон Фриш с непроницаемо серьезным лицом спросил молодого ученого: «А что, доктор Венер, сколько, по-вашему, ног у насекомого?»

Это был, мягко говоря, неожиданный вопрос. Венер, которого он застал совершенно врасплох, неуверенно сказал, что, по мнению большинства, ног у насекомого шесть. На что фон Фриш ответил с улыбкой: «В наши дни я не был бы так уверен. Я бы сказал 5,9 плюс-минус 0,2!» Хотя эта беседа проходила в то самое время, когда его работы подвергались столь острой критике в США, фон Фриш, по-видимому, не утратил своего едкого юмора.

В начале работы в постдокторантуре Венер собирался пойти по стопам фон Фриша и изучать медоносных пчел, но, как это часто бывает, направление его научной карьеры изменилось благодаря случайности. Он планировал провести некие эксперименты весной, когда в Европе пчелы еще не летают, и отправился в израильский город Рамлу, где и установил свою аппаратуру посреди апельсиновой рощи. Место оказалось неудачным. Деревья были густо покрыты цветами, и пчелы, естественно, предпочитали этот готовый источник природного нектара и не обращали никакого внимания на сахарный сироп, который предлагал им Венер.

Он удрученно размышлял, как бы ему приманить пчел, как вдруг его внимание привлекли какие-то длинноногие муравьи. Глядя, как они бегают вокруг, он все больше и больше заинтересовывался их поведением и начал ставить кое-какие предварительные опыты, чтобы исследовать их навигационные способности. Результаты выглядели многообещающе, хотя в то время Венер еще ничего не знал о тех животных, которых он начал изучать. Он не знал даже их научного названия – Cataglyphis.

Хотя в тот момент он еще этого не понимал, он нашел идеальный объект для своих исследований.

Вернувшись в Цюрих, Венер объявил, что параллельно с уже начатой работой над медоносными пчелами он хочет изучать Cataglyphis. Все его научные руководители советовали не тратить время на исследование такого «странного организма». Венер выслушал их советы, но не последовал им. Это решение впоследствии оказалось верным, но для его воплощения в жизнь ему нужно было получить финансирование. Кроме того, Венеру нужно было найти место, где живут муравьи-бегунки, но менее удаленное, чем Израиль. Он раскрыл географический атлас, и ближайшим из удобных с практической точки зрения мест оказался Тунис – тот самый Тунис, в котором за шестьдесят лет до того жил и работал Санчи, хотя в то время Венер ничего о нем не знал.

Североафриканские приключения

В 1969 году Венер в сопровождении пары студентов отправился на машине, а затем на пароме в Северную Африку. Они проехали на юг до солончака Шотт-эль-Джерид, расположенного вблизи оазиса Габес на юге Туниса, и именно там они впервые встретили занятого поисками пищи муравья-бегунка, которого они впоследствии идентифицировали как вид Cataglyphis fortis. Это длинноногое насекомое стремительно бегало в поисках пищи под обжигающим солнцем и в конце концов нашло останки мертвой мухи. Венера поразило, что после этого муравей побежал прямо к своему гнезду, представлявшему собой всего лишь маленькую дырочку в земле, бывшую от него на расстоянии более 100 метров. Муравей никак не мог видеть вход в гнездо на таком расстоянии – как же ему это удалось?

В течение шести недель они работали в пустыне возле Габеса, но любопытные проезжие так часто прерывали их работу, что Венер решил поискать более изолированное место. В том же году он еще раз вернулся в Тунис с маленькой группой студентов. Вскоре они нашли идеальное место – засоленные песчаные равнины у прибрежного города Махареса (тогда он был всего лишь деревней) – и разбили там лагерь. В то время Венер и не подозревал, что эта экспедиция станет первым шагом целой научной карьеры, посвященной в основном муравью-бегунку, и что он будет возвращаться в Тунис каждое лето на протяжении более чем 30 лет.

В 1968 году Махарес вовсе не был популярным курортом, но Венер и его жена Сибилла, которая тоже занималась биологией и работала вместе с ним почти во всех его экспедициях в пустыню, были людьми крепкими и предприимчивыми. В этих местах было непросто достать продукты, а во время работы в пустыне они страдали от изнурительной жары. При помощи местного администратора они смогли найти себе простое жилье на верхнем этаже дома одного местного жителя, но обитатели деревни относились к их деятельности с большим изумлением, а иногда и с подозрением. Как-то раз местная полиция приняла Венеров за шпионов, и только благодаря языковым талантам Сибиллы им удалось избежать крупных неприятностей.

Задолго до этого Санчи продемонстрировал, что живущие в пустыне муравьи способны находить обратную дорогу к гнезду, даже когда им виден только маленький кружок неба, ограниченный картонным цилиндром. Впоследствии фон Фриш выяснил, что медоносные пчелы пользуются своего рода солнечным компасом с поправками на время, работающим с поляризованным светом. Логично было предположить, что и муравьи используют ту же систему, хотя точно этого никто не знал. Тайной оставался и механизм работы такой системы – даже у пчел. Таким образом, перед исследователями стояла достойная задача.

Венер решил сначала исследовать, какую роль в решении навигационных задач играет зрение муравья. Разумеется, следить за муравьями гораздо легче, чем за пчелами, и вскоре Венер уже сопровождал их по запекшимся пескам, используя хитроумно сконструированную рамку на колесиках, на которой были установлены разнообразные фильтры: это позволяло удерживать фильтры над бегущими муравьями. Кроме того, эта «колесная оптическая лаборатория» закрывала муравьев от ветра и загораживала им все элементы ландшафта, которые они могли использовать в качестве визуальных ориентиров. При помощи этого устройства Венер установил, что навигационные способности муравьев действительно отчасти обеспечиваются их чувствительностью к поляризованному свету.

Вернувшись в лабораторию, Венер нашел при помощи электронного микроскопа последовательность клеток, расположенных вдоль обращенного к небу (дорсального) края муравьиного глаза: казалось, что они идеально подходят для реагирования на свет такого рода. Закрашивая разные участки сложных фасеточных глаз муравьев, Венер смог продемонстрировать, что эта область, так называемая «зона дорсального края глаза» (Dorsal Rim Area, DRA), не только является ключевым элементом системы, позволяющей муравью воспринимать поляризованный свет, но и обеспечивает работу солнечного компаса с поправками на время. Это открытие, которое вскоре было распространено и на медоносных пчел, имело революционное значение. Почти у всех насекомых, исследованных с тех пор, были найдены сходные специализированные области, отвечающие за восприятие поляризованного света. Собственно говоря, DRA – это основа стандартного компаса насекомых, созданного эволюцией, вероятно, очень и очень давно.

Затем Венер хотел выяснить, какая именно часть мозга муравья обрабатывает сигналы, поступающие из DRA, но мозг этот настолько мал – меньше, чем самая маленькая булавочная головка, – что исследовать поведение отдельных клеток, входящих в его состав, невозможно. Вместо этого Венеру и его коллегам пришлось полагаться на аналогии с результатами, полученными при работе с гораздо более крупным мозгом сверчков и саранчи, чтобы получить представление о том, какие процессы лежат в основе муравьиного компаса на поляризованном свете. Вскоре они идентифицировали клетки мозга, реагирующие на поляризованный свет, а за прошедшее с тех пор время стало многое известно о нейронных сетях, участвующих в обработке информации, получаемой с поляризованным светом[105].

Разумеется, муравья нельзя считать уменьшенной копией человека, прокладывающего курс по небесным светилам. Он не выполняет сложных вычислений, чтобы учесть перемещение солнца по небу. Ему это и не нужно, потому что в его распоряжении имеется гораздо более простая система.

Она состоит из двух частей. Сначала муравей-бегунок использует то, что Венер назвал по аналогии с инженерным устройством «согласованным фильтром»[106]. Муравей буквально сопоставляет то, что видит, с моделью небесных узоров Е-векторов, встроенной в его глаза. Этот физический шаблон автоматически определяет направление на солнце, и муравей прокладывает свой курс в соответствии с этим направлением.

Затем, как и у медоносной пчелы, в действие приводится второй механизм. Это внутренние часы, «тикающие» в мозге муравья, которые позволяют ему учитывать изменения азимута солнца. В нормальных условиях они работают весьма хорошо, но муравей может потерять ориентацию, когда не видит всего поляризационного узора – например, когда часть неба закрыта облаками.

Муравей-бегунок, отправившийся на поиски пищи, использует солнечный компас для прокладки верного курса по лишенным отличительных черт пустынным солончакам – так же, как это делали штурманы ГДРП Багнольда. Но один только компас не помог бы ему найти обратную дорогу домой: для счисления пути нужен еще и способ измерения расстояния. Как же муравью удается решить эту задачу?

Одно из средств, которые муравей может использовать, – это визуальный эффект, который ученые называют «оптическим потоком». Звучит внушительно, но идея очень проста: когда мы движемся, нам кажется, что окружающие нас предметы движутся относительно нас в обратном направлении со скоростью, которая зависит, с одной стороны, от их удаленности от нас, а с другой – от скорости нашего собственного движения. Когда мы смотрим по сторонам, кажется, что объекты, расположенные ближе, движутся быстрее, чем те, что находятся дальше от нас, а то, что расположено прямо перед нами, увеличивается в размерах по мере нашего приближения. Хитроумные эксперименты доказали, что медоносные пчелы используют этот «поток» как для огибания препятствий и совершения мягкой посадки, так и для отслеживания расстояния, преодоленного в поисках пищи[107]. «Измерения» оптического потока – один из факторов, определяющих рисунок танца, который они исполняют на поверхности улья.

Муравьи-бегунки также используют оптический поток для определения расстояния, пройденного в поисках пищи, но, как выясняется, это не главное их средство. У них есть кое-что еще.

Муравьиный одометр

Предположение о том, что муравьи, возможно, умеют измерять расстояния путем подсчета шагов, так же как штурманы ГДРП использовали одометры своих грузовиков (подсчитывавшие число оборотов колес), чтобы определить, как далеко они уехали, было высказано еще в 1904 году. Гипотеза казалась интересной, но никто не мог ее проверить, пока одному из учеников Венера, Матиасу Виттлингеру, не пришла в голову блестящая идея физически изменить длину шага муравьев и он не придумал практически осуществимый, хотя и жестокий способ это сделать[108].

Сначала Виттлингер приучил обычных муравьев ходить к кормушке, расположенной в десяти метрах от их гнезда, и обратно. Затем он перенес их в установленный в том же месте тестовый желоб с высокими стенками, не позволявшими им видеть какие-либо ориентиры, которые выдали бы расположение гнезда. Поместив муравьев в ближний к кормушке конец желоба, он измерил расстояние, которое они проходили по направлению к дому, прежде чем начинали искать гнездо. А затем эти обученные муравьи подверглись операции, которую стыдливо назвали «экспериментальной обработкой».

Виттлингер либо прикреплял к их ногам ходули, сделанные из свиных щетинок, тем самым увеличивая длину их шага, либо укорачивал их ноги, что давало противоположный результат. По-видимому, муравьи переносили эту безжалостную процедуру с поразительным хладнокровием. Затем всех муравьев – и поставленных на ходули, и ампутантов – выпускали в тестовый желоб с дальнего его конца. Виттлингер хотел проверить, как изменение длины ног повлияет на расстояние, которые муравьи проходят до начала поисков гнезда. Результаты оказались поразительными: муравьи на ходулях уходили далеко за место расположения гнезда, а передвигавшиеся на культях, напротив, не доходили до него. Как и предсказывала теория, муравьи на ходулях, по-видимому, переоценивали расстояние до гнезда, а ампутанты ошибались в обратную сторону.

Но этим дело не закончилось. Потом Виттлингер позволил «обработанным» муравьям самостоятельно пройти от гнезда до кормушки, соответственно, удлиненными или укороченными шагами. В этом случае они вели себя почти точно так же, как нормальные муравьи, и правильно оценивали местоположение гнезда. Это было логично, потому что путь от гнезда до кормушки и обратный путь занимали одно и то же число шагов, будь то на удлиненных или на укороченных ногах.

При помощи солнечного компаса и одометра муравей-бегунок может найти прямой путь к отправной точке своего путешествия, то есть к гнезду. Более того, он способен найти этот путь независимо от того, каким запутанным был его маршрут от дома. Превосходный пример действия счисления пути. Однако, как и счисление пути, применяемое человеком, муравьиная система несовершенна. В ней накапливаются ошибки, и, поскольку Cataglyphis могут уходить за сотни метров от своего гнезда, суммарная величина этих ошибок может становиться значительной.

Чтобы выяснить, как муравьи справляются с этим недостатком, Венер установил по обе стороны от муравьиного гнезда, на равном расстоянии от него, два черных цилиндра. Муравьи вскоре научились использовать эти заметные ориентиры для обнаружения своего дома. Однако было неясно, на какие именно характеристики цилиндров муравьи обращали внимание. Возможно, они определяли местоположение гнезда, измеряя его удаление от двух цилиндров, а может быть, они определяли углы между цилиндрами и гнездом, то есть использовали своего рода метод триангуляции. Тогда Венер и его коллеги перенесли муравьев на опытную площадку, расположенную на большом расстоянии от их настоящего дома, и воссоздали там ту же конфигурацию, но с некоторыми изменениями.

Когда исследователи удвоили расстояние между цилиндрами (не изменяя их размеров), муравьи не стали, как можно было бы ожидать, искать гнездо посередине между ними. Вместо этого они скапливались вблизи одного или другого цилиндра. Но когда размеры цилиндров тоже увеличили в два раза, муравьи повели себя совсем по-другому: теперь они стремились к точке, расположенной посередине между ними.

Венер заключил, что муравьи ищут положение, из которого цилиндры выглядят так же, как они выглядели на первом, обучающем этапе эксперимента. Перемещенные муравьи искали свое гнездо, пытаясь совместить двумерный «снимок» исходной конфигурации с тем, что они видели теперь. Поэтому они бегали взад и вперед, пока им не удалось добиться наилучшего совпадения заученного «шаблона» с изображением цилиндров, которое регистрировали их сложные фасеточные глаза.

Как мы помним, потовые пчелы Уоррента, отправляясь в свои экспедиции, разворачивались и смотрели на свое гнездо с разных сторон. Муравьи-бегунки делают нечто очень похожее. Они совершают «тренировочные прогулки», во время которых они ходят вокруг своего гнезда постепенно расширяющимися кругами. Время от времени они ненадолго останавливаются и смотрят в сторону почти невидимого входа в гнездо. Таким образом они запоминают виды, открывающиеся с разных точек.

Возвращаясь после поисков пищи, они вспоминают эти изображения и используют их, чтобы найти обратную дорогу. Такая система сопоставления изображений не требует от муравья понимания геометрических взаимосвязей между ориентирами. В этом отношении муравей отличается от медоносной пчелы, которая, как это ни удивительно, способна запомнить положение нескольких ориентиров относительно источника пищи, так же как запоминает его североамериканская ореховка[109].

На основе этих результатов Венеру и его коллегам удалось даже запрограммировать движущегося робота, в котором были воспроизведены компас на основе поляризованного солнечного света и система распознавания ориентиров, используемые муравьями. Эта машина, получившая игривое название «сахабот» (сокращение от «сахарского робота»), может выполнять те же самые маневры, что и настоящий муравей[110]. Кроме того, исследователи открыли множество других аспектов навигационного инструментария муравья, в том числе его способность использовать в качестве дополнительных подсказок при поисках цели направление ветра, вибрацию и запахи. При определении пройденного расстояния муравьи умеют даже учитывать волнистую форму поверхности, по которой они перемещаются. А по последним сведениям оказывается, что эти удивительные животные также способны ориентироваться, используя магнитное поле Земли[111]. Их талантам, кажется, нет конца.

Муравей-бегунок живет в чрезвычайно суровых условиях и часто сталкивается с такими высокими температурами, что лишь в течение короткого времени может находиться на открытом воздухе. Поэтому у него есть длинные ноги, которые удерживают его тело подальше от земли, а также позволяют ему очень быстро бегать: Венер удачно назвал этого муравья «скаковой лошадью мира насекомых». Один из видов даже имеет особой формы волоски на теле, которые помогают регулировать температуру тела[112]. Способность находить кратчайший путь к гнезду, в котором муравей оказывается в безопасности, – это не просто вопрос экономии ресурсов; от нее зависит сама жизнь муравья.

На Дарвина произвели глубокое впечатление «удивительно разнообразные инстинкты, умственные способности и страсти муравьев»; он писал, что центральная нервная система муравья – «один из самых удивительных комплексов вещественных атомов, может быть, удивительнее, чем мозг человека»[113]. Он, несомненно, счел бы сообщения об открытиях Венера восхитительными – и чрезвычайно интересными.

Как пишет Стенли Хайнце, нейробиолог, изучающий навигацию у насекомых в Университете Лунда, «одна из основных функций любого мозга заключается в получении информации от органов чувств, ее использовании для формирования оценки текущего состояния мира и сравнения его с желательным состоянием мира. Если эти два состояния не совпадают, предпринимаются компенсаторные действия, которые мы и называем поведением»[114]. Это описание применимо к насекомым в той же мере, что и к более сложным животным, например человеку.

По сравнению с птицами и млекопитающими у насекомых совсем крошечный мозг. Если мозг человека содержит около 85 миллиардов нейронов, у муравья-бегунка их всего около 400 000. Но хотя их мозг мал и далеко не столь многофункционален, как у нас, он превосходно приспособлен к тому ограниченному набору операций, который ему приходится выполнять. Хотя большей частью их поведением управляют «аппаратные» нейронные сети мозга, муравьи и пчелы (и другие насекомые) могут, как мы видели, учиться на опыте и формировать потрясающе разнообразный репертуар навигационного поведения. Неудивительно, что разработчики роботов и беспилотных транспортных средств то и дело заимствуют идеи именно у них[115].

В головном мозге самых разных насекомых, например муравьев-бегунков, мушек-дрозофил, мотыльков, пчел, саранчи и тараканов, имеются два образования, которые, по-видимому, играют очень важную роль в навигации. Грибовидные тела связаны с хранением долговременных воспоминаний, основанных на обонятельных и зрительных ощущениях, а центральный комплекс определяет маршрут, которым следует насекомое, часто с использованием поляризационных узоров солнечного света. Поскольку эти образования встречаются так широко, предполагается, что они могли возникнуть на очень ранних стадиях эволюционного процесса. Как именно животное выбирает, в какую сторону двигаться, и инициирует соответствующие движения, пока остается тайной, но в этом процессе, по-видимому, играет ключевую роль взаимодействие между грибовидными телами и центральным комплексом[116].

* * *

Живущие в Юго-Восточной Азии и Автралазии гребнистые крокодилы [117] – самые крупные в мире рептилии. Кроме того, они имеют неприятную привычку есть зазевавшихся людей. На вид они кажутся очень малоподвижными, но на самом деле на короткие расстояния они способны передвигаться весьма быстро, а в более спокойном темпе могут преодолевать сотни километров.

В 2007 году было опубликовано интереснейшее исследование, показавшее, что они к тому же замечательно хорошо умеют находить дорогу домой. Были пойманы три взрослых самца, к которым прикрепили спутниковые трекеры. Затем их перевезли в сетках, подвешенных к вертолету, в разные точки выпуска на полуострове Кейп-Йорк в австралийском штате Квинсленд. Через некоторое время, в течение которого они, по-видимому, обдумывали свои дальнейшие действия, все три крокодила отправились в путь и вернулись в точности в те же места, где были пойманы.

Один из крокодилов проплыл вдоль берега 99 километров за 15 суток; другой преодолел 52 километра всего за пять суток. Их результаты были весьма впечатляющими, но меркли по сравнению с тем, что проделал третий крокодил. Его отвезли за полуостров Кейп-Йорк, с западной стороны на восточную, на расстояние 126 километров, если измерять его по прямой, то есть по суше. Крокодил, разумеется, не мог вернуться тем же путем, но и ему тоже удалось попасть домой: он проплыл вокруг северной оконечности полуострова и вернулся на юг вдоль его противоположного берега. Расстояние 411 километров он преодолел всего за 20 суток.

Хотя никто не знает, как именно эти животные нашли дорогу к дому, из этого эксперимента можно извлечь ценный практический урок: «переселение» крокодилов, представляющих опасность для людей, очевидно, не имеет большого смысла[118].

8

Курс по форме неба

Больше половины рода человеческого лишено самого великолепного зрелища, какое только может предложить природа. Живя в крупных и мелких городах, в которых ночное небо сияет рукотворным цветом, мы в большинстве своем можем увидеть лишь горсточку из многих тысяч звезд, видимых в местах, не затронутых световым загрязнением. Мы медленно, но верно закрываем жалюзи на окне, которое некогда открывало нам вид на Вселенную.

В 1994 году, когда в результате землетрясения в Лос-Анджелесе вышла из строя система энергоснабжения, вид по-настоящему темного неба оказался настолько незнакомым местным жителям, что многие из них звонили в службу спасения с сообщениями о странном «гигантском серебристом облаке», появившемся в небе. Значило ли это, что вот-вот высадятся инопланетяне? Нет, но это действительно было нечто такое, чего они никогда не видели раньше, – Млечный Путь[119].

По данным недавнего исследования[120], полученным из спутниковых изображений, более 80 % населения мира и более 99 % жителей США и Европы живут под небом, загрязненным светом. Млечный Путь скрыт от трети человечества, в том числе от 60 % европейцев и почти 80 % североамериканцев. Проклятие светового загрязнения подобралось к нам настолько постепенно, что почти никто не осознает, как дорого оно нам обходится; а оно неуклонно становится все страшнее[121]. Световое загрязнение вредно для здоровья человека[122]; еще сильнее от его пагубных последствий страдают другие животные, которым для разных целей, в том числе навигации, необходимо естественное освещение[123]. Многие из них умирают из-за того, что искусственное освещение нарушает естественный распорядок их жизни. На эту серьезную экологическую проблему обращают гораздо меньше внимания, чем она того заслуживает[124].

Чтобы увидеть бархатистую черноту неба, полного звезд, нужно уехать в пустыню или в горы или уйти далеко в открытое море. Если вам посчастливится попасть в одно из таких удаленных мест ясной ночью, вы поймете, как именно небеса когда-то выглядели для всех.

Поначалу вам будут видны только самые яркие звезды, но постепенно ваши глаза адаптируются, и звезд будет становиться все больше и больше, пока наконец все небо не заполнится тысячами мерцающих световых точек. Тогда вы начнете замечать различия между разными звездами, не только по яркости, но и по цветам. Одни имеют красноватый оттенок, другие – желтоватый, а третьи – самые горячие – сияют ледяным, иссиня-белым светом. Хотя невооруженным глазом мы можем увидеть только своих ближайших небесных соседей, даже они находятся от нас на невообразимо большом расстоянии: например, звезда Денеб расположена более чем в тысяче световых лет. Поскольку свет проходит за каждую секунду около 300 000 километров, это действительно очень далеко.

Я впервые увидел такое небо в открытом океане – и это стало для меня настоящим откровением. Хотя я давно уже увлекался звездами, до этого я не осознавал, какое ошеломляющее зрелище они могут представлять во всем своем великолепии. Затем, продолжая наблюдать за ними час за часом, я впервые в жизни увидел, как они движутся.

Все небо вместе со всеми своими звездами величественно поворачивалось вокруг неподвижной Полярной звезды – в такт медленному вращению Земли. И я, сидевший на борту маленькой яхты посреди огромного океана, глядя в глубины космоса, с сокрушительной силой ощутил свою ничтожность. Но, как ни странно, это чувство вовсе не было удручающим. Более того, оно было на удивление умиротворяющим.

Человек смотрит на звезды уже очень долго – 300 000 лет или около того, если верить последним оценкам возраста вида Homo sapiens. Наверное, самые древние наши предки глядели в ночное небо по меньшей мере с таким же изумлением, с каким мы глядим в него сейчас. Они, видимо, поняли, что в небе есть некоторые закономерности, которые можно использовать, и было бы очень странно, если бы другие животные не начали пользоваться ими гораздо раньше людей.

Не отвлекаясь на кажущееся появление и исчезновение разных созвездий по мере смены времен года, первые люди, должно быть, заметили, что каждая из звезд перемещается в течение суток по постоянному маршруту, точно так же, как Солнце. Если не считать звезд, расположенных вблизи небесных полюсов – точек небосвода, находящихся прямо над каждым из полюсов географических, – все они восходят на востоке и заходят на западе. Так же как Солнце, они всегда находятся строго на севере или на юге от наблюдателя в высшей точке своей дугообразной траектории или при пересечении меридиана, на котором находится наблюдатель. Хотя Полярная звезда не всегда отмечала северный полюс небесной сферы (как она отмечает его сейчас), доисторические астрономы, несомненно, заметили, что среди звезд, движущихся вокруг северного и южного небесных полюсов, есть неподвижные точки.

Наши предки, жившие в каменном веке, вероятно, очень пристально наблюдали за небом. Они были хорошо знакомы с небесными явлениями, например летними и зимними солнцестояниями, и построили множество сооружений (одно из самых знаменитых – Стоунхендж), тщательно сориентированных по ним. Позднее замечательно хитроумные наблюдения вавилонян, греков и арабов заложили тот фундамент, на котором построена современная астрономия. Мы знаем также, что древние европейские, ближневосточные и китайские мореплаватели совершали дальние путешествия в открытом море, не видя берегов. При этом они, несомненно, ориентировались по звездам и Солнцу, хотя исторические документы проливают чрезвычайно мало света на то, как именно они это делали.

У нас есть завораживающие отрывки – например, те строки в Одиссее Гомера, в которых Цирцея говорит герою держать курс на восток так, чтобы звезды Большой Медведицы всегда оставались слева от него, – но самое раннее подробное описание практической навигации относится всего лишь к XVI веку. Все то, что происходило до этого времени, по большей части покрыто мраком. Поскольку грамотность была уделом очень малочисленной привилегированной элиты, искусство навигации, вероятно, передавалось из уст в уста и на практических примерах.

Тем не менее кое-какую информацию можно почерпнуть у тех немногих самобытных культур, которые еще не окончательно уступили натиску западной цивилизации. К середине XX века древние способы навигации сохранились только в небольшом числе изолированных мест, и самыми знаменитыми и лучше всего изученными из этих способов были традиционные методики, применявшиеся островитянами Тихого океана.

Европейские мореплаватели, первыми достигшие Тихого океана в XVI веке, были поражены навигационным искусством людей, которых они там встретили, хотя им было чрезвычайно трудно понимать друг друга. Краткие описания навигационных методик полинезийцев начали появляться в печати только после прибытия первых научных исследователей, во второй половине XVIII века.

Великий французский путешественник Луи Антуан де Бугенвиль (1729–1811), прибывший на Таити в 1768 году, незадолго до Кука, был ошеломлен, когда выяснил, что островитяне способны преодолевать сотни и даже тысячи километров открытого океана и выходить к удаленным островам без использования каких бы то ни было приборов или карт. На самого же Кука знания и мастерство одного таитянского штурмана произвели такое сильное впечатление, что он взял его на борт своего корабля для помощи в исследовании близлежащих островов – а потом и Новой Зеландии.

Но описания полинезийской навигации, оставленные Бугенвилем, Куком и их спутниками, до обидного отрывочны. Может быть, они задавали не те вопросы, а может быть, островитяне не хотели делиться со своими гостями столь ценной – и даже священной – информацией. Помимо языкового барьера общение могло быть затруднено и радикальными концептуальными различиями между европейскими и полинезийскими методами навигации. Во всяком случае, за следующие два столетия сокрушающее воздействие колониального владычества почти полностью уничтожило мастерство, на протяжении нескольких тысяч лет позволявшее полинезийцам не только заселять острова, разбросанные по половине Тихого океана, но и поддерживать регулярные связи между ними. Западные исследователи, начавшие в 1960-х годах разыскивать немногих остававшихся в живых мастеров этого древнего искусства, чуть было не опоздали.

«Звездные маршруты»

К этому времени традиционная навигация уже не практиковалась на островах Полинезии, но еще существовала в Микронезийском архипелаге. Тамошние мореплаватели по-прежнему преодолевали сотни миль открытого моря, используя методы многовековой давности. Ключ к их успеху состоял в долгом обучении, которое начиналось иногда еще до достижения десятилетнего возраста. Во время такого ученичества они заучивали путем бесконечных повторений и испытывали на практике «звездные маршруты», соединяющие все острова, на которые им может понадобиться идти[125].

Некоторые из ярчайших звезд, входящих в состав звездного компаса тихоокеанских островитян

Эти маршруты были основаны на точном знании точек горизонта, в которых восходят и заходят 32 звезды, каждая из которых имела свое имя. Такая система «звездного компаса» была настолько глубоко укоренена в сознании штурманов и настолько досконально понятна им, что штурман мог взять точный курс не только тогда, когда знакомая звезда находилась прямо впереди, но и когда она появлялась в любой другой точке небосвода (разумеется, если она не была точно вверху)[126]. Он – а все штурманы были мужчинами, так как для женщин эта профессия была запретной, – не ориентировался по какой-нибудь одной световой точке, но прокладывал курс «по форме неба»[127].

Хотя «звездный компас» был центральным элементом микронезийской системы навигации, его одного было бы недостаточно для практического осуществления дальней навигации[128]. Рулевому также нужно было держать курс в течение дня, а это означало необходимость использовать солнце. В тропиках солнце обычно встает вблизи истинного востока, а садится вблизи истинного запада. В полдень, когда оно достигает наивысшей точки в небе, если только оно не оказывается точно вверху, штурман также может определить по нему, где находятся север и юг.

Во все остальное время штурману опять приходится держать курс «по форме неба». Как писал Дэвид Льюис, в высшей степени опытный и отважный яхтсмен, бывший также специалистом по традиционным методам навигации тихоокеанских островов, «если знать, с какой стороны солнце поднимается и садится, а также его траекторию в небе, то при наличии достаточной практики производство почти автоматических умственных интерполяций, необходимых для навигации по солнцу, входит в привычку»[129]. Как мы уже видели, даже обычные люди могут при необходимости на удивление эффективно использовать солнце и луну для сохранения прямого курса.

Но навигации по небесным светилам было недостаточно. В дополнение к этому хороший штурман должен был в совершенстве освоить искусство счисления пути. Он должен был уметь оценивать с высокой точностью скорость своего каноэ с балансиром и учитывать часто сильное воздействие океанских течений. Изменения цвета воды и формы волн позволяли ему обнаруживать присутствие подводных рифов. Они помогали ему проверять местоположение в пути, даже когда он находился вне видимости земли[130].

Локальные волны, которые гонит ветер, капризны и могут катиться в любом направлении, в связи с чем их ценность для навигации в открытом море невелика, зато регулярное волнение, порождаемое дальними циклонами, бывает гораздо более полезным. Величественно перекатываясь, такие волны вполне могут проходить сотни и даже тысячи километров и всегда движутся в одном и том же направлении, пока на их пути не встретится земля. Мореплаватель может использовать такие волны в качестве компаса, позволяющего ему держать прямой курс, даже когда небо полностью затянуто тучами[131].

В некоторых районах Тихого океана штурманы умели обнаруживать присутствие еще невидимых островов по возмущениям, которые они вызывают в окружающих их волнах[132]. На Маршалловых островах составляли из палочек специальные «схемы», иллюстрирующие характерные рисунки, которые создают отражение и дифракция волн вокруг океанского острова. Хотя такие схемы не использовались в море, они, по-видимому, были полезным учебным пособием.

Ценными маяками, заметными с дальнего расстояния, служили облака, зацепляющиеся за склоны высоких островов. К тому же от них может отражаться характерный бледно-зеленый свет неглубокой лагуны удаленного атолла. Но главный метод обнаружения еще невидимого острова, являющегося целью путешествия, заключался в наблюдении за полетом птиц, которые возвращались на закате в свои гнезда. Поскольку живущие на суше птицы часто вылетают далеко в море в поисках пищи, опытный мореплаватель, увидев таких птиц, узнает о близости суши даже за семьдесят или восемьдесят километров до нее[133].

В последние годы началось возрождение многочисленных и многообразных навыков, которые использовались в традиционной навигации тихоокеанских островов. На переднем крае этого движения находится Полинезийское общество путешествий (Polynesian Voyaging Society), базирующееся на Гавайях. Под его эгидой вновь созданные копии традиционных каноэ для дальних плаваний совершили несколько замечательных путешествий, используя традиционные методы навигации. В 2017 году одно из таких каноэ, названное «Хокулеа» – «Звезда радости»; так по-гавайски называют звезду, которую на Западе знают под именем Арктур, – завершило кругосветное плавание, продолжавшееся три года.

* * *

Если не считать океанов, самым грозным препятствием на пути мигрирующих животных являются высочайшие горные цепи мира, но некоторые животные справляются даже с этой задачей.

Участник экспедиции на Эверест 1953 года, альпинист Джордж Лоу, бывший также специалистом по орнитологии, утверждал, что, сидя высоко на склоне этой горы, видел горных гусей[134], пролетавших над вершиной. А позднее натуралист Лоуренс Суон описал, как слышал пролетавших над ним горных гусей, стоя холодной, тихой ночью на леднике Барун под гималайским пиком Макалу (высота 8485 м): «Приближавшийся с юга далекий гул стал отчетливее. А потом я услышал крики горных гусей, доносившиеся как будто со звезд у меня над головой»[135].

В отличие от людей-альпинистов, которым перед попыткой восхождения на большие высоты требуется акклиматизация, горные гуси, по-видимому, могут приспосабливаться к чрезвычайно разреженной атмосфере путем резкого увеличения частоты своего сердцебиения[136], хотя обычно они все же не перелетают через вершины, а следуют вдоль долин, пересекающих Гималаи. В то время, когда предки нынешних гусей начали совершать свои сезонные путешествия, великой горной цепи еще не существовало. Предполагается, что, когда земля начала подниматься – около двадцати миллионов лет назад, – сменявшие друг друга поколения гусей постепенно приспособились ко все более трудным задачам, которые вставали перед ними.

9

Как птицы находят истинный север

Мимо моего окна стремительно пролетают черные стрижи[137], преследующие свою добычу – насекомых, и кажется, что в их пронзительных криках звучит яростный восторг. Меня радует их появление – это первое доказательство того, что наконец наступило лето. Эти замечательно быстрые и ловкие летуны редко садятся – за исключением тех случаев, когда они строят свои земляные гнезда и выкармливают птенцов. Мы знаем теперь, что вне периода размножения они могут оставаться в воздухе до десяти месяцев подряд. Если по пути находится достаточно пищи и воды, перелет из Африки на север Европы не представляет для них никаких трудностей, хотя спят ли они на лету – как это, по-видимому, делают некоторые птицы семейства фрегатов, – мы так пока и не знаем[138].

Сезонные появления и исчезновения птиц озадачивали древних, и они придумывали в высшей степени странные объяснения тому, что наблюдали. Аристотель (384–322 до н. э.) считал, что горихвостки, которых он видит летом, – это те же самые птицы, что и зарянки, появляющиеся зимой, но видоизмененные: они никуда не улетают, а просто меняют окраску[139]. На самом деле, как мы выяснили с тех пор, разные виды мигрируют в противоположных направлениях – и меняются местами друг с другом.

В 1555 году в книге шведского архиепископа Олауса (Олафа) Магнуса[140] была опубликована гравюра, на которой был изображен человек, вытаскивающий из озера сеть, полную ласточек. Магнус утверждал, что именно там ласточки проводят зимние месяцы и что птицы, пойманные таким образом, могут ожить под действием тепла, хотя живут после этого недолго[141]. А в 1703 году англичанин Чарлз Мортон написал памфлет, в котором уверял, по-видимому вполне серьезно, что аисты проводят зимние месяцы на Луне[142].

Преподобного Гилберта Уайта (1720–1793), священника, жившего в маленькой английской деревне Селборн, явление сезонной миграции тоже озадачивало, но он не сомневался в его реальности. В 1771 году в письме скептически настроенному корреспонденту, который «не был пылким сторонником миграции», он настаивал, что даже если некоторые из ласточек проводят зимние месяцы в спячке, тем не менее:

…миграция, несомненно, существует в некоторых местах, о чем подробно сообщил мне брат, живущий в Андалусии [самой южной провинции Испании]. Он был очевидцем перемещений этих птиц в течение многих недель подряд, как весной, так и осенью, в каковое время мириады ласточек и им подобных пересекают [Гибралтарский] пролив с севера на юг и с юга на север, смотря по сезону[143].

Вероятно, первым наглядным – и даже слишком наглядным с точки зрения несчастной птицы – доказательством существования дальних сезонных перелетов птиц был найденный в одной деревне на севере Германии еще живой аист, пронзенный стрелой несомненно африканского происхождения. Дело было в 1822 году, и чучело этого аиста в конце концов оказалось в коллекции Зоологического музея в Ростоке, где его можно видеть и сейчас. Появление этого так называемого Pfeilstorch (буквально «стрелоаиста»), а впоследствии и других, весьма многочисленных, стойких жертв африканских лучников, доказало, что некоторые птицы действительно совершают ежегодные перелеты на огромные расстояния[144].

Легендарный американский орнитолог и художник Джон Джеймс Одюбон (1785–1851) добавил к этой головоломке еще один недостающий фрагмент. В 1830-х годах он выпустил великолепный альбом раскрашенных гравюр под названием «Птицы Америки». В сопроводительном тексте он описал, как привязал к ногам молодых мухоловок[145], гнездо которых находилось рядом с его домом в Пенсильвании, тонкие серебряные нитки. По его наблюдениям, улетев осенью на юг, те же самые птицы, которых можно было отличить по этим серебряным украшениям, вернулись весной на место своего рождения. Это свидетельство показало, что по меньшей мере некоторые из перелетных птиц год за годом исправно возвращаются на одно и то же гнездовье[146].

В 1899 году датский учитель и орнитолог Ханс Кристиан Мортенсен (1856–1921) впервые провел успешные опыты по кольцеванию птиц. Вместо серебряных нитей он использовал металлические метки из алюминия, на каждой из которых были идентификационный номер и обратный адрес. С тех пор эта методика играла ключевую роль в установлении путей миграции многих видов птиц. Другим полезным способом, особенно на оживленных перекрестках миграционных маршрутов, таких как Рыбачий[147] на Балтийском побережье России, оказалась ловля птиц ловушками и сетями.

Однако полностью изменила наши знания о бионавигации революция в электронике. Радары, появившиеся во время Второй мировой войны, широко используются с тех пор для слежения за перелетными птицами и летающими насекомыми, такими как пчелы или мотыльки. Помимо разнообразных регистраторов данных, записывающих информацию, которую можно извлечь из них впоследствии, спутниковые передатчики сообщают пролетающим вверху спутникам точные данные о местоположении птиц в режиме реального времени – причем теперь миниатюризация позволяет устанавливать такие приборы даже на очень мелких птицах.

Мы живем в «золотом веке слежения за животными» и можем ожидать множества новых открытий, которые прольют свет не только на навигационное поведение, но и на широкий круг важных биологических и экологических вопросов[148].

Перелетные птицы составляют приблизительно половину всех видов птиц, и у нас имеется огромное количество данных о путешествиях, которые они совершают. Некоторые из них покрывают гигантские расстояния: полярная крачка – лишь экстремальный пример таких птиц. Живущий в Северной Америке боболинк[149] перелетает от своих гнездовий в Канаде до самого Уругвая. Сходным маршрутом следует и свенсонов канюк[150], перелетающий большими стаями из прерий Северной Америки в аргентинскую пампу. Черные казарки[151] гнездятся в арктическом Заполярье – дальше к северу, чем любые другие гуси, – и некоторые из них перелетают с самого острова Врангеля, лежащего у северо-восточного побережья Сибири, в Мексику. Это путешествие включает в себя безостановочный перелет через Тихий океан длиной 4800 километров.

Хищные птицы обычно не летают над водой, но из этого правила существует одно замечательное исключение. Амурский кобчик[152], мелкий насекомоядный сокол, гнездящийся в летние месяцы в Монголии, Сибири и на севере Китая, пролетает к концу года около 13 000 километров до юга Африки. Во время этого путешествия он преодолевает около 4000 километров над океаном, между юго-западной частью Индии и Восточной Африкой: это самый длинный морской перелет, известный у хищных птиц[153]. Для поддержания сил в пути эти птицы, возможно, питаются перелетными стрекозами, которые путешествуют в том же направлении (см. последний раздел главы 15)[154].

Многие перелетные птицы путешествуют смешанными группами, состоящими из взрослых особей и молодых птиц. Одно из огромных преимуществ этой системы состоит в том, что она позволяет старшим птицам показать молодым правильный маршрут миграции[155]. В принципе, поскольку каждое поколение передает свои знания следующему, представители этих видов могут полностью полагаться в поисках пути на заученную информацию о наземных ориентирах. Однако трудно понять, как могут применять такую методику птицы, перелетающие на дальние расстояния над открытым морем, а птицы, летающие в одиночку, очевидно, и вовсе не могут ее использовать.

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:

Этим вечером я уехал из Тенби в графстве Пемброкшир на ночном лондонском поезде. Птицы вызвали немало удивления и веселья у моих соседей по вагону, которые никак не могли понять, что за мяукающие звуки и гоготание раздаются столь поздним вечером из моего купе. Весь следующий день птицы оставались в картонной коробке, каждая в своем отделении, а вечером я сел в самолет, улетавший в Америку, и засунул их под сиденье.

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:

У нас был навоз для приманки жуков, и жуки прилетали. Затем они начали лепить свои шарики и – мерзавцы этакие! – катать их по идеально прямым линиям безо всякого поляризованного света… Мы оба очень сильно занервничали, потому что внезапно осознали, что́ нас ждет – «Опровержение в Nature! Опровержение в Nature!».

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:

Минуточку! через все небо проходит огромная светящаяся полоса! Млечный Путь. Может быть, они используют его – могут ли они использовать его? Ничего другого, что они могли бы использовать, тут просто нет.

Жуки в колпаках

Чтобы проверить свою новую идею, Уоррент и Дакке сначала закрепили на жуках маленькие картонные колпачки, которые не позволяли им видеть небо. В таком виде жукам оказалось гораздо труднее удерживать прямой курс, чем без препятствий, мешающих обзору. Когда вместо картонных на жуков надели колпачки из прозрачного пластика, все их способности в полной мере восстановились, из чего следует, что им мешало не само присутствие колпачка. На следующем этапе жуков исследовали на круглой арене, обнесенной высоким барьером, который не позволял жукам видеть какие бы то ни было окрестные наземные ориентиры. Кроме того, исследователи убрали установленную сверху видеокамеру, которая регистрировала перемещения жуков, – на случай, если она тоже давала им какую-либо ориентирующую информацию.

Каждого жука с шариком навоза помещали в центр арены и измеряли время, за которое он доберется до ее края, который был обозначен кольцевым желобом. Шорох, который производили жуки, скатываясь в желоб, позволял экспериментаторам отметить момент их прибытия на край арены, а по времени, прошедшему с начала движения, можно было оценить, насколько прямым был маршрут. В этих условиях исследователи смогли продемонстрировать, что для сохранения прямого курса жукам действительно требуется звездное небо, хотя при наличии луны их результаты становились еще лучше. В то же время, когда небо было затянуто облачностью, они теряли ориентацию.

Затем исследователи установили арену с жуками в планетарии. В одном опыте животные могли видеть все звездное небо, включая длинную светящуюся полосу, изображавшую Млечный Путь, но без луны. В другом им был виден только Млечный Путь. Когда жуки видели все звездное небо вместе с Млечным Путем, они катили свои шарики немногим хуже, чем когда они видели луну. Когда им показывали только Млечный Путь, результаты оставались почти такими же хорошими. Зато когда многострадальным жукам показали небо с 4000 неярких звезд, но без Млечного Пути, их результаты существенно ухудшились, а когда на небе остались только 18 путеводных звезд, они стали и еще хуже[170].

Таким образом, жуки, по-видимому, не использовали отдельных путеводных звезд. «Этот результат, – писала Дакке, – представляет собой первую убедительную демонстрацию использования звездного неба для ориентации у насекомых и первый документально подтвержденный случай использования для ориентации Млечного Пути в животном царстве».

Хотя отдельные путеводные звезды не приносили жукам существенной пользы, Уоррент сказал мне, что до сих пор неясно, видят ли их жуки. Он считает, что, вероятно, видят, и надеется прояснить этот вопрос, регистрируя реакцию отдельных светочувствительных клеток в глазу жука – так же, как он исследовал потовых пчел.

Навозные жуки – не единственные членистоногие, умеющие ориентироваться по лунному свету. По-видимому, этой способностью обладает и большая ленточная совка[171][172], а также морские блохи[173], мелкие ракообразные, живущие на границе между водой и сушей. Название этих животных, родственных мокрицам, хорошо отражает тот способ, которым они рефлекторно спасаются от любой опасности: рачок резко изгибает панцирь, что подбрасывает его высоко в воздух, как прыгающую блоху. Если вы когда-нибудь строили песочные замки, вы вполне могли их встречать, хотя во многих местах их численность сокращается.

Тот факт, что такое мелкое и, по-видимому, примитивное существо, как морская блоха, может интересовать положение луны, может показаться непонятным. Но дело в том, что рачки эти чрезвычайно привередливо относятся к влажности. Высыхание их убивает, но при погружении в соленую воду они тонут. Поэтому им приходится постоянно перемещаться взад и вперед в зависимости от приливов и отливов, а кроме того, им необходима способность находить свою удобную для жизни полосу влажного песка после ночных вылазок за пропитанием. И разумеется, жизненно важно двигаться в верном направлении. То есть все должно быть «в самый раз», как у девочки в сказке про трех медведей.

Еще в 1950-х годах два итальянских ученых, Лео Парди (1915–1990) и Флориано Папи (1926–2016), сделали одно необычайное открытие: они выяснили, что морские блохи используют в качестве компасов, помогающих им перемещаться к морю или от него, смотря по необходимости, и солнце, и луну. По-видимому, для этого у них есть двое отдельных часов, одни из которых настроены по дневным перемещениям солнца, а вторые – по несколько отличному от них лунному циклу[174].

Солнечный компас морской блохи находится в ее мозге, а лунный – в усиках. Какие бы механизмы ни управляли этими процессами, они явно должны быть врожденными, потому что морские блохи, родившиеся в неволе, всегда движутся в направлении, которое было бы правильным в том месте, из которого они происходят. То есть морская блоха, предки которой жили на берегу, обращенном к югу, всегда ищет море на юге, а та, у которой были предки с северного берега, стремится на север.

* * *

На сегодня имеются доказательства, хотя и не очень надежные, наличия способности ориентироваться при помощи отдельных звезд, а не их совокупного вращающегося рисунка только у одного животного (не считая Homo sapiens). Это животное – обыкновенный тюлень[175]. Исследование, в котором участвовали всего два тюленя, названные Ник и Мальте, проводилось в специально построенном бассейне-планетарии[176].

Обоих тюленей научили распознавать «путеводную звезду» (Сириус) на проецируемом изображении ночного неба Северного полушария и обозначать ее положение, подплывая в расположенную прямо под нею точку бассейна. В конце концов оба они научились выполнять эту операцию с весьма высокой точностью: их курс отклонялся от направления на Сириус не более чем на один-два градуса. Исходя из этих результатов, исследователи заявили, что обыкновенные тюлени, возможно, способны освоить компасную систему – «звездный компас», – подобную той, что используют мореплаватели Микронезии и Полинезии:

Мы полагаем, что морские млекопитающие могут научиться различать путеводные звезды в рисунке ночного неба и использовать такие путеводные звезды в качестве дальних ориентиров… сверяя по ним курс в открытом море. Эта система может быть по меньшей мере одним из возможных механизмов ориентации в открытом море, до приближения к обобщенной цели, например прибрежной области, и появления возможности корректировки курса по связанным с целью наземным ориентирам.

Если эта соблазнительная идея справедлива, она, возможно, поможет понять, как ориентируются морские животные, но тут – если использовать старое доброе научное клише – необходимы дальнейшие исследования[177].

11

Гигантский павлиний глаз

«Иди сюда скорее! Иди посмотри на этих огромных, как птицы, бабочек!»[178]

С этими словами взволнованный Поль, маленький сын Фабра, вбежал в отцовскую комнату. Казалось, что огромные самцы большого ночного павлиньего глаза[179] заполонили почти весь дом. Служанка бешено гоняла их, приняв за летучих мышей. Фабр взял свечу и пошел в свой кабинет, в котором он тем же днем оставил под колпаком из металлической сетки только что вылупившуюся самку этого вида бабочек.

То, что мы тогда увидели, невозможно забыть. С мягким хлопаньем крыльев огромные бабочки летают вокруг колпака, останавливаются, улетают, опять подлетают, поднимаются к потолку, потом спускаются вниз. Они кидаются на свечу, тушат ее ударами крыльев, садятся на наши плечи, цепляются за одежду, касаются наших лиц. Это пещера волшебника, где вихрем носятся нетопыри. Их здесь около двадцати. Прибавим сюда тех, что заблудились в кухне, в детской и в других комнатах, – и тогда общее число дойдет до сорока. Они явились, уведомленные, не знаю как, со всех сторон, чтобы выразить свой пыл той бабочке, которая вылупилась в тиши моего кабинета[180].

Фабр заинтересовался, какая странная сила привлекла той теплой ночью в его дом в Провансе такое количество исполненных любви бабочек. Он справедливо подозревал, что ее ключевым элементом был запах, испускаемый самкой, а самцы обнаруживали его при помощи своих замысловатых кружевных усиков. Теперь мы знаем, что такие самцы бабочек способны учуять запах полового феромона самки, готовой к спариванию, и прилететь к его источнику за несколько километров. Многие насекомые именно по запаху находят партнеров для спаривания, пищу или места, подходящие для откладывания яиц.

Поскольку шлейфы запахов, на которые ориентируются насекомые, очень быстро рассеиваются в воздухе и теряют интенсивность, насекомое может исходно реагировать даже на одну-единственную ароматическую молекулу; однако такие шлейфы часто полностью рассеиваются в движущихся воздушных потоках. Таким образом, обнаружение источника имеющегося в воздухе запаха не сводится, как считалось раньше, к простому перемещению по следу, устойчиво становящемуся все отчетливее (по «градиенту концентрации»), до самого его источника[181].

Вопрос о том, как именно насекомым удается решать эту сложную задачу, вызывает много споров[182]. Помимо того что павлиноглазки Фабра рыскали из стороны в сторону, пытаясь снова поймать запах, когда они его теряли, и летели в основном против ветра, они, вероятно, использовали и другие сигналы, которые получали при помощи пары своих чрезвычайно чувствительных усиков.

Достоверно известно, что медоносные пчелы меняют курс при появлении различий в химическом составе воздуха, обдувающего каждый из их усиков[183]; то же делают и дрозофилы[184]. А недавние исследования доблестного муравья-бегунка показали не только то, что он использует при поисках своего гнезда ольфакторные (запаховые) ориентиры (в дополнение к визуальным, о которых мы говорили выше), но и то, что для эффективной работы этой системы ему необходимы оба усика[185]. Процессу сравнения сигналов, поступающих на каждый из усиков, дали колоритное название «стереообоняние», причем даже может быть, что оно предоставляет в распоряжение животного своего рода «ольфакторный компас».

В конце 1940-х годов молодой исследователь Артур Хаслер пытался выяснить, как рыбы различают по запаху разные растения. На него произвела сильное впечатление работа Конрада Лоренца, который незадолго до этого открыл принцип «импринтинга» – быстрой, необратимой формы обучения, которая создает у некоторых видов животных жестко фиксированные схемы поведения. Как известно, Лоренц показал, что у только что вылупившихся гусят происходит импринтинг на первый движущийся объект, который они видят, после чего слепо следуют за ним, даже если этим объектом оказывается ученый в резиновых сапогах, а вовсе не матушка-гусыня.

Хаслера также интересовало, как взрослые особи лосося, которые в течение нескольких лет отъедаются, растут и достигают зрелости в открытом океане, возвращаются для размножения в те же самые реки, в которых они родились. Этот факт был надежно подтвержден благодаря поимке рыб, помеченных еще мальками. Но как именно им удается это необычайное свершение, было совершенно неизвестно.

Однажды, когда Хаслер был в походе по диким горам Уосатч в штате Юта, с ним произошло событие, подтолкнувшее его к озарению.

Я подошел к водопаду, который был совершенно скрыт из виду скалой; и все же, когда из-за скального выступа подул прохладный ветерок, доносивший аромат мха и аквилегии, перед моим мысленным взором внезапно возникла подробная картина и этого водопада, и окружающего его горного склона. Более того, запах этот был настолько выразительным, что меня буквально захлестнули воспоминания о друзьях детства и поступках, давно изгладившихся из сознательной памяти.

Ассоциация была настолько сильной, что я сразу же вспомнил о загадке возвращения лосося. Такая связь образов заставила меня предположить, что каждая река содержит индивидуальный букет ароматов, которые запечатлеваются у лосося перед его миграцией в океан; впоследствии, по возвращении из моря, он узнает по ним свой родной приток[186].

Исходя из этой гипотезы, Хаслер и его коллеги провели серию хитроумных экспериментов и смогли доказать, что у лосося в принципе может происходить импринтинг уникальных запахов, которые характеризуют его родную реку, и рыбы могут использовать их для нахождения обратной дороги из моря.

В 1970-х годах Хаслеру удалось привлечь лососей, выращенных в садках, в реки, ароматизированные одним из двух синтетических химических веществ, которые эти рыбы могли чувствовать в течение короткого времени за несколько лет до того. В промежутке между этими событиями рыбы не могли столкнуться с этими запахами, но тем не менее сохранили память о них. Та же самая методика пригодилась впоследствии для привлечения лосося в только что вычищенные Великие озера – до этого рыба покинула их воды, спасаясь от загрязнения[187].

Тот факт, что лосось использует в поисках обратной дороги запаховые сигналы, теперь надежно установлен. Но сочетания запахов, вероятно, действуют на разных стадиях жизненного цикла рыб в дикой природе, и в своих путешествиях вверх и вниз по рекам они могут ориентироваться по целым последовательностям ясно различимых «обонятельных указателей»[188].

Что касается человека, мы способны отличать приятный запах от неприятного, но лишь немногие из нас обычно обращают большое внимание на ольфакторную информацию, по меньшей мере осознанно. Наше внимание монополизировано зрением и слухом.

Однако при наличии соответствующих условий мы можем вполне успешно ориентироваться по запахам. Я помню, как однажды ночью, приближаясь к берегу филиппинского острова Лусон, я уловил насыщенный аромат влаги и гниения. В этот момент яхта, на которой я находился, была еще далеко в море. Легкий береговой бриз доносил этот запах с заросших джунглями гор, еще скрытых в темноте. Если бы мы не знали, где находимся, этот экзотический аромат подсказал бы нам, что мы приближаемся к острову. Запахи могут быть полезны и в гораздо более холодных водах. Утверждается, что по вони гуано можно узнать о присутствии айсбергов, скрытых туманом или темнотой, хотя лично со мной такого никогда не случалось. Заблаговременные предупреждения такого рода, должно быть, спасли жизнь немалому количеству моряков.

Гарольд Гатти, один из лучших штурманов XX века, рассказывает историю горного проводника Эноса Миллса, которого при одиночном переходе в Скалистых горах, на высоте 3650 метров и на расстоянии многих километров от ближайшего жилья, поразила снежная слепота. Оказавшись в такой безнадежной ситуации, пожалуй, любой из нас впал бы в панику, но Миллс сохранял спокойствие: «Мои умственные способности были чрезвычайно обострены. Я даже не думал о возможности фатального исхода».

Он ничего не видел. Тропы были завалены толстым слоем снега, но он ясно представлял себе карту того пути, которым ему нужно было идти. Осторожно волоча ноги в снегоступах, он находил деревья своим посохом и ощупывал их кору в поисках зарубок, которые он сделал топориком, еще когда шел в обратную сторону.

После того как Миллс выжил, хотя и с трудом, в снежном оползне, а затем перелез через крупные валуны и пробрался сквозь густой подлесок, он ощутил знакомый запах дыма от осиновых дров. Размеренно продвигаясь против ветра, он чувствовал, что постепенно запах становится сильнее. Наконец, все еще ничего не видя, Миллс остановился, прислушиваясь к звукам человеческого жилья. Тут-то он и услышал вежливый голос маленькой девочки, спросившей его: «Вы останетесь тут на ночь?»[189]

Дарвин, секс и охота

В том пренебрежении, с которым мы по большей части относимся к своим носам, часто винят Аристотеля[190]. Он, несомненно, был невысокого мнения об обонянии и высокомерно заявил, что «мы не обладаем этим ощущением во всей отчетливости, – оно у нас хуже, чем у многих животных»[191][192]. Он считал, что обоняние годится только на то, чтобы оберегать наше здоровье, предупреждая нас об испортившейся пище[193].

Но в этом виноват и французский антрополог и нейроанатом Поль Брока (1824–1880). Как ни странно, воззрения Брока на человеческое обоняние были связаны с его религиозным скептицизмом[194]. Пропагандируя идеи Дарвина, Брока утверждал, что «просвещенный разум» человека не имеет никакого отношения к существованию у него богоданной души, а является исключительно следствием большого размера лобных долей нашего мозга. Более того, нами, в отличие от многих других животных, не управляет обоняние, и поэтому мы можем сознательно контролировать свое поведение.

Стало быть, наша драгоценная «свобода воли» – всего лишь следствие недоразвитости нюха. Римско-католическая церковь была не в восторге от этой идеи.

Утверждение Брока было основано на том наблюдении, что обонятельная луковица человека – та часть мозга, которая принимает сигналы от обонятельных рецепторов, расположенных в носу, – мала относительно общего размера нашего мозга. В этом отношении мы весьма сильно отличаемся от «низших» животных, например собак или крыс, которые, как он полагал, являются «рабами» своих органов обоняния. А отсюда оставался всего один короткий – хотя и ошибочный – шаг до утверждения о слабости обоняния человека, и последующие поколения ученых принимали эту точку зрения, не удосуживаясь проверить ее справедливость. Это псевдонаучное утверждение повторялось снова и снова.

Даже сам Дарвин считал, что обоняние «мало или вовсе не нужно» человеку, который, как он предполагал, унаследовал его «от какого-нибудь отдаленного предка» в «ослабленном» и «зачаточном состоянии». Однако он соглашался, что обоняние «способно вызывать у человека с такою живостью представления и образы „забытых мест и лиц“»[195]. В распространении этого мифа сыграл свою роль и Зигмунд Фрейд, утверждавший, что, хотя у других животных обоняние стимулирует инстинктивное половое поведение, его слабость у человека способствует подавлению сексуальности и возникновению психических заболеваний[196].

Все они – и Аристотель, и Брока, и Дарвин, и Фрейд – заблуждались относительно обоняния. Хотя в 1920-х годах были произведены некоторые приблизительные расчеты, из которых следовало, что мы способны различать всего лишь около 10 000 запахов, на самом деле наши способности гораздо шире. Собственно говоря, в одном недавнем исследовании[197] утверждается, что эту цифру следует увеличить по меньшей мере до одного триллиона (единицы с 12 нулями).

Хотя к результатам этой работы возникли претензии методического плана, наше обоняние никак нельзя назвать слабым. Один из специалистов в этой области недавно заметил:

Человек с полноценной обонятельной системой способен обнаруживать практически все летучие химические вещества в количестве, превышающем один или два атома, до такой степени, что научный интерес представляет регистрация тех немногих ароматических веществ, которые чувствуют не все люди[198].

Как пишет ведущий специалист по обонянию Джей Готфрид, химические чувства – запаха и вкуса – возникли около миллиарда лет назад.

Для бактерии, пробиравшейся сквозь докембрийский суп из химических веществ, обоняние было полезной, хотя и примитивной биологической адаптацией, достаточной для химического распознавания сахаров, аминокислот и других мелких молекул… [и хотя] насекомые, грызуны и псовые обладают необычайной остротой нюха, поражают даже возможности человеческого обоняния: человек способен различать ароматические вещества, отличающиеся друг от друга всего одним атомом углерода, а также обнаруживать некоторые из ароматических веществ лучше, чем даже крысы[199].

Хотя обонятельная луковица человека мала по сравнению с суммарным объемом нашего – очень крупного – мозга, ее абсолютные размеры весьма велики. Например, она больше, чем соответствующие отделы мозга крыс и мышей, и содержит огромное количество жизненно важных единиц обработки информации, которые называются обонятельными клубочками, или гломерулами. Более того, хотя у собаки приблизительно в десять раз больше обонятельных рецепторов, чем у человека, гломерул у нас больше, чем у них[200]. К тому же обонятельная луковица человека имеет прямой канал связи с префронтальной корой – той частью мозга, которая управляет процессами принятия решений верхнего уровня. Этим обоняние отличается от остальных чувств: сигналы от рецепторов других сенсорных систем поступают сначала в другую часть мозга, называемую таламусом, – своего рода фильтр, который решает, что́ заслуживает нашего сознательного внимания.

И это еще не все. Бо́льшая по сравнению с другими животными часть человеческого мозга связана с анализом и интерпретацией информации, поступающей от обонятельной луковицы. Поскольку наш мозг способен «заполнять пробелы»[201], мы умеем узнавать характерные запахи по фрагментарным сигналам и интегрировать разные ароматы в «познавательное целое», несущее в себе смысловое и эмоциональное наполнение.

Именно такой процесс интеграции описан в знаменитом отрывке из Марселя Пруста:

Но в то самое мгновение, когда глоток чаю с крошками пирожного коснулся моего нёба, я вздрогнул… Сладостное ощущение широкой волной разлилось по мне, казалось, без всякой причины. <…> сущность эта была не во мне, она была мною. <…>

И вдруг воспоминание всплыло передо мной. Вкус этот был вкусом кусочка мадлены, которым по воскресным утрам в Комбре… угощала меня тетя Леония, предварительно намочив его в чае или в настойке из липового цвета…[202][203]

По словам выдающегося нейробиолога (и гастронома) Гордона Шеперда, необычайно сложный механизм, имеющийся в нашем распоряжении для обработки ольфакторных сигналов, «открывает перед человеком более богатый мир запахов и вкусов, чем перед другими животными»[204].

Люсия Джейкобс, профессор психологии Калифорнийского университета в Беркли, энергично пропагандирует гипотезу о важнейшем значении вкуса и обоняния, причем не только у людей, но и во всем животном царстве.

Джейкобс сказала мне, что эти близкородственные химические чувства играют очень важную роль в нашей жизни, хотя мы часто и не подозреваем о том влиянии, которое они на нас оказывают. Например, женщины предпочитают в качестве половых партнеров мужчин, иммунная система которых как можно сильнее отличается от их собственной[205]. Это бессознательное пристрастие вполне логично, так как оно обеспечивает бо́льшую вероятность получения здорового потомства, но основывается оно на различиях в запахе мужчин. Что может быть важнее этого? А явственные «коктейли телесных запахов», которые испускает каждый из нас, передают информацию об уровнях беспокойства и агрессивности. Возможно, именно поэтому мы склонны бессознательно обнюхивать свои руки после рукопожатия с незнакомцами[206].

Одна из причин, по которым мы недооцениваем возможности своего обоняния, состоит в том, что наши носы находятся слишком высоко над землей. Поэтому мы не замечаем многих запахов, которые были бы доступны нам в противном случае. Но человек, подражающий энергично вынюхивающей собаке, может открыть для себя поистине удивительное количество нового. Этот метод используют для охоты и выслеживания дичи индейцы-ботокуды в Бразилии и коренные жители полуострова Малакка, и даже калифорнийским студентам, вставшим на четвереньки, на удивление хорошо удается идти по ароматическому следу[207].

Сама Джейкобс продемонстрировала, что люди, лишенные зрительных и слуховых ориентиров, способны распознавать местоположение по его уникальной смеси запахов и впоследствии возвращаться к нему, используя только обоняние[208]. Как она отмечает, этот результат был неожиданным, потому что «мы предполагаем, что, даже если бы люди обладали острым обонянием, они использовали бы его не столько для навигации, сколько для различения и распознавания запахов».

По меткому выражению Джейкобс, мы «ослеплены зрением». Зрение – наш «стандартный режим работы», господствующий в нашей сенсорной картине мира. Мы настолько сильно полагаемся на него, что это ограничивает наши представления о том, что вообще возможно в области чувственного восприятия, как у нас самих, так и у наших родственников-животных. И эта ограниченность особенно важна, когда речь идет о навигации.

Джейкобс считает обоняние «основным каналом управления» у позвоночных. Она отмечает, что запахи «бесконечно комбинируемы». Это значит, что существует бесконечное число возможных запахов, каждый из которых в принципе может служить уникальным маяком или ориентиром. К тому же запахи можно обнаруживать на большом расстоянии, причем они дают животному бесценную ориентирующую информацию – возможно, даже служат основой своего рода карт. Это может быть особенно полезно, когда животное находится в совершенно незнакомой местности.

* * *

Многие млекопитающие, живущие на суше, по-видимому, очень хорошо умеют находить дорогу домой – даже на весьма больших расстояниях. В их число входят олени, лисы, волки, полярные медведи и гризли, не говоря уже о собаках и кошках.

Интересная информация по этой теме была получена из данных слежения за 77 американскими черными медведями[209], которых специально увезли от мест их обитания. Усыпленных медведей, находившихся в бессознательном состоянии, «переместили» на расстояние в среднем чуть более 100 километров – достаточно далеко, чтобы они заведомо оказались за пределами знакомой территории.

В момент выпуска медведей регистрировалось направление, в котором они начинали двигаться; считалось, что медведь вернулся на прежнее место, если его обнаруживали на расстоянии не более 20 километров от точки поимки. Медведи продемонстрировали выраженную тенденцию к движению в сторону дома, и 34 из них смогли вернуться домой до того, как их подстрелили или снова поймали – или перестали работать передатчики, установленные у них на ошейниках. Один из медведей вернулся к себе, преодолев расстояние 271 километр. В среднем эти путешествия заняли у медведей почти 300 суток, но как именно они находили дорогу, остается до обидного непонятным[210].

12

Могут ли птицы находить дорогу домой по запаху?

О загадочных навигационных способностях почтовых голубей я впервые услышал в университетском кабинете, выходящем окнами на залитый солнцем ботанический сад в Пизе, неподалеку от знаменитой падающей башни.

Паоло Луски и Анна Гальярдо были учениками покойного Флориано Папи: выше мы уже говорили о его работе, посвященной морским блохам. Подростком Папи, который умер всего за полгода до моего приезда в Пизу, помогал партизанам сражаться с нацистами, оккупировавшими тогда Италию. Он переносил тайные сообщения; если бы его поймали, то расстреляли бы как шпиона. После войны он получил в награду за свою отвагу стипендию на обучение в Высшей нормальной школе Пизы и стал специалистом по плоским червям, а также по световой передаче информации у светляков. Но Папи, родившийся на острове Эльба, был к тому же заядлым моряком, и это побудило его обратить внимание на бионавигацию.

Еще в 1873 году Альфред Рассел Уоллес (1823–1913), одновременно с Дарвином предложивший теорию эволюции путем естественного отбора, предположил, что животные могут находить обратную дорогу к дому при помощи обоняния.

…имеющаяся у многих животных способность находить обратную дорогу после путешествия, совершенного вслепую (например, в закрытой корзине, перевезенной внутри экипажа), обычно считается несомненным примером истинного инстинкта. Мне, однако, кажется, что животное, оказавшееся в таких обстоятельствах… замечает сменяющиеся по пути запахи, которые оставляют в его рассудке последовательность изображений, столь же четких и ярких, как те, которые мы можем получить при помощи зрения. Повторение этих запахов в строгом обратном порядке – притом что каждый дом, каждая канава, каждое поле и каждая деревня обладают своей собственной, четко определенной индивидуальностью, – позволило бы такому животному без труда следовать по тому же пути в обратном направлении, сколько бы поворотов и развилок на нем ни встречалось[211].

Несмотря на авторитет Уоллеса, другие ученые не спешили развивать его идею. Но в 1970-е годы за это дело взялся Папи. Он заметил, что до тех пор никто не исследовал вопрос о том, входит ли обоняние в состав навигационного инструментария почтовых голубей, – хотя значение таинственных «атмосферных факторов» уже было отмечено.

В то время внимание исследователей навигации у птиц было почти исключительно обращено на использование небесных ориентиров, в особенности солнечного компаса. Считалось, что птицы в общем случае мало используют запахи и даже не обладают особенно чувствительным обонянием. Поэтому, когда Папи лишил голубей обоняния (то есть вызвал у них аносмию) и обнаружил, что они утратили способность находить дорогу домой из незнакомого места в пятидесяти четырех километрах к западу от своей голубятни, находившейся во Флоренции, – в нормальном состоянии это путешествие не вызвало бы у них никаких затруднений, – это сильно удивило даже его самого[212].

Папи увидел в этих загадочных результатах свидетельство того, что птицы очень внимательно отслеживают разные запахи, которые приносит в их голубятню. Он решил, что они ассоциируют доходящие до них различные ароматы с направлением, откуда в данный момент дует ветер[213]. Голубь, узнавший один из этих характерных запахов в том месте, в котором его выпустили, прокладывает курс к дому, выбирая направление, противоположное тому, откуда дул ветер, приносивший тот же запах в его голубятню. Это звучит странно, но в принципе приблизительно то же самое можно сделать, определив по компасу направление на удаленный ориентир, а потом, достигнув этого ориентира, отправиться обратно к исходной точке в строго противоположном (или «возвратном») направлении.

Так родилась «гипотеза ольфакторной навигации» (навигации по запаху)[214]. Но идея о том, что из запахов можно получать какую бы то ни было информацию, которая может быть использована в навигации на дальние расстояния, была встречена с недоверием. По словам Гальярдо, Папи мрачно шутил, что ему отказывается верить даже собственная жена.

Сперва почти никто не мог поверить, что обоняние может приносить какую-либо практическую пользу на расстоянии десятков километров. Одно из особенно веских возражений заключалось в том, что турбулентность, несомненно, должна перемешивать воздух настолько, что любая запаховая информация дальнего действия, достигающая ноздрей птицы, будет безнадежно искажена. Кроме того, вызывал беспокойство тот факт, что многочисленным ученым вне Италии не удавалось воспроизвести результаты, полученные Папи.

Одно из весьма резонных опасений, которое первым высказал сам Папи, состояло в том, что после процедур[215], использующихся для лишения птиц обоняния, птицы могут быть настолько выведены из равновесия, что уже не смогут замечать вообще никаких ориентиров – ни запаховых, ни других. Однако это, по-видимому, оказалось не так. Многочисленные эксперименты показали, что голуби, лишенные обоняния, способны успешно ориентироваться, если их выпустить в знакомом районе, в котором они могут находить дорогу к дому по визуальным ориентирам[216].

Но можно ли доказать, что на способность голубей находить дорогу влияет направление ветров, дующих на их голубятне?

Папи подвергал молодых голубей воздействию ветров, которые искусственно отклонялись вправо или влево отражателями, установленными на голубятне. Он пытался даже изменять направление ветра на обратное при помощи вентиляторов. Если предположить, что именно ветры дают голубям ключевую информацию, подобные ухищрения должны были сбить птиц с верного пути – и именно так и вышло. В полном соответствии с теорией Папи птицы, подвергавшиеся воздействию отклоненных ветров, будучи выпущены, летели в соответствующем «неверном» направлении[217].

По-видимому, в развитии голубя есть некий ключевой этап, на котором ему необходимо получать поступающую с ветром информацию, чтобы впоследствии использовать запахи для прокладки курса[218]. Так что возможно, у молодых голубей происходит «импринтинг» переносимых ветром запахов, подобно тому как это случается с лососем.

Тем не менее скептики считают эксперименты на «голубятне с отражателями» неубедительными. Кое-кто высказывал предположение, что отражатели вызывают нарушения рисунков поляризованного света, от которых зависит солнечный компас голубей[219], или искажают важные звуковые ориентиры.

В течение последних сорока с лишком лет сторонники Папи упорно работают над опровержением этих и других возражений[220].

Ведущий немецкий специалист по навигации у птиц Ханс Вальрафф сначала был настроен чуть ли не более скептически, чем все остальные. Однако он понимал, что единственным правильным ответом на открытия Папи будет их тщательная проверка. В последнее время Вальрафф описал целых 17 экспериментов разных типов, которые, по его мнению, «дают непротиворечивый комплекс данных, подтверждающих существование навигации на основе обоняния»[221].

Возможно, самым замечательным из этих методик было использование так называемого «ложного места выпуска»[222]. Голубей отвозили в герметичных контейнерах, в которые подавался фильтрованный, очищенный от запахов воздух, на некое место, в котором им давали подышать местным воздухом в течение нескольких часов, но не выпускали. Затем их перемещали – опять-таки в очищенной атмосфере – на новое место, находящееся в противоположном от их голубятни направлении. Там, не позволяя им почувствовать местные запахи, их лишали обоняния и наконец выпускали. Птицы улетали в «ложном направлении к дому».

Другими словами, они отправлялись в том направлении, которое было бы верным, если бы они находились в первом месте, в котором им позволили понюхать воздух, но не выпустили. Напротив, птицы из контрольной группы, которым дали подышать воздухом в действительном месте выпуска, а потом привели в состояние аносмии, возвращались на свою голубятню верным путем.

Таким образом, птицы первой группы, по-видимому, использовали только ту информацию, которая была в их распоряжении, – запахи, которые они почувствовали на первом месте, – и поэтому летели в ошибочном направлении. В то же время птицы второй группы, у которых была более свежая и достоверная ольфакторная информация, выбирали верное направление.

Это доказательство было весьма хитроумным, но удовлетворило не всех. Критики теории Папи провели сходные эксперименты с «ложным местом выпуска», в которых они подвергали голубей в «ложном месте выпуска» воздействию бессмысленных, искусственных запахов – запахов, которые не могли дать им никакой ориентирующей информации. Они установили, что такие птицы ориентируются в истинном месте выпуска так же хорошо, как и птицы контрольной группы, имевшие возможность понюхать его настоящий воздух. Экспериментаторы поспешно заключили, что «воздействие запахов не дает голубям какой бы то ни было навигационной информации». По их мнению, запахи, как бессмысленные, так и реальные, всего лишь сообщают птицам, что те находятся в незнакомом месте, тем самым приводя в действие некую навигационную систему совершенно другого рода; они не дают никакой информации, полезной для навигации[223].

Однако впоследствии, когда Гальярдо и другие сторонники гипотезы ольфакторной навигации попытались повторить те же эксперименты, они обнаружили, что воздействие бессмысленных запахов все же ослабляет способность птиц находить дорогу к дому[224]. Такое несовпадение результатов, возможно, объясняется различиями в обучении, возрасте и опыте голубей или же в географических особенностях той местности, в которой они находились.

Таким образом, дело, кажется, зашло в тупик, и некоторые специалисты считают теперь, что затянувшийся спор об ольфакторной навигации у голубей можно будет разрешить, только если обе стороны договорятся о сотрудничестве по проведению новой серии экспериментов, в которых используется единообразный подход[225].

Морские птицы и навигация

В отличие от голубей птицы открытого океана – например, альбатросы, глупыши, китовые птички и буревестники – обладают необычайно развитыми органами обоняния, которые они используют для поисков пищи, распознавания брачных партнеров и поисков своего гнезда. Многие из них живут чрезвычайно долго (продолжительность их жизни может составлять от 40 до 60 лет) и в течение всей своей взрослой жизни остаются верны как своим партнерам, так и местам гнездования. При этом они также перелетают на огромные расстояния, и в их необычайных достижениях в области навигации вполне может быть и заслуга обоняния[226].

Весьма интересные данные были получены на буревестниках, к которым прикрепляли отслеживающие устройства. Когда их лишали обоняния, им было трудно найти обратную дорогу, особенно если их выпускали вдали от суши. Птицы, которых ловили на острове Фаял в Азорском архипелаге, расположенном в середине Атлантики, и выпускали в 800 километрах оттуда, возвращались в свои гнезда, проблуждав на протяжении тысяч километров, в то время как птицы контрольной группы, сохранившие обоняние, летели к дому более или менее прямо[227].

Когда буревестников выпускали вне видимости берегов в западной части Средиземного моря, результаты получались не столь четко определенными. Всем птицам удавалось довольно быстро вернуться домой, но контрольная группа летела по приблизительно прямому маршруту, а многие из птиц, лишенных обоняния, направлялись на север, а затем летели вдоль береговой линии, пока не добирались до своей колонии, расположенной у побережья Италии[228]. Казалось, что они ищут знакомые черты ландшафта, способные помочь им найти обратную дорогу. Также существуют данные, заставляющие предположить, что в состав навигационного инструментария буревестников входит солнечный компас с поправками на время[229].

Когда перемещения буревестников просто отслеживали во время их повседневной жизни вблизи их колоний на Балеарских островах, птицам, лишенным обоняния, по-видимому, все же удавалось успешно добывать пищу. Но возвращались они по маршрутам гораздо менее прямым, чем птицы контрольной группы, – до тех пор, пока в пределах видимости не показывались острова, после чего птицы предположительно могли использовать визуальные ориентиры[230]. Математический анализ маршрутов, по которым летали буревестники в поисках пищи, показывает, что на них оказывает влияние скорость ветра, причем в точном соответствии с предсказаниями, основанными на предположении о том, что они используют для навигации обоняние[231].

Спрашивается, какие же запахи на самом деле используют птицы?

Пока что никто не установил, какие именно из встречающихся в природе запахов используют голуби, но морские птицы чувствительны к некоторым запахам, сигнализирующим о присутствии пищи, в частности запахам химического соединения, которое называется диметилсульфидом (ДМС)[232]. Разумеется, птиц не спросишь, какой запах они чувствуют, но довольно многое можно понять, отслеживая изменения частоты их сердцебиения. При помощи этой методики удалось продемонстрировать, что антарктические китовые птички[233][234] способны обнаруживать чрезвычайно малые концентрации ДМС. Поскольку это вещество играет ключевую роль в регулировании климата, сезонные изменения его распределения весьма хорошо изучены; в частности, известно, что оно присутствует в высокой концентрации вокруг морских островов и над мелководными шельфами и банками, то есть именно в тех местах, которые изобилуют пищей.

Регулярное сезонное цветение испускающих запахи микроорганизмов помогает морским птицам не только в поисках пищи, но, возможно, и в навигации. Было высказано предположение, что целые океанские бассейны могут казаться им сравнительно стабильными «ландшафтами» слегка отличных друг от друга пахучих элементов, которые птицы могут изучать и запоминать в течение своей долгой жизни[235].

Однако в то, что птица, летающая над открытым морем, может ориентироваться исключительно при помощи обоняния, поверить трудно, особенно с учетом чрезвычайно бурной и изменчивой природы не только атмосферы, но и самого океана.

Неясность в вопросе о навигации у птиц, вероятно, в значительной степени вызвана тем фактом, что птицы (как и многие другие животные) используют целый ассортимент разных навигационных механизмов, выбирая из него наиболее подходящие к тем конкретным условиям, в которых они находятся. Вполне возможно, что они способны оценивать качество информации, поступающей из разных источников, а затем решать, какая из систем с наибольшей вероятностью окажется в данном случае самой надежной. Вероятно также, что на разных этапах своих перелетов они используют разные средства[236].

С учетом такой, действительно запутанной, ситуации у читателя может возникнуть вопрос: не помогают ли голубям (и другим птицам) находить дорогу домой какие-нибудь совершенно другие органы чувств?

Логично предположить, что птицы могут использовать магнитные ориентиры. Точно известно, что голуби чувствуют магнитные поля, но до тех пор, пока они сохраняют нормальное обоняние, они обычно не выказывают никаких признаков дезориентации, когда окружающее их магнитное поле искажается магнитами, прикрепленными к их голове. Альбатросам и буревестникам в этих условиях также удается успешно находить дорогу к дому[237]. Таким образом, ясно, что эти птицы не используют исключительно магнитные ориентиры.

С другой стороны, процедуры, которые используют для приведения птиц в состояние аносмии, по-видимому, затрагивают и их способность к обнаружению искусственных источников магнитного поля[238]. Поэтому из того, что они не могут найти дорогу, будучи лишены обоняния, также нельзя с уверенностью заключить, что они полагаются исключительно на запаховые ориентиры.

Могут ли голуби производить счисление пути или каким-то иным образом отслеживать свой маршрут? Можно предположить, что они используют в поисках обратной дороги какие-то внутренние механизмы или даже отслеживают встречающиеся по пути запаховые или звуковые ориентиры, но способность к возвращению домой не сильно ухудшается, даже когда птиц перевозят на место выпуска под общим наркозом. Очень трудно понять, как животное, находящееся в бессознательном состоянии, могло бы отслеживать изменения в направлении движения и местоположении.

Хотя некоторые из специалистов по бионавигации по-прежнему скептически относятся к самой гипотезе ольфакторной навигации[239], многие согласны с тем, что почтовые голуби и морские птицы по меньшей мере частично используют запахи для нахождения дороги домой. Но как именно они это делают, все еще далеко не ясно. Мы еще вернемся к этой теме, когда будем говорить о возможном значении ольфакторных карт.

* * *

Атлантический тупик[240], птица с клоунской физиономией, летающая с необычным мурчащим звуком, – существо неотразимо очаровательное, но в то же время несколько странное.

Если другие перелетные птицы сохраняют верность одним и тем же местам зимовки, тупики в конце лета разлетаются в самые разные стороны. А поскольку молодые тупики улетают из своих гнездовий ночью, по-видимому, поодиночке и задолго до взрослых птиц, весьма трудно предположить, чтобы они узнавали маршруты миграции от своих родителей.

Ученые, отслеживавшие перемещения тупиков с острова Скомер, лежащего у побережья Уэльса, обнаружили, что в августе большинство этих птиц сначала вылетело в северо-западном направлении, причем некоторые добрались даже до Гренландии, а другие – на юг, к Бискайскому заливу. Позднее они в основном направились в Северную Атлантику, а потом, ближе к концу зимы, переместились южнее, некоторые – до самого Средиземного моря. Весной они снова слетелись в свою колонию – с разных направлений. Удивительнее всего было то, что каждая отдельная птица, как правило, следовала каждый год одним и тем же индивидуальным маршрутом[241].

В отличие от наземных птиц тупики способны садиться где угодно в открытом море; по всей вероятности, они могут зимовать в самых разных местах. Поэтому можно предположить, что каждый молодой тупик не использует какого-либо строгого набора инструкций – будь то унаследованный или приобретенный в стае, – а разрабатывает свой собственный маршрут, которому неуклонно следует затем год за годом. Но как они это делают, нам еще предстоит установить.

13

Навигация по звуку

В 1930-х годах британский исследователь и альпинист Фредерик Спенсер Чапмен (1907–1971), которому впоследствии, во время Второй мировой войны, удалось выжить в течение более чем 18 месяцев в тылу врага в малайских джунглях, шел на байдарке вдоль восточного берега Гренландии с группой охотников-иннуитов. На море было сильное волнение, так что, даже попав в плотный туман, они без труда определяли, где находится берег, по шуму прибоя, но Чапмен не мог понять, как они смогут найти тот фьорд, в котором жили. Его спутники, напротив, были совершенно спокойны, и через час размеренной гребли охотник, бывший в передней байдарке, внезапно повернул к берегу и безошибочно вошел в узкий створ фьорда. Чапмен был озадачен, но объяснение оказалось поразительно простым:

Вдоль всего берега… располагались гнездовья пуночек[242], и каждый самец… объявлял о правах на свою территорию исполнением своей песни, которую он пел с какого-нибудь высокого валуна. При этом песня каждого самца пуночки несколько отличалась от других, и эскимосы научились различать отдельных исполнителей. Поэтому, как только они слышали пение птицы, устроившей свое гнездо у входа в их фьорд, они понимали, что пора поворачивать к берегу[243].

В обычной ситуации мы не прокладываем курс по пению птиц, но все мы активно используем в повседневной жизни ориентирование по звукам. Часто оно приносит пользу и мореплавателям. При подходе к высокому берегу резкий звук – например, хлопок в ладоши или выстрел – отражается от вертикальной скалы и создает эхо. Поскольку звук проходит около километра за три секунды, задержка этого эха позволяет оценить, на каком расстоянии находятся скалы – эта информация может быть полезна темной ночью или в условиях плохой видимости. Полезную информацию можно извлечь и из звука прибоя. Волны, разбивающиеся о скалы, производят шум, весьма отличный от того, который дает прибой на гальке, глине или песке, и в некоторых случаях опытные моряки могут определить свое местоположение по одним этим отличиям.

Наши уши – такие же определители направления, как усики насекомых[244]. Мельчайшие различия во времени достижения звуком левого и правого ушей и микроскопическая разница в его интенсивности сообщают нам, с какой стороны от нас находится источник звука. Тот же принцип лежит в основе пространственных звуковых эффектов, которые создают стереодинамики и системы «объемного звучания». Дают информацию и изменения воспринимаемой частоты звука, исходящего от движущегося источника по мере его удаления или приближения, – эффект Доплера. Благодаря ему мы можем определить, например, едет ли автомобиль в нашем направлении, по звуку, который он издает.

Слепые часто полагаются на звуки, помогающие им безопасно передвигаться с места на место. Они постукивают тростью или издают другие звуки и определяют, какие объекты их окружают, отмечая тонкие различия в возвращающемся к ним эхе. Однако интересно отметить, что сами они часто описывают то, что они делают, совершенно по-другому. Они говорят, что просто «ощущают» присутствие предметов, и это может означать, что у таких людей в обработке акустического эха участвуют те области мозга, которые обычно не связаны со слухом.

59-летний канадец Брайан Боровски, слепой от рождения, в возрасте трех или четырех лет самостоятельно научился использовать эхолокацию, цокая языком или щелкая пальцами.

Когда я иду по улице и прохожу мимо деревьев, я слышу каждое дерево: его вертикальный ствол и, может быть, ветви, нависающие надо мной… Я слышу находящегося передо мной человека и могу обойти его[245].

После некоторой тренировки подобными навыками могут овладеть даже зрячие люди (с повязкой на глазах)[246].

Рыбаки из Ганы, по-видимому, умеют находить рыбу, опуская в воду весло. Его плоская лопасть работает как направленная антенна, собирающая звуки, которые рыбы издают под водой. Приложив ухо к черенку весла, рыбак может приблизительно определить, в какой стороне находится рыба[247]. Но по-настоящему поразительна та изобретательность, с которой используют звуки некоторые животные. Лучше всего известен пример летучих мышей.

Способность летучих мышей точно ориентироваться в полной темноте открыл в 1793 году хитроумный итальянский священник Ладзаро Спалланцани (1729–1799). Он часто замечал, что по ночам летучие мыши залетают в его комнату и кружатся вокруг единственной горящей там свечи. Решив проверить их способности к ночным полетам, он поймал одну из них и привязал к ее ноге нитку. Затем Спалланцани задул свечу и отпустил летучую мышь; по подергиваниям нитки он смог установить, что летучая мышь снова стала летать по комнате кругами – полное отсутствие света ей, по-видимому, нисколько не мешало. В дальнейших экспериментах (которые, несомненно, не прошли бы проверки на соответствие нынешним этическим стандартам) он ослеплял летучих мышей и выяснил, что они по-прежнему могли не только успешно охотиться, но и находить обратную дорогу к колокольне, на которой он их поймал[248].

В то время открытия Спалланцани остались практически незамеченными; лишь очень немногие из его результатов были опубликованы. Только в 1938 году молодой исследователь из Гарварда Дональд Гриффин (1915–2003), интересовавшийся сезонными миграциями летучих мышей, дал объяснение их способности летать в темноте. В сотрудничестве со своим коллегой Робертом Галамбосом он смог показать, что летучие мыши способны обнаруживать летающих насекомых и точно нацеливаться на них в темноте, испуская ультразвуковые щелчки и гудки и анализируя их эхо – эта система очень похожа на сонары, которые используют для поиска подводных лодок. Гриффин понял, что необычайные навигационные и охотничьи способности летучих мышей основываются на создании чрезвычайно подробной трехмерной картины окружающего их пространства[249].

Важную часть рациона летучих мышей составляют мотыльки, и у некоторых из них развились собственные средства противодействия. Уловив особый сигнал, который летучая мышь использует при приближении к добыче, они выполняют уклоняющиеся маневры или даже «глушат» сонар летучей мыши, испуская свои сигналы, так что летучей мыши приходится проявить чрезвычайное проворство, чтобы поймать такого мотылька[250].

Летучие мыши с их эхолокацией вполне могут претендовать на одно из первых мест среди навигаторов мира млекопитающих, и задачи, которые им приходится решать, чрезвычайно сложны. Прежде всего им нужно определять, где они находятся и что их окружает, ориентируясь исключительно на эхо тех звуков, которые они испускают. Только подумайте, что́ это означает: они должны распознавать целую лавину разных звуков, отражающихся от всех окружающих их поверхностей – от луговой травы, от коры и листьев деревьев, от кирпичных стен, от мельчайших летающих насекомых или от поверхности пруда.

Эта задача была бы достаточно сложной, даже если бы летучая мышь была неподвижной, но летучие мыши могут летать очень быстро и редко перемещаются по прямой; более того, маневры, которые они выполняют в полете, сложнее, чем у большинства птиц. Мало того, им, возможно, к тому же приходится отличать свои собственные сигналы от сигналов летучих мышей того же вида, летающих поблизости.

Летая в полной темноте, некоторые летучие мыши способны находить маленькие отверстия в плотной проволочной сетке и пролетать сквозь них, не подвергая себя какой бы то ни было опасности. Другие каждую ночь следуют от гнезда к месту охоты по регулярным «полетным маршрутам», проходящим по запутанным подземным проходам, длина которых может доходить до нескольких километров[251]. Но возможности эхолокации ограниченны: максимальная эффективная дальность ее действия составляет всего лишь около 100 метров, то есть для обнаружения дальних ориентиров она не годится. Поэтому в дальних перелетах летучим мышам приходится использовать для навигации другие чувства – в особенности зрение (см. главу 3).

Сонар также используют для выслеживания и поимки добычи и другие млекопитающие, в частности дельфины, морские свиньи и другие зубатые киты.

Содержащиеся в неволе дельфины чрезвычайно хорошо находят под водой мелкие объекты, даже в полной темноте, и несомненно используют звуки, чтобы избегать столкновения с препятствиями. Интенсивные ультразвуковые щелчки, которые они издают, дают им картину окружающей местности в радиусе приблизительно до 300 метров, а данные слежения за ними в открытом море с использованием радиомаяков говорят о том, что они используют эту систему для следования вдоль подводного рельефа[252]. Исследования двух пойманных морских свиней показали, что и они используют для ориентации относительно элементов ландшафта свои сонары[253].

Неоспоримых свидетельств того, что киты и дельфины используют сонары для навигации, имеется мало, но было бы удивительно, если бы они этого не делали. Более того, некоторые исследователи предполагают, что их сонарная система, как и аналогичная система у летучих мышей, могла исходно развиться именно для навигации.

Соблазнительно было бы предположить, что в своих дальних миграционных переходах киты ориентируются по подводному «звуковому ландшафту». Хотя испускаемые ими сигналы, вероятно, недостаточно сильны, чтобы давать большое количество полезной информации при глубоководном погружении (где характерная глубина океана составляет три-четыре километра), они могут быть полезны в более мелких морях и на отмелях.

Эффект «Конкорда»

В течение последних двух десятков лет Йон Хагструм, геофизик, работающий в Геологической службе США, пытается убедить весь мир в том, что у голубей есть сложная навигационная система, работающая на звуке чрезвычайно низкой частоты, то есть инфразвуке. То обстоятельство, что он не профессиональный биолог, может на первый взгляд показаться странным, но его необычный профессиональный опыт очень хорошо подготовил его к изучению именно этого вопроса. Я встретился с ним в его кабинете на окраине Менло-Парка, расположенного рядом со Стэнфордским университетом, к югу от Сан-Франциско.

Отец Хагструма был физиком и хотел, чтобы сын пошел по его стопам, но тот упорно стремился выбрать профессию, которая дала бы ему возможность столкнуться с трудностями жизни на свежем воздухе. В идеале хорошо было бы стать фотографом журнала National Geographic, но он выбрал несколько более реалистичный вариант и пошел учиться биологии в Корнеллском университете. Курс был рассчитан на студентов-медиков, и, когда Хагструм узнал, сколько времени ему придется проводить в лаборатории, он перешел на геологию. В 1976 году он попал на лекцию Билла Китона (1933–1980), который был в то время одним из ведущих исследователей навигации у голубей.

Хагструма увлекли рассказы Китона – в особенности о странном поведении некоторых голубей, которых выпускали в окрестностях места под названием Джерси-Хилл. Эти птицы неизменно теряли ориентацию, и им очень редко удавалось успешно вернуться домой. У них была одна общая черта: все они были из голубятни, расположенной в Корнелле. Как ни странно, с птицами из других голубятен штата Нью-Йорк, которых выпускали в том же месте, ничего необычного не происходило. Китон никак не мог придумать правдоподобного объяснения этому странному явлению и спросил своих слушателей, нет ли у них каких-нибудь блестящих мыслей на этот счет. Этот риторический вопрос поразил воображение Хагструма и навсегда остался в его памяти.

Несколько лет спустя интерес Хагструма к этой проблеме оживила статья, появившаяся в National Geographic: как он заметил, гипотеза о том, что недостающим элементом может быть звук, рассматривалась очень мало. К тому времени он уже прошел курс сейсмологии и много знал о распространении звуковых волн; кроме того, он успел почитать и о бионавигации. Но работа геофизика вынуждала его много ездить по всем Соединенным Штатам, и он не мог как следует заняться этой темой. Наконец в 1998 году Хагструм прочитал статьи о голубиных гонках в восточной части США и в Европе, «провалившихся» по непонятным причинам: голубям не удавалось вовремя – или вовсе никогда – вернуться домой.

Уже было достоверно известно, что голуби могут использовать компасы двух типов – солнечный и магнитный. Однако компас сам по себе не позволяет птице найти дорогу к дому из незнакомого ей места. Кроме него нужна какая-то карта. Одна из широко обсуждавшихся теорий гласила, что птицы могут формировать такие карты на основе градиентов интенсивности магнитного поля Земли. Хагструм был уверен, что это решение неверно, хотя в то же время он относился с глубоким скептицизмом и к предложенной Папи гипотезе ольфакторной карты. Как бы то ни было, ни одна из этих теорий не могла удовлетворительно объяснить того, что Китон в течение двадцати лет снова и снова наблюдал в Джерси-Хилл.

Хагструма чрезвычайно сильно привлекала идея, что ключом к разгадке может быть звук. Предположения подобного рода высказывал за много лет до того и Гриффин (прославившийся исследованиями эхолокации у летучих мышей). Перефразируя афоризм, который приписывают великому физику Нильсу Бору, Хагструм думал, что «возможно, эта идея достаточно безумна, чтобы быть правильной».

Звук распространяется в воздухе на не очень большие расстояния, но некоторые животные обладают чувствительностью к звукам чрезвычайно низкой частоты, гораздо меньшей нижнего порога слышимости человека (порядка 20 Гц). Этот так называемый инфразвук распространяется гораздо медленнее и может преодолевать расстояния в тысячи километров. В принципе должна существовать возможность ориентирования по таким сигналам.

Почтовые голуби, несомненно, способны слышать инфразвуки[254], хотя причины, по которым у них развилась эта способность, точно не известны. Один из возможных вариантов состоит в том, что голуби (и, возможно, другие птицы) используют инфразвук, чтобы узнавать о приближении атмосферных фронтов, которые несут с собой сильный ветер и дождь. Такое умение очень пригодилось бы любой птице, совершающей перелеты на дальние расстояния.

Хагструм задумался, нельзя ли найти какие-нибудь акустические возмущения – вероятно, инфразвуковые, – которые могли исказить «картографическое чувство» птиц в этих провалившихся гонках.

Безуспешно исследовав несколько возможных вариантов, он наконец нашел тот фактор, который мог быть правильным ответом: хлопок, производимый сверхзвуковым авиалайнером «Конкорд» (который в то время еще не был снят с эксплуатации). Не мог ли этот чрезвычайно мощный источник инфразвука сбивать с толку навигационную систему голубей или, может быть, временно оглушать птиц?

Хагструм узнал, что 29 июня 1997 года в городе Нанте на севере Франции «подбросили» (так, довольно бесцеремонно, голубей отправляют в полет) более 60 000 голубей из английских голубятен; эта гонка была устроена в честь столетия британской Королевской ассоциации голубиных гонок. Как правило, 95 % птиц возвращались домой в целости и сохранности, но на этот раз прилетели лишь очень немногие из них. Катастрофа была такой масштабной, что было даже проведено специальное расследование, но его выводы оказались неопределенными. Озадаченные организаторы гонки списали свои потери на обычного виновника – плохую погоду.

Однако Хагструм вычислил, что большинство голубей должно было оказаться над Ла-Маншем в точности в то же время, когда над ними пролетал «Конкорд» ежедневного рейса Париж – Нью-Йорк, набиравший сверхзвуковую скорость после пересечения береговой линии Франции[255]. Что важно, те немногие птицы, которые все же добрались до дома, были из числа отстающих, то есть к этому моменту они еще не успели долететь до моря. Таким образом, это объяснение казалось правдоподобным.

Затем Хагструм стал изучать данные нескольких неудавшихся гонок, проводившихся в 1998 году, – одной во Франции и еще двух в США. Хотя выяснилось, что птицы, участвовавшие в этих гонках, не могли столкнуться с конической ударной волной, которую создает самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, судя по времени (и погодным условиям), они могли встречать медленно движущиеся акустические волны, распространяющиеся перед самолетом, когда он сбрасывает скорость перед посадкой.

Было, однако, одно исключение – провалившаяся гонка в Пенсильвании. Исследуя это событие, Хагструм выяснил, что по расписанию «Конкорд» должен был прилететь слишком рано. Оставалось всего одно возможное объяснение, и оно казалось в высшей степени маловероятным. Если теория Хагструма была верна, это значило, что в этот день «Конкорд» прилетел в Нью-Йорк с более чем двухчасовым опозданием. Хагструм позвонил в представительство авиакомпании Air France в аэропорту имени Кеннеди. Сначала сотрудник авиакомпании, с которым он говорил, высокомерно отмахнулся от этой идеи: как мог могучий «Конкорд» так сильно опоздать? Но когда Хагструм объяснил, что спрашивает об этом ради научного исследования, его собеседник неохотно согласился навести справки.

Через некоторое время Хагструм перезвонил представителю Air France, и тот спросил его: «Вы что, фокусник?» Действительно, в тот день в Париже возникли механические неполадки, из-за которых рейс был задержан на два с половиной часа, так что пенсильванские птицы все же могли столкнуться с ударной волной. Хагструм подчеркивает, что поведение птиц позволило ему не только догадаться о задержке самолета, но даже определить ее длительность. Как он говорит, это был, возможно, самый потрясающий момент его научной карьеры; однако даже после этого ему было трудно добиться публикации своих результатов[256].

В своей работе Хагструм опирался не только на совпадение нескольких неудавшихся гонок с рейсами пролетавших поблизости «Конкордов». Он также изучил данные 2500 выпусков 45 000 птиц, сохранившиеся со времен работы в Корнелле Китона. Китон был в высшей степени уважаемым ученым, и тот факт, что его данные не были свежими, ни в коей мере не умалял их значения. Более того, это исключало возможность какого-либо неосознанного искажения, которое мог бы внести в работу Хагструм.

Как мы уже говорили, Китон обнаружил, что птицы из корнеллских голубятен, которых выпускали в районе Джерси-Хилл, обычно разлетались в случайных направлениях, и лишь около 10 % из них в конце концов добирались до дому. В районе Кастор-Хилл дело обстояло иначе, но не менее странно. Птицы, выпущенные там, летели обычно в одном и том же направлении, но оно часто бывало неверным. С еще одного места выпуска, близ Уидспорта, птицы почти неизменно находили верный путь к дому, но в одном исключительном случае им это не удалось. Можно ли было объяснить все эти странные результаты какой-нибудь одной причиной?

Инфразвук генерируют разнообразные природные явления, в том числе морские штормы и наземные торнадо, а также взаимодействие сильных ветров с элементами рельефа, например горами. Еще одним его источником является морской прибой. Однако особенно важную роль играют стоячие волны в открытом море. Подобные устойчивые волновые картины возникают на поверхности чашки кофе, если ею несколько раз подряд стукнуть по столу; стоячие волны находятся в основе тонов, которые издают музыкальные духовые инструменты.

Стоячие волны, заинтересовавшие Хагструма, имеют гораздо более крупные масштабы. Они порождаются усиливающей интерференцией огромных ветровых волн, образованных штормами или ураганами в открытом море, и возникают, когда две серии волн одинаковой частоты, распространяющиеся в противоположных направлениях, сталкиваются друг с другом. Такие стоячие волны вызывают колебания атмосферного давления (называемые микробаромами), которые могут распространяться вверх до самой стратосферы.

На этой высоте температурные градиенты и быстрые воздушные течения могут изгибать их к поверхности земли, от которой они снова отражаются вверх. Повторяясь: этот процесс создает «волновод» – своего рода акустический канал, – по которому микробаромы могут распространяться на большие расстояния.

Но это еще не все. Те же стоячие волны порождают также похожие на землетрясение мельчайшие вибрации находящегося под ними океанского дна (так называемые микросейсмы). Они распространяются вовне и в конце концов могут быть зарегистрированы сейсмометрами в самом центре континентальных массивов суши. На самом деле порожденные этими океанскими источниками микросейсмы и микробаромы создают, соответственно, в земной тверди и в атмосфере почти непрерывный фоновый инфразвуковой гул с частотой порядка 0,2 Гц и периодом около шести секунд. Они сильно затрудняют работу ученых, пытающихся обнаружить другие важные явления, например дальние землетрясения или сигналы, порожденные ядерными испытаниями.

Хагструм предположил, что голуби способны слышать инфразвук, возникающий в результате слабых колебаний поверхности суши, и именно эта способность лежит в основе их необычайных талантов в нахождении дороги домой. Точнее говоря, он считает, что каждый голубь научается ассоциировать свою голубятню с определенной инфразвуковой сигнатурой, или акустическим рисунком, которая определяется окружающими ее элементами рельефа. Он не уверен, что именно играет в этом процессе более важную роль – микробаромы, распространяющиеся в воздухе, или микросейсмы, проходящие сквозь землю и поднимающиеся в атмосферу (хотя имеющиеся данные по большей части говорят в пользу второго варианта – см. ниже).

Во всяком случае, окрестность голубятни издает характерный звук, подобный тону колокола (только гораздо более низкий и совершенно неслышный для нас). Звук такой сверхнизкой частоты распространяется в воздухе на огромные расстояния и может служить маяком, который позволяет голубю прокладывать точный курс к дому – в нормальных обстоятельствах.

Но если этот звук отклоняется градиентами температуры воздуха или элементами рельефа, у голубя возникают затруднения, и именно с этим, по мнению Хагструма, было связано необычное поведение птиц в Джерси-Хилл, Кастор-Хилл и Уидспорте.

Улисс С. Грант и акустическая тень

При помощи компьютеризованной системы моделирования атмосферы Хагструм сумел показать, как распределение температур и ветров в атмосфере, а также изменения погоды и физическая форма рельефа влияют на распространение инфразвука. Эти факторы могут приводить к возникновению локальных «зон тишины», или зон акустической тени, попав в которые голуби не слышат характеристических звуков, издаваемых окрестностями их голубятни.

Во время Гражданской войны в Соединенных Штатах зоны акустической тени порождали серьезные проблемы. Военачальники обеих сторон часто держали значительные силы в резерве и вводили их в бой только тогда, когда по шуму битвы становилось понятно, что их участие в ней необходимо. Однако, хотя эти войска находились рядом с полем боя, иногда они ничего не слышали. Вероятно, именно из-за такой акустической тени генерал Улисс Грант не смог вовремя послать подкрепления своему подчиненному, генералу Роузкрансу, в сражении под Иукой 19 сентября 1862 года. Гром орудий до него попросту не доходил[257].

Модели атмосферы показали, что странная дезориентация корнеллских голубей, выпущенных в Джерси-Хилл, могла быть вызвана акустической тенью. В нормальных условиях инфразвук из Корнелла не доходит до Джерси-Хилл. Однако был один-единственный случай, в котором птицам из Корнелла все же удалось добраться до дома из этого места. Хагструм продемонстрировал, что необычные погодные условия этого дня могли радикально изменить характер распространения инфразвука из Корнелла. Поэтому у птиц, находившихся в Джерси-Хилл, была в этот день необычайно хорошая акустическая связь с Корнеллом, и они смогли – в кои-то веки – найти маяк своей голубятни[258].

В то же время дезориентация птиц в Кастор-Хилл и Уидспорте, возможно, была результатом того, что инфразвуковые сигналы поступали с нескольких направлений сразу благодаря изменениям погодных условий и элементам рельефа, которые способствовали их распространению в разных направлениях. Некоторые из других редких аномалий, выявленных на основе данных Китона, даже можно объяснить интерференцией инфразвука, порожденного торнадо и ураганами, зарегистрированными в соответствующие дни.

В качестве возражения гипотезе Хагструма часто приводят тот аргумент, что уши голубя расположены так близко друг к другу, что эта птица никак не может извлекать какую бы то ни было полезную ориентационную информацию из низкочастотных звуков, длина волны которых составляет километр или больше. Если бы птица не могла двигаться, это возражение было бы справедливым, но, летая кругами или петлями, голубь может искусственно увеличить размеры своего слухового аппарата. А при помощи эффекта Доплера он может определить, с какой стороны к нему приходит характеристический звук родной голубятни[259]. В точности тот же принцип, который называют апертурным синтезом, используется при проектировании радаров. Тот факт, что голуби часто летают кругами или петлями над местом выпуска и лишь потом направляются в сторону дома, согласуется с предположением, что они извлекают ориентационную информацию из инфразвука.

Гораздо более серьезное возражение состоит в том, что голуби, лишенные слуха методом хирургического вмешательства, все равно сохраняют способность направляться к дому. Но данные в этом отношении неточны и неясны. Первое исследование такого рода было проведено на малой выборке, и результаты его были неоднозначными: некоторые из лишенных слуха птиц не смогли сориентироваться, но, как ни странно, не сумели найти нужного направления и некоторые из птиц контрольной группы, у которых слух сохранялся[260].

Недавно Хагструм изучил неопубликованный набор данных, также полученных Китоном, которые проливают еще более яркий свет на этот вопрос. В различных опытах Китона лишенные слуха птицы – взятые вместе – действительно вели себя иначе, чем птицы контрольных групп, и обычно ориентировались хуже, хотя и в этих случаях многим из них удавалось успешно вернуться домой. В то же время и в контрольной группе некоторые из птиц, сохранивших слух, также не могли сориентироваться[261].

Хагструм считает, что птицам контрольных групп иногда мешали акустические тени. Возможно, глухие птицы (понимавшие, что их слух не работает) пользовались одним из своих компасов для отслеживания пути от голубятни к месту выпуска, как делают молодые, неопытные голуби, и возвращались домой по обратному маршруту.

Еще одно свидетельство было извлечено из любопытной сезонной закономерности в способности европейских голубей находить дорогу домой. Зимой они, как правило, хуже ориентируются и затрачивают больше времени на возвращение в свою голубятню. По-немецки эта аномалия называется словом Wintereffekt («зимний эффект»), но в Северной Америке она не наблюдается. Хагструм предположил, что она вызвана усилением фоновых инфразвуковых шумов, связанным с характерным для Северной Атлантики большим количеством зимних штормов, которые предпочтительно движутся в направлении Европы (а не Америки) под воздействием западных стратосферных ветров[262].

Сторонники гипотезы ольфакторной навигации отмечают, что «зимний эффект» также можно объяснить тем, что в зимние месяцы уменьшается количество полезных с точки зрения навигации запахов, производимых растениями.

Хагструм, безусловно, признает, что такие отдельные случаи могут служить лишь косвенными свидетельствами в пользу его инфразвуковой гипотезы. Его работа не позволяет ему проводить эксперименты, необходимые, чтобы окончательно установить, используют ли голуби инфразвук, но он надеется, что это вскоре смогут сделать другие исследователи.

* * *

Многие животные возвращаются для размножения на место своего рождения, но подробное изучение поведения животных, которые – подобно тюленям – размножаются в крупных колониях, затруднительно, не в последнюю очередь из-за того, что такие животные нападают на всех, кто подходит к ним слишком близко.

Недавно ученым удалось справиться с этой проблемой в крупной колонии кергеленских морских котиков[263] на острове Берд, расположенном у берегов Южной Георгии[264]. На этом острове есть тропа, проходящая на некотором возвышении, с которой можно с большой точностью определять местоположение отдельных котиков. При помощи электронных идентификационных меток, которые можно было считывать прибором, установленным на конце длинного шеста, исследователи установили, что самки кергеленского котика возвращаются на место своего рождения с необычайно высокой точностью – даже по прошествии нескольких лет – и там производят на свет своих собственных детенышей.

Самки по большей части оказывались на расстоянии до 12 метров от места своего рождения, а некоторые – на расстоянии, не превышавшем длину их собственного тела (около двух метров). Хотя самцов, многочисленные партнерши которых образуют «гаремы», еще не исследовали таким же образом, вполне возможно, что они проявляют еще бо́льшую привязанность к родным местам. На фотографиях колонии северных морских котиков[265], сделанных в 1890-х годах, виден «практически тот же рисунок распределения «гаремов», что и сегодня»[266].

Никто не знает, как морским котикам удается так точно находить свой дом. Может быть, на самом последнем этапе их обратного путешествия, уже после выхода на берег, важную роль играют зрение и обоняние, а находясь в открытом море, они, возможно, используют астрономические или магнитные ориентиры. Как знать?

14

Земной магнетизм

На протяжении многих столетий мореплаватели использовали для прокладки курса и следования ему магнитный компас. Заучивание наизусть тридцати двух румбов компаса было непременной частью обучения каждого моряка – пока на смену румбам не пришли градусы. Теперь север – это просто нуль, восток – 90 градусов, юг – 180, запад – 270 и так далее, до 359. Хотя мы по-прежнему говорим о «юго-востоке» или даже «северо-северо-западе», более сложные румбы по большей части уже забыты.

Природные магниты – кусочки постоянно намагниченной породы (магнетита), притягивающие железо, – были описаны еще в Античности, и их способность «искать север» в свободно подвешенном состоянии, вероятнее всего, была открыта вскоре после этого. По-видимому, китайцы изобрели своего рода компас около двух тысяч лет назад. Неясно, когда именно они начали применять этот чудесный прибор в навигации, но к XI веку он, несомненно, уже использовался. К XII веку компас появился и в Европе, хотя вопрос о том, был ли он изобретен там независимо, по-прежнему остается предметом споров[267].

В исследовательских путешествиях европейцев, начавшихся в XV веке, компас играл не менее важную роль, чем приборы, использовавшиеся для измерения высоты солнца и звезд, и проложенные вскоре после этого трансокеанские торговые пути не могли бы существовать без его помощи. Кое-кто утверждает, что до появления систем спутниковой навигации он был самым важным навигационным прибором, и даже сейчас не бывает судов без путевых компасов.

Глубоко под нами твердое ядро Земли (температура которого составляет почти 6000 градусов Цельсия) нагревает бурные вихри расплавленного металла, создающие магнитное поле, которое окружает всю планету[268].

Без защиты геомагнитного поля на нашей планете не могла бы существовать никакая жизнь. Распространяясь далеко в космос, это поле отклоняет высокоэнергетические частицы, летящие от Солнца: в противном случае они разорвали бы в клочья защитный озоновый слой атмосферы. Тогда все на Земле подвергалось бы воздействию смертоносного потока солнечного излучения, который стерилизовал бы всю ее поверхность.

Геомагнитное поле похоже на поле, окружающее обычный стержневой магнит, только, разумеется, в гораздо большем масштабе. У него есть два полюса, соединенные силовыми линиями. Магнит, имеющийся в компасе, поворачивается вдоль этих линий: один его конец направлен к северному, а другой – к южному геомагнитному полюсу. Другими словами, он чувствителен к магнитной полярности. Но существует одна проблема: магнитные полюса редко совпадают с полюсами географическими. Более того, сейчас они находятся в нескольких сотнях километров от них и постоянно перемещаются[269].

В результате почти в любой точке поверхности Земли направление на истинный (географический) север или юг отличается от направления на север или юг магнитный. Угловую разницу между этими направлениями называют магнитным склонением[270]. При навигации по компасу чрезвычайно важно учитывать склонение, так как без этого вы можете оказаться совершенно не там, где рассчитываете. А вблизи любого из двух магнитных полюсов, где склонение весьма резко изменяется на очень коротких расстояниях, магнитный компас становится практически бесполезным[271].

В 1699 году блестящий английский астроном Эдмунд Галлей (1656–1742), именем которого названа знаменитая комета, отправился в долгое и трудное плавание по Атлантическому и Индийскому океанам (причем даже достиг той области на юге, где уже наблюдаются крупные айсберги), в ходе которого он произвел серию измерений магнитного склонения. По возвращении он опубликовал подробную карту зарегистрированных линий равного склонения, надеясь, что это поможет мореплавателям в определении их долготы. Теоретически это была хорошая идея, но она так и не прижилась. Хотя Галлей доказал, что в открытом море можно определять магнитное склонение, его точное измерение – дело совсем не простое, а кроме того, величины склонения постоянно изменяются. В результате карта Галлея – хотя она была замечательным достижением в области картографии – никогда широко не применялась.

Величина магнитного склонения сильно различается в разных точках. В точке А склонение равно нулю. Углы х и у соответствуют расхождению в точках B и C

Силовые линии, выходящие вертикально вверх из одного полюса и снова стремящиеся к вертикальности при снижении ко второму, становятся более пологими, огибая Землю; в экваториальных областях они проходят параллельно ее поверхности. Изменяющийся угол наклона геомагнитного поля относительно поверхности Земли называется его наклонением[272]. Если установить магнитную стрелку так, чтобы она могла поворачиваться в вертикальной плоскости, то вблизи экватора она будет оставаться горизонтальной, но по мере приближения к одному из полюсов тот ее конец, который притягивается к этому полюсу, будет опускаться все ниже и ниже относительно второго конца.

Магнитное наклонение полезно с точки зрения навигации, но не дает однозначной информации. Оно последовательно увеличивается по мере приближения к любому из магнитных полюсов и уменьшается по мере приближения к экватору, но по нему нельзя определить, идет ли речь о Северном или Южном полюсе.

Другая важная характеристика геомагнитного поля – его сила, или напряженность. Эта величина достигает максимального значения вблизи полюсов и постепенно уменьшается по мере приближения к экватору. В направлении с востока на запад она также изменяется, но гораздо слабее (и менее регулярным образом). Ее абсолютные значения совсем не велики. Она измеряется в нанотеслах (нТл)[273] и составляет от 25 000 до 60 000 нТл – для сравнения можно сказать, что маленький сувенирный магнит для холодильника создает магнитное поле порядка 10 000 000 нТл.

Силовые линии, соединяющие северный и южный магнитные полюса

Напряженность магнитного поля Земли также в высшей степени неравномерна и непостоянна во времени. Каждый год, каждый день, каждый час и даже каждую минуту напряженность поля изменяется в разных местах совершенно непредсказуемым образом. Более протяженные во времени колебания («вековые вариации») порождаются все еще отчасти загадочными процессами, происходящими вокруг земного ядра, а более быстрые изменения, случающиеся в течение суток, связаны с электрическими процессами в ионосфере, вызванными воздействием на нее солнечных лучей. Также следует учитывать трехмерную структуру геомагнитного поля, так как его напряженность быстро падает по мере подъема над поверхностью Земли.

В связи со сложной и в высшей степени подвижной природой магнитного поля Земли любая двумерная карта градиентов его напряженности может давать лишь очень грубое приближение реальных значений в любой точке[274]. Намагниченные горные породы, случайным образом распределенные в земной коре, также порождают локальные флуктуации напряженности магнитного поля, которые могут подавлять фоновые меридиональные градиенты. Иногда такие локальные аномалии бывают настолько сильны, что мешают работе путевых компасов; поэтому места их расположения отмечают на морских картах. По всем этим причинам получить достоверную информацию о своем местоположении только из измерений напряженности магнитного поля весьма трудно[275].

Следует учитывать и еще один фактор. Время от времени, через нерегулярные интервалы, геомагнитное поле полностью переворачивается (происходит инверсия геомагнитного поля): северный полюс становится южным, а южный – северным. Последняя такая смена полярности произошла около 780 000 лет назад, но в более отдаленном прошлом случалось много других таких же «обращений поля». Мы знаем об этих событиях по окаменелым следам, которые они оставили в породах морского дна.

Такое обращение обычно занимает несколько тысяч лет, и в течение этого периода распад существовавшего ранее двухполюсного поля может сопровождаться возникновением причудливых многополюсных полей. Это было бы чрезвычайно неудобно с точки зрения прокладывания курса при помощи какого бы то ни было магнитного компаса.

Компас наклонения

Идея о том, что животные могут использовать в навигации геомагнитное поле, активно обсуждалась в XIX веке. Российский зоолог и путешественник Александр Миддендорф (1815–1894) высказал такое предположение в 1855 году; затем, в 1882-м, никому не известный француз по фамилии Вигье, живший в Алжире, исследовал возможности использования животными для ориентирования магнитного наклонения и напряженности магнитного поля[276]. Он прозорливо описал гипотетический эксперимент, в котором к голубям можно было бы прикрепить магнитные или немагнитные металлические бруски, чтобы проверить, как это скажется на их способности находить обратную дорогу к дому.

Но эта идея не укоренилась, и научное сообщество по большей части не обращало внимания на гипотезу магнитной навигации до самых 1960-х годов. К тому времени появился небольшой, но устойчивый поток открытий, которые заставили до тех пор скептически настроенных исследователей вернуться к этой теме. Все больше становилось данных о чувствительности к магнитным полям поразительно разных животных, в том числе термитов, мух, акул и улиток, а вскоре к этому списку также добавились медоносные пчелы и птицы.

Первые свидетельства, позволявшие предположить, что пчелы могут чувствовать магнетизм, были получены в эксперименте, в котором естественное магнитное поле вокруг улья подавлялось системой электромагнитных обмоток. При этом направление, о котором сообщал виляющий танец пчел-разведчиков, чуть заметно изменялось. Еще интереснее было то открытие, что казавшиеся дезориентированными танцы, которые исполняли пчелы, лишенные всех небесных ориентиров (как солнца, так и «Е-векторов»), на самом деле следовали некой закономерности: они по большей части указывали на направления, соответствующие четырем главным румбам магнитного компаса. При отключении окружающего улей магнитного поля этот любопытный «бессмысленный» рисунок пропадал.

Медоносные пчелы явно способны воспринимать магнитное поле Земли, но, возможно, не используют это чувство в навигации, по меньшей мере непосредственно. Более вероятно, что они используют регулярные ежедневные изменения напряженности геомагнитного поля, происходящие около восхода и заката солнца, для калибровки внутренних часов, которые управляют их солнечным компасом. Возможно также, что так поступают и другие животные. Кроме того, магнитное чувство пчел помогает им строить ульи с регулярными массивами ячеек. Пока что неясно, используют ли они магнитную информацию для навигации, когда небо покрывается облаками и их солнечный компас выходит из строя[277].

Свидетельства наличия магнитного чувства у птиц начали появляться в 1960-х годах благодаря новаторским работам Фридриха Меркеля и Вольфганга Вилчко[278][279]. Но самый революционный результат был получен в важнейшем эксперименте, который провели в 1971 году Вольфганг Вилчко и его жена Росвита[280]. Они поместили перелетных зарянок[281] в восьмиугольную клетку с восемью насестами, равномерно распределенными по ее периметру. Затем они стали воздействовать на птиц, находившихся в состоянии Zugunruhe (это очаровательное немецкое слово означает беспокойство, которое птицы демонстрируют перед самым сезонным перелетом), магнитными полями с разными характеристиками и отмечать, на какие из насестов они садились. Целью этого эксперимента было определить, какие именно параметры магнитного поля влияют на поведение птиц – его напряженность, наклонение или полярность.

Супруги Вилчко последовательно и систематически меняли эти параметры на противоположные в разных сочетаниях. Результаты эксперимента оказались весьма удивительными. Птицы выбирали направление в зависимости не от полярности поля, а от его наклонения. Таким образом, они могли найти направление на ближайший магнитный полюс, но были неспособны отличить юг от севера. То есть их компас был совершенно не похож на тот, который использует человек. Однако это не означает, что они были способны лететь только на юг или на север: откалибровав свой магнитный компас, они могли прокладывать курс в любом направлении по своему выбору.

Такого рода компас наклонения предположительно должен хорошо работать в средних и высоких широтах, где угол наклонения достаточно велик и птице легко его заметить. Однако там, где силовые линии магнитного поля становятся горизонтальными, как это происходит вблизи экватора, его показания становятся неоднозначными, и именно это и доказали Вилчко. Когда они включали горизонтальное магнитное поле, зарянки понятия не имели, куда лететь, и теряли ориентацию. Из этого открытия можно сделать важные выводы. Оно означает, что птицы, перелетающие из Северного полушария в Южное (и обратно), не могут пользоваться своим магнитным компасом при приближении к магнитному экватору.

Результаты супругов Вилчко были с тех пор воспроизведены во многих других лабораториях и считаются одним из самых важных открытий в истории исследования бионавигации.

Компас наклонения был обнаружен у 20 разных видов птиц (а также у многих других животных) и вполне может быть даром, которым обладают все пернатые. У некоторых перелетных птиц он, по-видимому, является основным механизмом ориентации в дневное время, хотя его калибровка производится по поляризационным рисункам солнечного света[282]. Птицы, совершающие ночные перелеты, также могут использовать компас наклонения, который они калибруют по азимуту солнца в сумерках, – эта методика позволяет им сохранять прямой курс, даже при пересечении экватора[283]. Но точность, которую обеспечивает компас наклонения, остается предметом некоторых споров. Для попадания в целевую область малых размеров при дальних перелетах – например, остров, расположенный посреди океана, – одного этого механизма, несомненно, недостаточно, так как такой компас не способен предупреждать о боковом смещении относительно курса.

По мере публикации результатов все новых и новых исследований становится все яснее, что органы чувств, работающие в качестве магнитного компаса, – далеко не редкость[284]. Помимо птиц и рифовых рыб[285] магнитные компасы, по-видимому, также есть у самых разнообразных беспозвоночных, в том числе, например, дрозофил[286] и жуков[287].

* * *

Горбатые киты [288] совершают дальние переходы от мест летней кормежки в холодных, но богатых пищей водах вокруг Антарктиды до теплых тропических вод центральных частей Тихого и Атлантического океанов, где самки производят на свет детенышей. Дальность таких путешествий может превышать 8000 километров[289].

Еще поразительнее точность их навигации. В проведенном недавно исследовании со слежением[290] горбатые киты пересекали Тихий океан и Южную Атлантику, следуя прямым как стрела курсом, часто по нескольку суток подряд. Они явно могли вносить поправки на воздействие поперечных течений и, в одном случае, пересекавшего их путь тропического циклона, который должен быть неприятным событием даже для крупного кита. Такие достижения впечатляют, хотя никто не знает, какие ориентиры используют киты, а проводить с ними какие-либо эксперименты кроме отслеживания очень трудно, как по практическим, так и по этическим соображениям.

Возможно, киты используют магнитные ориентиры, и некоторые исследователи считают тот факт, что они выбрасываются на берег – иногда даже сотнями, – свидетельством их чувствительности к магнитным полям. Ученые давно бьются над загадкой таких «массовых выбрасываний», которые часто приводят к гибели участвующих в них особей.

Предлагалось множество возможных объяснений этого явления, в том числе возмущающее воздействие громких подводных шумов, порожденных деятельностью человека[291]. Однако на Восточном побережье США киты, по-видимому, в основном выбрасываются на берег в местах с относительно низкой напряженностью магнитного поля, так что возможно, что в их навигационной системе играют какую-то роль градиенты напряженности[292]. Следуя аналогичной логике, другие ученые предположили, что недавние выбрасывания кашалотов в южной части Северного моря могли быть вызваны мощной солнечной бурей, которая вызвала возмущения в магнитном поле Земли[293].

Существует, однако, и множество других объяснений. Возможно, киты используют для сохранения курса солнце, луну или даже звезды: они весьма часто высовывают голову из воды, как будто оглядываясь (по-английски такое поведение называют словом «spy-hopping»[294]). Также имеются данные, что они любят посещать так называемые подводные горы, и не исключено, что эти элементы рельефа могут служить им навигационными ориентирами[295]. Кроме того, могут играть свою роль терпеливое слушание, эхолокация, обоняние и, возможно, даже чувствительность к гравитационным градиентам.

15

Как же ориентируется монарх?

Вернемся, однако, к явлению, вдохновившему меня в детстве, – годовой миграции североамериканской данаиды монарха. Истинная природа этого необычайного феномена оставалась загадкой до сравнительно недавнего времени. Честь ее разрешения в значительной степени принадлежит одному человеку, упорному канадскому энтомологу Фредерику Эркарту (1911–2002)[296].

Эркарт с детства был без ума от мотыльков и бабочек, и монарх не мог не привлечь его внимания. Было хорошо известно, что эти насекомые исчезают в зимние месяцы, и даже имелись свидетельства того, что некоторые из них улетают на юг, но на какое именно расстояние они путешествуют, было неясно, а кроме того, нельзя было исключить, что некоторые из них впадают в зимнюю спячку (предположительно в хорошо замаскированных и защищенных местах).

Хотя Эркарт усердно искал впавших в спячку монархов, ему так и не удалось найти ни одного. Куда же они все улетали? Этот вопрос по-прежнему беспокоил его во время Великой депрессии 1930-х годов, когда он был старшекурсником в Университете Торонто, но продолжать эти поиски он мог только в свободное время – «с умелой и энергичной помощью» своей матери[297].

Во время Второй мировой войны, когда Эркарт работал метеорологом в разных частях Канады, ему удавалось изучать местные популяции монарха, но средства на серьезную исследовательскую программу он смог получить только в 1950 году. Теперь ему помогала жена Нора; вместе они начали работу над проектом, ставшим делом всей его жизни. Поскольку визуально следить за бабочками трудно – а на больших расстояниях и вовсе невозможно, – Эркарты решили попытаться метить их.

Эта задача тоже оказалась непростой, но они научились приклеивать к монархам маленькие бумажные этикетки, на каждой из которых был уникальный номер и просьба нашедшему бабочку сообщить об этом исследователям. Для выполнения этой процедуры нужно было, осторожно удерживая насекомое, соскрести маленький участок микроскопических чешуек, покрывающих его крылья, чтобы можно было надежно прикрепить клейкую этикетку. По-видимому, это не доставляло бабочкам особого беспокойства, хотя и требовало от человека, наклеивающего метки, немалой ловкости.

В 1951 году Нора написала статью о мечении монархов, которая привлекла интерес многих натуралистов и биологов. В результате Эркарта «захлестнули предложения помощи, поступавшие из всех уголков Соединенных Штатов и Канады»[298]. В сотрудники программы записались более 300 добровольцев. Это был один из первых и в высшей степени успешных примеров того, что теперь называют краудсорсингом.

При помощи этой маленькой армии добровольцев Эркарты смогли поймать и пометить более 300 000 монархов. Затем начали поступать сообщения видевших их, и постепенно стали проявляться закономерности. Большинство бабочек, помеченных к востоку от Скалистых гор (отдельная популяция, живущая со стороны Тихого океана, ведет себя иначе), по-видимому, летели на юг в Техас и дальше, через границу, в Мексику. В конце концов Эркартам удалось проследить путь мигрирующих бабочек до вулканических горных хребтов к западу от Мехико, но там их след пропадал.

Только в 1970-х годах почти маниакальное упорство Эркартов наконец принесло плоды. Отчаявшись продвинуться хоть сколько-нибудь дальше при помощи меток, они стали публиковать в мексиканских газетах объявления в надежде, что кто-нибудь поможет им найти последний недостающий фрагмент этой головоломки[299].

В 1973 году одно из их объявлений увидел живший в Мехико американец Крис Бруггер. Вместе со своей мексиканской подругой Каталиной Агуадо он отправился на поиски монархов в своем жилом автофургоне. Два года спустя они попали высоко в горах в грозу с градом, но с неба сыпался не только град – на них падали также тысячи побитых градом монархов. Вскоре они обнаружили первое из зимовий, которые так долго не могли найти Эркарты. На елях, соснах и кедрах собрались буквально миллионы монархов, сидевших в таких количествах, что деревья гнулись под их тяжестью. Земля в лесу была усыпана толстым слоем мертвых бабочек, которыми лакомился местный скот.

Сами Эркарты приехали на это место со всей возможной поспешностью, и им даже удалось найти нескольких бабочек с приклеенными этикетками. Это и было то самое неопровержимое доказательство, которое они искали: по меньшей мере некоторые из сидевших на деревьев насекомых действительно попали туда в результате перелета на юг из Соединенных Штатов. Дальнейшие исследования, в которых проводились измерения изотопов углерода и водорода в крыльях бабочек, позволили ученым определить, где именно откармливались гусеницы, от которых они произошли. Большинство монархов, отдыхавших в мексиканских горах, прилетели со Среднего Запада США.

В 1975 году Эркарт объявил об этом поразительном открытии, не раскрывая, однако, точного места зимовки. Он сказал только, что оно находится «на склоне вулканической горы, расположенной в северной части мексиканского штата Мичоакан, на высоте немногим более 3000 метров». Несомненно, Эркарт опасался, что чрезмерное внимание общественности может повредить хрупким бабочкам, но при этом он отказался поделиться подробной информацией даже с коллегой-лепидоптерологом Линкольном Брауэром, который также увлекался монархами. Более того, он даже попытался направить его по ложному следу.

Однако Брауэра было не так-то легко провести. По обрывкам информации, которые, сам того не сознавая, предоставил ему скрытный коллега, он сумел догадаться о местоположении первого места зимовки, а к 1986 году нашел еще одиннадцать. В первом из них на площади 3,7 акра[300] находилось более 14 миллионов бабочек. Все места зимовок расположены – или были расположены – в лесах на высоте около 3000 метров, где бабочки могли проводить зимние месяцы в состоянии спячки, которое называют диапаузой, в прохладных, но стабильных условиях.

В поразительных открытиях Эркарта, ставших мировой сенсацией, не было ничего удивительного для местных жителей, которые давно знали об этих необычайных скоплениях бабочек. Сегодня эти места зимовок, хотя их масштабы и число сильно уменьшились, стали популярным аттракционом для туристов.

Весной, когда дни становятся длиннее, бабочки приходят в состояние полового возбуждения и огромными массами взлетают с деревьев. Самцы посыпают самок возбуждающей пыльцой и стараются прижать их к земле. После лихорадочного спаривания бабочки устремляются на север, причем многие из самцов в пути гибнут. Самки откладывают яйца на растения ваточника на юге Соединенных Штатов и умирают. Из яиц вылупляются гусеницы, которые откармливаются и в конце концов окукливаются.

Затем появляется новое поколение взрослых бабочек, которые улетают на север, где самки снова откладывают яйца. В конце лета, когда день становится короче, последнее поколение взрослых бабочек (четвертое или даже пятое) направляется на юг, в Мексику. В начале своего долгого путешествия некоторые из них находятся в Канаде. Они могут пролетать до 3600 километров за 75 суток – приблизительно по 50 километров в день. Однако эти насекомые никогда раньше не пролетали по этому маршруту, и у них нет никого, кто мог бы показать им дорогу.

Во время перелета на север навигационная задача самок монарха сравнительно проста. Им нужно всего лишь найти растения ваточника и отложить яйца. Но когда по все более коротким и прохладным осенним дням становится ясно, что пора лететь на юг, самцам и самкам нужно найти обратную дорогу к дальним, изолированным местам зимовки[301]. Хотя представить себе, как им это удается, трудно, несколько замечательных открытий, сделанных за последние лет двадцать, полностью изменили наше понимание этого процесса.

Усики с циркадными часами

В 1990-х годах Сандра Перес (из Аризонского университета), опираясь на предыдущие работы фон Фриша и Венера, решила выяснить, использует ли монарх солнечный компас, как это делают медоносные пчелы и муравьи-бегунки. Она использовала так называемую методику «сдвига часов» (clock-shift): одну группу монархов держали в помещении, в котором свет включали и выключали так, чтобы создалось впечатление, что световой день начинается и заканчивается на шесть часов позже естественного. Вторая контрольная группа также находилась в помещении, но не подвергалась никаким сдвигам часов, а третья состояла из пойманных в дикой природе бабочек, которых вообще не запирали.

Перес и ее энергичные коллеги выпускали бабочек по одной и оценивали их направление при помощи ручного компаса, бегая рядом с ними[302]. Сравнив затем средние направления трех групп, они выяснили, что бабочки, подвергавшиеся сдвигу часов, летели на западо-северо-запад, а все бабочки из контрольных групп – в обычном направлении, на юго-юго-запад.

Именно этого и следовало ожидать, если бабочки используют солнечный компас с поправкой на время. Перес отметила также, что монархи, по-видимому, способны удерживать направление при наличии облачности. Поэтому она предположила, что у них есть некий запасной «неастрономический» компас, возможно использующий магнитное поле Земли.

Несколько лет спустя Хенрик Моуритсен, ведущий исследователь бионавигации, работающий в Ольденбургском университете в Германии, и его коллега Барри Фрост из Университета Куинс в Кингстоне, в канадской провинции Онтарио, придумали способ слежения за ориентацией насекомых в полете с более высокой точностью – и гораздо меньшим количеством беготни[303]. Они привязывали бабочек внутри своего рода имитатора полета, что позволяло им отслеживать и регистрировать направление их полета до четырех часов подряд (что соответствует перелету на расстояние около 65 километров)[304].

Моуритсен и Фрост применили сдвиг часов к двум группам бабочек: у одной группы часы «спешили», а у другой «опаздывали» на шесть часов. Бабочки контрольной группы устойчиво направлялись, более или менее в соответствии с результатами Перес, на юго-запад. Более того, среднее направление замечательно точно соответствовало маршруту, который в конце концов привел бы их к месту назначения в Мексике.

Ориентация двух групп со сдвинутыми часами также была в высшей степени однородной: «спешащие» летели на юго-восток, а «опаздывающие» – на северо-запад. Величина различий в направлении хорошо соответствовала предсказаниям, сделанным на основе изменений азимута солнца, что убедительно свидетельствует об использовании бабочками солнечного компаса с поправкой на время.

Стив Репперт и его коллеги с медицинского факультета Массачусетского университета провели впоследствии серию экспериментов, которые показали, что монархи реагируют не только на положение солнца в небе, но, подобно медоносным пчелам и муравьям-бегункам, на Е-векторы поляризованного света[305]. Чтобы учитывать изменения положения солнца в течение дня, бабочкам – как и муравьям в пустыне и медоносным пчелам – нужны какие-то часы. По-видимому, этот механизм зависит от информации, получаемой через усики, потому что насекомое с отрезанными или закрашенными усиками теряет способность вносить поправки на время. Правда, пока что неясно, как именно он работает[306].

Стенли Хайнце и Репперт нашли в центральном комплексе головного мозга монарха клетки, настроенные на определенные углы Е-векторов, очень похожие на те, которые до этого были обнаружены у саранчи. Поэтому возможно, что монархи обладают способностью ориентироваться по узорам Е-векторов, даже когда сам солнечный диск скрыт облаками. Поскольку рисунок Е-векторов может быть неоднозначным, бабочкам нужно уметь не только отслеживать азимут солнца, но и измерять его высоту в небе. Для этого процесса, вероятно, требуются сигналы от вторых часов, расположенных в мозге, хотя их природа также еще не установлена[307].

Та система, которую я описывал до сих пор, уже получается необычайно сложной и замысловатой, но она, возможно, имеет и еще одно измерение. Как подозревала Перес, у монарха могут иметься еще и магнитные навигационные приборы.

Патрик Гуэрра и Репперт[308] поставили на имитаторе полета опыты, в которых монархов подвергали воздействию искусственного магнитного поля в рассеянном свете. Хотя в этом эксперименте участвовало лишь небольшое количество бабочек, его результаты заставляют предположить, что у монарха может иметься компас наклонения. Гуэрра предполагает, что основу такого компаса составляют светочувствительные рецепторы в усиках бабочки и он служит запасным механизмом, когда астрономические ориентиры недоступны[309].

Но с этим согласны не все. Моуритсен и Фрост, исследовавшие в своих имитаторах полета 140 бабочек, не нашли никаких свидетельств ориентации по магнитному полю[310]. В более позднем эксперименте с перемещением они измеряли среднее направление полета мигрирующих монархов – сперва в Онтарио, потом в Калгари, после перевозки на 2500 километров к западу[311]. Из Онтарио бабочки в основном летели в верном направлении к Мексике (на юго-запад), как и в более ранних исследованиях. Однако из Калгари они летели по аналогичному маршруту, который в конце концов привел бы их к Тихому океану, если бы им удалось преодолеть Скалистые горы. По-видимому, они не смогли внести в свой курс поправку на перемещение на запад.

Кроме того, Моуритсен и Фрост тщательно исследовали большое количество данных по повторно пойманным меченым бабочкам, накопленных в течение многих лет. Они заключили, что бабочки попросту следуют общим курсом на юго-запад, который определяет их солнечный компас. Однако тут, кажется, играет роль и другой фактор. Элементы рельефа – например, высокая стена Скалистых гор (перелететь через которые бабочки не могут) и берег Мексиканского залива (вдоль которого они обычно летят, предпочитая не пересекать открытые акватории) – образуют физические барьеры, которые, подобно воронке, направляют устойчивые потоки бабочек в сторону Техаса и Мексики.

Наконец, есть еще одна великая загадка. Хотя разнообразные механизмы, которые я описал, вполне могут позволить бабочкам попадать к месту назначения с точностью до нескольких сотен километров, пока что неясно, как именно им удается находить свои места зимовки в горах центральной части Мексики. Один из возможных ответов на этот вопрос состоит в том, что на заключительных этапах перелета бабочки могут ориентироваться по какому-то запаховому сигналу – возможно, по запаху тел своих мертвых сородичей, которые покрывают землю в их высокогорных убежищах.

Ежегодная миграция североамериканской данаиды монарха – одно из самых замечательных чудес природы, но будущие поколения, может быть, уже не смогут увидеть этого чуда. Дело не только в том, что леса, в которых зимуют эти животные, сокращаются из-за незаконной вырубки. Бабочкам угрожают и многие другие опасности, в том числе безрассудное применение пестицидов и гербицидов, которые либо убивают их самих, либо уничтожают пищевые растения, которыми они кормятся. Так что у ученых, возможно, остается совсем немного времени, чтобы найти последний недостающий фрагмент этой головоломки.

* * *

Жители Мальдивских островов в западной части Индийского океана знают, что в октябре к ним прилетят стрекозы. Самое распространенное из этих насекомых (Pantala flavescens)[312] они называют попросту «октябрьским летуном»; их появление предвещает наступление сезона северо-восточных муссонов. Но откуда они берутся?

Чарльз Андерсон, подробно изучавший это явление, считает, что большинство этих стрекоз (длина которых составляет всего пять сантиметров) прилетает из Южной Индии или со Шри-Ланки, а Мальдивы служат им только для временной остановки в пути. Пункт их назначения, по-видимому, находится в Восточной Африке, где сезонные дожди создают идеальные условия для их потомства. Возможно даже, что их потомство летит еще дальше, на юг Африки[313]. Давно известно, что эти насекомые могут пролетать над сушей до 4000 километров, но теперь оказывается, что они способны пролететь по меньшей мере 3500 километров над океаном.

Как же насекомые – даже так хорошо умеющие летать – могут преодолевать такие огромные расстояния? Ответ на этот вопрос, по-видимому, заключается в том, что они используют попутные муссонные воздушные течения на больших высотах и питаются мелкими насекомыми, которых несут те же потоки быстро перемещающегося воздуха. По всей вероятности, это путешествие совершают миллионы стрекоз, которые затем размножаются в разных частях Африки, а их потомство возвращается в Индию, после чего весь цикл начинается заново. В таком случае суммарная длина перелета туда и обратно может доходить до 18 000 километров. Перед этим достижением меркнет даже перелет монархов на 7000 километров, тем более что стрекозам, в отличие от монархов, приходится совершать долгий перелет через океан.

Результаты более свежих исследований, основанных на измерении содержания дейтерия в воде, найденной в телах стрекоз, не противоречат гипотезе Андерсона. Более того, из них следует, что маршрут стрекоз, прилетающих на Мальдивы, оказывается даже длиннее, чем предполагал Андерсон: возможно, их путешествие начинается на севере Индии или в Непале, а может быть, даже за Гималаями[314].

Хотя с «октябрьским летуном», по-видимому, сравниться не может никто, летающие насекомые вообще проявляют поразительные способности к миграции. По дальности перелета, соотнесенной с размером тела, самые дальние миграционные маршруты насекомых приблизительно в 20 раз больше, чем у самых крупных птиц. Одна из причин этого состоит в том, что насекомые очень хорошо умеют использовать ветер[315].

16

Совка-гамма

Многие из мотыльков и бабочек, которые появляются в Европе в летние месяцы, попадают туда в результате дальних путешествий. Те из них, которые проводят лето в более теплых широтах, прилетают на север в поисках обильных источников пищи и защиты от хищников и болезней. Хороший пример такого поведения дает бабочка-репейница[316]. Весной миллионы этих насекомых покидают Северную Африку; несколько поколений спустя их потомки добираются наконец до Британии, где часто размножаются в огромных количествах. В свою очередь, их потомство направляется на юг, спасаясь от северной зимы. Репейница мигрирует почти на такие же большие расстояния, как данаида монарх, и, по-видимому, тоже использует солнечный компас[317].

Другой выдающийся, хотя и не такой яркий мигрант – это совка-гамма (названная так по белым пятнам в форме греческой буквы γ, которые украшают ее передние крылья). Эти бабочки часто попадались в ловушку у меня в школе, что и неудивительно: по имеющимся оценкам, в удачный год до 240 миллионов особей этого вида прилетают в Британию с берегов Средиземного моря, на которых они проводят зимние месяцы[318]. Осенью, после брачного периода, на юг может мигрировать приблизительно в три раза большее их число. Поскольку они наносят большой вред сельскому хозяйству, ими пристально интересуются ученые, в частности Джейсон Чапмен, ведущий специалист по миграции насекомых, работающий в филиале Эксетерского университета в городе Фалмуте в Корнуолле.

Я поехал в Фалмут, чтобы поговорить с Чапменом. В детстве он проводил все свободное время в сельской местности возле своего дома на юге Уэльса, наблюдая за птицами и ловя бабочек. Как и я, Чапмен разводил дома гусениц. Важным источником вдохновения были для него книги Джеральда Даррелла и телефильмы Дэвида Аттенборо, но его главным кумиром в науке был Альфред Рассел Уоллес.

Уоллес более всего интересен мне тем, что – в отличие от Дарвина – он всего добился сам. У него не было крупного состояния, он не получил особенно хорошего образования, и тем не менее он достиг всего того, чего достиг. Он поехал на Амазонку – он собирался финансировать свои исследования за счет сбора и продажи образцов. То, что случилось с ним на обратном пути, стало бы непоправимым ударом для большинства. Во время обратного плавания на его корабле случился пожар, и он потерял все. Он сел в спасательную шлюпку, оставив все свои образцы. Все его труды сгорели без следа, и сам он чуть не погиб, пока его не спасли. И тем не менее он начал все сначала и годами путешествовал по дождевым лесам Юго-Восточной Азии.

Хотя никто из родных Чапмена никогда не учился в университете и его родители не были уверены, что научная работа позволит ему заработать на жизнь, Чапмен твердо знал, что хочет стать профессиональным биологом. Он учился в Университете Суонси; его дипломная работа была посвящена реакции бабочек на солнечный свет. После защиты диссертации в Университете Саутгемптона он заинтересовался миграцией насекомых и устроился на Исследовательскую станцию Ротхэмстед в Хартфордшире, где начал работать с прибором под названием «Вертикально направленный радар» (Vertical-Looking Radar, VLR).

По отражениям узкого луча радара, направленного, как вы, должно быть, догадываетесь, вертикально вверх, в небо, Чапмен может не только находить отдельных насекомых, летящих на высоте до 1000 метров, но и определять их размеры, скорость, направление, высоту и в некоторых случаях даже вид. При помощи этого прибора он выяснил, что ночные перемещения насекомых над Южной Англией имеют поистине поразительные масштабы. По оценкам Чапмена, с севера на юг и обратно ежегодно перелетают триллионы особей, суммарная масса которых составляет несколько тысяч тонн[319]. Многие из этих мигрантов – совки-гаммы.

Чапмен рассказал мне, что сразу после вылупления из кокона совки-гаммы стремятся мигрировать как можно скорее. Их навигационная система проста. У них есть предпочтительное направление миграции (северное – весной и южное – осенью), и они запрограммированы лететь в течение определенного времени.

В первые ночи после появления из кокона они полностью настроены на миграцию, но в процессе миграции начинают созревать их репродуктивные органы. Приблизительно через двое-трое суток выделяются гормоны, способствующие половому созреванию, а потом, достигнув половой зрелости, совки останавливают перелет.

На этом этапе самцы ищут самок и спариваются с ними, а самки, в свою очередь, ищут кормовые растения, чтобы отложить на них яйца. Удастся ли бабочкам прилететь туда, где имеются благоприятные условия для жизни их потомства, зависит от нескольких факторов, но самым важным из них является ветер. Бабочкам приходится перелетать на огромные расстояния – иногда на тысячу километров или даже больше – всего за несколько дней, и одна только сила летательных мышц, вероятно, не позволила бы им улететь достаточно далеко. Но при наличии сильного ветра они могут перемещаться над землей со скоростью до 90 км/ч: при условии сохранения такой скорости они могут преодолевать за одну летнюю ночь по 600 километров и более. Такая скорость перемещения выше, чем у многих перелетных птиц.

На закате новорожденные бабочки взлетают в воздух и, по-видимому, изучают воздушные потоки. Если ветер дует приблизительно в нужном направлении, они отправляются в свой дальний путь. В противном случае они возвращаются вниз и ждут более благоприятных условий. На это ожидание у них есть всего несколько ночей, так что, учитывая особенности британского климата, можно предположить, что иногда они гибнут миллионами. Однако, очевидно, количество выживших остается достаточным для продолжения этой гонки.

Взлетев, бабочки находят струи теплого, быстро движущегося воздуха, который придает им сильное ускорение. В удачные ночи все мигрирующие бабочки, по-видимому, перемещаются в постоянном – с точностью до одного-двух градусов – направлении на значительные расстояния, но это не значит, что они просто летят «по течению». Если направление воздушного потока не вполне совпадает с нужным, они корректируют свой курс так, чтобы направление их полета было ближе к предпочтительному, причем они способны делать это даже в отсутствие луны и при наличии облачности, закрывающей звезды.

Рабочая гипотеза Чапмена состоит в том, что у совок, вероятно, есть какой-то компас, позволяющий им держать курс. Но, как мы видели выше, компас не способен сообщать им о боковом смещении. Возможно, бабочки обнаруживают поперечные отклонения курса, наблюдая за визуальными ориентирами или «оптическим потоком» рельефа, над которым они пролетают, – при наличии достаточного освещения. Но Чапмен считает, что иногда для этого бывает слишком темно или же бабочки летят на слишком большой высоте. Эта загадка долго оставалась нерешенной.

На выручку пришел специалист по физике атмосферы Энди Рейнольдс, коллега Чапмена по Ротхэмстеду. Он построил математическую модель, которая показала, что очаги турбулентности малого размера, возникающие в быстродвижущемся воздушном потоке, должны сильнее ощущаться в направлении движения потока, чем в других направлениях. Если бабочка может чувствовать различие, это позволяет ей определять, летит ли она точно по направлению ветра. Сравнивая показания своего компаса с направлением ветра, она в принципе может обнаруживать наличие поперечного смещения и вносить в свой курс соответствующие поправки.

Эта интересная идея оставалась чисто теоретической, пока Рейнольдс не выдвинул предположения, которое можно было проверить на опыте. По его расчетам, такие «микротурбулентные» сигналы должны быть слегка смещены вправо (в Северном полушарии) под действием силы Кориолиса (см. главу 20). Следовательно, если бабочки используют их для определения направления ветра, их полет также должен немного отклоняться вправо. Именно это и обнаружил Чапмен. Таким образом, он получил доказательство того, что бабочки способны определять направление воздушного потока, в котором они летят.

Чапмен уверен, что у совки-гаммы есть чувство направления, позволяющее ей не только устанавливать изначальный курс, но и корректировать его впоследствии, когда поперечные ветры угрожают внести слишком большое отклонение от предпочтительного направления миграции. Он подозревает, что частично может использоваться положение солнца, но, поскольку совки не теряют ориентации и в течение всей ночи – даже в отсутствие луны и звезд – и по-прежнему сохраняют способность вносить в свой курс необходимые поправки, этим дело не ограничивается.

Чапмен считает, что в распоряжении совки-гаммы должен быть и магнитный компас, который она, возможно, калибрует по световым ориентирам на закате или восходе солнца. Но искать неоспоримые доказательства навигации бабочек по геомагнитному полю следует в другом месте[320].

* * *

Маленькая черно-белая птичка из семейства чистиковых под названием стари́к[321] живет по островам и побережьям северной части Тихого океана. Большая гнездовая колония этих птиц есть на изолированных островах Хайда-Гуай у берегов Британской Колумбии.

Когда ученые стали отслеживать некоторых птиц этого вида, чтобы узнать, где они проводят зимние месяцы, их ожидал большой сюрприз. Хотя в свои норы вернулись всего четыре птицы, оказалось, что они пролетели 8000 километров через весь Тихий океан до прибрежных вод Китая, Японии и Кореи, а потом вернулись обратно, преодолев в общей сложности 16 000 километров – путь, приведший их в точности в то же место, где они его начали. Кратчайший маршрут от Хайда-Гуай проходит далеко на севере, через Берингово и Охотское моря, и по данным слежения выходит, что птицы следовали именно по нему.

Ни одна другая известная нам птица не совершает подобной миграции с востока на запад в Тихоокеанском регионе, и причины такого поведения стариков остаются загадкой – как и их методы навигации. Исследователи считают, что такое необыкновенное путешествие может отражать тот маршрут, по которому эти птицы следовали – в отдаленном прошлом – по мере расширения своего ареала, исходно ограничивавшегося Восточной Азией, за счет расселения в Северной Америке[322].

17

Темный властелин Снежных гор

Когда я был в кабинете Хенрика Моуритсена, расположенном в старом сельском доме с выступающими из потолка деревянными балками на краю университетского кампуса в немецком городе Ольденбурге, одной из многочисленных тем наших бесед были исследования данаиды монарха, которые он проводил совместно с Барри Фростом. В разговоре Моуритсен упомянул, что скоро едет в Австралию для участия в изучении миграционного поведения другого чешуекрылого – мотылька Богонга[323].

Упускать такую возможность было нельзя, и я тут же спросил, нельзя ли мне как-нибудь поехать с ним. Моуритсен объяснил, что руководит этим проектом Эрик Уоррент, и любезно передал ему мою просьбу. Дальше события развивались стремительно. Всего через несколько недель я был в Швеции у Уоррента, и, хотя он только что со мною познакомился, он великодушно позволил мне присоединиться к экспедиции в качестве наблюдателя. В результате месяц спустя, на исходе австралийского лета, я уже ехал на машине в Снежные горы. Поскольку я имел лишь самое смутное представление о том, что меня ждет впереди, к моему радостному возбуждению примешивалось и некоторое беспокойство.

Подобно монарху, репейнице и совке-гамме, мотылек Богонга мигрирует на дальние расстояния. Он размножается в Квинсленде в зимние месяцы, а затем, чтобы спастись от убийственной летней жары, его новорожденное потомство отправляется весной в Снежные горы Нового Южного Уэльса – на расстояние, превышающее 1000 километров[324]. Численность мотыльков, ежегодно совершающих это путешествие, оценивается в два миллиарда особей.

На пути их перелета лежит Канберра, и мотыльки, привлеченные яркими огнями города, иногда создают там проблемы, забивая шахты лифтов и вентиляционные воздуховоды. На церемонии открытия Олимпийских игр в Сиднее[325] на телеэкраны неожиданно попал один заблудившийся мотылек Богонга, который совершил посадку в декольте оперной певицы, исполнявшей государственный гимн. По словам Эрика Уоррента, в своей родной стране эти насекомые служат в равной мере предметом почитания и поношения.

Изобилующие ледниками древние Снежные горы поднимаются до высоты более 2000 метров. На их вершинах видны нагромождения огромных, выветренных гранитных валунов, похожие на скалистые холмы в английском Дартмуре, но гораздо крупнее. Мотыльки скапливаются в узких проемах между этими камнями, в буквальном смысле слова устилая стенки щелей своими маленькими телами: на каждый квадратный метр скалы может приходиться до 17 000 насекомых[326]. Там они проводят лето в состоянии спячки, которую называют эстивацией, летнего аналога гибернации, спячки зимней[327]. Если им повезет и их не съедают хищники, осенью они снова поднимаются в воздух и направляются на север, чтобы начать весь этот удивительный цикл заново.

В двух важных отношениях достижения мотылька Богонга еще замечательнее, чем то, что делает данаида монарх. Во-первых, монархи путешествуют днем, а мотыльки – только ночью и, следовательно, не могут использовать для сохранения прямого курса солнечный компас. Второе важное отличие состоит в том, что каждому мотыльку (если он выживет) нужно преодолеть весь маршрут туда и обратно длиной более 2000 километров: сначала он летит на юг к горам, а затем возвращается в Южный Квинсленд, чтобы размножиться и умереть там.

Как говорят Стенли Хайнце и Эрик Уоррент, написавшие увлекательный отчет о жизни этого необычного мотылька, если данаида монарх считается королевой миграции насекомых, то мотылек Богонга – это, несомненно, ее «темный властелин»[328]. Вот как они говорят о навигационных задачах, которые ему приходится решать:

Мотыльки Богонга точно попадают в крошечную горную пещеру, расположенную на расстоянии более тысячи километров, пролетев над незнакомой территорией и найдя место, в котором они никогда не бывали. Более того, они проделывают все это ночью, на энергии, которую дают всего лишь несколько капель нектара, и используя мозг размером с рисовое зерно. Не стоит даже спрашивать инженеров, могут ли они построить робота, способного на все это! Чтобы добиться такого выдающегося результата, мозг мотылька должен объединять сенсорную информацию, поступающую из нескольких источников, и определять текущий курс полета по внутреннему компасу. Затем он должен сравнивать этот курс с требуемым направлением миграции и преобразовывать любые расхождения между ними в компенсирующие сигналы «рулевого управления», в то же время поддерживая стабильный полет при очень тусклом освещении и порывах холодного, бурного ветра[329].

Мотылек Богонга – идеальный объект для исследования многих вопросов, занимающих центральное место в теме бионавигации. Исходная гипотеза Уоррента заключалась в том, что мотылек, как навозный жук, использует некий вид астрономической навигации. Но, в отличие от жука, перемещающегося всего на несколько метров, мотылек летит всю ночь и может добираться до своей цели в течение нескольких дней, а то и недель, в зависимости от ветра. Значит, те ориентиры, которые он использует, должны оставаться достаточно неизменными. Этому требованию соответствует Полярная звезда, но к югу от экватора ее не видно, а поскольку луна, Млечный Путь и звезды находятся в непрерывном движении, Уоррент не мог понять, как они могут давать мотыльку необходимую ему информацию.

Я думал: «Господи, это безнадежно; они никак не могут использовать эти ориентиры» – в особенности потому, что в одном из экспериментов мы закрыли небо черной тканью, а эти гады все продолжали лететь. И вдруг я все понял: конечно же это магнитное поле! Это было настоящее озарение. Когда птицы летают по ночам, им нужно решать в точности ту же задачу. В Северном полушарии они могут использовать звездный рисунок, вращающийся вокруг Полярной звезды, но также интенсивно используют и магнитный компас. Черт возьми, почему бы и нет? Почему бы мотылькам не делать то же самое?

Дорога на юг из Канберры медленно поднималась среди овечьих пастбищ, которые, как мне казалось, давно не видели дождя. По обочинам валялись раздувшиеся трупы неосторожных кенгуру и вомбатов[330]. В конце концов я добрался до маленького городка под названием Коома. Оттуда я направился к Национальному парку Косцюшко, в самое сердце Снежных гор, и пейзаж постепенно становился все более пустынным. Деревья попадались все реже, домов встречалось все меньше. Когда-то настоящим бедствием этого региона были «бушвакеры» – бродячие банды разбойников, которые терроризировали фермеров, поселившихся тут в начале XIX века.

Дом Уоррента, окруженный эвкалиптовыми деревьями, стоит на склоне холма в конце длинной и пыльной дороги, километрах в пятнадцати от ближайшего поселка. Эрик познакомил меня с остальными членами группы – Барри Фростом, Дэвидом Дрейером и Дэвидом Сакалом из Лунда и Аней Гюнтер из Ольденбурга. Хенрик Моуритсен должен был присоединиться к ним уже после моего отъезда.

Эксперимент, свидетелем которого я был в течение нескольких следующих ночей, был продолжением той работы, которую они начали за несколько лет до того. Его целью было просто определить, используют ли мотыльки для прокладки курса магнитные ориентиры. Исследователи планировали поймать мотыльков Богонга в начале их осенней миграции на север и выпустить в цилиндрическую арену того типа, который Барри Фрост и Хенрик Моуритсен использовали ранее в своей работе с монархами. При помощи точно откалиброванной системы магнитных обмоток можно было поочередно подвергать мотыльков воздействию разных магнитных полей и регистрировать их реакцию.

Где спит мотылек Богонга

К моменту моего приезда работа уже началась, и у исследователей заканчивались мотыльки, так что нужно было поймать новых. Поскольку световую ловушку можно было поставить только после наступления темноты, днем мы решили заглянуть в скальные расщелины на горных вершинах, в которых скапливается большое количество мотыльков.

Ранним утром мы с Эриком в сопровождении Ани Гюнтер и Дэвида Сакала отправились к Тредбо, горнолыжному курорту в круто спускающейся долине реки Кракенбек. Поскольку дело было в конце лета, городок был совершенно пуст, но нам удалось подняться на лыжном подъемнике на высоту около 2000 метров. Оттуда, пробираясь через густой кустарник и сфагновые болота, мы пошли к вершинам, прекрасным в своей мрачности. Болотистые пустоши были усеяны цветами, и вскоре мы оказались в полном одиночестве, если не считать нескольких диких пони и воронов, круживших у нас над головой.

Снежные горы образовались очень давно, и по ним это видно. На каждой закругленной вершине возвышаются останцы, похожие на гигантские закругленные статуи. Находить пещеры, в которых гнездятся мотыльки, умеют немногие, но Эрик вел нас к одному из самых лучших мест. В некоторых местах тропы почти не было видно, и – в этом можно было усмотреть некоторую иронию – нам приходилось останавливаться, чтобы определить свое местоположение. После долгого перехода под палящим солнцем мы достигли своей цели – беспорядочного исполинского нагромождения растрескавшихся валунов над крутым травянистым склоном.

Чтобы добраться до мотыльков, прячущихся в скальных трещинах, мы перелезли через несколько валунов. В воздухе висел сильный ореховый аромат, а земля у нас под ногами была покрыта толстым слоем разлагающихся тел мотыльков, которых вымыло из убежищ грозами. Они и издавали этот запах.

Проемы между валунами были узкими, но нам, хоть и не без труда, удалось в них протиснуться. Воздух внутри расщелины был наполнен мельчайшей пылью из чешуек с крыльев мотыльков; она сверкала, попав в пучок солнечного света. Многие из мотыльков уже отправились в путь; несколько других летали вокруг нас. В свете фонарика мы видели участки холодных каменных стенок, на которых сидели, аккуратно прижав палевые крылья к своим телам, оставшиеся мотыльки: они образовывали идеально регулярный геометрический узор. У них, разумеется, нет век, но каждый мотылек закрывает от света глаза следующего, так что прямой свет попадает только в глаза мотыльков, сидящих в самом переднем ряду. Эта безмятежная картина свидетельствовала об эффективности навигации у насекомых.

Уоррент рассказал, что в старину, пока их не вытеснили колонисты, аборигены, жившие по обе стороны этого горного хребта, проводили здесь, среди скал, летние месяцы. Тут они могли укрыться от жары, стоявшей в низинах, и полакомиться жареными мотыльками Богонга – утверждается, что они очень хороши на вкус. Это были периоды песен, танцев и выбора жен. Первые поселенцы отмечали, что аборигены возвращались после этих празднеств с участием мотыльков в гораздо лучшем состоянии, «с лоснящейся кожей и зачастую весьма растолстевшими»[331]. Но аборигенов этих давно нет, и их корробори[332] остались лишь в отдаленных воспоминаниях.

Некоторые данные позволяют предположить, что каждую из пещер занимают мотыльки из одного конкретного географического места, но эта теория пока не подтверждена. Если это так, точность их навигации оказывается выше, чем у монархов, зимующих в высокогорных лесах Мексики, но даже если мотыльки Богонга не столь разборчивы в выборе места, им все равно нужно найти подходящую пещеру, а это должно быть делом очень непростым. Возможно, их привлекают ольфакторные ориентиры – может быть, даже тот самый ореховый запах, который мы заметили.

Коллеги Уоррента в Лунде регистрировали нервные импульсы от усиков мотыльков Богонга, на которых воздействовали разными запахами, собранными в пещерах, но пока что им не удалось обнаружить какой-либо реакции. Однако, поскольку мотыльки, с которыми они работали, были собраны в состоянии эстивации, возможно, они уже и не должны реагировать на эти запахи. Какими бы ни оказались эти ориентиры, летящие на юг мотыльки не могут научиться распознавать их, так как все они совершают перелет в первый раз в жизни. По-видимому, они должны испытывать инстинктивное влечение к этим ориентирам. Пока что в этой области остаются без ответа некоторые весьма интересные вопросы.

К тому времени как мы начали спускаться, солнце уже садилось, и, когда мы добрались до того места, где поставили световую ловушку, стемнело. Ловушка была не особенно сложной, но эффективной. Она состояла из большого, мощного прожектора, подключенного к портативному электрогенератору, и белой простыни, растянутой между двумя низкорослыми деревьями. Всего за минуту или две к ней слетелись самые разные насекомые, по большей части отличные от мотыльков Богонга. Среди них оказалась огромная мохнатая цикада Tettigarcta crinita, которая привела в восторг Эрика.

Меня, страстного любителя насекомых, заворожило зрелище такого количества незнакомых мне летающих насекомых, но дилетанту вроде меня было нелегко распознать мотыльков Богонга. Кроме того, у меня очень плохо получалось их ловить – в отличие от двух молодых участников нашей экспедиции, обладавших гораздо более быстрой реакцией, чем я.

На следующее утро нам предстояло снабдить готовых к эксперименту мотыльков «поводками». Эта операция была важнейшей частью хитроумной процедуры их привязывания. Сначала мотыльков охлаждают в портативном холодильнике, чтобы привести их в сонное состояние, и осторожно фиксируют на месте, накрывая их проволочной сеткой с привешенными к ней грузиками. На следующем этапе с маленького участка груди (центрального отдела тела, расположенного непосредственно за головой мотылька) при помощи миниатюрного пылесоса, сделанного на основе электрического топливного насоса автомобиля (его собрал из подручных средств Барри Фрост), удаляют пушистые чешуйки.

После этого на очищенный участок «панциря» можно нанести маленькую каплю клея и быстро приклеить к нему кусок тонкой вольфрамовой проволоки, на одном конце которого сделана миниатюрная петелька. Важно, чтобы этот «поводок» был расположен строго вертикально, так как в противном случае летящие мотыльки не смогут поддерживать постоянный курс. Снабженных «поводками» мотыльков рассаживают по маленьким коробкам, в каждой из которых имеется запас пищи в виде ватной палочки, пропитанной медом, и оставляют в прохладном и темном месте до тех пор, пока они не потребуются для эксперимента. К моменту окончания установки «поводка» мотыльки обычно просыпаются, и в процессе пересадки в коробки некоторым из них удается улететь. Снова поймать их бывает нелегко.

Экспериментальная площадка находилась на вершине холма над домом. Там был проложен электрический кабель и поставлена маленькая палатка для записывающего оборудования и приборов управления системой магнитных обмоток, а также людей, работающих с ними. На закате мы отправились вверх по склону, старательно обходя большие кучи кенгуриного навоза. С собой мы несли холодильник с мотыльками и другое оборудование, в том числе чай и печенье. Температура быстро падала, и этой ночью мне очень пригодилось термобелье, которое одолжил мне Эрик.

На площадке были устроены две цилиндрические арены (подобные тем, в которых Моуритсен и Фрост проводили испытания навигационных способностей монархов), и над каждой из них была установлена плексигласовая штанга с осью, к которой можно было прикреплять «поводки» мотыльков. После этого мотыльки могли свободно «лететь» в любом направлении по своему выбору. На пол цилиндра проецировались движущиеся изображения, образующие «оптический поток», побуждавший мотыльков лететь, а система обратной связи обеспечивала совпадение направления этого потока с направлением полета мотыльков.

Электронные датчики отслеживали направление, выбранное мотыльками, и передавали его на портативные компьютеры, находившиеся в стоящей рядом палатке. При помощи системы обмоток, окружающих арену, можно было с большой точностью поворачивать магнитное поле и проверять, как именно мотыльки реагируют на такие изменения.

Если сразу не выходит…

Когда Уоррент и его сотрудники начали проводить такие эксперименты, у них ничего не получалось. Мотыльки в основном никак не реагировали на изменения магнитного поля, хотя иногда – непредсказуемым образом – удавалось зарегистрировать сильный эффект. После трех лет удручающе бесплодной работы они начали думать, что либо у мотыльков вообще нет магнитного компаса, либо невозможно понять, как он работает. И тогда Уорренту внезапно пришла в голову мысль, что мотыльки могут реагировать не только на магнитные, но и на визуальные сигналы.

Дело в том, что у нас была над ареной эта чертова штанга, у нас были видны обмотки, да к тому же стенки арены, которые были обшиты картоном, через несколько влажных вечеров начали коробиться. Хотя нам этого почти не было видно, я знаю достаточно о ночном зрении насекомых – а оно у них превосходное, – чтобы понимать, что мотыльки все это видят. «Какие же мы идиоты», – подумал я. Они же все это видят и пользуются этим.

Что было делать? Поскольку устранить все возможные источники визуальной информации было невозможно, на оси, над самым «поводком», установили маленький горизонтальный светорассеивающий диск, не позволявший мотыльку видеть, что делается над ним. В то же время диск пропускал к мотыльку слабый ультрафиолетовый свет, исходящий от ночного неба. Это было важно, потому что казалось вероятным, что магнитный компас насекомых зависит от этого свечения. Однако оставалась нерешенной проблема стенок арены и их дефектов.

Уоррент предложил изящное решение:

Мы решили установить несколько по-настоящему ярких ориентиров, которые затмили бы ориентиры малозаметные. Исходно стенки были этакого бледно-серого цвета, и мы изобразили черный горизонт и горы – просто черные треугольники на листе прозрачной пленки, который можно было вставлять и убирать, чтобы горы находились на горизонте либо на нулевом азимуте [строго на севере], либо на 120 градусах [чуть к востоку от юго-востока].

После этого исследователи наконец начали получать осмысленные результаты.

Потом мы провели эксперимент из четырех этапов, каждый по пять минут, – всего 20 минут. На первом этапе магнитное поле с напряженностью поля Земли было ориентировано нормально, на ноль градусов, и гора тоже была установлена на ноль, так что все было в одном и том же направлении. Затем, после пяти минут полета, мы сдвинули все на 120 градусов – направление на гору и направление поля по-прежнему совпадали. Мотыльки развернулись – не все, но в достаточном количестве, чтобы эффект был заметным. На третьем этапе мы оставили гору на месте, а поле вернули на ноль.

И тут началось черт знает что. В течение двух минут они продолжали лететь к горе, а потом потеряли ее и совершенно запутались. На четвертом этапе – то есть на последние пять минут – мы вернули гору на ноль градусов, и мотыльки снова ее нашли. Но на третьем этапе – когда ориентиры противоречили друг другу – им было по-настоящему трудно. По данным ясно, что мы наблюдали реальный эффект.

Тот факт, что мы можем привести их в замешательство, изменяя магнитное поле, означает, что у них есть магнитное чувство. Если бы его не было, они просто летели бы в сторону горы; тогда они сохраняли бы точную ориентацию и на третьем этапе. А еще замечательнее то, что мы находились в четырех метрах от них, мы просто нажимали на кнопки, чтобы изменить поле, и не вступали в какое бы то ни было физическое взаимодействие с мотыльками.

Этот первый эксперимент с «противоречивыми ориентирами» убедил Уоррента в том, что мотыльки делают в точности то же самое, что делает рулевой матрос, когда держит курс по компасу. Вместо того чтобы постоянно следить за показаниями компаса, ему проще направить судно на нужный курс, а затем засечь положение носа относительно какого-нибудь далекого облака или, например, звезды и править по этому ориентиру. Время от времени рулевой поглядывает на компас, чтобы убедиться, что курс остается правильным. По-видимому, мотыльки также устанавливают изначальный курс по своему магнитному компасу, а затем держат его, используя любые имеющиеся в их распоряжении визуальные ориентиры (в данном случае «горы», изображенные внутри арены).

Тогда можно понять, почему они запутались, когда окружающее их магнитное поле внезапно изменилось. Следует ли им по-прежнему править по визуальным «ориентирам» или скорректировать курс в соответствии с магнитным сигналом? Уоррент считает, что магнитный компас превалирует над ориентирами, а задержки происходили потому, что мотыльки сверяют свой курс с внутренним компасом в среднем раз в две минуты. Такая система гораздо удобнее солнечного или лунного компаса: она не требует никаких поправок на время.

Разумеется, все это очень трудно доказать с достаточной с научной точки зрения строгостью. В данных всегда много шумов, потому что не все мотыльки ведут себя совершенно одинаковым образом. Это может быть связано с реальными индивидуальными различиями между мотыльками, но также возможно, что дело во влиянии других факторов – например, плохо прикрепленных «поводков» или отвлекающих световых и звуковых сигналов.

Поэтому в тот момент, когда я присоединился к группе Уоррента, ей предстояло провести новую серию экспериментов, чтобы исключить все возможные искажающие факторы. В частности, нужно было выдавать мотылькам разные ориентиры в случайном порядке: до этого эксперименты всегда начинали с конфигурации, в которой все указывало точно на север, в естественном направлении миграции.

С наступлением ночи небо над нами становилось поистине великолепным. Я никогда не видел столько звезд сразу, даже в открытом море, вдали от любых источников светового загрязнения. Ярко светился Млечный Путь. Я мог различить в нем темные пылевые пятна, которые обычно можно увидеть только на фотографиях, сделанных с долгой выдержкой. На юго-востоке величественно поднимался Южный Крест, а рядом с южным небесным полюсом на пустом участке неба четко выделялись два Магелланова Облака – ближайшие к нам галактики.

Мы сидели в палатке до раннего утра, исследуя каждую ночь по двадцать или тридцать мотыльков. Процедура была тщательно стандартизована, и мы очень старались, чтобы вблизи арены не было никакого лишнего света или звука. Каждый опыт начинался с периода, в течение которого мы просто ждали, чтобы мотыльки выбрали предпочтительное направление в естественном геомагнитном поле. Затем им поочередно создавали в заранее определенном случайном порядке четыре комплекса экспериментальных условий. В отличие от только что вылупившихся морских черепашат Ломанна (см. главы 21, 22) мотыльков не требовалось дополнительно подгонять.

Мы четверо сидели, тесно сгрудившись, в палатке на складных стульях и смотрели на экраны двух портативных компьютеров, которые показывали нам, что делают мотыльки. Когда нужно было изменить магнитное поле или передвинуть «горы», мы давали сигнал своим коллегам. Нам было хорошо видно, что делает каждый мотылек, помещенный в установку: иногда они быстро решали лететь в одном направлении – часто, но далеко не всегда в северном, – но в некоторых других случаях летали во все возможные стороны. Казалось, что эта проблема связана с неправильным прикреплением «поводка». Когда они наконец успокаивались, Эрик, сидевший поодаль от нас в задней части палатки, включал обмотки, и мы смотрели, что произойдет.

Вначале казалось, что многие мотыльки «шалят», но постепенно начинала проявляться закономерность. Искушение отбросить результаты, не соответствующие теории, бывает сильным – и не все ученые способны перед ним устоять. Подправляя данные, можно получить результаты, которые кажутся «статистически значимыми», хотя на самом деле совершенно недостоверны. Поэтому жизненно важно включать в рассмотрение все корректно полученные данные.

Эксперименты такого рода требуют большого терпения, и шутки – даже не очень удачные – помогают снять напряжение. Предметом наших дежурных шуток, казавшихся нам на удивление смешными, было увлечение Эрика огромной мохнатой цикадой, которую мы видели в световой ловушке. Когда запас мотыльков наконец заканчивался, мы с облегчением ковыляли вниз по темному склону, выпивали по стопке виски и ложились спать.

После моего отъезда эксперимент продолжался еще несколько недель, а анализ его результатов был закончен только месяцы спустя. Все эти ночи, проведенные на холодной вершине холма в Новом Южном Уэльсе, несомненно, дали свои плоды. Наконец было получено убедительное доказательства применения магнитного компаса летающими насекомыми. Более того, была открыта совершенно новая навигационная методика – включающая в себя использование «снимков» как визуальных, так и магнитных. До сих пор ни у одного животного не было обнаружено ничего подобного[333].

* * *

Одно время ходили истории о том, как детеныши домашних аллигаторов, смытые в унитаз, выживают и образуют целые колонии в теплых водах подземной канализационной системы Нью-Йорка. Эти рассказы кажутся не очень правдоподобными, но на юге Флориды сбежавшие от хозяев экзотические животные действительно стали настоящим бедствием. В последние годы в субтропических болотах территории Эверглейдс[334] поселились темные тигровые питоны[335], относящиеся к числу самых крупных змей в мире, которые весьма успешно уничтожают местных диких животных. Они распространились и на острова Флорида-Кис.

Один из способов ограничения распространения подобных инвазивных видов состоит в их переселении из тех мест, где они наносят ущерб. Однако для этого нужно сначала убедиться, что они останутся там, куда их переселят, – особенно с учетом опыта австралийских крокодилов (см. последний раздел главы 8).

Поэтому ученые поймали во Флориде некоторое количество питонов, вживили им (под наркозом) радиомаячки и перевезли их в запечатанных непрозрачных контейнерах на площадки, расположенные на удалении до 36 километров. В этих удаленных местах выпустили шесть змей, а еще шесть (контрольную группу) отвезли обратно на место поимки и выпустили там.

За установленными на питонах радиомаячками следили с легкомоторного самолета. Ко всеобщему удивлению, все перемещенные питоны направились к дому, и пятеро из них вернулись в те места, в которых их поймали, с точностью до пяти километров. Они были более активны, чем змеи из контрольной группы, перемещались быстрее их и явно четко понимали, куда им нужно двигаться. Питоны же контрольной группы просто ползали случайным образом.

Маловероятно, чтобы питоны использовали для поисков дороги домой счисление пути, так что, возможно, у них есть какие-то карты, основанные на магнитных, запаховых или астрономических ориентирах. Никогда до этого подобного поведения змей не наблюдалось[336].

Часть II

Святой Грааль

18

Навигация по карте и компасу

Передо мной лежит старая навигационная карта Северной Атлантики, изданная британским Адмиралтейством. По левому ее краю проходит побережье Северной Америки – от острова Резольюшен в устье Гудзонова пролива до бухты Джупитер на побережье Флориды. Восточные пределы карты отмечены двумя группами островов – Фарерскими на дальнем севере и Канарскими на юге. Еще из верхнего края выступает мыс Фарвель[337], южная оконечность Гренландии. Но бо́льшую часть карты, разумеется, занимают огромные просторы океана. Карта усеяна цифрами, показывающими результаты промеров глубины моря; кроме того, на ней нанесены три компасные розы (розы ветров), на которых направление на истинный север помечено фиолетовыми звездочками, приводящими на память старинное название Полярной звезды: stella maris, то есть «звезда морей».

Может показаться, что в таких картах нет ничего особенного, но в них заключено необычайное количество трудно добытой информации. Их составляли молодые флотские офицеры, командовавшие маленькими парусными судами, часто работая в открытых шлюпках, рискуя жизнью и перенося самые разнообразные тяготы и лишения ради разведки таких отдаленных и опасных мест, как Аляска, Огненная Земля или кишащие малярией берега тропической Африки.

Нужно было произвести десятки тысяч промеров глубины и измерений азимута, а также при каждой возможности точно определять положение относительно солнца, луны и звезд. Это было поистине героическое предприятие. Сегодня дело безмерно упростили электронные эхолоты, спутниковая навигация и спутниковые изображения, но картография все еще остается занятием чрезвычайно требовательным.

В предисловии я кратко говорил о разных способах, которыми человек, приехавший в незнакомый город, может в нем ориентироваться, не прибегая к помощи спутникового навигатора. Как мы видели, это можно делать при помощи карты или без нее. Между этими двумя подходами есть принципиальная разница; ученые называют их 1) навигацией с использованием системы координат, где точкой отсчета служат внешние объекты, и 2) навигацией с использованием системы координат, где точка отсчета – «я»[338].

Для человека, использующего навигацию с точкой отсчета «я», важно только расположение окружающих его объектов относительно его самого. Он замечает необычные здания, запоминает, в какую сторону повернул на перекрестке и так далее; однако в каждом таком случае мир вращается вокруг него. Мы уже встречали множество примеров применения навигации с точкой отсчета «я» – от пустынных муравьев до мотыльков Богонга.

В простейшем варианте навигация с точкой отсчета «я» основывается на заучивании ориентиров, определяющих маршрут, по которым можно в точности восстановить обратный путь. Таким образом, наш воображаемый турист возвращается в свою гостиницу, повторяя последовательность перемещений, совершенных по пути от него, но в обратном порядке.

Кроме того, существует счисление пути. Хотя этот метод несколько сложнее, он тоже является видом навигации с точкой отсчета «я». Он предполагает накопление информации о пройденном маршруте и преодоленном расстоянии, что позволяет в любой момент определить местоположение относительно точки начала движения. Используя счисление пути, наш турист мог бы постоянно знать направление, в котором находится его гостиница, и расстояние до нее – подобно вышедшим на поиски пищи муравьям Венера. В таком случае он мог бы не возвращаться по своим следам, но проложить наиболее прямой обратный маршрут к гостинице.

Эти два вида навигации с точкой отсчета «я» не являются взаимоисключающими, и многие животные, в том числе и человек, используют оба. Однако ни один из них не применим, если отсутствует возможность непрерывно отслеживать свои перемещения. Человек, внезапно оказавшийся в незнакомом месте, не зная, как он туда попал, и не получая никаких сигналов, которые помогли бы ему определить обратное направление, не сможет использовать ни одну из этих систем. В этой ситуации ему потребуется либо немалое везение, либо какие-то принципиально иные способы определения верного направления движения.

И тут в дело вступают карты, а это означает переход на навигацию, где точкой отсчета служат внешние объекты.

Навигация с точкой отсчета «я» основывается на понимании того, как окружающие объекты расположены друг относительно друга. Именно такую информацию дают карты печатные – например, моя карта Северной Атлантики – или электронные, которыми мы теперь в основном и пользуемся. В их основе лежат системы координат, самая привычная из которых система широты и долготы.

Но от карты мало пользы, если у вас нет какого-то способа определить свое собственное местоположение на ней. Это можно сделать, сопоставив видимые ориентиры с символами, которыми они обозначены на карте. Но эта система не работает, когда находишься в открытом море или посреди пустыни, в которой нет заметных элементов рельефа и, следовательно, отсутствуют ориентиры, на которые можно было бы опереться. Если нельзя каким-нибудь другим образом определить, где находишься, неизбежно впадешь в заблуждение – а то и просто заблудишься.

В распоряжении человека есть множество разнообразных средств для определения своего местоположения без использования видимых ориентиров, и приборы спутниковой навигации лишь самые новые и самые точные из них. Если вы можете определить при помощи какого-либо устройства свою широту и долготу, вам будет легко найти свое положение на карте. После этого вы сможете быстро проложить курс к выбранному месту назначения, где бы оно ни находилось, при помощи линейки и транспортира.

Например, если ваши координаты – 40 градусов северной широты и 40 градусов западной долготы, вы быстро выясните, что находитесь посреди Северной Атлантики, приблизительно в 420 морских милях (778 километрах) к западу от острова Корву, принадлежащего к Азорскому архипелагу. И если вы хотите отправиться оттуда в Нью-Йорк, карта скажет вам, что для этого нужно следовать курсом, направленным чуть к северу от истинного запада.

Та процедура, которую я только что описал, называется – по вполне очевидным причинам – навигацией по карте и компасу[339]. Один из самых фундаментальных вопросов, на которые пытаются ответить исследователи бионавигации, состоит в том, способны ли отличные от человека животные использовать такие системы, и если да, то как они работают.

Центральный вопрос сводится к следующему: могут ли животные определять свое местоположение, оказавшись в незнакомом месте и не имея в своем распоряжении никаких узнаваемых ориентиров, и способны ли они определить направление на свою цель и расстояние до нее? Разумеется, они не могут использовать навигационные спутники, но, возможно, у них – как и у нас – есть какие-то средства, позволяющие определять, где они находятся, улавливая сигналы, поступающие к ним от удаленных источников. Такими сигналами могут быть, например, звуки, запахи или параметры магнитного поля Земли.

С точки зрения человека эта идея может показаться странной, поэтому освоиться с ней могут помочь один или два практических (хотя и замысловатых) примера.

Предположим, вы знаете, что запах хмеля исходит от некой конкретной пивоварни. Тогда вы можете понять, в какую сторону вы смотрите, определив направление, откуда ветер приносит этот запах: если вы развернулись против ветра, то пивоварня должна находиться где-то прямо впереди. А если – после изменения направления ветра – вы почувствуете запах лаванды, который доносится с поля, расположенного в другом направлении, вы можете (очень приблизительно) установить, где вы находитесь на мысленной «карте», на которой отмечено местоположение пивоварни и лавандового поля. Поскольку вы используете в этом случае информацию о направлениях, такую карту можно считать векторной картой.

Однако у вас также может быть возможность использовать изменения характера или интенсивности доходящих до вас сигналов. Представьте себе, что у вас имеется когнитивная карта, на которой представлена в виде градиентов громкость звуков, поступающих от трех отдельных источников (скажем, колокольни, свайного копра и стрелкового тира). Соотношение силы каждого из их звуков с удалением от его источника может быть обозначено концентрическими окружностями. Сообразив (каким-то образом), где именно пересекаются окружности, соответствующие наблюдаемой громкости трех звуковых сигналов, вы теоретически можете определить приблизительные координаты этого места[340]. В реальности такая система будет очень ненадежной из-за воздействия ветров и других факторов, но я надеюсь, что вы уловили общую идею. В принципе градиентные карты такого рода можно составлять и на основе других сигналов, в том числе запаховых.

Гипотетическая градиентная карта. Точки A, B и C обозначают источники разных звуков. Концентрические окружности иллюстрируют уменьшение громкости звука по мере его распространения

Поскольку локальные сигналы – например, звуки или запахи, – как правило, распространяются не очень далеко, трудно представить себе, чтобы животные могли использовать их для определения своего местоположения, если только они не находятся достаточно близко от их источников. Однако некоторые сигналы – например, астрономические или магнитные – присутствуют во всем мире, и некоторые животные вполне могли бы использовать их для дальней навигации по карте и компасу.

Теоретически животное может определять свое местоположение при помощи наблюдений за солнцем и звездами, как делает при помощи секстанта обычный штурман. Но для этого ему понадобятся двое часов и подробная информация о движении тех небесных тел, которые оно наблюдает. Обеспечить все это должно быть непросто, и у нас нет данных, из которых следовало бы, что какие-либо животные действительно способны определять свое местоположение этим способом. Мы сами уж точно не могли бы этого делать без помощи техники.

Использование геомагнитного поля возможно при измерении двух или более определяющих его параметров, например напряженности и наклонения, и наличии информации об их изменениях по мере продвижения вдоль поверхности Земли. Градиенты геомагнитного поля в принципе могли бы обеспечить животному систему координат, похожую на систему широты и долготы, которая позволит ему определить местоположение на магнитной карте.

Кроме того, животные, отличные от человека, могут – подобно нашему воображаемому туристу – составлять похожие на карты изображения своего мира, просто исследуя свои окрестности. Хотя нам легче понять, как такие карты можно составлять на основе визуальной информации, они могут быть и совершенно другого рода. Животное может научиться ассоциировать определенные близлежащие места с уникальными сочетаниями запахов или звуков. Каждое такое сочетание подобно маленькому фрагменту общей картины, а вместе они формируют основу мозаичной карты, которая позволит животному понимать (по меньшей мере приблизительно), где оно находится в данный момент, даже не открывая глаз. При выходе на незнакомую территорию такая карта, вероятно, окажется бесполезной.

Трудно узнать, какими могут быть масштабы или точность разнообразных карт такого рода. Во многом это зависит от органов чувств и мыслительных способностей данного животного и от качества информации, имеющейся в его распоряжении. Кроме того, разумеется, возможно параллельное использование нескольких разных карт. Странствующий альбатрос в течение своей долгой жизни предположительно может создавать, используя множество разнородных сигналов, векторные, градиентные и мозаичные карты, охватывающие весь океан. В сочетании с компасом такие карты могут составить основу точной, географически протяженной системы дальней навигации.

Но это все теории. Теперь я хочу рассмотреть данные, из которых следует, что отличные от человека животные не полагаются на более примитивные методы навигации с точкой отсчета «я», а действительно используют карты.

Скворцы Пердека

Эта история началась в 1950-х годах, когда голландский ученый Альберт Кристиан Пердек (1923–2009) поставил большую серию экспериментов – сейчас такие опыты были бы запрещены, – в которых вблизи Гааги в самый разгар сезона осенней миграции на запад были пойманы и окольцованы несколько тысяч скворцов (как взрослых, так и молодых птиц)[341]. Затем их перевезли по воздуху в разные точки Швейцарии, находящиеся в сотнях километров от их обычного маршрута миграции, и там выпустили.

В некоторых случаях взрослых и молодых птиц выпускали вместе, а в других – по отдельности. В нормальной ситуации окольцованные птицы полетели бы от Гааги на западо-юго-запад, в сторону своих мест зимовки, расположенных на северо-западе Франции; однако этим курсом следовали не все перемещенные птицы. Пердек показал, что взрослые птицы в основном учли свое «боковое» перемещение и полетели в северо-западном направлении. Большинство молодых птиц, летевших без взрослых, продолжили движение в юго-западном направлении и оказались в результате на юге Франции или в Испании. Однако молодые птицы, летевшие вместе со взрослыми, также выбрали скорректированный маршрут. Кроме того, Пердек заметил еще одно обстоятельство: в последующие годы перемещенные молодые птицы, как правило, упорно возвращались в «неправильный» регион – тот, в котором они зимовали после исходного перемещения, – то есть в те места, в которых в иной ситуации они никогда не оказались бы[342].

Скворцы Пердека

Пердек истолковал эти результаты следующим образом: взрослые скворцы знали, куда они летят, и могли пользоваться некоторого рода картой, а молодые птицы (оставшись без их помощи) попросту следовали в генетически запрограммированном направлении, а потом просто останавливались, когда у них исчезало стремление к миграции. Хотя Пердек предполагал, что способность к навигации «по карте и компасу» должна быть врожденной, он утверждал, что птицы могут пользоваться ею только после того, как хотя бы однажды побывают в том месте, в которое ведет их миграционный маршрут. Другими словами, одного инстинкта недостаточно: кроме него птицам необходимо получить некоторую географическую информацию о маршруте. Этим, считал он, и объясняется разница в поведении взрослых и молодых птиц, мигрирующих в первый раз.

Исследования Пердека (обладавшие тем важным преимуществом, что в них рассматривалось естественное поведение птиц в дикой природе, а не прыжки в конусных ориентационных клетках Эмлена – см. главу 9) и другие, подобные им, способствовали укреплению мнения о том, что некоторые птицы обладают способностью ориентироваться «по карте и компасу». Однако это утверждение весьма радикально, и трудно исключить другие, более простые объяснения. Может быть, взрослые птицы генетически запрограммированы лететь в правильном общем направлении в течение определенного времени. Добравшись до подходящего места, они, возможно, запоминают некий местный ориентир, который может быть, например, запаховым или звуковым, и он в будущие годы привлекает их даже на больших расстояниях. Или же они могут заучивать последовательность ориентиров, которые встречаются на их маршруте. Кроме того, не могут ли они использовать астрономические или магнитные ориентиры – или же некоторую комбинацию всего перечисленного?

Голуби стали настоящими подопытными кроликами мира пернатых: их изучают больше, чем каких-либо других птиц. Некоторые исследователи утверждают, что необычайную способность голубей находить обратную дорогу можно объяснить только тем, что помимо магнитного компаса в их распоряжении есть и некая карта – причем такая, в которой не используется визуальная информация.

Одно из самых поразительных свидетельств в пользу этой гипотезы было получено в серии экспериментов, в которых голубям вставляли замутненные контактные линзы, которые не позволяли им узнавать видимые ориентиры. Даже после перемещения на целых 130 километров этим птицам часто удавалось найти обратную дорогу и прилететь в места, расположенные всего в нескольких километрах от их голубятни, хотя им это было гораздо труднее, чем птицам с прозрачными линзами[343]. Тот загадочный факт, что птицы, которых отвозили в неизвестное им, удаленное место выпуска под наркозом (что исключает возможность того, что они запоминали дорогу или использовали счисление пути), успешно возвращались домой, также остается необъясненным[344].

Если допустить, что голуби действительно используют в навигации запахи, то они, возможно, умеют следовать по ароматическому следу – как мотыльки. Но этот метод могли бы применять только голуби, оказавшиеся с подветренной стороны от голубятни. Поэтому можно предположить, что они используют какого-то рода ольфакторную карту. Такая карта может представлять собой заученный узор запахов, составляющих мозаику (хотя это не объяснило бы, как им удается возвращаться домой из незнакомых мест), или быть основана на градиентах – например, на географических изменениях относительной интенсивности индивидуальных запахов, образующих характерные «букеты»[345].

Последнее предположение может показаться слишком фантастическим, но имеются некоторые данные, подтверждающие, что различные смеси химических соединений устойчиво распределяются по большим площадям, несмотря на воздействие турбулентности воздуха. Следовательно, подобные распределения в принципе могли бы лежать в основе градиентных карт такого рода[346]. Но, поскольку до сих пор никто не продемонстрировал, что голуби действительно используют в навигации какие-либо сочетания запахов, встречающиеся в природе, эта теория пока что остается чисто умозрительной.

Основой градиентной карты мог бы служить и инфразвук, хотя гипотеза Хагструма предполагает, что инфразвуковая «сигнатура» района голубятни работает в качестве маяка, а в таком случае использования «акустической» карты не требуется.

Голубятники часто сообщают, что их голуби чувствительны к солнечным бурям, которые вызывают возмущения геомагнитного поля. Их также могут сбивать с толку магнитные аномалии, порождаемые локальными скоплениями магнитных материалов в земной коре. Эти наблюдения придают вес гипотезе о том, что для голубей может быть важна магнитная информация; многие предполагают, что они имеют в своем распоряжении некие магнитные карты. Такая карта, вероятно, должна быть основана на градиентах геомагнитного поля, но также может быть, что птицы просто используют магнитные аномалии в качестве ориентиров.

Однако градиентная магнитная карта, основанная на напряженности магнитного поля и магнитном наклонении, не может быть очень точной, и понять, как голуби могут использовать нечто подобное для нахождения дороги домой, довольно трудно. Речь идет о чисто физических соображениях. Хотя и у напряженности, и у наклонения есть сильные градиенты в направлении с севера на юг – что может помочь птицам в определении широты, – в большинстве мест мира эти величины почти не изменяются при движении с востока на запад[347].

И это не единственное затруднение, с которым сталкиваются сторонники гипотезы магнитной карты. Суточные колебания напряженности поля должны полностью подавлять те слабые изменения, которые пришлось бы обнаруживать голубям, чтобы попасть к дому с точностью в несколько километров. Хенрик Моуритсен объяснил мне эту проблему следующим образом:

Речь идет об очень простом соображении. Какова напряженность магнитного поля на северном магнитном полюсе? Около 60 000 нТл. А на магнитном экваторе? Приблизительно в два раза меньше – 30 000 нТл.

Значит, разница составляет 30 000 нТл. Чему равна окружность Земли по экватору? Около 40 000 километров. А расстояние от экватора до полюса – около четверти этого, то есть 10 000 километров. На сколько в среднем изменяется магнитное поле на каждом километре? Всего на 3 нТл. А чему равно суточное колебание? От 30 до 100 нТл[348].

Остается еще теоретическая возможность, что голуби могут эффективно использовать в навигации градиенты напряженности, усредняя сигналы по времени, но это возможно только при очень медленном движении или частых остановках, а на практике эти птицы ведут себя совсем иначе.

Таким образом, магнитная карта, основанная на напряженности или наклонении, просто не может быть достаточно точной, чтобы голуби могли успешно находить по ней обратную дорогу.

Но это не значит, что магнитные карты не могут использоваться другими животными. Нахождение точного местоположения – очень сложная навигационная задача, и, по-видимому, некоторые перелетные птицы – а также другие животные, например черепахи, лососи и омары, – вполне способны использовать магнитные карты в других целях, не требующих столь высокой точности.

* * *

Мы уже видели, как важен поляризованный солнечный свет для насекомых; судя по некоторым данным, перелетные птицы также могут использовать его для калибровки своих солнечных компасов[349]; но кроме того, возможно, что он помогает в навигации и морским животным.

Более пятидесяти лет назад Талбот Уотермен показал, что узоры Е-векторов видны под водой – даже на глубинах до 200 метров. Их ориентация непосредственно связана с положением солнца, а следовательно, их можно использовать для определения направления приблизительно так же, как Е-векторы в небе[350]. Тот факт, что подводные Е-векторы могут, таким образом, использоваться в качестве основы для солнечного компаса, давно признан, но недавние исследования демонстрируют, что они также могут помочь животным в определении их местоположения[351].

При помощи датчика поляризации, имитирующего зрительную систему раков-богомолов[352], ученые показали, что животные в принципе могут определять не только азимут, но и высоту солнца, тем самым приблизительно устанавливая свое местоположение. Данные, зарегистрированные в разных точках по всему миру, на разных глубинах и в разное время суток, позволяют предположить, что такая система может давать на удивление точную информацию о местоположении, а также об ориентации относительно сторон света.

Известно, что чувствительностью к поляризованному свету обладают многие морские животные, в том числе лососи, но, поскольку эта навигационная система обладает в точности теми же недостатками, что и все остальные методы определения положения по астрономическим данным, трудно поверить, чтобы она действительно использовалась какими-либо морскими животными. Тем не менее природа уже не раз удивляла нас, так что, возможно, лучше оставаться беспристрастными.

19

Умеют ли птицы решать задачу определения долготы?

Ученые давно пытаются выяснить, играют ли карты какую-нибудь – и какую именно – роль в навигации птиц, но до недавнего времени картина оставалась очень неясной. Эта задача действительно сложна, хотя трудности с получением непротиворечивых результатов, возможно, отражают и то обстоятельство, что изучается множество очень разных видов: в конце концов, скворцы не слишком-то похожи на буревестников. Но сейчас положение начинает меняться. За последние лет десять было проведено несколько экспериментов, давших убедительные – хотя еще не окончательные – свидетельства того, что некоторые птицы действительно могут использовать своего рода навигацию по карте и компасу.

В 2007 году Каспер Торуп опубликовал результаты замечательных исследований[353], ставшие первым веским доказательством того, что дневные перелетные птицы, а именно белобровая зонотрихия[354], компенсируют крупные смещения с запада на восток. По-видимому, они способны замечать существенные изменения долготы.

Торуп ловил этих птиц (как взрослых, так и молодых), когда они отдыхали в штате Вашингтон по пути от летних гнездовий в Канаде и на Аляске к местам зимовки на юго-западе США и в Мексике. Затем птиц перевозили по воздуху на восток, в город Принстон в штате Нью-Джерси, на расстояние 3700 километров. При этом к их спинам приклеивали миниатюрные радиотрекеры (весом всего по полграмма).

Дав птицам отдохнуть день или два, их выпускали на волю: молодых – на одной площадке, а взрослых – на другой, чтобы не дать молодым птицам возможности следовать за старшими. В общей сложности было отслежено 30 птиц (15 взрослых и 15 молодых); в этой операции участвовали наблюдатели и два легкомоторных самолета. Для каждой птицы было зарегистрировано последнее место остановки, и по расположению этих мест было вычислено предпочтительное направление миграции.

Овсянки Торупа

Обычно эти птицы мигрируют в южном направлении, но перемещенные взрослые птицы неизменно летели на запад, как бы пытаясь компенсировать свое невольное трансконтинентальное путешествие. В то же время неопытные молодые птицы направились на юг, как будто не подозревая о том, что с ними проделали. Торуп заключил, что взрослые птицы, видимо, приобрели до этого «навигационную карту», работающую в масштабах всего континента, а может быть, и всего мира. Это позволило им определить, где они находятся, даже после огромного изменения долготы, а молодые птицы при выборе направления по-прежнему опирались на более простую врожденную программу.

Торуп предположил, что в основе картографии этих птиц могут лежать магнитные ориентиры, но признал, что перепад напряженности магнитного поля между Западным и Восточным побережьями США настолько мал, что не может быть полезен с точки зрения навигации. Он рассуждал также о возможности использования птицами астрономических или запаховых ориентиров, но считал невозможным отслеживание ими своего положения при помощи какой-то формы счисления пути, потому что расстояние перемещения было слишком большим.

Другие свидетельства существования у птиц способности к навигации по карте были получены в серии экспериментов, которые двое российских ученых, Никита Чернецов и Дмитрий Кишкинев, поставили в сотрудничестве с группой Моуритсена из Германии.

Маршрут весенней миграции тростниковой камышевки[355], которая летит к своим гнездовьям, расположенным далеко на северо-востоке, проходит через поселок Рыбачий на побережье Балтийского моря. Чернецов ловил там этих птиц и перевозил их (на самолете) под Москву, на 1000 километров прямо на восток. Таким образом, птицы не испытывали таких изменений широты, которые они могли бы обнаружить по магнитному наклонению или звездному компасу. Если бы птицы ничего не знали о своем перемещении на восток, они предположительно должны были по-прежнему стремиться лететь в северо-восточном направлении. Однако, когда их поместили в клетки Эмлена под чистым звездным небом, взрослые камышевки проявили сильное желание лететь на северо-запад – именно в том направлении, которое привело бы их из нового места к обычным гнездовьям[356]. Казалось, что они знают, что́ с ними произошло, и вносят соответствующие поправки в свой маршрут. Молодые же птицы ориентировались в северо-восточном направлении.

Чернецов отметил, что напряженность магнитного поля в Рыбачьем и том месте, куда птиц перевезли, несколько различается (на 3 %). Поэтому существовала теоретическая возможность, что птицы могли замечать изменение долготы по этому различию. Однако эта версия казалась маловероятной.

Камышевки в Рыбачьем. Следует учесть, что величина магнитного наклонения на обеих площадках одинакова

Альтернативная гипотеза предполагала, что птицы определяют разницу в долготе по изменению времени восхода и заката солнца между двумя местами. Это означало бы наличие двух внутренних часов: одни должны были по-прежнему идти по времени Рыбачьего, а другие быстро перестроиться на солнечное время нового местоположения.

Хотя данных о наличии у птиц способности к подобным сравнениям нет, «циркадные часы» млекопитающих (расположенные в отделе мозга, называемом гипоталамусом) действительно содержат нейроны двух типов: одни из них моментально реагируют на изменения длительности светового дня, а у других на такую перестройку уходит до шести суток[357]. Возможно, такие двойные часы позволяют млекопитающим – и, может быть, птицам – воспринимать изменения долготы.

Чтобы проверить эту многообещающую идею двойных часов, Кишкинев поставил эксперимент, в котором у перелетных камышевок вызывали сдвиг внутренних часов[358]. Сначала он поместил камышевок в ориентационную клетку Эмлена, чтобы установить предпочтительное направление их миграции стандартным способом. Затем, не увозя их из Рыбачьего, он вызвал у них состояние легкого джетлага (нарушения биоритмов), искусственно сдвинув время заката и восхода в соответствии с параметрами светового дня на подмосковной площадке. Если бы птицы действительно выявляли изменения долготы при помощи системы двойных часов, то предпочтительное направление миграции у камышевок с джетлагом должно было измениться, но этого не произошло. Этот результат убедительно показывал, что перемещенные птицы определяют свое местоположение при помощи какого-то другого механизма.

Могли ли птицы отслеживать перемещение на восток при помощи некого инерционного счисления пути? Могли ли они использовать запаховые или акустические ориентиры – или тайно применять некую замысловатую форму астрономического ориентирования?

Чернецов и Кишкинев изящно исключили все эти возможности, проведя эксперимент, в котором не было вообще никакого физического перемещения камышевок. Вместо этого их попросту окружили искусственным магнитным полем, которое точно соответствовало магнитной сигнатуре площадки, расположенной в 1000 километрах к востоку[359]. И вот тогда птицы снова изменили предпочтительное направление полета, более того, их реакция была «неотличима от наблюдавшейся после реального физического перемещения на 1000 километров на восток». Поскольку ничто другое не менялось, камышевки могли использовать только магнитные ориентиры. Но в чем именно они состояли?

Та же группа показала, что камышевки не были способны компенсировать свое перемещение на восток, когда им перерезали тройничный нерв, соединяющий верхнюю часть клюва с мозгом[360]. Это позволило предположить, что именно по этому каналу в мозг передается «картографическая информация какого-то рода», но в чем именно она заключается и от каких органов чувств поступает, оставалось неясным.

Магнитное склонение

Раз измерения напряженности магнитного поля и магнитного наклонения дают мало полезной информации об изменениях долготы, может быть, ее можно получить из измерений склонения?

Склонение, как вы, возможно, помните, – это угловое расхождение между направлениями на истинный север и север магнитный, и в разных точках на поверхности Земли эта величина сильно варьируется. Чернецов и его коллеги проверили, влияет ли изменение магнитного склонения на поведение камышевок во время их осенней миграции на западо-юго-запад. При этом они сделали одно весьма интересное открытие[361].

На этот раз они поместили взрослых и молодых птиц в искусственно измененное магнитное поле, соответствующее условиям Рыбачьего по всем параметрам, кроме одного: его склонение было сдвинуто на 8,5 градуса против часовой стрелки. Измененное поле весьма точно соответствовало существующему в районе шотландского города Данди, который находится почти в 1500 км к западу, далеко за пределами обычного миграционного маршрута камышевок. Все другие параметры, бывшие в распоряжении птиц, – напряженность магнитного поля, магнитное наклонение, а также запаховые, астрономические и акустические ориентиры, – были оставлены без изменений и должны были сообщать камышевкам, что они по-прежнему находятся в Рыбачьем.

Перелетные камышевки, возможно, умеют определять свою долготу, измеряя изменения магнитного склонения

Результаты получились поразительными. У взрослых птиц, помещенных в ориентационные клетки Эмлена под безлунным звездным небом, проявилось «резкое изменение среднего направления на 151 градус», с западо-юго-запада на востоко-юго-восток: этот курс действительно привел бы их к прежней цели, если бы они на самом деле находились в Данди. Напротив, молодые птицы, подвергнутые такому же изменению склонения, ориентации не изменили; они просто пришли в замешательство.

Чтобы изменять направление своей миграции в ответ на изменение магнитного склонения, камышевки должны отслеживать расхождения между направлениями на магнитный и истинный север. Но как это им удается? Вероятнее всего, они определяют положение истинного севера, изучая расположение звезд, вращающихся вокруг Полярной звезды, а потом сравнивают его с показаниями своего компаса магнитного наклонения.

В подтверждение наблюдений Торупа – и гораздо более ранней работы Пердека – эти новые исследования показывают, что более опытные старшие птицы обладают накопленной информацией о нормальном маршруте миграции, которой нет у молодых птиц. Таким образом, способность компенсировать изменения долготы должна быть умением не врожденным, наследственным, а приобретенным.

Моуритсен признает, что в клетке Эмлена создаются в высшей степени искусственные условия, но отмечает также, что экспериментатор по меньшей мере точно знает, что́ в ней происходит. Условия можно регулировать, меняя каждый раз только один из факторов. Моуритсен изучал поведение птиц, подбрасывая их в направлении, противоположном тому, в котором они прыгали во время опытов, и отслеживая, в какую сторону они полетят. Как правило, они летели в обратном, то есть «правильном», направлении. Кроме того, он говорит, что результаты, полученные в клетках Эмлена, весьма согласуются с наблюдаемым поведением свободно летающих птиц.

Однако у Анны Гальярдо остаются сомнения. В старину навигационные способности голубей часто оценивали, следя за ними в бинокль, пока они не исчезали из виду. Иногда птицы, летевшие в этот момент по направлению к дому, так и не возвращались к своей голубятне, а иногда, наоборот, голуби, летевшие сначала в неверном направлении, успешно добирались до дому. Поэтому Гальярдо считает, что исследование птиц в воронках Эмлена – недостаточно достоверный способ определения их реальных навигационных предпочтений.

Есть и еще одна проблема. Поскольку разница в склонении, которую предположительно замечают птицы, мала, их звездный компас и компас наклонения должны быть весьма точными. Чтобы проверить, действительно ли птицы способны измерять различия склонения, можно, в частности, поместить их в планетарий и посмотреть, как они будут реагировать, если спрятать от них все звезды или переместить центр, вокруг которого вращается звездное небо. В идеальном варианте следовало бы повторить эксперименты, проведенные в Рыбачьем, со свободно летающими птицами, снабженными GPS-трекерами, но такое исследование сопряжено со значительными техническими сложностями.

Хотя этот вопрос еще не получил окончательного ответа, у нас впервые появились веские, хотя и не бесспорные свидетельства того, что птицы умеют решать задачу определения долготы методом параллельного использования геомагнитных и астрономических ориентиров.

Как лососю, откормившемуся на обильных запасах пищи, которые он встречает в открытом море, удается найти устье той самой реки, в которой он родился, особенно учитывая, что оно может находиться в тысячах километров от него?

Одним из достоинств геомагнитного поля является его повсеместное присутствие. Где бы вы ни находились – на суше, в воздухе или даже под водой, – вы всюду можете его обнаружить, разумеется, при наличии соответствующих датчиков. Поскольку лосось способен ориентироваться по магнитным полям, напряженность которых сравнима с напряженностью геомагнитного поля[362], было бы соблазнительно предположить, что именно геомагнетизм и используется в системе, позволяющей ему находить дорогу домой через весь океан. Но ставить эксперименты на рыбах, плавающих в открытом море, разумеется, нелегко.

Лосось, возвращающийся с просторов Тихого океана на нерест в реку Фрейзер, может следовать по одному из двух разных маршрутов – через пролив Королевы Шарлотты или через пролив Хуан-де-Фука

Натан Путмен обнаружил, что существуют данные об уловах нерки[363] за период длительностью 56 лет: они хранились для разрешения возникшего между канадскими и американскими властями спора относительно дележа этой рыбы между двумя странами. В особенности его заинтересовали лососи, родившиеся в реке Фрейзер в Британской Колумбии. Они выходят в море чуть к югу от центра Ванкувера, в 1375 километрах от истока реки, расположенного высоко в Скалистых горах.

Обычно эти рыбы проводят два года в открытом океане, а затем возвращаются на нерест. Оказавшись перед вытянутым островом Ванкувер, преграждающим им путь, они могут подплыть к устью реки Фрейзер либо с севера, через пролив Королевы Шарлотты, либо с юга, через пролив Хуан-де-Фука.

Записи рыболовецких предприятий демонстрировали любопытные годовые колебания числа лососей, приплывающих с каждого из двух направлений. Сама эта информация была не особенно полезной, но Путмен знал помимо этого, что геомагнитное поле вокруг острова Ванкувер подвержено постепенным изменениям, известным под названием «вековые вариации». Он захотел проверить, не может ли сравнение этих двух процессов – колебаний улова и вековых вариаций – пролить свет на способ, который рыбы используют в определении своего маршрута.

Путмен обнаружил, что рыбы предпочитают подходить к реке Фрейзер через тот канал, который меньше отличается по напряженности магнитного поля от окрестностей устья реки. Казалось, что, когда рыбы покидают реку, у них происходит импринтинг ее магнитной сигнатуры, а когда они возвращаются к ней, они выбирают свой маршрут при помощи некого датчика напряженности магнитного поля. В одни годы это означает, что лосось проходит по южному пути, через пролив Хуан-де-Фука, а в другие – преимущественно по северному, через пролив Королевы Шарлотты.

Можно спросить, как лососю удается использовать градиент напряженности магнитного поля, если сигнал напряженности настолько неточен и загрязнен шумами. Но лосось – не почтовый голубь: ему нужно всего лишь выбрать один из двух широких каналов, разделенных несколькими сотнями километров, так что высокая точность и не требуется. Путмен считает, что для навигации во время обратного перехода через открытое море от мест кормежки в заливе Аляска рыбы могут использовать магнитную карту[364].

Но, приблизившись к устью реки Фрейзер, они вполне могут полагаться не на магнитную, а на ольфакторную информацию. Впоследствии Путмен поставил дальнейшие эксперименты, из которых, по его мнению, следует, что молодые особи лосося, впервые выходящие в море, возможно, используют для прокладки курса к местам кормежки, расположенным посреди океана, некую комбинацию сигналов напряженности магнитного поля и магнитного наклонения[365].

Результаты, полученные Путменом, поразительны, но доказательства наличия у лосося магнитных карт нельзя назвать несомненными. Как и в случае с птицами в России, пока что нельзя исключить возможность, что на самом деле рыбы, с которыми ставились эти эксперименты, использовали какой-то более простой механизм, возможно основанный на магнитных ориентирах или маяках.

* * *

Вспугнутые олени обычно убегают группой, двигаясь в одном и том же направлении. Вероятно, так им проще избежать столкновений и легче снова собраться вместе, когда опасность минует. Но каким образом они решают, в каком направлении им всем следует убегать?

Пытаясь ответить на этот вопрос, ученые недавно провели исследование, специально вспугивая животных, на 188 отдельных группах европейских косуль [366] в разных охотничьих заказниках Чешской Республики[367]. Оказалось, что – даже с учетом других вероятных причин, например направления ветра и положения солнца, – косули предпочитают спасаться в направлении магнитного севера или юга. Если опасность приближается с юга или севера, они бегут в точно противоположном направлении, а если она приходит с востока или запада, направление их бегства приближается либо к северному, либо к южному. Если есть такая возможность, они не убегают в восточном или западном направлении. Также выяснилось, что мирно пасущиеся косули склонны разворачиваться вдоль оси, соединяющей северный и южный магнитные полюса.

Эти результаты позволяют предположить, что косули чувствительны к геомагнитному полю и используют это свойство для координации своего поведения при бегстве. У млекопитающих такая способность обнаружена впервые.

20

Тайна навигации морских черепах

Самка морской черепахи, с трудом вылезающая из моря и пробирающаяся вверх по склону песчаного пляжа строить гнездо, представляет собой зрелище почти невыносимо трогательное. Ее упорство и самоотверженность делают из нее настоящее олицетворение материнства – или, если такое сравнение кажется вам слишком антропоцентрическим, непреодолимого стремления любого животного к воспроизводству.

Но исследователей бионавигации самки черепахи интересуют по другим причинам: они обладают поразительной способностью находить дорогу домой, и теперь, как кажется, становится ясно, что для ее определения они активно используют магнитные сигналы.

Паоло Луски не только специалист по голубям, но и один из немногих ученых, проводивших обширные исследования черепах в дикой природе. Обычно для этого к панцирям черепах, выходящих на берег для строительства гнезд, прикрепляют отслеживающие устройства. Когда я встречался с Луски в Пизе, он рассказал мне о трудностях, с которыми связана работа такого рода.

Морские черепахи – животные крупные и сильные. Например, зеленые черепахи[368] имеют около метра в длину и весят по 200 килограммов или даже больше. Когда они выходят из моря, что обычно происходит по ночам, они выползают на берег, подтягиваясь на передних ластах, до того места, где начинается растительность.

Найдя подходящее место для строительства гнезда, черепаха прежде всего выкапывает неглубокую лунку – «яму для тела». Затем она с удивительной ловкостью создает приблизительно цилиндрическую камеру для кладки (по словам Луски, «очень неплохое архитектурное сооружение»), вынимая из нее песок то одним, то другим задним ластом. Часто бывает, что результат этой работы черепахе не нравится: тогда она либо бросает все и возвращается в море, либо начинает все сначала, чем приводит в отчаяние ждущих в засаде ученых.

Построив наконец достаточно хорошую камеру для яиц, черепаха начинает их откладывать. В кладке обычно бывает от 80 до 100 мягких на ощупь яиц, каждое размером приблизительно с шарик для настольного тенниса. Начав откладывание, черепаха уже не останавливается и не проявляет никакого страха. Этот процесс – цель всей ее жизни. Более того, отвлечь ее практически невозможно: в этот момент, говорит Луски, «с ними можно делать все, что угодно».

Именно этого и ждут ученые, но им приходится действовать быстро, так как откладывание яиц продолжается всего лишь около получаса. Чтобы прикрепить трекер, им нужно сперва очистить панцирь – сначала наждачной бумагой, а затем ацетоном. После этого они приклеивают трекер к панцирю водостойкой эпоксидной смолой. Черепахи, кажется, ничего не имеют против этой процедуры.

Закончив откладывать яйца, черепаха осторожно покрывает их песком, подгребая его задними ластами. Потом она быстро засыпает основную яму при помощи своих мощных передних ластов. В это время песок летит во все стороны, и исследователям приходится постараться, чтобы не попасть под его струи, которые бьют весьма болезненно. Черепаха стремится спрятать гнездо от потенциальных грабителей; полностью покрыв его песком, она направляется прямо в море. Если клей еще не успел засохнуть, иногда бывает нужно задержать черепах до того, как они вернутся в воду.

Сделать это при помощи грубой силы совсем не легко, так как черепаха движется очень целеустремленно: она похожа на «маленький танк», и, чтобы ее остановить, требуются два или три человека. Но в этом нет необходимости. Достаточно показать черепахе включенный фонарик, и она следует за ним. Это, как говорит Луски, чем-то похоже на прогулку с большой, медлительной собакой.

За последние 30 лет ученые обнаружили у этих замечательных рептилий навигационные способности, по меньшей мере не уступающие талантам лосося, но до 1950-х годов о них больше говорилось в легендах, чем в научных работах.

Существовало множество рассказов рыбаков о черепахах, возвращающихся на те же пляжи, на которых они родились, но об образе их жизни был известно очень мало – за исключением того, что они периодически строят гнезда на определенных пляжах, а в другое время совершают дальние путешествия. Главной причиной интереса людей к морским черепахам было то обстоятельство, что они чрезвычайно вкусны. На банкете лорд-мэра – роскошном пире, который ежегодно устраивают в Лондоне для богатых и влиятельных гостей, – непременно подавали черепаховый суп, считавшийся большим деликатесом. В лондонском меню его давно уже нет, но черепахи и их яйца по-прежнему остаются важным источником дохода (и белка), и многие жители тропических стран, в которых обычно гнездятся морские черепахи, живут добычей их мяса и яиц. Это порождает весьма неприятные противоречия между природоохранными требованиями и потребностями человека.

Одним из первых ученых, занявшихся изучением черепах в дикой природе, был Арчи Карр (1909–1987). Он был влиятельным борцом за охрану природы еще до того, как дело защиты окружающей среды приобрело широкую популярность, и многое сделал, чтобы убедить власти создать на восточном побережье Коста-Рики Национальный парк Тортугеро – первый в мире заповедник для черепах. На восточном берегу Флориды также был создан заповедник, носящий его имя.

Чтобы узнать как можно больше о том, чем занимаются зеленые черепахи, когда они покидают пляжи со своими гнездами, Карр сначала пытался следить за самками, прикрепляя к ним воздушные шары. Этот метод работал только на очень коротких расстояниях, и тогда, следуя примеру орнитологов, он начал метить черепах. Тут тоже ничего не получалось. Вначале метки прикрепляли к панцирям черепах крепкой проволокой, но они часто отваливались еще до того, как черепахи покидали район гнездования.

Хотя многое из того, чем занимаются самки черепах в интервалах между откладыванием яиц (которое повторяется несколько раз), оставалось тайной, одно было известно наверняка: совсем рядом с берегом «разыгрываются бурные романы», и вскоре стало ясно, что в потере меток виноваты любвеобильные самцы:

Морские черепахи в любви буквально не знают удержу… Чтобы удержаться в необходимой позе на выпуклом, гладком, мокром, подбрасываемом волнами панцире самки, самец цепляется за него в трех точках – длинным толстым изогнутым хвостом с ороговевшим кончиком и мощными изогнутыми когтями передних ластов (по одному на каждом). Морские черепахи, естественно, дышат воздухом, а поэтому, разумеется, и самец, и самка в процессе бурного ухаживания пытаются остаться на поверхности воды. Это усложняет акробатические номера, которые и без того приходится проделывать самцу, и он с еще большей яростью дергает и царапает панцирь своей нареченной… А тем временем вокруг собираются другие самцы, и все они пытаются разом взгромоздиться на самку, исчезая вместе с ней в бешено клубящейся пене, и с берега уже вообще невозможно разобрать, что там происходит, – видно только, что страсти бушуют[369][370].

В конце концов Карр начал использовать бирки для коров, которые он прикреплял к передним ластам, и этот вариант оказался гораздо надежнее. Но главной причиной успеха своей программы мечения он считал вознаграждение в пять долларов, обещанное за возврат каждой метки. В 1950-х годах это были весьма солидные деньги для карибских рыбаков; что еще важнее, эта сумма была больше цены, которую давали за черепаху на рынке.

По мере получения все большего количества меток Карр смог доказать, что казавшиеся невероятными истории о миграции и возвращении черепах были совершенно правдивы. Как именно черепахи ориентируются в море, оставалось большой загадкой, разрешить которую он не мог, но он сделал важный первый шаг, обозначив многие из ключевых вопросов, на которые следовало найти ответ.

Особенно интересовали Карра те зеленые черепахи, которые совершали переход со своих пастбищ у берегов Бразилии к пляжам острова Вознесения, на которых они откладывали яйца. Остров Вознесения, «клочок земли посреди моря между Африкой и Южной Америкой», настолько мал и изолирован, что его бывает трудно найти даже штурману-человеку. Во время Второй мировой войны его использовали в качестве пункта дозаправки для самолетов, которые перегоняли из Соединенных Штатов в Бирму через Бразилию и Африку. Если такой самолет пролетал мимо острова, ему приходилось совершать вынужденную посадку на воду прямо посреди Южной Атлантики. У летчиков была даже поговорка: «Вознесенья не нашли – женам пенсии пошли»[371]. Это, надо думать, не давало штурманам расслабиться.

Изолированное расположение острова Вознесения

Как же находят остров Вознесения черепахи? Карр понимал, что на большей части пути длиной 2250 километров видимые ориентиры должны быть бесполезны, хотя можно предположить, что черепахи видят расположенный в центре острова вулканический пик (высотой 859 метров) с весьма большого расстояния. Он хорошо знал об открытии компасного чувства у насекомых и других животных и задавался вопросом о том, не могут ли подобные способности иметься и у самок черепахи. Однако «насколько точно выйдет к пятимильной цели животное… после того, как покроет тысячу миль, руководствуясь только компасным чувством?».

Даже если бы не приходилось учитывать воздействие течений, Карр считал, что такой результат был бы невероятным достижением в области навигации. А поскольку на пути черепахи имеется устойчивое течение, направленное на запад, не говоря уже о возможных морских волнениях, Карр заключил, что одного лишь компаса никак не может быть достаточно: «Процесс ориентирования в открытом море должен опираться на что-то еще. Необходимо найти ответ на общую загадку – каким образом различные птицы, тюлени и черепахи находят все острова, которые они регулярно посещают?»[372]

Карр рассматривал возможность того, что ориентиром может служить какой-нибудь запах или вкус, исходящий от острова Вознесения и распространяющийся по морю. Однако казалось маловероятным, что дело именно в этом, потому что тогда черепахе пришлось бы, как мотыльку, следовать по длинному, утомительному зигзагообразному маршруту, пытаясь проследить шлейф такого запаха до его источника. Он также обдумывал, не могут ли черепахи ориентироваться по контурам рельефа морского дна или, возможно, по звукам, например необычайно громкому шуму, который производят раки-щелкуны[373]. Правда, инфразвука он не рассматривал.

Оставались и другие возможные варианты, например инерционная или астрономическая навигация, но экспериментальных данных для дальнейшей разработки этих гипотез у Карра не было. Он думал даже о так называемой силе Кориолиса. Возможно, черепаха умеет определять свою географическую широту, чувствуя во время передвижения на север или на юг небольшие изменения ускорения, вызванного вращением Земли. Но это предположение казалось слишком надуманным. Наконец, он рассматривал роль геомагнетизма. Хотя в то время (в середине 1960-х годов) убедительных доказательств использования какими бы то ни было животными магнитных сигналов еще не было, Карр справедливо считал это направление исследований многообещающим.

Возвращение зеленой черепахи

Поиск ответов на увлекательные вопросы, которые поднял Карр, выпал на долю следующего поколения исследователей черепах, среди которых выделялись Флориано Папи и его ученик Паоло Луски.

Хотя Папи прославился своей работой по ольфакторной навигации у голубей, сам он всегда настаивал, что он не орнитолог, а этолог: его интересовало не поведение какого-либо конкретного вида животных, а бионавигация в целом. Кроме того, он был в большом восторге от новых технических средств слежения, которые появились в конце 1980-х.

В начале 1990-х Папи познакомился на конференции с двумя исследователями из Малайзии. Они отслеживали перемещения черепах при помощи коротковолновых радиопередатчиков, и Папи, обладавший ненасытным любопытством, так заинтересовался этой работой, что сам начал изучать вопрос о навигации черепах. Луски, закончивший университет только в 1989 году, работал в то время с голубями, и, когда Папи спросил его, не хочет ли он съездить в тропики, это было для него полной неожиданностью. Разумеется, Луски не мог отказаться от такого предложения, особенно когда Папи поделился с ним своими планами.

Итак, в 1993 году молодой исследователь отправился на далекий остров Реданг, лежащий у берегов Малайзии, проводить свой первый эксперимент с черепахами. До этого он никогда не выезжал за пределы Европы, и незапятнанная красота пляжа, на который зеленые черепахи выходили для строительства гнезд – по многу раз в течение нескольких месяцев, – совершенно его очаровала.

Время этой первой экспедиции было выбрано так, чтобы оно совпадало со временем летних каникул в Италии. Июль был не самым удачным моментом, так как приходился на самую середину периода спаривания черепах, и любые трекеры, прикрепленные к самкам, с высокой вероятностью вскоре могли быть оторваны перевозбужденными самцами. Поэтому нужно было выбирать самок, находившихся в самом конце цикла откладывания яиц, которые, покинув пляж, отправлялись бы прямо в море.

Мало того, первые трекеры, которые испытали ученые, оказались безнадежно негерметичными и сломались. Но, как говорит Луски, Папи был человеком везучим. Несмотря на все эти трудности, его группе удалось – благодаря помощи малайских коллег – получить некоторые из самых первых данных спутникового слежения за мигрирующими зелеными черепахами.

В частности, одна из самок проплыла более 600 километров от гнездового пляжа до своего пастбища, расположенного далеко в Южно-Китайском море. Еще поразительнее, чем пройденное ею расстояние, был тот факт, что на последних 475 километрах пути она сохраняла неизменный курс[374].

Получение точной информации о местоположении животного, которое проводит большую часть времени под водой, – задача непростая. Передатчикам, которые обычно использовал Луски, требовалось несколько секунд, чтобы передать на спутники достаточное количество данных, причем передавать они могли только тогда, когда черепаха всплывала на поверхность, чтобы набрать воздуха, а эти периоды бывают очень короткими. Поэтому зарегистрированные точки маршрута могут быть редкими и малочисленными, а их координаты – даже в самых благоприятных обстоятельствах – весьма неточными. Однако теперь радиотрекеры можно использовать в сочетании с приборами спутниковой навигации, что позволяет определять местоположение с гораздо более высокой точностью.

Поскольку Папи начинал с изучения голубей, ему, естественно, очень хотелось попытаться поставить на черепахах эксперимент с перемещением. В 1994 году Луски, бывший тогда аспирантом, снова приехал в Малайзию, но уже без Папи. Ему и его сотрудникам удалось проследить путь перемещенной самки зеленой черепахи к гнездовому пляжу, а потом восстановить маршруты еще нескольких черепах в гораздо более дальних миграционных путешествиях.

Результаты были поразительными: одна из этих черепах проплыла от Малайзии до самого севера Борнео, а другая – до южной части Филиппин. Снова обнаружилось, что черепахи следуют идеально прямым курсом – на этот раз на расстояниях, заметно превышавших 1000 километров[375].

Затем Папи и Луски поехали в Южную Африку, где они работали с логгерхедами[376] и огромными кожистыми черепахами[377] – великолепными созданиями с кожистыми спинами в глубоких складках; эти черепахи бывают размером приблизительно со старую модель «Фиата-500». На этот раз они работали в сотрудничестве с Джорджем Хьюзом, руководителем Управления природных парков провинции Наталь, который начал метить черепах еще в начале 1960-х годов.

В одном из экспериментов с перемещением[378] они показали, что самки логгерхеда способны находить обратную дорогу к гнездовьям на расстояниях до 70 километров. Впоследствии они отследили одну такую черепаху, совершившую путешествие длиной почти 7000 километров. На одном протяженном участке маршрута она плыла почти по прямой, хотя это, возможно, отчасти объяснялось наличием сильного океанского течения[379].

Позднее Луски и его коллеги приехали на остров Вознесения и начали изучать навигационные способности находящихся на воле зеленых черепах. Как это часто бывает с работой в полевых условиях, результаты получились не вполне однозначными. В одном из экспериментов с перемещением[380] они поймали на острове 18 самок, прикрепили к ним трекеры и выпустили их в открытое море на расстоянии от 60 до 450 километров от места поимки – по меркам черепах, не очень далеко. Четыре черепахи направились прямо к Бразилии (где находятся их пастбища), еще четыре в конце концов тоже поплыли в том же направлении, но сначала некоторое время ходили кругами, и только десять самок вернулись к острову Вознесения.

Навигационные достижения вернувшихся к острову черепах были неблестящими. Все зарегистрированные маршруты кроме одного были извилистыми, хотя на последнем участке пути они становились прямыми, «как будто черепахи искали сенсорного контакта с островом и устанавливали его на разных расстояниях от цели». Большинство подплывало к острову с подветренного направления, что заставило Луски предположить, что черепахи ориентировались по некой «передающейся по ветру» информации, приносимой с острова, – возможно, по ароматическому шлейфу.

Дальнейшие исследования дали более ясные свидетельства значения обоняния для возвращения зеленых черепах домой[381]. В этом случае самок забирали с гнездового пляжа на острове Вознесения, снабжали спутниковыми трекерами и перевозили на корабле в точки, расположенные в пятидесяти километрах от острова – либо против ветра, либо по ветру. Все черепахи, выпущенные с подветренной стороны, добрались до острова за несколько дней, а тем, которых увезли в наветренном направлении, снова найти остров было гораздо труднее.

Более того, одна из «наветренных» черепах так и не смогла найти остров Вознесения за 59 суток слежения, хотя в течение этого периода она оказывалась на расстоянии 26 километров от него. Представляется вполне вероятным, что «подветренным» черепахам помогал найти обратную дорогу ароматический шлейф, распространяющийся от острова, хотя неоспоримых доказательств этого нет.

После этого Луски провел непростое исследование на Коморских островах, изолированном архипелаге в Индийском океане, между Мадагаскаром и Африкой. Он хотел выяснить, может ли искусственное магнитное поле повлиять на способность зеленых черепах находить обратную дорогу[382]. Попасть на гнездовой пляж можно было только с моря, и Луски отправился туда на небольшой яхте, а поскольку он сильно страдает от морской болезни, это путешествие не доставило ему особенного удовольствия. Его сотрудникам удалось поднять черепах на борт яхты при помощи самодельных носилок, хоть и не без труда: по счастью, в составе группы был один дюжий регбист. Но после этого поднялся сильный ветер, не позволявший им выйти из-под прикрытия лагуны.

В то время как они ждали, пока стихнет ветер, Луски уже было нехорошо, но, когда они наконец вышли в море, ему стало еще хуже. Переход до места выпуска занял 12 часов, и все это время его мучила сильная морская болезнь; к концу перехода он почти не держался на ногах. На обратном пути на Майотту у них кончилось топливо, и пришлось идти под парусом. Хотя прекращение грохота мотора принесло некоторое облегчение, переход занял гораздо больше времени, чем предполагалось, а поскольку на яхте не было радиотелефона, они не могли предупредить об этой задержке своих коллег. Луски и его команда были счастливы наконец-то сойти на сушу, а береговая группа испытала большое облегчение, увидев их.

В этой экспедиции Луски и его французские коллеги выпустили в Мозамбикском проливе, на расстоянии 100–120 километров от места поимки, 20 черепах. У тринадцати из них к головам были прикреплены магниты. Всем, кроме одной, в конце концов удалось добраться до Майотты, хотя и не всегда самым прямым путем; по-видимому, черепахи учитывали воздействие океанских течений. Однако черепахи, обремененные магнитами, возвращались по гораздо более длинным маршрутам. Так было получено первое свидетельство того, что черепахи, возможно, действительно используют в навигации магнитные сигналы.

* * *

Многие морские рыбы мечут икру, из которой вылупляются личинки, дрейфующие наподобие планктона. Вероятность того, что они в конце концов вырастут во взрослых рыб, способных вернуться к тому месту, где были зачаты, может показаться весьма низкой. Тем не менее, по-видимому, именно это и происходит с атлантической треской[383].

Современные методы анализа химического состава и морфологии слуховых камешков (отолитов), находящихся в органах слуха рыбы, позволяют ученым точно определить, где именно началась жизнь этой конкретной особи. В одном недавнем исследовании изучались отолиты, собранные (в течение шестидесяти с лишним лет) у особей трески, которых метили в водах у западного побережья Гренландии. Оказалось, что в 95 % случаев меченые рыбы, повторно пойманные впоследствии в районе Исландии, и родились в водах Исландии[384]. Таким образом, они должны были проплыть до Гренландии (возле которой они были помечены), а затем вернуться к Исландии. Эти данные убедительно доказывают, что треска способна успешно находить дорогу на расстоянии 1000 километров или более.

Хотя мы пока что совершенно не знаем, как треске удается находить дорогу домой, сам факт того, что рыбы ведут себя таким образом, чрезвычайно важен для управления рыбным промыслом.

21

Коста-Риканские приключения

Кен Ломанн, профессор Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, человек тихий и, может быть, даже несколько застенчивый. Начиная отвечать на вопрос, он иногда говорит с некоторым сомнением в голосе: «Хмм, дайте подумать…» – припоминая все необходимые факты. Однако никто не знает больше, чем он, о том, как морские черепахи используют магнетизм, а те необычайные открытия, которые он сделал за последние 30 лет, вошли в золотой фонд исследований в области бионавигации[385].

Мне посчастливилось провести неделю в обществе Ломанна, когда мы присоединились к двум его аспирантам – Роджеру Бразерсу и Ванессе Бизи, – которые проводили эксперименты на Тихоокеанском побережье Коста-Рики. Мы с Роджером вместе летели из Майами, а с Ванессой встретились в аэропорту Либерии[386]. Она привезла огромную радиоантенну, которую мы с трудом впихнули во внедорожник, взятый мною напрокат.

После сюрреалистического, приправленного джетлагом обеда на свежем воздухе в немецкой булочной неподалеку от аэропорта мы поехали на юг, к Плайя-Гийонес, пляжному курорту, популярному у серферов, расположенному приблизительно в 125 километрах к югу. По пути Ванесса и Роджер рассказали мне о работе, которой они занимались, о различных проблемах, которые они пытались преодолеть, и о вопросах, на которые они надеялись найти ответы. Кен прилетел отдельно, спустя несколько дней.

Самки оливковой ридлеи, или оливковой черепахи[387], сотнями тысяч периодически выбираются на сушу, чтобы построить свои гнезда на длинном сером пляже у маленькой деревни Остьональ, километрах в десяти к северу от Плайя-Гийонес. Эти необыкновенные события, которые называются по-испански «арривадами» (arribadas – прибытия), до недавнего времени были совершенно неизвестны науке. Однако для местных жителей они составляют давний и жизненно важный источник дохода, так как черепашьи яйца можно продать по весьма высоким ценам. В наше время сбор яиц строго контролируется, но в некоторые периоды он по-прежнему разрешен. В песке, издающем густой запах, полно осколков скорлупы от черепашьих яиц. Грифы и каракары (крупные соколы) постоянно выискивают только что вылупившихся черепах.

Черепахи, выходящие на берег во время арривады, настолько многочисленны, что, пытаясь найти свободное место для постройки своих гнезд, они громоздятся друг на друга, и довольно часто одна черепаха непреднамеренно разрывает кладку другой. Если бы их цель сводилась только к тому, чтобы запутать потенциальных хищников, им не нужно было бы выбираться на берег в таком бессмысленном множестве. Пока что никто не понимает, почему происходят арривады; кажется, что в них нет почти никакого смысла, хотя они, безусловно, свидетельствуют о замечательной способности этих черепах находить обратную дорогу к местам гнездования.

Как правило, они продолжаются по нескольку дней, и их нельзя назвать редкими событиями: в Остьонале они происходят весьма регулярно в течение большей части месяцев с июня по декабрь (хотя не случаются почти ни в каком другом месте мира). Арривады обычно происходят, когда луна находится в третьей четверти, и это обстоятельство порождает весьма интересные вопросы о том, как черепахи отслеживают ход времени.

У самого пляжа в Остьонале, под прикрытием нескольких кустов, соседствующих с лесничеством национального парка, Роджер построил своими руками – по большей части из материалов, найденных в местных хозяйственных магазинах, – установленную под открытым небом систему магнитных обмоток, которые должны были создавать однородное магнитное поле вокруг круглой пластмассовой арены, заполненной водой. Именно здесь он собирался – с разрешения сотрудников парка – исследовать возможную роль геомагнетизма в навигационном поведении оливковых черепах в период размножения.

Черепах, которые мельче зеленых, нужно было ловить и переносить на арену, и Роджер рассчитывал, что мы с Ванессой и Кеном поможем ему в этом. Ванесса, в свою очередь, пыталась выяснить, что именно служит сигналом к началу этих необычайных приступов массового гнездования. Она планировала прикреплять радиопередатчики к самкам черепахи, еще находящимся в море, а затем отслеживать их перемещения при выходе на сушу. Они с Роджером уже пометили нескольких черепах, выходя в море на маленькой лодке, но первая радиоантенна оказалась неработоспособной. Ванесса надеялась, что новая будет работать лучше.

Дело было в самом конце сезона дождей в Центральной Америке. Путь от аэропорта сначала был легким, но на последних километрах пятидесяти на дорогах было полно огромных, заполненных водой выбоин, через которые приходилось проезжать очень осторожно, даже на полноприводном внедорожнике. Бурлящие речки цвета молока с шоколадом почти выходили из берегов, а на протяженных песчаных пляжах был сильный прибой. Само море было покрыто какими-то бурыми пятнами и плавающими во множестве бревнами и другим мусором. Даже Ванессе, которая живет в Плайя-Гийонес, нечасто приходилось видеть настолько неблагоприятные условия. Они с Роджером были в мрачном настроении, и, когда я наконец пошел спать, утомленный после долгого путешествия из Лондона, я тоже ощущал некоторый упадок духа.

Утром первого дня, еще затемно, меня бесцеремонно разбудили похожие на стоны неприкаянных душ крики обезьян-ревунов с высоких деревьев, росших за моим окном. По-прежнему шел дождь, и, когда мы попытались попасть в Остьональ, мы не смогли даже перебраться через первую речку на нашем пути. Однако через пару дней тучи разошлись. Теперь под горячим тропическим солнцем от земли поднимался пар, огромные игуаны выбирались из своих убежищ, а между цветами порхали великолепные бабочки, среди которых иногда попадались переливчато-синие морфо[388]. Мы наконец смогли перебраться вброд через все речки и доехать по ухабистой грунтовой дороге до Остьоналя.

Ванесса использовала для слежения за черепахами, которые лениво плавали в волнах в нескольких километрах от берега, ожидая неизвестно чего, программируемый дрон с видеокамерой. Это чудесное устройство летело определенным курсом, а потом послушно возвращалось к нам и аккуратно приземлялось рядом с Ванессой, как прирученный сокол. Самки черепахи были хорошо видны в видеоматериалах – их было множество, но день шел за днем, и ничего не происходило. Это красноречивое напоминание о том, насколько непредсказуемой может быть жизнь ученых, работающих в поле, приводило нас в отчаяние, в особенности Роджера и Ванессу.

Хотя время от времени то одна, то другая черепаха вылезала на берег строить гнездо и мы часто видели цепочки только что вылупившихся черепашат, направляющихся в море, в конце концов мне пришлось вернуться домой, так и не увидев самого главного события. Это огорчало, но в некотором смысле непоявление черепашьей армады было даром свыше. Нам не пришлось до изнеможения пасти каждую ночь стада черепах, а потом отсыпаться целыми днями и у нас была масса времени на беседы.

Кен Ломанн вырос в Индиане, далеко-далеко от моря. В детстве он увлекался данаидами монархами, которые во множестве летали возле его дома. Но на каникулы его семья выезжала на океан, и там его очаровали странные создания, которых он находил в приливных заводях. Его интерес к морским животным еще более укрепился, когда он учился на биологическом факультете Университета Дьюка.

Защитив диплом во Флориде (там он исследовал магнитную навигацию у лангустов[389]; впоследствии мы еще вернемся к этой теме), Ломанн перебрался на противоположный конец страны, в морскую лабораторию, расположенную среди великолепных пейзажей островов Сан-Хуан у северо-западного Тихоокеанского побережья Соединенных Штатов. Его по-прежнему увлекали исследования таинственного магнитного чувства, но теперь ему пришлось удовольствоваться изучением тех животных, которые в изобилии водились в холодных северных водах, – тритоний приморских, крупных розовых голожаберных моллюсков рода Tritonia. Это малопривлекательное на вид животное обладает одним огромным достоинством: его легко изучать в лабораторных условиях.

Ломанн начал регистрировать электрические сигналы разных клеток нервной системы моллюска и сделал неожиданное и важное открытие. Оказалось, что моллюски чувствительны к изменениям окружающего их магнитного поля. Более того, казалось, что у них есть магнитное компасное чувство. Защитив диссертацию, Ломанн начал работать под одухотворяющим руководством опытного полевого исследователя Майка Салмона над изучением навигации черепах.

Когда только что вылупившиеся черепашата выбираются из темноты своего песчаного гнезда, перед ними прежде всего встает трудная задача – попасть в море и не погибнуть. Поскольку еноты, крабы и лисы обожают лакомиться новорожденными черепашатами, тем жизненно важно найти кратчайший путь к кромке воды.

Выбравшись из гнезда, крошечные черепашата стремительно пробираются по песку, как маленькие заводные игрушки, пытаясь достичь моря, прежде чем их кто-нибудь съест. По дороге к воде они в основном полагаются на визуальные ориентиры – их привлекают источники света, находящиеся низко в небе, – так что легко понять, почему яркий свет, порожденный присутствием человека, способен создавать среди новорожденных черепах такой хаос. Кроме того, они предпочитают двигаться вниз, что вполне логично, так как пляжи наклонены к морю.

Если черепашатам удается добраться до воды, они немедленно начинают лихорадочно плыть и не останавливаются в течение одного или двух дней, черпая силы в небольшом запасе желтка, содержавшегося в яйце. Преодолев полосу прибоя, они должны как можно скорее уйти от берега, чтобы не попасться многочисленным морским хищникам, поджидающим их на мелководье. Отплыв на солидное расстояние от берега, они попадают в направляющийся на север Гольфстрим и начинают свой путь длиной 15 000 километров, который проведет их по всей Северной Атлантике.

Наконец, иногда через несколько лет океанских скитаний, уже став молодыми черепахами, они возвращаются на пастбища, расположенные вблизи от пляжей, на которых они вылупились, а в должный срок самки этого выводка спариваются и откладывают яйца на том же самом пляже.

Первый вопрос, на который попытались найти ответ Ломанн и его коллеги, заключался в следующем: как вылупившиеся черепахи уходят от берега? Ломанн считал с, по его словам, «типичным нахальством» только что защитившегося ученого, что черепашата, «очевидно», должны прокладывать курс по магнитному компасу. В конце концов, если он есть у морских моллюсков, почему бы ему не быть и у черепах? Дело было в 1988 году, и с этого началась длинная и увлекательная история, не закончившаяся и до сих пор.

Салмон разработал «плавучую ориентационную арену», которая позволяла определять, в каком направлении черепашата предпочитают плыть, оказавшись в море. Исследователи выходили в море на лодке, отходили от берега километров на двадцать или больше и опускали арену в воду. На этом расстоянии черепашата не могли видеть берега, но, по-видимому, продолжали плыть на восток, в сторону открытого моря.

Это укрепляло Ломанна и его жену Кэтрин (которая также занимается наукой и часто работает в сотрудничестве с мужем) в мысли, что черепахи действительно используют компас, но потом – по счастливой случайности – наступил период полного штиля, длившийся несколько суток. Черепахи начали плавать кругами, как будто они полностью потеряли ориентацию. Когда же снова поднялся ветер, черепахи опять поплыли на восток. Исследователи не понимали, что́ происходит: возможно, дело все-таки было не в магнетизме.

Им начало казаться, что направление, которое выбирают черепашата, на самом деле определяется направлением, в котором движутся волны. Эту гипотезу подтвердили эксперименты, проведенные в волновых бассейнах, но также оставалась вероятность, что черепахи следуют по некому градиенту, возможно основанному на каких-то запахах, которые ветер несет в сторону суши. Чтобы опровергнуть эту гипотезу, Ломанну нужен был день, в который ветер не дул бы с моря: тогда черепашатам пришлось бы выбирать между нормальным курсом от берега и направлением, определенным движением волн.

Такая возможность представилась ученым в 1989 году благодаря урагану «Хьюго». Проснувшись однажды утром, они обнаружили, что дует сильный западный ветер – от суши к морю. Ломанны поспешили выйти в море со своими черепашатами и выпустили их в волнующееся море возле восточного побережья Флориды. И действительно, в этих условиях черепашата поплыли к берегу[390]. Вопрос был решен: главным фактором в самом деле оказалось направление волн.

Возможно, черепашата смотрят на волны, чтобы определить, в какую сторону им плыть, но, поскольку обычно они попадают в море в темноте и плывут под водой, лишь время от времени поднимаясь на поверхность за воздухом, это было бы непросто. На самом деле объяснение гораздо сложнее. В конце концов Ломанн выяснил, что они обладают чувствительностью к характерным угловым ускорениям – вверх, назад, вниз, а затем вперед, – которые действуют на них внутри набегающей волны. Эту гипотезу доказали, прикрепляя черепах к «устройству дурацкого вида», которое воспроизводило такие перемещения. Это совершенно автоматическая реакция, которую животные демонстрировали, даже «плавая» в воздухе[391]. Дальнейшие же эксперименты показали, что так же ведут себя почти все – или даже все – морские черепахи других видов.

Хотя теперь стало ясно, что на этом первом этапе жизни новорожденные черепахи не нуждаются в магнитном компасе, Ломанн и его коллеги по-прежнему были уверены, что магнетизм должен играть важную роль в навигации черепах.

Поэтому затем он попытался установить, реагируют ли логгерхеды, временно заключенные в искусственную арену, на изменения магнитного поля. Сначала для этого использовались самодельные арены, переделанные из старых спутниковых тарелок и детских надувных бассейнов. Но, прежде чем начать какие бы то ни было эксперименты, нужно было разработать особую упряжь, которая позволяла бы черепашатам свободно плавать, будучи подвешенными к штанге, проходящей над ареной, а также электронную систему, которая отслеживала бы направление их движения.

Эта работа, как признает Ломанн, была «очень, очень нудной», и одна из главных проблем, с которыми вскоре столкнулись исследователи, заключалась в том, что в полной темноте черепашата упорно отказывались плыть в каком бы то ни было согласованном направлении. В этом не было ничего удивительного, так как на арене отсутствовали обычные для моря ветровые волны, но обнаружилось, что черепашата обладают «тончайшей чувствительностью» к изменениям интенсивности света. Более того, их тенденция к ориентации на любой источник света была настолько сильной, что подавляла любую другую реакцию.

Перед Ломанном возникла по-настоящему трудная проблема: когда он работал в темноте, животные плыли в любых произвольных направлениях, но стоило ему показать им хоть какой-нибудь свет, как они упорно устремлялись к нему, не обращая никакого внимания на любые другие ориентиры. Как же в таких условиях измерить воздействие изменений магнитного поля? Ему необходимо было каким-то образом обойти это препятствие.

* * *

Северные морские слоны [392] – не менее поразительные океанские путешественники, чем горбатые киты[393]. Эти огромные животные ежегодно совершают переходы туда и обратно между своими лежбищами на островах Чаннел у побережья Калифорнии и – если речь идет о самках – Алеутскими островами. Самцы по каким-то причинам держатся от них особняком и отправляются к заливу Аляска. В течение года самки проплывают не менее 18 000 километров, а самцы – по меньшей мере 21 000 километров, причем их океанские маршруты оказываются на удивление прямыми. Их методы навигации не менее загадочны, чем у китов.

Но дальняя миграция свойственна не только крупным морским млекопитающим. Отслеживание передвижений белых акул [394] показало, что они пересекают весь Южный океан от Южной Африки до Австралии и обратно[395]. Некоторые виды акул чувствительны к магнитным полям[396], так что нельзя сбрасывать со счетов возможность, что они могут – по меньшей мере частично – полагаться при навигации на дальние расстояния на магнитную информацию. Но кроме того, они чрезвычайно чувствительны к ольфакторным сигналам, так что этот механизм также может играть свою роль.

Недавний анализ[397] данных слежения за горбатыми китами, морскими слонами и белыми акулами позволяет предположить, что в их навигационных системах даже может использоваться гравитация. Величина силы тяжести неодинакова в разных точках земной поверхности, особенно при перемещении с севера на юг. Поэтому вес животного, а следовательно, и его плавучесть должны изменяться по мере его движения. По-видимому, для того чтобы горбатый кит обычных размеров, не прилагая усилий, держался на плаву, его плавучесть в тропических областях должна быть приблизительно на 90 килограммов меньше по сравнению с плавучестью в высоких широтах. Если эти животные способны чувствовать такие изменения, они теоретически могли бы извлекать из них географическую информацию – хотя при этом необходимо учитывать и соленость воды, поскольку она также влияет на плавучесть животного.

22

Свет во тьме

Кен Ломанн не только решил проблему с черепашатами-логгерхедами, но и обратил их стремление к свету себе на пользу. Он держал арену в полной темноте, а затем показывал плывущим черепашатам свет, светивший с востока. Убедившись, что они последовательно плывут в эту сторону, он выключал свет и, не изменяя естественного магнитного поля, наблюдал за их поведением.

Юные черепахи упорно продолжали плыть на восток, но, когда Ломанн изменил направление магнитного поля на противоположное, черепашата развернулись и поплыли на запад. Из этого он сделал вполне разумный вывод, что изменение ориентации животных на 180 градусов, вероятно, было вызвано изменением магнитного поля. Если он был прав в своем предположении, это означало, что у черепах-логгерхедов действительно есть магнитный компас. С тех пор Ломанн и его коллеги продолжают применять в своих исследованиях черепашат эту же процедуру с некоторыми вариациями[398].

Азимут источника света, по-видимому, не имеет большого значения. Насколько мне известно, на начальных этапах исследований Ломанн с коллегами пробовали включать свет на западе и обнаружили, что после его выключения черепахи продолжают плыть на запад, то есть не в ту сторону, в которую черепашата обычно направляются от восточного побережья Флориды. Когда свет выключали, обращение магнитного поля побуждало их развернуться и плыть в противоположном направлении, так же как в случае, когда им показывали свет на востоке.

Однако не вполне очевидно, как эти эксперименты соотносятся с поведением черепашат в природных условиях. Когда я спросил об этом Ломанна, он предложил следующее объяснение.

Выбравшись из гнезда, черепашата идут на свет, и, если им повезет, это приводит их к кромке воды. Попав в море, они направляются под прямым углом к набегающим волнам, которые всегда параллельны берегу; но, когда они заплывают на глубину, волны перестают быть надежным ориентиром, так как их направление в основном определяется ветром. На этом этапе черепашата переключаются на магнитный компас, при помощи которого они и сохраняют направление от берега: «Возможно, опыта сохранения прямого курса – какие бы ориентиры они ни использовали – оказывается достаточно, чтобы позволить им перейти на использование магнитного компаса».

Система магнитных обмоток позволяет изменять по отдельности напряженность магнитного поля и его наклонение. На следующей стадии Ломанн начал исследовать принципы работы компаса черепашат, и в частности те роли, которые могут играть в ней напряженность и наклонение. Сперва он повторил тот же ориентационный эксперимент, но на этот раз после выключения света на востоке он попробовал изменить только наклонение поля, увеличив его на три градуса по сравнению со значением, измеренным на пляже.

Он ожидал, что черепахи либо направятся, как обычно, на восток, либо полностью запутаются и тогда их ориентация станет случайной. Вместо этого черепахи решительно развернулись на юг[399]. Такое поведение было совершенно непонятным.

Некоторое время мы рвали на себе волосы, пытаясь понять, что не так с нашей установкой. Мы предполагали, что где-то образовалась щель, через которую проникает свет, или сломалось что-то еще. Мы пробовали снова и снова и никак не могли избавиться от этого сдвига.

Но однажды вечером Ломанн и его сотрудники внимательно посмотрели на магнитную карту Флориды и заметили нечто важное. Они увидели, что измененное магнитное поле, которым они воздействовали на черепашат, на самом деле соответствовало естественному полю, существующему чуть севернее по берегу. Внезапно все стало ясно.

Ух ты! Может быть, с экспериментом все было в порядке. Может быть, они действительно использовали угол наклонения для определения широты… До этого момента мы даже не думали о каких-либо этапах миграции, кроме перехода от берега до Гольфстрима. До тех пор считалось неоспоримой истиной, что черепахи просто доплывают до Гольфстрима, входят в течение, а потом пассивно дрейфуют вместе с ним. В то время никто даже не знал точно, как они возвращаются домой.

Впоследствии Ломанн показал, что уже выросшие, но еще молодые черепахи, у которых создают впечатление перемещения к северу от их пастбищ, также направляются на юг, а перемещенные на юг плывут на север. Из этого следует, что они, как и недавно вылупившиеся черепашата, также могут использовать магнитное наклонение для определения широты[400].

Когда черепашата-логгерхеды попадают в мощное течение Гольфстрим, идущее на север, их уносит в открытый океан, и в течение нескольких лет, за которые они – если повезет – растут и процветают, они плавают по течениям, образующим северный субтропический антициклонический круговорот[401] вод Атлантического океана. Если они остаются внутри его, эта огромная масса воды, циркулирующая по океанскому бассейну по часовой стрелке, в конце концов снова приносит уже ставших подростками черепашат совсем близко к их пастбищам у побережья Флориды.

Но, если они не плывут в приблизительно верном направлении, они сильно рискуют остаться вне круговорота, что, вероятно, будет иметь фатальные последствия. Компьютерная модель движения «виртуальных частиц» внутри круговорота под воздействием одних только течений, а также сравнение маршрутов буев и настоящих живых черепах показывает, что молодым черепахам ни в коем случае нельзя пассивно дрейфовать[402]. Как же они узнают, в какую сторону следует плыть, чтобы оставаться в круговороте?

Обнаружив, что черепашата способны использовать наклонение для выявления перемещения с севера на юг, Ломанн начал исследовать, как могут повлиять на их поведение изменения напряженности магнитного поля. На этот раз результаты получились еще более удивительными. Оказавшись в магнитном поле, напряженность которого была похожа на существующую у берегов Северной Каролины, черепашата в основном плыли в восточном направлении, а когда сигнатура поля совпадала с имеющейся на противоположном конце Атлантики – у побережья Португалии, – они направлялись на запад. Другими словами, в этих двух точках юные черепахи, по-видимому, могли установить направление, которое надежно обеспечивало им попадание на конвейер круговорота, по одной лишь напряженности магнитного поля[403].

Затем Ломанн стал одновременно изменять наклонение и напряженность, имитируя состояния магнитного поля, которые должны встречаться черепашатам на разных этапах их путешествия вокруг океанского бассейна. Пока черепашат «отправляли» в точки, расположенные почти по краям круговорота, они, как правило, плыли именно в том направлении, которое увеличивало вероятность их выживания, причем выбранное ими направление сильно менялось в зависимости от того места, в котором они оказывались в результате виртуального перемещения[404].

Так, в точках, расположенных у побережья Португалии, они в основном направлялись на юг, а попав к южной части круговорота, как правило, плыли в северо-западном направлении[405]. В данных было весьма много «шума» – другими словами, далеко не все животные послушно плыли в одном и том же направлении. На это никто и не рассчитывал, и в позднейшем эксперименте заметные закономерности ориентации проявлялись лишь на некоторых участках круговорота[406], но это не отменяет справедливости общего вывода[407].

Натан Путмен (один из бывших учеников Ломанна, о работе которого с лососями мы уже говорили) показал, что черепашата, возможно, способны отличать два удаленных друг от друга на большое расстояние места, отличающиеся только широтой[408]. Он виртуально перемещал совсем маленьких черепах в точки океана, расположенные либо вблизи Пуэрто-Рико (20° северной широты, 65,5° западной долготы), либо вблизи островов Зеленого Мыса (20° северной широты, 30,5° западной долготы).

Северный субтропический антициклонический круговорот вод Атлантического океана. Только что вылупившиеся черепашата из Флориды, «виртуально» перемещенные в разные точки Атлантического бассейна (A, B и C), плыли в направлениях (обозначенных широкими стрелками), которые позволили им оставаться в круговороте

Черепашата, отправленные к Пуэрто-Рико, в основном направлялись на северо-восток, а перемещенные к островам Зеленого Мыса – на юго-запад. Такая реакция и в этих случаях помогла бы черепахам остаться в круговороте. Маловероятно, чтобы в такой ситуации черепахи ориентировались только по одному параметру, будь то наклонение или напряженность, потому что ни один из них сильно не изменяется при перемещении через Атлантический бассейн с востока на запад, хотя при перемещении с севера на юг они изменяются весьма значительно. Но черепашата смогли бы отличить Зеленый Мыс от Пуэрто-Рико, если бы они одновременно отслеживали напряженность и наклонение.

Как полагают Ломанн и его коллеги, эти результаты говорят о том, что черепашата появляются на свет с врожденной чувствительностью к характеристическим сигнатурам магнитного поля Земли вокруг круговорота, определенной конкретными комбинациями напряженности магнитного поля и магнитного наклонения. Эти сигнатуры служат своего рода «маркерами для навигации в открытом море», которые вызывают генетически запрограммированную автоматическую реакцию, и она заставляет черепах плыть в том направлении, которое позволяет им оставаться в круговороте. Как и в случае лососей из реки Фрейзер, которыми занимался Путмен, этой системе не нужна высокая точность: черепахам достаточно приблизительно определять, где они находятся.

По некоторым особенно громким заголовкам, появившимся в связи с работой Ломанна, можно было бы решить, будто бы нам теперь достоверно известно, что у черепах есть свой собственный биологический аналог GPS. Но сам Ломанн не считает, что черепахи «на самом деле знают, где они находятся». Мне он сказал, подбирая слова с типичной для него тщательностью, следующее: «Черепахи явно способны отличать разные магнитные поля, встречающиеся по пути, и реагировать на них соответствующим образом».

Из этого следует, что они используют навигацию по карте и компасу лишь в очень ограниченном смысле, но сама идея о том, что новорожденные черепашата могут использовать магнитные поля, хотя бы и в таких узких пределах, все равно поражает воображение.

Как могла появиться такая система? На этот вопрос никто не может ответить с уверенностью. Черепахи и их родственники существуют уже сто миллионов лет, а то и дольше: когда-то они дышали одним воздухом с динозаврами. Поэтому у них была масса времени на волшебные превращения под влиянием естественного отбора, а он, по-видимому, благоприятствовал выживанию животных, у которых были гены, позволявшие им идентифицировать ключевые развилки на миграционном маршруте. И тот факт, что не все черепахи проявляют в точности одинаковую реакцию, вполне логичен с эволюционной точки зрения. Отклонения в поведении, наблюдаемые у некоторых из животных, могут обеспечить выживание вида при крупных изменениях магнитного поля Земли, например в случае геомагнитной инверсии (см. главу 14).

Генетические исследования подтвердили, что самки черепах действительно возвращаются откладывать яйца в те же районы (если не в точно те же места), где началась их собственная жизнь. Наличие магнитной навигационной системы могло бы объяснить, как им это удается, и имеются некоторые данные, позволяющие предположить, что ключевым фактором в этом процессе являются именно магнитные характеристики гнездового пляжа[409].

Роджер Бразерс исследует теорию о том, что у черепашат – либо еще в яйце, либо сразу по вылуплении – происходит импринтинг уникальной геомагнитной сигнатуры окрестностей гнезда и эта запечатленная в их памяти информация позволяет им находить обратную дорогу к тому же пляжу годы спустя.

Взяв за образец работу Путмена с лососем, Бразерс проанализировал записи о расположении гнезд логгерхеда во Флориде за 19 лет. В этих местах, как и в Британской Колумбии, вековые вариации геомагнитного поля приводят к тому, что магнитная сигнатура каждой конкретной точки (определенная как сочетание наклонения и напряженности) постепенно смещается вдоль берега.

Если гипотеза импринтинга справедлива, тогда каждая черепаха должна возвращаться в место, слегка отличающееся от того, в котором она родилась. Это, в свою очередь, должно привести к предсказуемым изменениям в общем распределении гнезд. Поэтому Бразерс сравнивал плотность расположения гнезд через двухлетние интервалы (такова длительность типичного перерыва между периодами откладывания яиц у каждой самки), внося поправки на колебания суммарного количества гнезд.

Как он обнаружил, плотность расположения гнезд значительно возрастала в тех местах, в которых магнитные сигнатуры сближались друг с другом под воздействием вековых вариаций, и уменьшалась там, где эти сигнатуры удалялись друг от друга[410]. Хитроумное использование исторических данных по гнездованию, предложенное Бразерсом, придает убедительности теории о том, что способность черепах находить обратную дорогу основана на импринтинге магнитной информации.

Впоследствии Бразерс и Ломанн показали, что изменения геомагнитного поля коррелируют с генетическими различиями популяций черепах, гнездовья которых находятся на разных пляжах. Таким образом было получено первое генетическое подтверждение существования импринтинга параметров геомагнитного поля и его роли в формировании структуры популяций черепах[411].

Ни один из экспериментов, о которых мы говорили, не дает прямых доказательств того, что черепахи в дикой природе действительно прокладывают свои маршруты по геомагнитным ориентирам. Чтобы установить вне всякого сомнения, что молодые черепахи, путешествующие по круговому маршруту с северным субтропическим антициклоническим круговоротом Атлантического океана, действительно реагируют на геомагнитные «указатели», нужно было бы найти способ изменить магнитное поле, окружающее их, когда они плывут в открытом океане. А чтобы достоверно узнать, происходит ли у самок черепах импринтинг места их рождения, нужно было бы изменить магнитное поле, окружающее черепаху в момент ее вылупления, а затем следить за нею – возможно, в течение лет пятнадцати, если не больше, – чтобы выяснить, какое место она в конце концов выберет для откладывания своих яиц.

Если такая черепаха вернется в место, соответствующее тому искусственному магнитному полю, которое воздействовало на нее при рождении, мы получим надежное подтверждение существования импринтинга. Ломанн и его коллеги были бы счастливы, если бы могли поставить такие эксперименты, но трудности, с которыми они связаны, кажутся абсолютно непреодолимыми.

Хотя теперь совершенно ясно, что магнетизм играет ключевую роль в навигации черепах, а также что в ней может быть задействовано и обоняние[412], вполне вероятно, что черепахи используют и другие ориентиры[413]. Возможно, они – как жители тихоокеанских островов – могут удерживать прямой курс, ориентируясь по постоянному океанскому волнению. Возможно, они способны различать характерные конфигурации волн, возникающие вокруг океанских островов, или нацеливаться на эти острова по характерным запахам, или же слышать шум прибоя. У нас пока что нет ответов на эти вопросы[414].

Луски сравнивает навигацию черепах с процессом, который по-французски называется словом bricolage – когда что-нибудь изготавливают из любых попавшихся под руку случайных материалов. Он считает черепах оппортунистами, которые стараются пускать в дело любые обрывки информации, которые им попадаются. Возможно, они даже способны выбирать из разных источников информации, доступных им в каждый конкретный момент, те, из которых с большей вероятностью можно получить достоверные данные. Однако ясно одно: даже если у черепах нет магнитных карт, они интенсивно используют для ориентации магнитную информацию.

Поразительные ракообразные

Лангусты так сильно отличаются от нас, что можно подумать, что они прилетели с другой планеты. Как и черепахи, они существуют очень давно: были найдены окаменелые останки их предка, жившего 110 миллионов лет назад. У лангуста десять длинных, тонких ног и две очень длинные антенны, растущие из головы. Большинство людей, скорее всего, и не знало бы об их подводном существовании, не будь они так вкусны. Эта неудачная характеристика привлекает к лангустам (как и к их родственникам с большими клешнями)[415] внимание рыбаков, которые ловят их в больших количествах. Как ни странно, оказывается, что лангусты – одни из лучших навигаторов царства животных.

Лангуст выходит на поиски пищи по ночам и преодолевает весьма большие расстояния в поисках моллюсков и морских ежей, а потом возвращается в свою надежную подводную нору. Кроме того, он совершает странную ежегодную миграцию, перебираясь с отмелей в более глубокие воды, чтобы укрыться от опасностей зимних штормов и ураганов. При этом лангусты образуют длинные «змейки» и перемещаются – днем и ночью – по прямой линии на расстояния до двухсот километров, причем каждый следующий лангуст упирается «носом» в хвост предыдущего. Хотя с ограниченной человеческой точки зрения может показаться, что лангусты не блещут талантами, им каким-то образом удается сохранять неизменный курс, несмотря на все неровности морского дна и часто плохую видимость. Это навигационное достижение заслуживает уважения.

Во время учебы в магистратуре во Флориде Кен Ломанн попал на лекцию о миграции данаиды монарха и возможном использовании ею для прокладки курса магнитных ориентиров. Загоревшись этой идеей, он в течение некоторого времени пытался выяснить, не связаны ли с магнетизмом и навигационные способности лангуста. Он был одним из первых ученых, использовавших электромагнитные обмотки, чтобы выяснить, влияют ли на поведение животных изменения окружающего их магнитного поля. Однако, как это бывает с большинством молодых исследователей, он столкнулся с некоторыми затруднениями. Первая система обмоток, которую создал Ломанн, загорелась, когда в ее схеме возникла перегрузка, и даже когда он добился ее безопасной работы, оказалось, что создать вокруг пойманного лангуста устойчиво однородное магнитное поле весьма трудно – а это было необходимо для получения достоверных результатов.

В конце концов стремление Ломанна разгадать тайну навигации лангустов привело его к СКВИДу – сверхпроводящему квантовому интерферометру[416]. Эти приборы, электрические схемы которых охлаждаются до температуры, близкой к абсолютному нулю, используют для обнаружения чрезвычайно слабых магнитных полей. Ломанн разрезал лангустов на части и помещал эти части в камеру, установленную в резервуаре с жидким гелием, пытаясь обнаружить в них магнитоактивные ткани – и ему это удалось. Это был восхитительный результат, но дальше его Ломанн не пошел: получив магистерскую степень, он отправился изучать морских голожаберных моллюсков, Tritonia.

Однако Ломанн не забыл своих лангустов. Многие годы спустя он возобновил изучение их навигационных способностей, на этот раз в простых экспериментах с перемещением. Вместе со своим коллегой Ларри Боулзом он ловил лангустов у островов Флорида-Кис и перевозил их на катере в точки выпуска, расположенные на расстоянии до 37 километров. На время перевозки лангустов помещали в непрозрачные пластмассовые контейнеры, наполненные той же водой, в которой они жили, чтобы не позволить им получать какие-либо запаховые подсказки. На случай, если лангусты способны производить счисление пути, катер некоторое время ходил кругами.

Перед выпуском лангустов Ломанн закрывал им глаза пластмассовыми колпачками и привязывал их на арене, на которой можно было регистрировать направление, в котором они движутся. Результаты оказались поразительными. Лангусты совершенно не казались растерянными и ошарашенными, какими, несомненно, были бы мы, окажись на их месте: они уверенно ползли в направлении дома. В предположении, что во время перевозки они не могли получать какую бы то ни было полезную информацию, а с места выпуска не видели никаких ориентиров или указателей, это означало, что они каким-то образом способны определить как свое местоположение, так и верное направление возвращения. Такое поведение полностью подпадало под определение «навигации по карте и компасу» – святого Грааля исследований бионавигации.

Еще раньше Ломанн показал, что лангусты обладают магнитным компасным чувством[417]. Поэтому, очевидно, было возможно, что животные, участвовавшие в этом эксперименте, отслеживали свое перемещение от точки поимки по магнитной информации. Ломанн повторил свой эксперимент – на этот раз с некоторыми дополнительными ухищрениями.

Теперь лангустов отвозили на экспериментальную площадку на грузовике, и в половине случаев их контейнеры были окружены магнитами, некоторые из которых были подвешены на нитках и постоянно перемещались в разные стороны. Это искажало окружающее лангустов естественное магнитное поле и должно было не позволить им отслеживать маршрут перемещения по магнитным сигналам. Сами контейнеры тоже были подвешены на веревках, так что они раскачивались случайным образом, пока грузовик ехал к экспериментальной площадке по запутанному маршруту с многочисленными зигзагами и разворотами.

Тем не менее лангусты снова уверенно направлялись к дому – независимо от того, перевозили ли их в сопровождении рукотворных магнитов или без них.

На следующем этапе было произведено виртуальное перемещение с использованием системы магнитных обмоток того же типа, который Ломанн применял до этого при работе с черепахами. Физическое перемещение производилось на очень небольшие расстояния. Теперь же лангустов «отправляли» в гораздо более дальние виртуальные путешествия – на 400 километров либо к северу, либо к югу от их дома. В точности как молодые черепахи, они направлялись приблизительно на юг или на север, как будто знали, в какую сторону им нужно ползти.

Эти поразительные результаты свидетельствовали не только о том, что лангусты способны использовать навигацию по карте и компасу, но и о том, что центральным элементом этого процесса является геомагнитная информация. Как именно работает эта система, не столь ясно, хотя в ней может использоваться сочетание напряженности и наклонения. В 2003 году Боулз и Ломанн лаконично написали в своей революционной статье в журнале Nature[418]: «Эти результаты представляют собой самое прямое из полученных до сих пор доказательств того, что животные обладают и пользуются магнитными картами». Это утверждение остается справедливым и до сих пор.

У лосося, черепахи и лангуста – рыбы, рептилии и членистоногого – мало общего, но само их разнообразие говорит о многом. Если представители настолько разных групп животных обладают одной и той же способностью использовать магнитное поле Земли для решения сложных навигационных задач, было бы удивительно, если бы этот дар не был более распространенным. Появились ли различные формы магнитной навигации на некой очень ранней стадии эволюции жизни (и оказались настолько ценными, что сохранились у самых разных видов), или же их многократно «изобретали заново», мы пока не знаем.

Не так давно Джо Киршвинк, геофизик из Калифорнийского технологического института, произвел некоторую сенсацию, вернув к жизни ранее отброшенную гипотезу о том, что магнитное чувство может иметься и у человека.

Эту теорию пропагандировал британский ученый Робин Бейкер, утверждавший в 1980-х годах, что студентам с завязанными глазами, которых возили на микроавтобусе по извилистым проселочным дорогам вокруг Манчестера, удавалось правильно указывать обратное направление, когда их выпускали из автобуса. В следующем эксперименте в повязки, которыми студентам завязывали глаза, были вставлены либо небольшие магниты, либо такого же размера немагнитные латунные бруски. Теперь правильно указать направление к дому могли только те студенты, у которых были латунные бруски[419]. Бейкер увидел в этом убедительное свидетельство того, что чувство ориентации основано на магнитной информации, и это утверждение, что неудивительно, наделало много шума.

Однако неоднократные попытки воспроизвести результаты Бейкера успехом не увенчались, и общепринятым стало мнение, что студенты, участвовавшие в его исследованиях, вероятно, могли получать какую-то немагнитную ориентирующую информацию. В одном особенно строгом эксперименте 103 австралийских студента были одеты в хирургические комбинезоны, перчатки и маски; им заткнули уши, под нос нанесли ароматизирующее вещество, а на голову – в довершение всех издевательств – надели светонепроницаемые чехлы. В конечной точке своего путешествия эти несчастные указывали в совершенно случайных направлениях, хотя после повторения той же поездки безо всех этих помех им удавалось найти север[420].

Хотя Киршвинк был в числе тех, кто усомнился в результатах Бейкера, недавно он сам заявил – исходя из результатов измерений электрической активности мозга, – что люди способны чувствовать изменения ориентации магнитного поля, хотя сознательно этого и не замечают.

Я был на конференции (в 2016 году), на которой Киршвинк впервые сообщил об этих результатах, и могу засвидетельствовать, что его выступление было встречено с некоторым скептицизмом, хотя никто не сомневался в его профессионализме и научном авторитете. С тех пор его работа была официально опубликована[421], и если выяснится, что он прав, то перед нами окажется новая загадка. Возможно, это недоступное чувство всего лишь бесполезный остаток механизма, который использовали наши далекие предки, но магнитный компас, несомненно, приносил бы неоценимую пользу в обществах охотников-собирателей. Почему же тогда естественный отбор не смог его сохранить?

* * *

Европейский угорь [422] – одно из самых загадочных мигрирующих животных. У этой необыкновенной рыбы очень сложный жизненный цикл, в который входят целых две трансокеанские миграции. Однако в последние годы численность этого вида резко сократилась, и, чтобы обеспечить его сохранение, нам нужно лучше понять его миграционное поведение.

Жизнь угрей начинается в Саргассовом море, большой океанской области на юго-западе Атлантики. Прежде всего только что вылупившимся из икры личинкам (или лептоцефалам) нужно попасть в Гольфстрим, который будет нести их – как и только что вылупившихся черепашат логгерхеда – по северному субтропическому антициклоническому круговороту Атлантического океана. Приблизившись к европейскому континентальному шельфу, где глубина значительно меньше и вода менее соленая, лептоцефалы превращаются в так называемых стеклянных угрей и уходят из моря в реки и ручьи.

Там они становятся взрослыми, желтыми угрями. В этом состоянии угорь может прожить до двадцати лет, пока не достигнут зрелости его половые органы. После этого он возвращается на нерест в Саргассово море – на расстоянии около 5000 километров.

В одном недавнем эксперименте[423] стеклянных угрей ловили, когда они заходили в реку Северн в Уэльсе, и подвергали разнообразным магнитным перемещениям. Оказалось, что угри чувствительны к «малым изменениям напряженности магнитного поля и угла его наклонения на маршруте морской миграции». Более того, по-видимому, они склонны плыть в том направлении, которое увеличивает вероятность попадания в Гольфстрим – опять же, в точности как черепашата.

Недостаток этого исследования состоит в том, что стеклянные угри весьма значительно отличаются от лептоцефалов. Поэтому нельзя с уверенностью сказать, применимы ли его выводы к поведению только что вылупившихся личинок угря, плавающих далеко в Атлантике[424]. Тем не менее, если угри хоть на каком-то этапе своей жизни реагируют на изменения конфигурации геомагнитного поля, кажется вполне вероятным, что они действительно могут использовать магнитную навигацию. В этой области, очевидно, требуются дальнейшие исследования.

23

Великая магнитная загадка

На чувствительные элементы, которые позволяют животным обнаруживать магнитное поле Земли, идет настоящая охота. За последние лет десять эта задача свела вместе ученых, занимающихся квантовой физикой и химией, геофизикой, молекулярной и клеточной биологией, электрофизиологией, нейроанатомией и, разумеется, изучением поведения, но может оказаться, что поиски следует вести в еще более широком диапазоне. Тех, кто в конце концов найдет ответы на связанные с этой темой вопросы, вполне могут ждать Нобелевские премии.

Когда ученые говорят о навигации визуальной, акустической, инерционной или ольфакторной, они весьма хорошо представляют себе, какие сенсорные механизмы задействованы. Они знают, как устроены и функционируют глаза, уши и носы, хотя детали у разных групп животных, разумеется, могут чрезвычайно сильно различаться. Зрением обладают и буревестники, и навозные жуки, но видят они разные вещи; лосось чувствует вкус растворенных в воде химических веществ, которые ни о чем не говорят птицам или бабочкам; лишь немногие животные могут сравниться с летучими мышами в том, что касается особенностей их слуха. Кроме того, ученые хорошо понимают, как именно (по меньшей мере у некоторых животных) нервные сигналы, поступающие от органов чувств, обрабатываются центральной нервной системой – вплоть до закономерностей активации отдельных клеток мозга.

Но в том, что касается геомагнитной навигации, картина остается гораздо более непонятной. Сейчас существуют три радикально разные теории, и любая из них может оказаться верной – а может быть, и все сразу. Кроме того, все еще нельзя исключить, что мы имеем дело с каким-то совершенно иным механизмом, о котором мы до сих пор не имеем никакого представления.

Тема эта настолько сложна и специализированна, что я могу предложить лишь краткую сводку нынешнего положения дел.

Одна из проблем, встающих перед учеными, которых интересует, как животные чувствуют магнитное поле Земли, связана с тем, что это поле легко проникает сквозь живые ткани. Следовательно, магниторецепторы не обязательно должны находиться на поверхности тела животного – как глаз, нос или ухо; они вполне могут быть скрыты глубоко внутри него. Кроме того, они бывают не крупными. Иногда они не сконцентрированы в одном месте: основным элементом такой системы могут быть отдельные клетки, разбросанные по всему организму – буквально от головы до хвоста. Так что на самом деле может не существовать никакой узнаваемой структуры, которую мы могли бы найти.

Но положение не вполне безнадежно. Мы знаем, как реагируют на магнитное поле магнитотаксисные бактерии, и знаем, что они существуют уже давно. Такие бактерии содержат микроскопические цепочки кристаллов магнетита, что позволяет им совершенно пассивно разворачиваться вдоль окружающего их магнитного поля – так же, как разворачивается стрелка компаса. Если способность чувствовать магнитное поле Земли повышает их шансы на выживание и воспроизводство, значит, механизм, основанный на свойствах магнетита, могли унаследовать и многие, а может быть, и все животные[425]. Но может ли он работать в многоклеточном организме?

По-видимому, матрицу из нескольких миллионов клеток, содержащих магнетит, можно было бы использовать для обнаружения малых изменений напряженности магнитного поля Земли[426]. Достоверные свидетельства присутствия магнетита в организме животных получить трудно, потому что образцы тканей чрезвычайно легко загрязнить – это могут сделать даже летающие в воздухе частицы вулканической пыли, – но его находили у насекомых, птиц, рыб и даже в теле человека.

Повсеместное присутствие магнетита позволяет предположить, что он, видимо, выполняет какую-то важную функцию. Например, в брюшке медоносных пчел есть образованные из магнетита постоянные магниты. Они начинают формироваться, когда насекомые еще находятся в стадии личинки, и предположительно приобретают ориентацию, пока те остаются в виде куколок в своих отдельных ячейках, причем эти магниты выстраиваются под прямым углом к поверхности сот. У пчел есть сотни специализированных клеток, расположенных в верхней части их брюшка, которые содержат тысячи отдельных зерен магнетита. Эти клетки входят в состав матрицы, которая, как полагают исследователи, расширяется или сокращается в ответ на изменения окружающего магнитного поля. Кое-кто считает, что этот механизм лежит в основе компаса наклонения пчел[427].

Форель можно быстро научить получать пищу, прикасаясь носом к подводному объекту, найти который можно только по слабому изменению напряженности окружающего магнитного поля. Эта способность, по-видимому, обеспечивается магнетитом, который содержится в некоторых клетках носа этих рыб; похожие клетки были найдены и у лосося (при этом форель не проявляет чувствительности к изменениям наклонения магнитного поля). Когда акулы учатся находить магнитные объекты и подплывать к ним, они, судя по всему, используют не свою хорошо известную электрочувствительность, а некий отдельный магнитный орган[428].

В 2007 году появилось сообщение, что чувствительные окончания нервных клеток голубиного клюва содержат магнетит и еще один магнитный материал[429]. Поскольку эту часть организма голубя обслуживает всего один нерв – тройничный, – ученые предположили, что магнитная информация должна поступать в мозг птицы именно по этому каналу. Эту гипотезу подкреплял тот факт, что голуби, обученные обнаруживать сильные магнитные поля, теряли эту способность после перерезания тройничного нерва[430]. Несколько лет спустя обнаружилось, что некоторые участки мозга зарянки реагируют на быстрые изменения магнитного поля, а в отсутствие поля остаются неактивными. После перерезания тройничного нерва активность этих участков мозга значительно снизилась.

В свете этих открытий теория о том, что частицы магнетита, имеющиеся в птичьих клювах, действительно находятся в основе механизма магниторецепции, казалась правдоподобной. Но в 2012 году выяснилось, что обнаружение частиц магнетита в клювах голубей было ошибочным. Они оказались совершенно другими объектами – иммунными клетками, которые называются макрофагами[431]. Были и другие непонятные факты. Некоторые виды перелетных птиц, мигрирующие по ночам, вполне способны делать это с перерезанным тройничным нервом[432], а почтовым голубям необходим для нахождения дороги к дому не тройничный, а обонятельный нерв[433]. С другой стороны, тростниковая камышевка не способна учесть перемещение на 1000 километров на восток (см. главу 19), если ей перерезать глазной нерв – ветвь тройничного нерва[434]. А сильные магнитные импульсы, которые должны сбивать с толку магнетитные магниторецепторы, действительно нарушают ориентацию взрослых (но не молодых) воробьинообразных птиц, мигрирующих по ночам[435].

Хенрик Моуритсен считает, что «наиболее вероятная функция связанного с тройничным нервом магнитного чувства» – это обнаружение крупных изменений напряженности и/или наклонения магнитного поля для приблизительного определения местоположения птицы. Но как именно работает этот механизм, по-прежнему неясно[436], и данные одного недавнего эксперимента[437] позволяют предположить, что в магниторецепции также может играть некоторую роль расположенный в ухе птицы рецептор гравитации, который называется лагеной. Таким образом, ситуация остается чрезвычайно неустойчивой, и, если у вас уже кружится голова, вы в этом не виноваты.

Хотя наши знания о роли магнетита по-прежнему остаются во многом неопределенными, зато начинает формироваться общепринятое мнение относительно магнитного компасного чувства.

Уже многие годы известно, что способность тритонов и птиц использовать магнитный компас зависит от наличия света. Еще в 1978 году Клаус Шультен[438] предположил, что ключевым элементом этого процесса могут быть фотохимические реакции в светочувствительных молекулах. А в 2000 году было высказано и предположение о том, в какой именно молекуле могут происходить такие реакции, – это криптохром. Интерес к новой теории возник почти мгновенно.

Молекулы криптохрома встречаются у многих растений и животных; они участвуют в управлении внутренними часами и ростом организма. Центральным элементом гипотезы светозависимого компаса является образование «радикальных пар» в результате переноса электрона, происходящее в этих молекулах под воздействием света[439].

Основная идея этой теории состоит в том, что радикальные пары ведут себя по-разному в зависимости от ориентации молекул, к которым они принадлежат, относительно магнитного поля Земли. Чрезвычайно тонкие внутриатомные процессы, которые порождает это различие, могут вызывать последовательность других событий – «каскад сигналов», – который в конце концов приводит к возникновению нервного импульса. Если происходит достаточное количество таких событий, животное может ощутить состояние окружающего его магнитного поля.

Может показаться странным, что такой светозависимый компас используется многими птицами – например, теми же зарянками, – совершающими перелеты по ночам, но криптохромный механизм, по-видимому, способен эффективно работать даже при очень слабом освещении. Криптохром имеется в глазах птиц, и, если теория радикальных пар справедлива, форма магнитного поля Земли может накладываться на обычное поле зрения птицы – приблизительно аналогично индикаторам на лобовом стекле самолета или нашлемном щитке летчика. Может быть, птицы буквально видят форму окружающего их магнитного поля.

Кластер N

Одним из ведущих исследователей гипотезы радикальных пар является Питер Хор, профессор химии Оксфордского университета. На протяжении нескольких лет он работает совместно с Моуритсеном, причем каждый из них привносит в эту работу знания из своей области: Моуритсен – специалист по поведенческим и нейрофизиологическим аспектам бионавигации, а Хор, будучи химиком, обладает глубокими знаниями свойств бирадикальных реакций.

Хор работает в уютном кабинете с видом на зеленые задворки северной части Оксфорда, в окружении забитых книгами шкафов и кип научных статей. Он человек мягкий, скромный и очень аккуратный в высказываниях. Однако он посвятил всю свою научную карьеру химии радикальных пар и стал ведущим специалистом в том, что касается возможности (или невозможности) реализации биологического компаса на их основе.

О том, какой интерес вызвала гипотеза радикальных пар, можно судить по тому обстоятельству, что несколько лет назад Хор получил предложение о финансировании своей работы от Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defence Advanced Research Projects Agency, DARPA) – могущественной, но несколько туманной американской государственной организации. Очевидно, в DARPA считают, что когда-нибудь радикальные пары можно будет использовать не только для исследования перемещений животных. Возможно, они даже сыграют роль в разработке высокопроизводительных квантовых суперкомпьютеров, которые в принципе должны быть способны выполнять операции, далеко превосходящие возможности компьютеров нынешних. Хор не стал смотреть в зубы дареному коню и подал составленную вместе с Моуритсеном заявку, по которой они быстро получили весьма крупный грант.

Хотя интерес к этой теме быстро растет, дело пока что продвигается медленно, в основном в связи с множеством практических и теоретических проблем, существующих в этой области. По мнению Хора, это положение вряд ли изменится в ближайшем будущем, хотя он надеется, что со временем сможет – в сотрудничестве с другими учеными – разработать «окончательный эксперимент», который позволит либо опровергнуть, либо доказать криптохромную гипотезу.

Моуритсен разделяет скептицизм Хора относительно вероятности быстрого прогресса. Он стремится собрать «букет данных» из самых разных источников:

Понимание этого магнитного чувства требует понимания всех уровней, от спина единичного электрона до птицы в свободном полете, – и это-то меня и увлекает.

Моуритсен открыл в мозге птицы зону под названием «кластер N», которая получает входящие сигналы от глаз. Это единственная часть мозга, проявляющая повышенную активность во время ориентирования птицы в магнитном поле. Что еще важнее, если кластер N уничтожить, птица теряет магнитное компасное чувство, но сохраняет способность использовать звездный и солнечный компасы[440]. Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что первичные рецепторы магнитного компаса должны находиться в глазу (а не в клюве) птицы.

Начинает приносить некоторые плоды и работа с генетически модифицированными насекомыми. Было показано, что криптохромы играют важную роль в обнаружении магнитных полей дрозофилами[441]. А когда в сетчатке глаза тараканов искусственно экспрессировали криптохромы, аналогичные тем, которые обнаруживают у млекопитающих, удалось заставить этих насекомых изменять направление движения, воздействуя на них вращающимся магнитным полем[442].

В основных экспериментах в области магниторецепции позвоночных используются содержащиеся в неволе птицы, которых помещают в клетки Эмлена, а это, как мы уже видели, не нравится некоторым исследователям – например, Анне Гальярдо, – которые предпочитают работать с животными, находящимися на воле (см. главу 19). Моуритсен согласен, что в принципе хорошо бы было ставить эксперименты на птицах в свободном полете, но отмечает, что многие из переменных очень трудно контролировать вне лаборатории. Возможно, однако, что вскоре появится возможность использовать в исследованиях птиц методы, разработанные Нахумом Улановским для регистрации сигналов отдельных клеток мозга летучих мышей (см. главу 24). В таком случае вполне могут появиться чрезвычайно интересные новые результаты.

В магнитной навигации в принципе может быть задействован и еще один механизм – электромагнитная индукция. Вигье рассматривал эту возможность еще в 1882 году, но в последние годы она привлекала гораздо меньше внимания, чем гипотезы магниторецепции с помощью магнетита и криптохромов. Основополагающий принцип, который используется в динамо-машине, состоит в том, что в проводнике, движущемся в магнитном поле, «индуцируется» электрический ток. Собственно говоря, мы производим электроэнергию именно при помощи процесса электромагнитной индукции[443].

Достоверно известно, что некоторые рыбы, в том числе акулы и скаты, способны обнаруживать очень слабые электрические сигналы, по которым они могут выслеживать свою добычу. Для этого они используют электрорецепторные органы, которые называются ампулами Лоренцини, по имени итальянского анатома, открывшего их в XVII веке[444]: длинные каналы, заполненные желеобразным веществом, соединяют поры в коже таких рыб с чувствительными клетками, расположенными в глубине их тела.

В течение долгого времени считалось, что электромагнитная индукция может работать только тогда, когда животное окружено средой, в которой легко замкнуть электрическую цепь. Воздух, в отличие от воды, плохо проводит электричество, но сухопутное животное может преодолеть это препятствие, если вся электромагнитная цепь находится внутри его тела. А полукружные каналы внутреннего уха птицы заполнены хорошо проводящей жидкостью, которая как раз может осуществлять эту функцию[445].

Недавнее открытие структуры, содержащей частицы магнитного минерала, в волосковых клетках, выстилающих полукружные каналы внутреннего уха, вдохнуло в гипотезу электромагнитной индукции новую жизнь[446]. Идея состоит в том, что в жидкости, циркулирующей в этих органах, может индуцироваться электрический ток, а волосковые клетки могут его регистрировать.

В вопросе о магнитном компасном чувстве на основе электромагнитной индукции гораздо больше неопределенности, чем в двух других гипотезах, но, возможно, он заслуживает более пристального изучения[447].

* * *

Тунец [448] – один из самых быстрых и сильных пловцов в море; он способен перемещаться в воде почти так же быстро, как гепард на суше. Эти рыбы пересекают Тихий и Атлантический океаны, путешествуя туда и обратно между местами нереста и нагула, чрезвычайно предсказуемым образом[449]. Видимо, они должны быть искусными навигаторами и, возможно, используют для этого магнетизм.

На закате и рассвете тунец выполняет странный маневр, который называют «пикирующим погружением»: он быстро опускается под крутым углом в глубину, а затем возвращается на поверхность. Это происходит приблизительно за полчаса до рассвета или через полчаса после заката, когда солнце находится градусах в шести ниже горизонта[450].

Как ни странно, в верхней части головы тунца, между глазами, имеется светопроницаемое «окошко». Этот «иллюминатор» соединен с мозгом рыбы полой трубкой, что позволяет свету достигать светочувствительных клеток на поверхности шишковидного тела, необычайно развитого у этих животных. Трубка расположена так, что на этапе подъема из пикирующего погружения она должна быть направлена вертикально вверх.

Одна из гипотез утверждает, что таким образом тунец производит съемку поляризационных рисунков в сумеречном небе для калибровки своего магнитного компаса. А на глубинных этапах погружения (при котором они ныряют на глубину до 600 метров) они, возможно, могут измерять напряженность магнитного поля на океанском дне с более высокой точностью, чем находясь у поверхности. Этот процесс может быть нужен для использования магнитной карты.

Поскольку у других представителей рода тунцов была обнаружена чувствительность к магнитным полям[451], вполне логично предположить, что тунцы могут использовать в навигации геомагнетизм, но точно этого никто не знает.

24

Морские коньки в наших головах

Крысы играют в исследованиях бионавигации еще более заметную роль, чем голуби, пчелы или муравьи. Отчасти это связано с тем, что их легко содержать и они не (слишком) возражают, когда ими манипулируют. Но еще важнее то обстоятельство, что они относятся к млекопитающим и, следовательно, гораздо больше сходны с нами, чем птицы или насекомые. Это делает их неотразимо привлекательными для исследователей.

Благодаря десяткам тысяч экспериментов, в которых крыс учили находить дорогу в хитроумно спроектированных лабиринтах, мы знаем, что они – как и мы – активно используют для прокладки маршрута разнообразные визуальные ориентиры. Но значит ли это, что для объяснения их навигационного поведения совершенно не нужно привлекать какие бы то ни было «высшие» мыслительные процессы, не говоря уже об использовании карт? Или все же нужно?

В течение первой половины XX века представители господствовавшей тогда «бихевиористской» школы психологии упорно цеплялись за теорию, утверждающую, что любое выученное поведение можно объяснить в терминах так называемой модели стимула и реакции (С-Р). Теория С-Р действительно позволяет описать многое из того, что животные учатся делать в лабораторных условиях. Но ортодоксальный бихевиоризм давно уже вышел из моды. Сегодня ни один ученый не станет спорить с тем, что у животных, отличных от человека, может быть сложная умственная и даже эмоциональная жизнь. Как сказал великий приматолог Франс де Вааль:

Приписывая любое поведение единому механизму обучения, бихевиоризм сам подготовил свое падение. Излишний догматизм сделал его больше похожим на религию, чем на научную теорию[452][453].

Даже в эпоху расцвета бихевиоризма находились психологи широких взглядов, которые осмеливались ставить ортодоксальную точку зрения под вопрос. Одним из них был Эдвард Толмен (1886–1959) из Калифорнийского университета в Беркли. В своей знаменитой статье, опубликованной в 1948 году, он дерзнул усомниться в применимости теории С-Р в области бионавигации:

Научение, согласно этой школе [бихевиористов], состоит в упрочении одних связей и в ослаблении других. В соответствии со схемой «стимул – реакция» крыса в процессе обучения в лабиринте беспомощно отвечает на ряд внешних стимулов: свет, звук, запах, прикосновение и т. п., – оставляющих следы в ее органах чувств, плюс ряд внутренних стимулов, приходящих от висцеральной системы и от скелетных мускулов. Эти внешние и внутренние стимулы вызывают реакции – ходьбу, бег, повороты, возвращения, принюхивания и т. п. Согласно этой точке зрения, центральную нервную систему крысы можно сравнить с работой телефонной станции[454][455].

Однако Толмен считал такое механистическое описание безнадежно неполным. Самое важное наблюдение, которое он сделал, заключалось в том, что крысы умеют находить и использовать короткие пути к цели, до которой их до этого обучали добираться только по более длинным, непрямым маршрутам. А когда на заученном маршруте обнаруживается препятствие, им удается находить обходные пути. Как такое может быть? Толмену казалось, что крысы не слепо следуют по фиксированному маршруту, определенному в точном соответствии с моделью С-Р, а каким-то образом определяют положение цели в пространстве. Другими словами, казалось, что они используют какого-то рода навигацию, где точкой отсчета служат внешние объекты.

Дальнейшие эксперименты, поставленные Толменом и другими, привели его к выводу, что крысы по собственной инициативе исследуют ту среду, в которой они находятся, и приобретают при этом «когнитивные карты», на которых каким-то образом отмечены все важные для них места и объекты. Это утверждение, разумеется, привело в ярость ортодоксальных бихевиористов, которые попытались – с изобретательностью, достойной средневековых богословов, – объяснить полученные им результаты в рамках теории С-Р.

Толмен не первым из известных ученых высказал предположение, что отличные от человека животные могут использовать карты. В 1920-х годах ведущий немецкий психолог Вольфганг Кёлер[456] опубликовал весьма загадочные результаты наблюдений, сделанных им во время Первой мировой войны, когда он жил вместе со своей собакой на Канарских островах[457].

Когда Кёлер бросал в окно кусок мяса, а потом закрывал окно, собака оставалась у окна, с тоской глядя на мясо и скребя лапой по стеклу. Такое поведение не кажется слишком разумным, но если Кёлер к тому же закрывал и ставни, что не позволяло собаке увидеть еду, собака выбегала в дверь и бежала вокруг дома на поиски мяса.

Казалось, что, когда закрытые ставни скрывали от собаки вид пищи, подавлявший все другие сигналы, собака задумывалась, и ей удавалось вспомнить подробности расположения дома и сада. При помощи этой информации она могла найти обходной путь к своей цели – путь, следование по которому никогда раньше не приносило ей вознаграждения. Это наблюдение никак нельзя было объяснить в терминах С-Р. Создавалось впечатление, что собака использует своего рода мысленную карту.

Термин «когнитивная карта» – удобное условное название, но применять его следует с осторожностью. Разумеется, в головах крыс и собак нет карт в буквальном смысле этого слова – как нет их и в наших. Несомненно, никакие карты не закладываются в них с рождения, а когда животные хотят понять, где они находятся, им не приходится, так сказать, останавливаться и разворачивать карту. Толмен выражался метафорически: он имел в виду, что мозг крысы способен сохранять географическую информацию, представленную в виде некого кода. Ему вполне могла прийти в голову аналогия с недавно изобретенным в то время цифровым компьютером.

«Когнитивную карту» точнее всего считать не объектом, а процессом. Этот процесс возникает из совместной деятельности физически реальных органов чувств крысы и ее центральной нервной системы. То, что такой процесс вообще происходит, можно заключить по поведению животного, причем сделать такое заключение хоть сколько-нибудь уверенно очень трудно.

Поскольку в 1940-х годах не существовало средств, позволяющих узнать, что на самом деле происходит в мозге крысы, ни Толмен, ни кто-либо другой никак не могли доказать, что в голове у крыс (или любых других животных) действительно есть «карты». Но благодаря изменениям в мире психологии, произошедшим в 1950-х годах, его идеи смогли найти более широкий отклик. По мере постепенного ослабления господства бихевиоризма психологи-экспериментаторы начали заниматься фундаментальными вопросами (на которые до тех пор по большей части никто не обращал внимания) о том, как именно животные и люди воспринимают вещи, думают о них и решают практические задачи.

Стало ясно, что стандартные модели научения «стимул – реакция» не всегда дают достоверные ответы, как и утверждал Толмен в отношении крыс в лабиринте. Великий американский психолог-экспериментатор Джордж Миллер дал этой ситуации следующее лаконичное определение: «В пятидесятые годы становилось все яснее, что поведение – это не сам предмет исследования психологии, а лишь его проявление»[458].

Приблизительно в то же время революционные достижения техники привели к возникновению совершенно новой научной дисциплины – когнитивной нейробиологии. Тончайшие проволочные электроды, внедренные в мозг живого животного, позволили регистрировать чрезвычайно слабые электрические сигналы – порядка нескольких десятитысячных вольта, – которые генерируют отдельные нервные клетки (нейроны). Терпеливо регистрируя тысячи таких импульсов, ученые смогли составить картину обработки сигналов, поступающих от глаз по зрительным нервам, мозгом животного.

Они показали, что нейроны разных участков зрительной коры «настроены» на реакцию на разные стимулы. Например, некоторые из них срабатывают только тогда, когда животное видит темные полосы на светлом фоне, а другие – только при наличии узких полос света на темном фоне[459]. Наконец появилась возможность составить подробную схему функций разных отделов мозга.

В 1950-е годы в процесс лечения тяжелых психозов и эпилепсии часто входило удаление некоторых фрагментов мозга. Неудивительно, что столь радикальные процедуры часто приводили к неожиданным последствиям.

Одним из пациентов, страдающих эпилепсией, был молодой американец, известный в течение долгого времени только по инициалам – Г. М. Однако он заслуживает того, чтобы его полное имя не было забыто – его звали Генри Молисон. Он страдал «припадками, полностью выводившими его из строя», причем на его болезнь не оказывали никакого воздействия даже самые сильные медикаменты. Его врачи решили пойти на крайние меры и провести, с его согласия, «откровенно экспериментальную» операцию, предполагавшую удаление с обеих сторон значительной части височной доли мозга, в том числе гиппокампа[460].

Название для этой структуры, форма которой несколько напоминает морского конька, придумали анатомы XIX века. Для облегчения международного общения они использовали латинское слово hippocampus, происходящее от греческого названия морского конька[461]. Поскольку мозг состоит из двух половин (или полушарий), весьма похожих друг на друга, в нем на самом деле два гиппокампа – по одному с каждой стороны.

Хотя способности Молисона к «пониманию и рассуждению» не пострадали, а его эпилептические припадки действительно стали менее сильными, у этой операции было «одно разительное и совершенно неожиданное последствие в том, что касалось поведения»: его память резко ухудшилась. Молисон перестал узнавать больничный персонал и даже не мог найти туалет.

Когда его семья переехала, он был не в состоянии запомнить новый адрес и не находил дороги домой, хотя по-прежнему знал, как добраться до старого дома. Молисон даже не мог вспомнить, где лежат предметы, которые он ежедневно использовал, и проводил целые часы, снова и снова собирая одни и те же пазлы. Такая сокрушительная потеря памяти не ослабла и с течением времени[462].

Случай Генри Молисона стал знаменитым, потому что он позволил понять несколько важных вещей. Он дал первое веское доказательство той важной роли, которую гиппокамп играет в памяти; кроме того, стало ясно, что наша способность к навигации также зависит от его работы. Печальная судьба Молисона привела к появлению исследовательской программы, которая принесла несколько важных достижений в нашем понимании неврологических основ навигации – да и самого процесса познания.

Гиппокамп находится глубоко внутри мозга. В отличие от зрительной коры он расположен на значительном удалении от участков мозга, получающих сигналы непосредственно от органов чувств. В 1960-х годах специалисты по большей части сомневались, что путем регистрации активности отдельных его клеток можно получить данные, которые дадут какую бы то ни было осмысленную информацию, тем более помогут понять, как формируются пространственные воспоминания.

Тем не менее именно исходя из случая Генри Молисона нейробиолог Джон О’Киф (работающий теперь в лондонском Центре нейронных сетей и поведения Sainsbury Wellcome), которому помогал его студент Джонатан Достровский (он сейчас работает в Университете Торонто), решил выяснить, что́ происходит в гиппокампе крысы.

Навигационные клетки мозга

В начале 1970-х годов оказалось, что рискованная затея О’Кифа принесла свои плоды: он объявил об открытии отдельных клеток мозга с необычной – и даже никогда раньше не виданной – функцией. Каждая из них становилась активной, только когда крыса оказывалась в строго определенной точке клетки, которую она исследовала[463]. Другими словами, попадание крысы в каждую точку приводило к активации определенной клетки или группы клеток ее гиппокампа. О’Киф мог сказать, где именно находится животное, просто посмотрев на картину электрической активности этих клеток.

Очевидно, оставалась возможность, что вновь открытые клетки реагируют на какие-то другие факторы, но ничто из того, что животные могли видеть, обонять или слышать, не оказывало никакого влияния на поведение этих клеток. По-видимому, их функция сводилась исключительно к кодированию пространственных свойств мира крысы. Поэтому О’Киф решил назвать их нейронами места. Это открытие было поистине революционным.

В 1978 году О’Киф и Линн Нейдел написали книгу, в которой высказали предположение, что клетки места представляют собой часть системы навигации, где точкой отсчета служат внешние объекты, которая позволяет крысе регистрировать и вспоминать расположение ориентиров и целей. Другими словами, нейроны гиппокампа составляют карту среды, в которой находится животное. Именно здесь, утверждали они, находится физическая основа «когнитивной карты» Толмена[464]. В то время это утверждение казалось дерзким; во всяком случае, оно, несомненно, рассердило бихевиористов, которые никак не желали согласиться с этими взглядами на функцию гиппокампа, тем более что они, по-видимому, подтверждали мнение их старого врага Толмена.

Однако нейроны места оказались лишь первым элементом в потрясающем ряду открытий, полностью преобразивших за последние 50 лет взгляды ученых на неврологические основы навигации – по меньшей мере у млекопитающих. Теперь ясно, что на пространственные свойства мира, в котором существует млекопитающее, реагируют многие разные участки его мозга, а успешная навигация обеспечивается не только гиппокампом. Таким образом, эта тема становится все интереснее – и все сложнее.

В 1980-х годах была найдена еще одна группа клеток, расположенная в соседнем с гиппокампом отделе мозга, который называют пресубикулумом (предоснованием гиппокампа). Эти нейроны генерировали импульсы только тогда, когда крыса смотрела в определенном направлении, и поэтому их назвали нейронами направления головы. Они реагировали совершенно одинаковым образом, где бы ни находилось животное, что бы оно в этот момент ни видело, слышало или обоняло, и независимо от того, двигалось оно или нет. Они активны даже в полной темноте, и распределение генерирующих импульсы нейронов остается стабильным в течение долгого времени. Таким образом, эта группа клеток ведет себя как компас, хотя магнитное поле Земли не влияет на их работу.

Позднее два молодых исследователя из Норвежского университета естественных и технических наук в городе Тронхейме – Марианна Фюн и Торкель Хафтинг – сделали еще более поразительное открытие. Работая под руководством супругов Мэй Бритт и Эдварда Мозер, они исследовали клетки, находящиеся в энторинальной коре (ЭК), соединяющей гиппокамп с другими отделами мозга. Там они обнаружили клетки, ведущие себя почти так же, как нейроны места, но с одним важным отличием: каждый из этих нейронов активировался не когда крыса находилась в одной определенной точке, но во многих разных местах.

Такое поведение казалось непонятным, но, когда размеры пространства, которое крысы могли исследовать, увеличили, проявилась поразительная закономерность. Стало ясно, что вновь открытые клетки генерируют импульсы в регулярно расположенных точках, которые образуют правильную решетку, разбивающую на сегменты все пространство, предоставленное в распоряжение крыс. По-видимому, эти клетки – так называемые нейроны решетки – регистрируют исключительно пространственные свойства среды обитания крыс. То есть крысы практически накладывают на окружающий мир стандартную координатную сетку, как это делают картографы или землемеры. В ЭК были найдены и нейроны направления головы. Некоторые из них также образуют решетку: они срабатывают только тогда, когда крыса оказывается в определенной точке, а голова ее обращена в определенном направлении[465].

Картина активности одиночного «нейрона решетки» у крысы, исследующей небольшую квадратную арену. Серые линии показывают маршруты перемещения крысы, а черные точки – «всплески» электрической активности, возникающие во время передвижений животного[466]

В 2008 году группа Мозер сделала еще одно открытие: были обнаружены клетки ЭК, срабатывающие только тогда, когда крыса (или мышь) находится у края клетки. Поэтому их назвали нейронами границы. Затем, в 2015 году, Мозер сообщили о клетках еще одного типа: они реагируют только на скорость движения крысы, и частота генерирования импульсов увеличивается, когда крыса движется быстрее. Собственно говоря, они работают так же, как спидометр. Уже длинный список специализированных клеток, которые участвуют в навигации, все еще продолжает пополняться[467].

В 2014 году эти поразительные достижения были удостоены Нобелевской премии, которая была присуждена Мэй Бритт и Эдварду Мозер и Джону О’Кифу[468].

Аналогичные специализированные навигационные нейроны уже найдены в мозге мышей, обезьян, летучих мышей и человека. Возможность прямой регистрации активности отдельных клеток человеческого мозга представляется только в случае вживления электродов для медицинских процедур, но существующие сейчас передовые технологии нейровизуализации позволяют ученым получать аналогичные результаты, не прибегая к хирургическим операциям. Также достоверно установлена важная роль гиппокампа в навигации голубей; хотя по строению он сильно отличается от гиппокампа крысы, в нем тоже есть специализированные «навигационные» нейроны[469].

Однако многие вопросы по-прежнему остаются без ответа. Хотя нейроны места, решетки и направления головы вполне могут составлять основу «системы карты и компаса», знания своего местоположения и направления движения недостаточно. Нужно еще обладать способностью запланировать маршрут к цели и пройти по нему.

В этом отношении кажутся перспективными специализированные клетки мозга, генерирующие импульсы во время прохождения крысой сложного лабиринта. Эти нейроны, расположенные вне гиппокампа, по-видимому, определяют маршруты и цели. В самом гиппокампе также были найдены другие клетки, которые, как кажется, участвуют в прокладке маршрутов[470].

Разумеется, лабораторные эксперименты проводятся в чрезвычайно искусственных условиях, не отражающих реальной жизни в дикой природе. Навигация в реальном мире может осуществляться на расстояниях, доходящих до сотен или даже тысяч километров. В большинстве случаев эксперименты касаются лишь двумерной навигации, в то время как многим животным – особенно умеющим летать или плавать – приходится ориентироваться в трех измерениях. Как именно их (и наш) мозг справляется с такими в высшей степени сложными задачами, пока неясно[471].

Поэтому было бы чрезвычайно полезно получить возможность изучения работы мозга животного во время его свободных перемещений в естественной среде. Израильский ученый Нахум Улановский уже разработал хитроумные методы регистрации активности отдельных клеток мозга летучей мыши в полете[472], и эти методы, возможно, вскоре будут применяться и для других животных.

Хотя центральную роль в решении навигационных задач играют гиппокамп и тесно связанные с ним зоны, ясно, что другие отделы мозга также вносят в эту работу важный вклад. Во время перемещений животного в его среде обитания разные области мозга обмениваются сигналами, когда животное вспоминает, где оно было раньше, или думает, куда следовать дальше. Как именно эти сложные «соединения» влияют на процесс навигации, остается загадкой.

Также ясно, что гиппокамп играет очень важную роль, а не только помогает формировать карту физических окрестностей и прокладывать маршрут. Он совершенно необходим для сохранения воспоминаний о людях, предметах, событиях и отношениях: возможно даже, что его основная функция состоит в образовании абстрактного «пространства памяти», в котором могут храниться и обрабатываться самые разнообразные концепции. С этой точки зрения гиппокамп не столько выполняет сами навигационные расчеты, сколько предоставляет запоминающее устройство, необходимое для успешной навигации[473].

Очевидно, мы не знаем еще очень многого, но в недавнем обзоре пятидесяти с лишним лет исследований Мозеры предлагают смелый вывод, что навигация, возможно, будет «одной из первых когнитивных функций, механистические аспекты которых мы сможем понять»[474].

При этом остается неразрешенным один интересный философский вопрос. Хотя нам достоверно известно, что гиппокамп и ЭК играют в навигации ключевую роль, можно спорить об основе той пространственно-временной системы координат, которая, по-видимому, реализуется в них. Большинство нейробиологов, следуя положениям классической физики, считает самоочевидным, что пространство и время являются фундаментальными, неизменными измерениями реальности – внешнего мира, – каким-то образом представленными в нашем мозге.

Однако современная физика утверждает, что на самом деле пространство и время не являются ни отдельными, ни тем более неизменными измерениями. Наше субъективное восприятие как пространства, так и времени также чрезвычайно изменчиво. Значит ли это, что существуют другие возможности? Возможно, пространство и время всего лишь конструкты, порождаемые нашим физическим взаимодействием с миром[475].

* * *

Молодой исследователь Андриус Пашуконис, который раньше работал в Венском университете, а теперь перешел в Стэнфорд, провел долгое время в дождевых лесах Гвианы, терпеливо изучая крошечных (длиной 25 миллиметров) лягушек[476], обладающих замечательными – и пока что необъяснимыми – способностями.

Самцы этого вида занимают маленькие участки подлеска, защищают их от конкурентов и привлекают туда самок своими криками. После спаривания самки откладывают яйца, а самцы осторожно переносят их в лужи, расположенные в других частях леса, в которых могут вылупляться и расти головастики. Затем самцы возвращаются на свою территорию. Пашуконис сконструировал специальную неопреновую повязку, позволяющую прикреплять к самцам радиотрекеры, и относил их на расстояние до 800 метров от их участков.

К удивлению Пашукониса, лягушкам не просто удавалось найти обратную дорогу: они перемещались по весьма прямым маршрутам, хотя их путешествия занимали иногда до нескольких суток. Учитывая, что дождевой лес – место весьма хаотичное, полное шумов, запахов и физических препятствий, а обзор неба в нем весьма ограничен, очень трудно понять, как им это удавалось[477].

25

Навигационный мозг человека

Многие фундаментальные вопросы все еще остаются без ответа, но нам уже ясно, почему бедный Генри Молисон испытал после удаления гиппокампа с обеих сторон столь тяжелую потерю памяти и, в частности, почему ему было так трудно запомнить, где находится его новый дом. Гиппокамп вместе со связанными с ним отделами мозга поддерживает нашу способность к навигации и создает основу для «когнитивных карт», существование которых предполагал Толмен.

Также легко понять, почему ранняя стадия болезни Альцгеймера так часто сопровождается проявлением признаков дезориентации[478]. Связанные с этим заболеванием повреждения мозга часто начинаются с ЭК, в которой находится сеть нейронов решетки, а потом распространяются и на сам гиппокамп. Неудивительно, что один из первых вопросов, которые задают пациентам с симптомами деменции, – это «Как вы думаете, где вы находитесь?».

Поиск средств лечения болезни Альцгеймера (или, что было бы еще лучше, ее предотвращения) идет медленно, но расширение знаний о том, как именно мозг позволяет нам ориентироваться в пространстве, уже сейчас помогает больным лучше справляться с ее дезориентирующими эффектами. Например, архитекторы получили возможность проектировать здания, в которых пациентам легче находить дорогу[479]. Сотрудничество нейробиологов и проектировщиков стремительно развивается, и его плоды принесут пользу всем нам – либо непосредственно, либо благодаря улучшению жизни близких нам людей.

В одном из наиболее известных экспериментов, связанных с навигацией у человека, участвовали лондонские таксисты, которым для получения лицензии необходимо заучить тысячи разных маршрутов по городу. Приобретение «Знания», как это называется на профессиональном жаргоне, – процесс чрезвычайно трудоемкий; обычно он занимает от двух до трех лет, и все равно не всем водителям удается сдать заключительный экзамен. Элеанор Магуайр и ее сотрудники продемонстрировали при помощи магнитно-резонансной томографии мозга, что задняя часть гиппокампа таксистов значительно крупнее, чем у людей из контрольной группы[480].

Более того, степень увеличения этой структуры зависела от длительности работы испытуемого таксистом – чем дольше, тем больше[481]. Интересно отметить, что у водителей лондонских автобусов, проработавших в течение приблизительно такого же времени, подобных изменений объема гиппокампа не обнаружилось. Это предположительно связано с тем, что многократные поездки по одному и тому же маршруту представляют собой менее сложную навигационную задачу, чем работа водителя такси[482].

Из результатов, которые получила Магуайр, следует, что размеры гиппокампа зависят от того, насколько интенсивно мы его «упражняем» – другими словами, от того, как часто наши занятия приводят его в действие. Если мы подолгу используем свою пространственную память для навигации, гиппокамп будет увеличиваться, и наоборот[483]. В соответствии с этим принципом «используй, или потеряешь» некоторые исследователи предположили даже, что по мере старения нам следует стараться как можно активнее использовать свою пространственную память – а не полагаться все время на GPS, – потому что это может уменьшить опасность развития заболеваний, подобных болезни Альцгеймера, а также защитить нас от обычного возрастного ухудшения навигационных способностей.

Эта теория привлекает повышенное внимание прессы, но пока что, по-видимому, нет никаких данных, непосредственно подтверждающих ее. Я спросил Мартина Россора, директора Британской программы исследования деменции, и его коллегу Джейсона Уоррена, считают ли они, что уменьшение гиппокампа из-за недостаточного использования способно увеличивать вероятность развития болезни Альцгеймера.

Россор высказался осторожно. Он сказал, что не видит, как уменьшение объема гиппокампа само по себе могло бы повышать вероятность развития этого заболевания. Тем не менее он считает возможным, что «когнитивные резервы» пациента со сравнительно маленьким гиппокампом могут быть меньше, чем у человека с более крупным гиппокампом[484]. Другими словами, тяжесть или последствия болезни могут отчасти зависеть от того, насколько развитыми были затронутые ею отделы мозга до ее начала. Таким образом, человек с маленьким – возможно, из-за недостаточно активного использования – гиппокампом действительно может оказаться менее устойчивым к болезни Альцгеймера.

Уоррен, однако, предупредил, что здесь идет речь о «проблеме курицы и яйца»:

Взять, например, кого-нибудь вроде меня: у меня отвратительное чувство ориентировки, и я готов воспользоваться любыми электронными средствами, какие только мне попадутся, лишь бы добраться из пункта А в пункт Б. Если у меня потом начнется болезнь Альцгеймера, – будет ли это из-за того, что я пользовался помощью электронных приборов, или из-за того, что у меня была слабая система гиппокампальной навигации?

Россор отметил также, что болезнь Альцгеймера не всегда сопровождается затруднениями в области навигации. Все зависит от того, где именно в мозге возникают клубки и бляшки, являющиеся определяющими признаками этого заболевания. Кроме того, затруднения при поисках дороги могут отражать нарушения, не имеющие ничего общего с навигацией. Например, при некоторых формах деменции люди утрачивают способность узнавать местность. Такой пациент может знать, что находится в больнице, и даже помнить, как он туда попал, но, поскольку он не способен назвать это здание, создается впечатление, что он заблудился. Или, в более простом случае, если человек не может сказать, где он находится, это может быть связано с тем, что он просто забыл, как попал в это место.

Концептуальная навигация

Мы бываем «на вершине блаженства», а можем «скатиться по наклонной плоскости»; мы оказываемся «в центре событий»; у нас могут быть «близкие друзья» или «дальние родственники». Великий философ науки Томас Кун описывал научные теории как «карты», а люди часто говорят о «схемах» своих взаимоотношений. Человеческий язык активно использует пространственные метафоры, и мы постоянно прибегаем к ним как в речи, так и в мыслях – и это, вероятно, не случайно. В этой черте могут проявляться некие глубинные принципы работы нашего разума.

Одна из наиболее интересных теорий, родившихся в области нейробиологии, утверждает, что структуры человеческого мозга, обеспечивающие географическую навигацию, и в том числе и в особенности гиппокамп, возможно, участвуют и в навигации концептуальной[485]. В течение долгого времени считалось, что мыслительные процессы «верхнего уровня» и наш замечательно гибкий разум связаны с работой префронтальной коры, но теперь мы знаем, что она не может обеспечивать выполнение этих функций в одиночку. Самые разные виды деятельности – например, участие в беседах, поддержание социальных связей, принятие разумных решений, обработка идей, составление планов на будущее и даже применение творческих способностей – невозможны без здорового гиппокампа[486].

Наши сложные социальные структуры, вероятно, многим обязаны нашей способности регистрировать положение наших братьев по разуму как в физическом, так и в концептуальном пространстве, а также правильно предсказывать их вероятное поведение в будущем. Как это ни удивительно, люди обоих полов действительно способны более точно оценить положение людей, чем положение неодушевленных предметов[487]; также имеются данные о наличии у мышей, крыс и летучих мышей специализированных клеток мозга, функция которых заключается в отслеживании положения других представителей того же вида[488]. Возможно, наша способность сочувствовать другим людям также обеспечивается нормальной работой гиппокампа[489].

В одном поставленном недавно интересном эксперименте[490] производилось сканирование мозга 18 человек, участвовавших в ролевой игре. По условиям игры участники только что переехали в другой город и им нужно было познакомиться с местными жителями, чтобы найти себе работу и жилье. Им показывали слайды с нарисованными персонажами, «говорившими» написанными на слайдах фразами. Результаты каждого взаимодействия отражали изменения в отношениях между участниками эксперимента и вымышленными персонажами.

Происходившие при этом изменения активности гиппокампа свидетельствовали о том, что участники прокладывали путь в «социальном пространстве, определенном властью и причастностью». Авторы этого исследования заключили, что социальное пространство – не просто метафора: оно действительно может «отражать то, как мозг представляет наше положение в социальном мире».

Все это выглядит весьма логично с эволюционной точки зрения. Нашим предкам, охотникам-собирателям, очевидно, нужно было знать и помнить, где можно найти дичь, съедобные растения и воду. Однако им было не менее важно отслеживать свои отношения с другими членами племени – будь то родственники, друзья, союзники, враги или половые партнеры.

Недавние исследования племен Намибии даже позволяют предположить, что более развитые способности к навигации у мужчин могут быть эволюционным следствием того факта, что у мужчин, которые уходили дальше, чем конкуренты, в поисках половых партнерш, было более многочисленное потомство[491]. Не будет преувеличением сказать, что само наше существование зависит от способности пользоваться мысленными картами, на которых отмечаются не только места, но и отношения.

Знание нашего собственного местоположения, а также положения других людей, животных и вещей и наших отношений с ними жизненно важно для нашей физической, общественной и культурной жизни. Но не менее важна и способность к творческому мышлению и представлению себя в воображаемых ситуациях будущего.

Пытаться дать определение такому расплывчатому понятию, как творчество, – дело заведомо опасное, но деятельность по сочетанию изображений и идей для создания чего-то совершенно нового, несомненно, включает в себя некоторые важные аспекты этого процесса. Эти действия довольно точно отражают то, что мы делаем, когда разрабатываем в уме новый маршрут. Хотя известно, что в творческом мышлении играют ключевую роль другие отделы мозга – в частности, префронтальная кора, – недавно исследователи показали, что для «творчества» необходимо и наличие здорового гиппокампа[492].

В одном из экспериментов участникам предлагали придумать, как сделать игрушку более интересной в игре, предложить новые варианты использования картонной коробки или нарисовать что-нибудь новое на основе одного только овального контура. Пациенты с серьезными повреждениями гиппокампа и утратой ассоциативной памяти, но не имеющие других когнитивных проблем, показывали худшие результаты, чем здоровые испытуемые.

Им было трудно предлагать новые идеи, а те, которые они все-таки предлагали, оказывались менее новаторскими и интересными, чем у испытуемых из контрольной группы, у которых не было аналогичных нарушений. То же произошло и когда им предлагали списки из трех слов, связанных с «целевым словом» (например, для слов cream, skate и water целевым было слово ice[493]). Больным было гораздо труднее найти целевое слово, чем здоровым испытуемым[494].

Наконец, еще одно исследование дает несколько более явные доказательства схожести мозговых процессов, отвечающих у человека за концептуальную и пространственную навигацию. Характерная картина активности нейронов решетки, которые обеспечивают картографическое представление пространства, появляется и во время решения испытуемыми людьми абстрактных когнитивных задач, не имеющих ничего общего с навигацией[495].

Такая картина наблюдается не только в тех зонах мозга, которые (подобно ЭК) активизируются во время физического ориентирования, но и в тех, которые (как префронтальная кора), как известно, участвуют в приложении выученных концепций к незнакомым ситуациям. Из этого следует, что наша способность работать с концепциями основана на тех же принципах, что и наша способность запоминать и анализировать пространственные отношения.

Каждую неделю появляются сообщения о все новых открытиях, и вскоре нейробиологи, возможно, смогут дать нам более точное и подробное описание механизмов, управляющих навигацией – как физической, так и концептуальной. Но уже сейчас ясно, что навигационный компьютер, работающий в нашей голове, – не просто дополнительная приставка, которая включается только тогда, когда мы отправляемся в физическое путешествие. Функции нейронных сетей, позволяющих нам находить дорогу, шире и глубже: они играют ключевую роль в формировании нашей жизни и определении нашей сущности.

Недавно был проведен новаторский сетевой опрос, в котором исследовались навигационные способности более чем 2,5 миллиона человек – по всему миру. Участники играли на мобильных устройствах в видеоигру под названием Sea Hero Quest[496], которую можно скачать в виде приложения[497]. Если способности, проявленные в сетевой игре, действительно отражают способности к навигации в реальном мире, то результаты исследования показывают, что последние устойчиво снижаются с возрастом – независимо от географического положения. Также можно заключить, что мужчины, по-видимому, в целом более способны к навигации, чем женщины, хотя интересно отметить, что величина половых различий тесно коррелирует со степенью социального неравенства.

Возможно, это означает, что женщины обладают таким же врожденным навигационным потенциалом, что и мужчины, но часто не могут реализовать его, так как им представляется меньше возможностей для развития соответствующих навыков. В таком случае речь идет об очередном проявлении дискриминации по половому признаку.

Не менее любопытно то обстоятельство, что чемпионами мира оказались жители стран Северной Европы. Авторы исследования предполагают, что их превосходство по части навигации можно объяснить той традиционной популярностью, которой пользуется в этой части света спортивное ориентирование, но есть и другое возможное объяснение: может быть, долгими зимними вечерами они попросту очень много играют в видеоигры!

* * *

«Слоны ничего не забывают», – гласит поговорка, и эта народная мудрость, кажется, не лишена оснований.

Африканские саванные слоны[498] иногда проходят в поисках пищи или воды более 100 километров и очень хорошо умеют определять, где находятся другие слоны – даже когда их не видно. При помощи трекеров исследователям удалось продемонстрировать, что они обладают «замечательной пространственной чувствительностью». Направляясь к водопою, слоны сразу шли в точности в верном направлении, в одном случае с расстояния чуть меньше 50 километров. Более того, они, по-видимому, почти всегда выбирали ближайший водопой. Исследователи уверены, что слоны всегда точно знают, где они находятся относительно всех нужных им ресурсов, и поэтому могут направляться к ним кратчайшим путем или идти по уже знакомым маршрутам[499].

Хотя пока непонятно, какие ориентиры используют в навигации африканские слоны, в их число вполне могут входить запахи.

Слоны очень разборчивы в еде, но до недавнего времени мы мало что знали о том, как именно они выбирают пищу. Один из возможных ответов на этот вопрос предполагал, что они просто осматривают и пробуют найденные растения, но это приводило бы к большим затратам времени и сил, не в последнюю очередь потому, что зрение у слонов довольно слабое.

Летучие химические вещества, испускаемые растениями, могут распространяться на большие расстояния и очень четко отличаются друг от друга: каждое растение или дерево имеет уникальную ароматическую сигнатуру. Более того, ее можно определить, даже не видя самого растения. Новые исследования позволяют предположить, что запах играет решающую роль в привлечении слонов – и, вероятно, других травоядных – к лучшим источникам пищи.

Сначала исследователи установили, какие растения свободно пасущиеся слоны предпочитают есть, а какие – обходят стороной. После этого они поставили эксперимент с «кормовым пунктом», в котором слонам предлагалось последовательно выбирать из нескольких видов пищи по одним лишь запахам. Эксперимент показал, что слоны, вполне вероятно, способны распознавать по запаху скопления пригодных в пищу деревьев, а затем оценивать качество каждого дерева такого скопления. Можно предположить, что свободно пасущиеся слоны используют эту информацию и в поисках своей любимой еды[500].

Возможно, хорошо развитые элементы гиппокампальной формации позволяют слонам – так же, как крысам и людям, – создавать «когнитивные карты».

Часть III

Чем важна навигация?

26

Язык земли

Пережив почти чудом несколько лет ужасов концентрационного лагеря в Освенциме, знаменитый итальянский писатель и химик Примо Леви (1919–1987) был слишком слаб и болен, чтобы сразу вернуться домой, в Турин. На одном из этапов своего долгого путешествия домой он провел два месяца, оправляясь от болезни в пересыльном лагере в Советском Союзе. Окружавший лагерь лес непреодолимо манил Леви, как и его товарищей по заключению[501].

Тех, кто искал одиночества, он награждал этим бесценным даром, ведь мы так долго были его лишены! Кому-то он напоминал другие леса, другие моменты одиночества из прошлой жизни, а для кого-то, наоборот, его торжественная первозданная суровость была внове, завораживала неизвестностью[502].

Неподалеку от лагеря лес становился гуще, и всякие следы животной жизни исчезали:

Когда я отправился туда в первый раз, мне, к моему удивлению и ужасу, пришлось на собственном опыте узнать, что «заблудиться в лесу» можно не только в сказке. Я шел около часа, ориентируясь по солнцу, которое время от времени появлялось в просветах между густыми кронами, но потом небо затянулось тучами, и, когда я решил повернуть назад, оказалось, что я уже не знаю, где север. Помня, что деревья обрастают мхом с северной стороны, я стал осматривать стволы, но никакого мха не заметил. Я выбрал, как мне казалось, верное направление и долго продирался через заросли ежевики и валежник, но у меня было впечатление, что я по-прежнему там, где и был.

Проплутав по лесу несколько часов, Леви пришел к убеждению, что там и умрет.

Я шел несколько часов, теряя силы и нервничая все больше и больше. Начинало темнеть. Мне казалось, что если мои товарищи и отправятся меня искать, то не найдут, а если найдут, то не сразу, а через много дней, умирающим с голоду или уже мертвым… Слева я смог разглядеть клочок освещенного неба (что должно было означать запад) и решил идти прямо на север, уже никуда не сворачивая и не останавливаясь, пока не выйду на какую-нибудь дорогу, тропинку или просеку.

Долгие северные сумерки успели смениться почти непроглядным мраком, а я все шел и шел, и меня уже начала охватывать настоящая паника. Испытывая атавистический ужас перед темным дремучим лесом, я, несмотря на усталость, еле сдерживался, чтобы не броситься бежать со всех ног, бежать все равно куда, пока не остановится дыхание.

У того пронизанного ужасом состояния, которое описывает Леви, в английском языке есть красноречивое название – woods shock, то есть «лесное смятение». Дезориентация такого рода подобна кошмару наяву, в котором, как кажется, ни в чем нет никакой логики и все представляется зловещим. Сам мир становится сверхъестественным – непостижимым для нашего понимания или знания – и потому угрожающим. Человек буквально не знает, куда бежать. В этом состоянии чрезвычайно сильно возрастает вероятность совершения опасных для жизни ошибок.

В конце концов Леви услышал далекий гудок паровоза и понял, что шел совершенно не в том направлении. Он добрался до железной дороги и пошел вдоль нее на север, ориентируясь по созвездию Малой Медведицы, включающему в себя Полярную звезду, которое, по счастью, как раз появилось из-за туч.

В наши дни немногие из нас, попав в подобную переделку, смогут сделать то же самое. А уж люди, обладающие такими исключительными навыками существования в дикой природе, как Энос Миллс – горный проводник, выживший в одиночку в Скалистых горах, когда его настигла снежная слепота (см. главу 11), – настолько редки, что кажутся нам феноменально одаренными.

Вот что пишет Ребекка Солнит, которая опрашивала поисково-спасательные бригады, работающие в районах дикой природы в Соединенных Штатах:

…многие из заблудившихся ведут себя невнимательно, не знают, что делать, когда понимают, что не могут найти обратной дороги, или не признают, что не могут ее найти. Это настоящее искусство – следить за погодой, за маршрутом, по которому ты идешь, за ориентирами, которые встречаются по пути, оборачиваться, чтобы отмечать, чем дорога обратно отличается от дороги туда, ориентироваться по солнцу, луне и звездам, по направлению течения воды, по тысяче вещей, превращающих дикую природу в текст, который может прочитать человек грамотный. Те, кто теряется, часто не умеют читать на этом языке – языке самой Земли – или не обращают на него внимания[503].

Мы, горожане, по большей части просто утратили существовавшую веками привычку внимательно наблюдать за тем, что нас окружает, и постоянно – хотя иногда и неосознанно – отслеживать, где мы находимся и куда направляемся. Вместо этого мы приучились находить дорогу по электронным устройствам. Обычно они создают нам немного проблем, но батарейки могут садиться, а спутниковые сигналы легко потерять или даже заглушить. Последнее обстоятельство представляет серьезную, но редко упоминаемую опасность.

Сигнал, поступающий со спутника GPS, очень слаб: на самом деле он не мощнее света автомобильной фары. Поскольку спутники находятся на высоте 20 000 километров от поверхности Земли, их сигналы очень легко заглушить более мощным сигналом на той же частоте. А глушащую аппаратуру, разработанную именно для этой цели, легко найти в интернете. Преступники используют такие устройства, чтобы замаскировать перемещения автомобилей, оборудованных трекерами, и им удается нарушать работу GPS-приемников на весьма обширных участках. Случалось ли вам терять сигнал GPS без явных причин? Возможно, вы, сами того не зная, оказались жертвой глушилки.

Кроме того, существует угроза «спуфинга»[504] – преднамеренной передачи сигнала, имитирующего сигнал от спутника GPS, но сформированного так, чтобы вызвать ошибочное определение местоположения приемником. Эта технология испытана на практике и уже создавала затруднения для судов, находящихся у берегов Северной Кореи и России. Как и глушение, она может стать мощным оружием для военных или террористов.

Но есть и более фундаментальные проблемы. Николас Карр, писатель, изучающий нашу зависимость от автоматизированных систем, считает, что компьютеры делают нас склонными совершать когнитивные ошибки двух типов:

Слепое доверие к автоматике возникает, когда компьютеры внушают нам ложное чувство безопасности. В уверенности, что машины работают без сбоев и способны разрешить любые возникающие проблемы, мы теряем бдительность. Мы отвлекаемся от своей работы и уделяем меньше внимания тому, что происходит вокруг нас. Пристрастное отношение к автоматике проявляется, когда мы слишком доверяем точности информации, которая поступает к нам с наших мониторов. Наше доверие программам становится настолько сильным, что мы не замечаем или не учитываем другие источники информации, в том числе свои собственные глаза и уши. Когда данные, которые выдает компьютер, оказываются неверными или неполными, мы не замечаем ошибки[505].

Иногда последствия таких ошибок бывают смехотворными: известны случаи, когда люди въезжали в реки, слепо следуя указаниям своих спутниковых навигаторов. Но они могут приводить и к настоящим бедствиям – например, авиационным катастрофам или кораблекрушениям[506]. Кроме того, существуют опасности, связанные с тем, что люди применяют технические средства не по назначению. Системы спутниковой навигации, предназначенные для автомобильных дорог, нельзя использовать в горных походах или прогулках под парусом – и тем не менее многие пытаются это делать. Рут Кросби, работающая в шотландском Национальном парке Лох-Ломонд, говорит, что туристы часто спрашивают у нее и ее коллег почтовый индекс горы Бен-Ломонд: они собираются подняться на эту вершину, вооруженные одними лишь мобильными телефонами[507].

Бывают несчастные люди, которые так никогда и не осваивают даже самых базовых навигационных навыков. Их мозг выглядит совершенно здоровым – в отличие от мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, – но они быстро теряют ориентацию даже в местах, знакомых им на протяжении многих лет. Первый такой случай был описан в 2009 году, и это расстройство получило название «нарушения развития топографической ориентации» (НРТО)[508].

С тех пор при помощи сетевого опроса было выявлено более сотни других случаев этого расстройства. Дальнейшие исследования показали, что люди, страдающие НРТО, – 85 % которых составляют женщины, – значительно хуже, чем испытуемые из контрольной группы, выполняют задания, связанные с ориентацией, распознаванием ориентиров и возвращением по тому же пути, хотя их способности к узнаванию лиц и предметов оказались не хуже, чем у прочих людей. Пока что неясно, что именно вызывает НРТО, которое, по-видимому, сохраняется на всю жизнь. Неясно также, действительно ли женщины более подвержены этому расстройству, чем мужчины: возможно, им просто легче признаться в наличии у них таких затруднений[509].

Страдающие НРТО ничего не могут с этим поделать, но большинство из нас регулярно совершают путешествия, не осознавая, куда мы едем или как туда попадаем. Мы перемещаемся как посылки – мы бываем рады попросту благополучно добраться до места назначения и еще более довольны, если в пути не возникнет никаких осложнений. Современные путешествия культивируют в нас пассивность: мы с готовностью предоставляем заниматься навигацией кому-нибудь другому, будь то пилоты самолета или обманчиво уверенный голос GPS-навигатора, сопровождающий нас повсюду. Появление беспилотных автомобилей знаменует переход на следующий уровень этой зависимости.

Наши давно покойные предки исследовали почти всю поверхность нашей планеты и колонизировали значительные ее части без помощи каких-либо приборов, кроме своих собственных тщательно натренированных органов чувств и природной смекалки. Как мы видели, задолго до изобретения магнитного компаса, астролябии, секстанта и морского хронометра – не говоря уже о GPS – они разработали поразительно разнообразные техники ориентации, приспособленные к самым разным условиям, от высоких широт Арктики до пустынь Австралии и тропических вод Тихого океана.

Следующий рассказ, который Клаудио Апорта услышал в 2000 году от старого иннуита по имени Икуммак, показывает, как современная техника угрожает существованию этих традиционных методов:

Если молодой человек спросит GPS, где находится какое-то место, GPS расскажет ему об этом, скажет этому молодому человеку. Но если этот молодой придет к старику и спросит, где находится это место, старик будет перечислять одну подробность за другой, а потом опишет, что находится перед этим местом, но может не сказать, где оно есть. Он будет говорить: «сначала будет то-то, скажем, залив, мыс, инукшук» – и так далее, и тому подобное. Он точно расскажет, что тебе должно встретиться по пути. А у молодого нет на это времени. Он хочет знать, где находится то место.

Некоторые люди моего возраста тоже используют GPS, потому что их отцы не разговаривали с ними или не брали их с собой, чтобы научить, куда идти, как куда-то добраться, какие бывают опасности. Они этого не делали. А со временем, если все время упражняешься, [иннуитская навигация] становится почти как наука. А может быть, это и есть наука, только в ней ничего не записано. Все хранится в голове, это просто знания, которые передаются из поколения в поколение[510].

Хотя спутниковая навигация обладает многими практическими преимуществами, ее распространение привело к упадку навигационного мастерства и, в более общем смысле, «ослаблению чувства земли»:

Иннуит на снегоходе, оборудованном GPS, мало чем отличается от жителя пригорода, едущего на работу на внедорожнике, оборудованном GPS: когда его внимание поглощено инструкциями, которые выдает компьютер, он не видит окружающего пейзажа… Уникальный талант, веками бывший отличительной чертой целого народа, может испариться за одно поколение[511].

Боб Гилл, работающий в Геологической службе США в Анкоридже и открывший свидетельства необычайной выносливости малого веретенника, сказал мне, что у коренных жителей Аляски есть свое собственное название для GPS-навигатора. Они называют его просто «стариками в коробке».

Хотя старинное навигационное искусство жителей тихоокеанских островов возрождается, в других местах традиционные техники находятся в серьезной опасности и вскоре могут остаться только в мифах и легендах. Их утрата разорвет одну из самых важных оставшихся нитей, связывающих нас с нашими не столь далекими предками, охотниками-собирателями. Революция GPS – это последний на сегодня этап долгого исторического процесса, в рамках которого мы отбрасывали – одни за другими – почти все те практические умения, которые были необходимы нашим предкам. Мы с радостью предоставили специалистам выращивать нам пищу, шить нашу одежду и строить наши дома. А теперь мы отказываемся от, возможно, самого древнего и самого фундаментального из всех умений – навигации.

Когда персонажа одного из романов Эрнеста Хемингуэя[512] спросили, как он обанкротился, он ответил: «Сначала постепенно, а потом сразу»[513]. Утрата наших способностей к навигации произошла очень похожим образом. Она началась медленно, с внедрения первых, более простых технических устройств, таких как компас и секстант, но они еще не избавили нас от необходимости внимательно следить за окружающим миром и работать головой.

Появление GPS, напротив, вызвало резкие и глубокие изменения в наших взаимоотношениях с природой. Теперь мы можем определить свое местоположение и проложить курс, совершенно не задумываясь и не прилагая ни малейших усилий – даже не поднимая глаз от своего мерцающего экрана. Электронные устройства, которые, как нам кажется, избавляют нас от тяжкого бремени, не только делают нас слабее, но и отдаляют нас от естественного мира.

Технологии GPS – это почти чудо, одно из величайших технических достижений нашего времени. Но, слепо поклоняясь им, не ведем ли мы себя подобно Фаусту, который продал душу за исполнение самых заветных своих желаний?

Хотя мы этого, возможно, не осознаем, мы быстро превращаемся в топографических идиотов. Чтобы избежать этой участи, нам нужно при каждой возможности откладывать в сторону сотовые телефоны и электронные навигационные системы. Не полагаться автоматически на GPS, а даже при поездках по маршрутам, знакомым до мельчайших подробностей, открывать глаза и работать головой. Если мы не хотим совершенно утратить свои способности к навигации, мы должны заново научиться разговаривать на языке Земли.

* * *

23 апреля 2013 года 66-летняя пенсионерка Джеральдина Ларгей, бывшая медсестра, и ее спутница Джейн Ли вышли из города Харперс-Ферри в штате Западная Виргиния. У них был грандиозный план – пройти до самого северного конца Аппалачской тропы, всего около 1770 километров.

В конце июня Ли пришлось вернуться домой, но Ларгей решила продолжать путь в одиночку, хотя у нее было плохо с чувством ориентирования и случались приступы паники. 21 июля она все еще была полна сил и находилась в 320 километрах от конца тропы, которая доходит до горы Катадин в штате Мэн. К этому моменту она прошла почти 1600 километров. На следующий день у нее была назначена встреча с мужем, который должен был привезти ей припасы для следующего этапа похода. Другая туристка сфотографировала Ларгей около 6:30 утра 22 июля, когда та выходила на маршрут. Она была последним человеком, видевшим Ларгей живой.

24 июля муж Ларгей сообщил, что она не пришла на место встречи, и лесничие штата Мэн начали поиски в густо поросших лесом горах вокруг места, в котором ее видели в последний раз. К поискам, разросшимся до огромных масштабов, присоединились многие другие службы; были задействованы самолеты и поисковые собаки. Хотя через неделю первая поисковая операция была прекращена, дело не было закрыто, и полиция продолжала расследовать появляющиеся время от времени туманные улики. В октябре 2015-го – два с лишним года спустя – один топограф случайно наткнулся на упавшую палатку, в которой он нашел останки Ларгей.

Вот что следовало из информации, извлеченной из мобильного телефона Ларгей. Утром 22 июля она отошла от тропы по нужде. Потеряв ориентацию и не сумев вернуться на тропу, она несколько раз пыталась отправлять мужу текстовые сообщения, но сотовое покрытие в этом изолированном горном районе Мэна было ненадежным или вовсе отсутствовало, и муж не получил ни одного из них.

Ее последний лагерь был разбит в трех километрах от тропы, и поисковые партии неоднократно подходили близко к тому месту, где она находилась. Записи в дневнике, найденном в палатке, свидетельствуют, что она оставалась в живых по меньшей мере до середины августа 2013 года, когда у нее закончилась провизия. Последняя четко датированная запись была сделана 6 августа 2013 года. В ней звучит отчаяние, но в то же время и умиротворенность:

Когда вы найдете мое тело, пожалуйста, позвоните моему мужу Джорджу и дочери Керри. Дать им знать, что я умерла и где именно меня нашли, будет чрезвычайно добрым делом – через сколько бы лет это ни случилось.

27

Заключение

Численность североамериканской данаиды монарха снижается, и ученые, изучающие миграционное поведение этих бабочек, помогают нам выяснить, почему это происходит. В числе причин – уничтожение высокогорных лесов, в которых они зимуют, и широкомасштабное использование на Великих равнинах Соединенных Штатов гербицидов на основе глифосата (например, раундапа), приводящее к исчезновению растений, которыми питаются их гусеницы. Если не будут приняты действенные меры по борьбе с этими факторами, ежегодное событие, которое, несомненно, можно считать одним из самых зрелищных природных явлений на свете, вскоре может остаться только в воспоминаниях.

Мы знаем, что глифосат ослабляет навигационные способности медоносных пчел[514] и вполне может быть одной из причин их вымирания, а эта проблема серьезно угрожает производительности сельского хозяйства, так как эти насекомые играют жизненно важную роль в опылении растений. Гербициды, почти несомненно, опасны и для многих других видов насекомых.

Бесчисленным животным угрожает потеря среды обитания, и особенно опасно положение перелетных птиц. Например, тому же героическому малому веретеннику на обратном пути от Новой Зеландии к Аляске необходимо останавливаться для пополнения сил в болотах на побережье Китая, и быстрое сокращение их площади ставит под угрозу выживание этого вида. Изменения климата с высокой вероятностью могут привести к изменениям крупных океанских течений и систем атмосферной циркуляции, и это создаст серьезную опасность для многочисленных животных – от черепах и китов до полярных крачек и стрекоз, – которые их используют.

Мы знаем, что для многих животных представляет серьезную угрозу световое загрязнение. Искусственные источники света выманивают из моря только что вылупившихся черепашат и становятся причиной опасной дезориентации многих видов птиц и насекомых. Они вносят катастрофические искажения в работу внутренних часов, которые управляют навигационным поведением многих животных. Борьба с этой усиливающейся проблемой, в большинстве случаев не связанной ни с какой практической необходимостью, – это задача, важность которой по-прежнему осознается недостаточно[515].

Этот перечень можно продолжать, но даже эти несколько примеров показывают, как исследования в области бионавигации помогают сохранять умопомрачительное разнообразие живых существ, больших и малых, с которыми мы сосуществуем на этой планете, и бороться с изменениями окружающей среды.

С совершенно эгоистической точки зрения человека, понимание факторов, которые управляют передвижениями сельскохозяйственных вредителей – например, саранчи или бабочек-совок (в том числе мотыльков Богонга), – имеет важное экономическое и социальное значение. А для ограничения распространения опасных заболеваний (например, гриппа или малярии), которые переносятся животными, важно знать, куда, когда и почему эти животные перемещаются. Исследователи бионавигации уже внесли и продолжают вносить жизненно важный вклад в решение этих задач.

Благодаря работам нейробиологов мы знаем, что тренировка навигационных навыков способна помочь нам в борьбе с естественным возрастным ослаблением навигационных способностей, а может быть, и с разрушительным воздействием болезни Альцгеймера. Кроме того, знание механизмов, которые мозг использует для решения навигационных задач, позволяет нам оказывать более действенную помощь жертвам болезни Альцгеймера, например путем разработки среды, в которой им будет легче и безопаснее ориентироваться и передвигаться.

Расширение наших знаний о сенсорных и вычислительных процессах, которые лежат в основе навигации человека и животных, уже приводит к появлению радикально новых технологий. Такие системы, от беспилотных автомобилей и роботизированных систем до машинного зрения и даже, возможно, квантовых компьютеров, позволят кардинально преобразить тот мир, в котором мы живем. У разработок такого рода есть множество потенциальных приложений в сферах обороны и безопасности, что отчасти объясняет тот факт, что значительная часть финансирования исследований в области бионавигации обеспечивается из государственных фондов. Будут ли новые знания использованы во зло или во благо, зависит только от нас.

Все мы перемещаемся во времени и в пространстве по маршрутам – жизненным путям, если угодно, – которые определяют наши биографии. Когда человек пробуждается от глубокого сна, он может осознать, кто он такой, только опираясь на воспоминания о том, где он был, с кем встречался, что и где делал. Именно эти вещи дают нам стойкое чувство личной идентичности, а без них наша жизнь совершенно рассыпалась бы на части, что и наблюдается на тяжелых стадиях болезни Альцгеймера. Выясняя, как именно формируется наше самосознание, нейробиологические исследования навигации помогают нам понять, кто мы такие и насколько много у нас общего с нашими родственниками из царства животных.

Люди (по меньшей мере принадлежащие к западной цивилизации) издавна гордятся своим превосходством над всем остальным «творением». Наше особое положение запечатлено в Книге Бытия, в которой провозглашается, что Бог «сотворил человека по образу Своему»[516] и дал ему власть «над рыбами морскими, и птицами небесными, и над всяким животным, пресмыкающимся по земле»[517]. Блаженный Августин идет еще дальше. Он утверждает, что у человека нет никаких моральных обязательств перед животными, и приводит в подтверждение своего тезиса тот библейский эпизод, в котором Иисус, изгнав бесов из одержимого, повелел им вселиться в стадо свиней, которым затем позволил утонуть[518][519]. Следовательно, прочие твари существуют лишь для того, чтобы мы могли их использовать, и их благополучие не обладает никакой самоценностью.

В Средние века святой Фома Аквинский[520] предложил более умеренную точку зрения, заявив, что мы должны быть добры к животным, потому что иначе у нас может развиться привычка к жестокости, которую мы можем перенести и на обращение с людьми. Однако и он не сомневался в фундаментальном превосходстве человека. И такой антропоцентризм был свойственен не только христианским писателям. Аристотель утверждал, что природа создала все вещи именно и только ради человека[521].

Дарвинистская революция нанесла по этому глубоко антропоцентрическому мировоззрению сокрушительный удар, а последующее развитие науки совершенно уничтожило его интеллектуальный авторитет. Возможно, в каких-то отношениях мы действительно более талантливы, чем другие формы жизни, но во многих других аспектах они явно превосходят нас. Важнее всего то, что эти различия – в обе стороны – носят скорее количественный, чем качественный характер.

Человек не принадлежит к какому-либо особому разряду живых существ: мы тоже животные, результат тех же процессов эволюции, которые привели к возникновению бактерий, медуз, сороконожек, омаров, птиц и слонов. Выделяет нас то, что у нас есть возможность оказывать влияние на судьбу всех остальных живых существ на нашей планете, причем мы можем до определенной степени контролировать это влияние.

Старые стереотипы мышления (и системы верований) очень живучи, и антропоцентризм по-прежнему остается глубоко укорененным в нашем образе мыслей. Более того, он по-прежнему оказывает сильное влияние на общественную жизнь, особенно в США, где идеи религиозного фундаментализма мешают многим политикам признать реальность изменений климата[522]. Но проблема на самом деле гораздо глубже. У тех, кто считает откровения Библии более достоверным источником информации о мире по сравнению с наукой, мало шансов понять, а тем более решить те многочисленные практические задачи, с которыми мы сталкиваемся. Скептическое отношение к науке, основанное на религиозных верованиях, позволяет нашим «руководителям» пренебрегать «заключениями специалистов», когда они слишком резко противоречат невежественным, а иногда и опасным убеждениям политиков.

Антропоцентризм не только лишает нас способности разумно противодействовать угрожающим нам опасностям, но и дает основания для высокомерного отношения ко всему природному миру. Я говорю не только о негуманном обращении с миллионами сельскохозяйственных животных, хотя оно само по себе ужасно. Мы вызываем стремительное разрушение целых экосистем – таяние льдов Арктики и обесцвечивание коралловых рифов в тропиках, вырубку дождевых лесов тихоокеанского северо-запада США и чрезмерный вылов рыбы в океанах. Мы становимся свидетелями (более того, виновниками) биологической бойни, которая была бы ужасающей, даже если бы она не представляла реальной угрозы и нашему собственному благополучию.

Антропоцентризм – разрушительная и опасная сила, и, если мы хотим принять меры по ограничению того ущерба, который мы наносим своему миру, мы должны преодолеть эту силу. Эта задача будет непростой, не в последнюю очередь потому, что люди – существа далеко не совершенно рациональные. Мы подвергаемся мощному социальному давлению и предпочитаем соглашаться с теми, чье мнение для нас важно. Мы склонны не замечать тех фактов, которые противоречат нашим убеждениям, и хвататься за те, которые подтверждают их; мы часто делаем поспешные выводы, не рассмотрев как следует все имеющиеся данные.

Если мы хотим добиться каких-то успехов в разрешении стоящих перед нами экологических проблем, мы должны не только бороться со скептиками, но и вдохновлять тех, кто осознает необходимость перемен, но не решается принимать срочно необходимые, но трудные политические меры. Дело может пойти быстрее, если мы не будем сосредоточиваться исключительно на мрачных прогнозах будущего развития событий. Существует опасность, что такие пророчества, способствующие распространению фатализма, могут стать самоисполняющимися.

Важнее не забывать, что мы живем в окружении настоящих чудес, и стараться делать как можно шире круг тех, кто сознает, насколько поразительны на самом деле живые существа. Было бы абсурдом утверждать, что открытия, касающиеся бионавигации, сами по себе смогут радикально изменить положение дел, но они, возможно, помогут нам понять, чем именно мы рискуем.

Наш вид существует уже 300 000 лет, а в деревнях или городах мы живем на протяжении максимум 10 000. Города с населением более миллиона человек существуют всего несколько сот лет, но теперь бо́льшая часть человечества оказалась собрана именно в них, в основном в изоляции от природы – не считая парков и тех немногих деревьев, других растений и животных, которые способны вынести жизнь рядом с нами. Фундаментальной чертой жизни наших предков было единство с миром природы, но у подавляющего большинства современных людей не сохранилось о нем даже воспоминаний.

В эволюционном масштабе времени радикальный переход от традиционного существования охотников-собирателей к преимущественно городскому образу жизни произошел в мгновение ока. Нравится нам это или нет, далекое прошлое по-прежнему оказывает на нас сильное влияние – через наши гены и через культуру, к которой мы принадлежим, – и мир природы, несомненно, по-прежнему жизненно важен для нас. Великий энтомолог и эколог Эдвард Уилсон считает, что мы обладаем врожденным «стремлением к сопричастности другим формам жизни», которому он дал особое название «биофилия»[523].

По-видимому, нас действительно влечет к «природе» во всех ее замечательно разнообразных формах. Некоторые из нас любят ходить по горам, другие предпочитают рыбалку у тихой речки или парусные прогулки в открытом море. Но каковы бы ни были личные предпочтения, многочисленные данные свидетельствуют, что взаимодействие с миром природы приносит нам не только удовольствие, но и пользу.

Более того, иногда воздействие природы бывает способно преобразить человека. Случается, что жертвы войны, замкнувшиеся в молчании, снова обретают интерес к жизни после пары недель байдарочного похода по порогам реки Колорадо[524]. Один только вид сада в больничном окне помогает пациентам быстрее оправиться после операции, а долгие лесные прогулки (терапевтическое средство, известное в Японии под названием синрин-йоку – «лесных ванн») снимают стресс и обладают множеством других благотворных эффектов.

В медицинской литературе можно найти множество подобных примеров. Предполагается, что один из механизмов, лежащих в их основе, связан с улучшением работы иммунной системы[525]. Имеются даже данные, позволяющие предположить, что то «благоговение», которое вызывают в нас природные явления, побуждает нас становиться лучше – менее эгоистичными и более склонными к сотрудничеству[526].

В конечном счете очевидные блага городской жизни и современной техники не могут компенсировать потери того, что, по-видимому, способно дать нам только физическое соприкосновение с природой. Возможно, мир природы так сильно привлекает нас именно потому, что в некотором глубинном смысле именно он является нашим истинным домом – и мы стремимся вернуться в него.

Природа бывает ошеломляющей и возвышенной. Вспомним о древних слоистых скалах, возвышающихся над Большим каньоном, об ослепительно прекрасной россыпи звезд в ночном небе или о бесконечных просторах открытого моря. Безмолвная величественность таких зрелищ делает смешным наше нахальное самомнение. Но не менее трогательным может оказаться для нас и нечто совсем маленькое – резкие пике и повороты ласточки, яростно преследующей насекомых, чтобы запастись энергией для долгого осеннего перелета, жук-навозник, который катит свой шарик по холмам Прованса, черепаха, прилежно откладывающая яйца на тропическом пляже, миллиарды частиц планктона, образующие мерцающую зеленым полосу за кормой корабля, или же миллионы маленьких бурых мотыльков, которые прокладывают курс по магнитному полю, окружающему Землю.

Во время сбора материалов для этой книги и ее написания меня снова и снова поражали и восхищали необычайные способности к навигации ее главных героев – животных. Даже если бы наша жизнь не зависела от здоровья и жизнеспособности планеты, которую мы населяем, сохранение почти бесконечно сложной ткани жизни, порождающей подобные чудеса, несомненно, было бы нашим нравственным долгом.

Благоговение, которое мы ощущаем перед лицом природы, – таинственная сила. Одно время его считали несомненным признаком божественного присутствия. Пусть мы больше не верим в богов, но, чтобы добиться процветания, нам нужно научиться уважать и беречь тот мир, в котором мы живем, и тех поразительных существ, которые живут в нем вместе с нами.

Нам нужно проложить новый курс.

Выражение благодарности

Прежде всего я хотел бы поблагодарить своего агента Кэтрин Кларк и своего редактора Руперта Ланкастера. Кэтрин терпеливо помогала мне в составлении исходной заявки, а добродушные, но в высшей степени профессиональные советы Руперта сыграли ключевую роль в формировании книги. Я также очень признателен литературному редактору Барри Джонстону, иллюстратору Нилу Гоуэру, рекламному агенту Карен Гири и ее помощнице Джинель Брю, Кейтрионе Хорн, которая руководила маркетинговой кампанией, и Камерону Майерсу, который координировал всю эту деятельность.

При подготовке материалов для этой книги я в основном опирался на статьи, опубликованные в научных журналах, но также должен выразить признательность авторам некоторых книг (перечисленных в списке литературы), из которых я многое позаимствовал: это Гилберт Вальбауэр, Джеймс Гулд и Кэрол Грант Гулд, Хью Дингл, Пол Дудченко и Таня Мунц.

Я чрезвычайно благодарен всем ученым, которые щедро делились со мною своими знаниями: это Андреа Адден, Ванесса Бизи, Эмили Бейрд, Роджер Бразерс, Рюдигер Венер, Анна Гальярдо, Боб Гилл, Доминик Гуинчи, Аня Гюнтер, Мари Дакке, Люсия Джейкобс, Кейт Джеффри, Майкл Дикинсон, Дэвид Дрейер, Мириам Лидфогель, Кен Ломанн, Паоло Луски, Хенрик Моуритсен, Сюзанна Окессон, Мартин Россор, Хьюго Спирс, Джейсон Уоррен, Эрик Уоррент, Мэттью Уитт, Барри Фрост, Йон Хагструм, Люси Хоукс, Стенли Хайнце, Питер Хоур, Джейсон Чапмен, Никита Чернецов и Базиль эль-Хунди.

Я особенно благодарен тем, кто любезно согласился прочитать черновую редакцию книги (целиком или частично) и предоставил мне свои отзывы, часто весьма подробные: это Рюдигер Венер, Анна Гальярдо, Кейт Джеффри, Паоло Луски, Хенрик Моуритсен, Мартин Россор, Эрик Уоррент, Питер Хоур и Джейсон Чапмен. Кроме того, я благодарю «штатских», которые прочитали мою рукопись и высказали свое мнение о ней: это Джесси Лейн, Джордж Ллойд-Робертс, Ричард Морган и Кит Роджерс.

Эрик Уоррент чрезвычайно любезно позволил мне присоединиться к нему и другим сотрудникам его группы в Снежных горах, где я стал свидетелем интереснейших экспериментов с мотыльками Богонга. Он и его жена Сара оказали мне самый радушный прием во время моего пребывания в Лунде, а Рюдигер Венер и его жена Сибилла – когда я приезжал к ним в Цюрих; так же добры ко мне были Паоло Луски и его жена Кристина, когда я был в Пизе. Ванесса Бизи, Роджер Бразерс и Кен Ломанн не менее прекрасно заботились обо мне во время нашего совместного пребывания в Коста-Рике. Я очень благодарен всем им за их доброту.

Я также хотел бы выразить свою признательность Королевскому институту навигации (Royal Institute of Navigation, RIN) и его нынешнему директору Джону Поттлу, а также его предшественнику, Питеру Чапмен-Эндрюсу. Конференция по бионавигации 2016 года, проводившаяся в RIN, позволила мне получить превосходный обзор самых последних исследований, в особенности по магнитной навигации, а также установить связи с многими из ведущих ученых, работающих в этой области. Кроме того, я получил много ценной информации на конференции по бионавигации, организованной позднее в том же году Ассоциацией изучения поведения животных (Association for the Study of Animal Behaviour).

Наконец, моя глубочайшая благодарность – моей жене Мэри за ее неизменную помощь, советы и моральную поддержку, а также моим дочерям Нелл и Миранде. Я не могу выразить словами, насколько ценной была для меня их помощь.

Избранная библиография

Ackerman J. The Genius of Birds. L.: Corsair, 2016.

Bagnold R. A. Libyan Sands. L.: Eland Publishing, 2010.

Balcombe J. What a Fish Knows. L.: Oneworld, 2016.

Cambefort Y. Les Incroyables Histoires Naturelles de Jean-Henri Fabre. Paris: Grund, 2014.

Carr A. The Sea Turtle. Austin: University of Texas, 1986[527].

Cheshire J. & Uberti O. Where the Animals Go. L.: Particular Books, 2016.

Cronin T. W., Johnsen S., Marshall N. J., Warrant E. J. Visual Ecology. Princeton: Princeton University Press, 2014.

Deutscher G. Through the Language Glass. L.: Arrow Books, 2010[528].

De Waal F. Are We Smart Enough to Know How Smart Animals Are? L.: Granta, 2016[529].

Dingle H. Migration: The Biology of Life on the Move (second ed.). Oxford: Oxford University Press, 2014.

Dudchenko P. A. Why People Get Lost. Oxford: Oxford University Press, 2010.

Ellard C. You Are Here. N. Y.: Anchor Books, 2009.

Elphick J. Atlas of Bird Migration. Buffalo, N. Y.: Firefly Books, 2011.

Fabre J. H. Souvenirs Entomologiques. Paris: Librairie Ch. Delagrave, 1882[530].

Finney B. Sailing in the Wake of the Ancestors. Honolulu: Bishop Museum Press, 2003.

Gatty H. Finding Your Way Without Map or Compass. N. Y.: Dover, 1999.

Gazzaniga M. S., Ivry R. B., Mangun G. R. Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind (second ed.). N. Y.: Norton, 2002.

Ghione S. Turtle Island: A Journey to Britain’s Oddest Colony. L.: Penguin 2002. Tr. Martin McLaughlin.

Gladwin T. East Is a Big Bird. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1970.

Gould J. L., Gould C. G. Nature’s Compass: The Mystery of Animal Navigation. Princeton: Princeton University Press, 2012.

Griffin D. R. Animal Minds. Chicago: University of Chicago Press, 2001.

Heinrich B. The Homing Instinct: Meaning and Mystery in Animal Migration. L.: William Collins, 2014.

Hughes G. Between the Tides: In Search of Turtles. Jacana, 2012.

Levi P. If This Is a Man; The Truce (S. Woolf, trans.). L.: Abacus, 1987[531].

Lewis D. We, The Navigators (second ed.). Honolulu: University of Hawaii Press, 1994.

Munz T. The Dancing Bees: Karl von Frisch and the discovery of the honeybee language. Chicago: University of Chicago Press, 2016.

Newton I. Bird Migration. L.: W. Collins, 2010

Pyle R. M. Chasing Monarchs. New Haven: Yale University Press, 2014.

Shepherd G. M. Neurogastronomy. N. Y.: Columbia University Press, 2013.

Snyder G. The Practice of the Wild. Berkeley, CA: Counterpoint, 1990.

Solnit R. A Field Guide to Getting Lost. Edinburgh: Canongate Books, 2006.

Strycker N. The Thing with Feathers. N. Y.: Riverhead Books, 2014.

Taylor E. G. R. The Haven-Finding Art: A History of Navigation from Odysseus to Captain Cook. L.: Hollis and Carter, 1956.

Thomas S. The Last Navigator. N. Y., NY: H. Holt, 1987.

Waldbauer G. Millions of Monarchs, Bunches of Beetles: How Bugs Find Strength in Numbers. Cambridge, Mass: Harvard University Press, 2000.

Waterman T. H. Animal Navigation. N. Y.: Scientific American Library, 1989.

Wilson E. O. Biophilia. Cambridge, Mass: Harvard University Press, 1984[532].

Примечания и ссылки

Примечания

1

Сотницы созерцаний / Пер. с англ. Андрея Графова // Страницы. 1999. № 4: 1. С. 120.

2

Навигацию без карт и приборов в английском иногда называют wayfinding (буквально «нахождение пути»), но ради ясности и простоты изложения я, как правило, не использую этот термин.

3

См.: Annual Statistics of Scientific Procedures on Living Animals Great Britain 2017, Home Office, 19 July 2018.

4

New Forest – национальный парк на юге Великобритании, бывший с конца XI в. королевским охотничьим заказником. – Здесь и далее, если не указано иное, постраничные примечания переводчика.

5

Бабочка Autographa gamma, другое русское название – металловидка гамма. Рисунок на ее крыльях напоминает греческую букву γ (гамма).

6

Ваточник – североамериканское растение рода Asclepias семейства кутровых; при надломе стебля выделяется ядовитый млечный сок. – Прим. ред.

7

Santosh, M., Arai, T., & Maruyama, S. (2017). ‘Hadean Earth and primordial continents: the cradle of prebiotic life’, Geoscience Frontiers, 8 (2). P. 309–327.

8

Dodd, M. S., Papineau, D., Grenne, T., Slack, J. F., Rittner, M., Pirajno, F., … & Little, C. T. (2017). ‘Evidence for early life in earth’s oldest hydrothermal vent precipitates’, Nature, 543 (7643). P. 60–64.

9

Adler, J. (1976). ‘The sensing of chemicals by bacteria’, Scientific American, 234 (4). P. 40–47.

10

Blakemore, R. (1975). ‘Magnetotactic bacteria’, Science, 190 (4212). P. 377–379.

11

Choanoflagellata.

12

Kirkegaard, J. B., Bouillant, A., Marron, A. O., Leptos, K. C., & Goldstein, R. E. (2016). ‘Aerotaxis in the closest relatives of animals’, eLife, 5, e18109.

13

Reid, C. R., Latty, T., Dussutour, A., & Beekman, M. (2012). ‘Slime mold uses an externalized spatial “memory” to navigate in complex environments’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (43). P. 17490–17494.

14

Tero, A., Takagi, S., Saigusa, T., Ito, K., Bebber, D. P., Fricker, M. D., … & Nakagaki, T. (2010). ‘Rules for biologically inspired adaptive network design’, Science, 327 (5964). P. 439–442.

15

Last, K. S., Hobbs, L., Berge, J., Brierley, A. S., & Cottier, F. (2016). ‘Moonlight drives ocean-scale mass vertical migration of zooplankton during the Arctic winter’, Current Biology, 26 (2). P. 244–251.

16

Häfker, N. S., Meyer, B., Last, K. S., Pond, D. W., Hüppe, L., & Teschke, M. (2017). ‘Circadian Clock Involvement in Zooplankton Diel Vertical Migration’, Current Biology, 27 (14). P. 2194–2201.

17

Vidal-Gadea, A., Ward, K., Beron, C., Ghorashian, N., Gokce, S., Russell, J., … & Pierce-Shimomura, J. (2015). ‘Magnetosensitive neurons mediate geomagnetic orientation in Caenorhabditis elegans’, Elife, 4, e07493.

18

Phillips, J., & Borland, S. C. (1994). ‘Use of a specialized magnetoreception system for homing by the eastern red-spotted newt Notophthalmus viridescens’, Journal of Experimental Biology, 188 (1). P. 275–291.

19

Garm, A., Oskarsson, M., & Nilsson, D. E. (2011). ‘Box jellyfish use terrestrial visual cues for navigation’, Current Biology, 21 (9). P. 798–803.

20

‘Homesick sheepdog walks 240 miles home to Wales after bolting from his new farm in Cumbria’. Daily Telegraph, 25 April 2016.

21

Hart, V., Nováková, P., Malkemper, E. P., Begall, S., Hanzal, V., Ježek, M., … & Červený, J. (2013). ‘Dogs are sensitive to small variations of the earth’s magnetic field’, Frontiers in Zoology, 10 (1). P. 80.

22

Здесь и далее цит. по изд.: Дарвин Ч. Происхождение человека и половой отбор // Дарвин Ч. Сочинения: В 9 т. / Под ред. акад. Е. Н. Павловского. М.: Изд-во АН СССР, 1953. Т. 5.

23

Darwin, C. (1871). The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (D. Appleton and Company, New York, 2nd ed., 1875), pt I. P. 619.

24

Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (2009). ‘Deep homology and the origins of evolutionary novelty’, Nature, 457 (7231). P. 818.

25

Standing, L. (1973). ‘Learning 10,000 pictures’, Quarterly Journal of Experimental Psychology, 25. P. 207–222.

26

Aporta, C., Higgs, E., Hakken, D., Palmer, L., Palmer, M., Rundstrom, R., … & Higgs, E. (2005). ‘Satellite culture: global positioning systems, Inuit wayfinding, and the need for a new account of technology’, Current Anthropology, 46 (5). P. 729–753.

27

W. E. H. Stanner, quoted in: Lewis, D. (1976). ‘Observations on route finding and spatial orientation among the Aboriginal peoples of the Western Desert region of Central Australia’, Oceania, 46 (4). P. 249–282.

28

Deutscher, G., Through the Language Glass: Why the World Looks Different in Other Languages (Arrow Books, 2011). P. 166–167.

29

Здесь и далее цит. по изд.: Дойчер Г. Сквозь зеркало языка: Почему на других языках мир выглядит иначе / Пер. с англ. Н. Жуковой. М.: АСТ, 2016.

30

Ibid. P. 187.

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.

47

Clarke, D., Morley, E., & Robert, D. (2017). ‘The bee, the flower, and the electric field: electric ecology and aerial electroreception’, Journal of Comparative Physiology A, 203 (9). P. 737–748.

48

Nucifraga columbiana.

49

Clarke, D., Morley, E., & Robert, D. (2017). ‘The bee, the flower, and the electric field: electric ecology and aerial electroreception’, Journal of Comparative Physiology A, 203 (9). P. 737–748.

50

Bednikoff, Peter A. and Balda, Russell P., (2014). ‘Clark’s nutcracker spatial memory: The importance of large, structural cues’, Behavioural Processes, 102. P. 12–17.

51

См.: https://www.rothschildarchive.org/contact/faqs/rothschilds_and_ pigeon_post.

52

Biro, D., Freeman, R., Meade, J., Roberts, S., & Guilford, T. (2007). ‘Pigeons combine compass and landmark guidance in familiar route navigation’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (18). P. 7471–7476.

53

Ibid.

54

Mann, R. P., Armstrong, C., Meade, J., Freeman, R., Biro, D., & Guilford, T. (2014). ‘Landscape complexity influences route-memory formation in navigating pigeons’, Biology Letters, 10 (1), 20130885.

55

Цит. в http://www.ox.ac.uk/news/2014–01–22-hedges-and-edges-help-pigeons-learn-their-way-around.

56

Tsoar, A., Nathan, R., Bartan, Y., Vyssotski, A., Dell’Omo, G., & Ulanovsky, N. (2011). ‘Large-scale navigational map in a mammal’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 108 (37), E 718–24.

57

Dendroica striata.

58

Или обыкновенный архилохус (Archilochus colubris).

59

DeLuca, W. V., Woodworth, B. K., Rimmer, C. C., Marra, P. P., Taylor, P. D., McFarland, K. P., … & Norris, D. R. (2015). ‘Transoceanic migration by a 12g songbird’, Biology Letters, 11 (4), 20141045.

60

Слова «ориентация» и «ориентирование», как и их аналоги во многих других языках, происходят от латинского слова oriēns, означающего восход [солнца] или восток.

61

В тропическом поясе солнце находится в полдень прямо над головой наблюдателя два дня в году, но в остальных случаях оно должно быть либо на севере, либо на юге.

62

В полярных областях в течение некоторой части года оно и вовсе не восходит или не заходит, а постоянно находится либо над горизонтом (в середине лета), либо не поднимается над ним (в разгар зимы).

63

Bagnold, R. A., Libyan Sands: Travel in a Dead World (Eland Publishing, 2010). P. 220.

64

Английское название – Long Range Desert Group (LRDG).

65

Ibid. P. 59. См. также: Shaw, W. K. (1943). ‘Desert Navigation: Some Experiences of the Long Range Desert Group’, Geographical Journal. P. 253–258.

66

Bagnold, R. A., Libyan Sands. P. 171, 172.

67

Lasius niger.

68

Lubbock, J., Ants, Bees and Wasps: A Record of Observations on the Habits of the Social Hymenoptera (D. Appleton and Co., New York, 1882). P. 263–270.

69

Следующее изложение основано на Wehner, R. (1990). On the brink of introducing sensory ecology: Felix Santschi (1872–1940), Tabib-en-Neml, Behavioral Ecology and Sociobiology, 27 (4). P. 295–306.

70

Увлекательный рассказ об истории первых исследований навигации у муравьев см.: Wehner, R. (2016). ‘Early ant trajectories: spatial behaviour before behaviourism’, Journal of Comparative Physiology A, 202 (4). P. 247–266.

71

Diomedea exulans.

72

Jouventin, P., & Weimerskirch, H. (1990). ‘Satellite tracking of wandering albatrosses’, Nature, 343 (6260). P. 746.

73

Превосходное описание жизни и трудов фон Фриша см.: Munz, T. The Dancing Bees: Karl von Frisch and the Discovery of the Honeybee Language (University of Chicago Press, 2016). При написании этой главы я много позаимствовал из ее книги.

74

Подробные описания экспериментов с медоносными пчелами см. в переведенных на русский язык книгах Карла фон Фриша «Из жизни пчел» (2-е изд. – М.: Мир, 1980) и «Пчелы, их зрение, обоняние, вкус и язык» (М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955). – Прим. ред.

75

Ibid. P. 151.

76

Цит. по: Фриш К. Пчелы, их зрение, обоняние, вкус и язык / Пер. с англ. проф. В. В. Алпатова. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955. С. 62.

77

Munz, T. The Dancing Bees. P. 162, 163.

78

Ibid. P. 184, 185.

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».

90

На самом деле наблюдения за солнцем и звездами можно производить через перископ, но, поскольку это может выдать местоположение атомной подлодки врагу, остро требовались какие-то альтернативные методы навигации.

91

В науке ее называют идиотетической информацией.

92

Twain, M. (1872). Roughing It. Hartford, Conn; American Publishing Company. Ch. 31.

93

Цит. по изд.: Твен М. Налегке / Пер. с англ. В. Топер и Т. Литвиновой // Собр. соч.: В 12 т. М.: Гос. изд-во худ. лит., 1959. Т. 2. С. 170.

94

Dudchenko, P. A., Why People Get Lost (Oxford University Press, 2010). P. 67 ff.

95

Souman, J. L., Frissen, I., Sreenivasa, M. N., & Ernst, M. O. (2009). ‘Walking straight into circles’, Current Biology, 19 (18). P. 1538–1542.

96

Thomson, J. A. (1983). ‘Is continuous visual monitoring necessary in visually guided locomotion?’, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 9 (3). P. 427.

97

Cheung, A., Zhang, S., Stricker, C., & Srinivasan, M. V. (2008). ‘Animal navigation: general properties of directed walks’, Biological Cybernetics, 99 (3). P. 197–217.

98

Limosa lapponica.

99

Gill, R. E., Tibbitts, T. L., Douglas, D. C., Handel, C. M., Mulcahy, D. M., Gottschalck, J. C., … & Piersma, T. (2009). ‘Extreme endurance flights by landbirds crossing the Pacific Ocean: ecological corridor rather than barrier?’, Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 276 (1656). P. 447–457.

100

Piersma, T., & Gill Jr, R. E. (1998). ‘Guts don’t fly: small digestive organs in obese bar-tailed godwits’, The Auk. P. 196–203.

101

Battley, P. F., Warnock, N., Tibbitts, T. L., Gill, R. E., Piersma, T., Hassell, C. J., … & Melville, D. S. (2012). ‘Contrasting extreme long-distance migration patterns in bar-tailed godwits Limosa lapponica’, Journal of Avian Biology, 43 (1). P. 21–32.

102

Falco peregrinus.

103

Речь идет о муравьях-бегунках, или фаэтончиках, рода Cataglyphis.

104

See Wehner, R. (2013). ‘Life as a cataglyphologist – and beyond’, Annual Review of Entomology, 58. P. 1–18.

105

Pfeiffer, K., Homberg, U. (2014). ‘Organisation and functional roles of the central complex in the insect brain’, Annual Review of Entomology, 59. P. 165–184.

106

Wehner, R. (1987). ‘Matched filters – neural models of the external world’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 161 (4). P. 511–531.

107

Srinivasan, M., Zhang, S., & Bidwell, N. (1997). ‘Visually mediated odometry in honeybees’, Journal of Experimental Biology, 200 (19). P. 2513–2522.

108

Wittlinger, M., Wehner, R., & Wolf, H. (2006). ‘The ant odometer: stepping on stilts and stumps’, Science, 312 (5782). P. 1965–1967.

109

Wehner, R., Räber, F. (1979). ‘Visual spatial memory in desert ants, Cataglyphis bicolor (Hymenoptera: Formicidae)’, Experientia, 35. P. 1569–1571; Cartwright, B. A., Collett, T. S. (1983). ‘Landmark learning in bees: experiments and models,’ Journal of Comparative Physiology A, 151. P. 521–543; Möller, R., Vardy, A. (2006). ‘Local visual homing by matched-filter descent in image distances’, Biological Cybernetics, 95. P. 413–430; Zeil, J., Hofmann, M. I., Chahl, J. S. (2003). ‘The catchment areas of panoramic snapshots in outdoor scenes’, Journal of the Optical Society of America A, 20. P. 450–469.

110

Lambrinos, D., Möller, R., Labhart, T., Pfeifer, R., Wehner, R. (2000). ‘A mobile robot employing insect strategies for navigation’, Robot and Autonomous Systems, 30. P. 39–64.

111

Fleischmann, P. N., Grob, R., Müller, V. L., Wehner, R., & Rössler, W. (2018). ‘The geomagnetic field is a compass cue in cataglyphis ant navigation’, Current Biology.

112

Shi, N. N., Tsai, C. C., Camino, F., Bernard, G. D., Yu, N., & Wehner, R. (2015). “Keeping Cool: enhanced optical reflection and heat dissipation in silver ants”, Science, aab3564.

113

Darwin, C., The Descent of Man, op. cit., pt I. P. 54.

114

Heinze, S. (2015). ‘Neuroethology: unweaving the senses of direction’, Current Biology, 25 (21), R 1034–R 1037.

115

См., например, Weber, K., Venkatesh, S., & Srinivasan, M. V. (1996, August). ‘Insect inspired behaviours for the autonomous control of mobile robots’, in International Conference on Pattern Recognition, Proceedings, 1996. P. 156, IEEE; Weber, K., Venkatesh, S., & Srinivasan, M. V. (1998, August). ‘An insect-based approach to robotic homing’, in Fourteenth International Conference on Pattern Recognition, 1998, Proceedings, vol. 1. P. 297–299, IEEE; Expert, F., Viollet, S., & Ruffier, F. (2011). ‘Outdoor field performances of insect-based visual motion sensors’, Journal of Field Robotics, 28 (4). P. 529–541; Graham, P., & Philippides, A. (2014). ‘Insect-Inspired Visual Systems and Visually Guided Behavior’, Encyclopedia of Nanotechnology. P. 1–9.

116

Collett, M., & Collett, T. S. (2018). ‘How does the insect central complex use mushroom body output for steering?’, Current Biology, 28 (13), R 733–R 734.

117

Crocodylus porosus.

118

Read, M. A., Grigg, G. C., Irwin, S. R., Shanahan, D., & Franklin, C. E. (2007). ‘Satellite tracking reveals long distance coastal travel and homing by translocated estuarine crocodiles, Crocodylus porosus’, PLoS One, 2 (9), e949.

119

Chepesiuk, R. (2009). ‘Missing the dark: health effects of light pollution’, Environmental Health Perspectives, 117 (1), A20.

120

Falchi, F., Cinzano, P., Duriscoe, D., Kyba, C. C., Elvidge, C. D., Baugh, K., … & Furgoni, R. (2016). ‘The new world atlas of artificial night sky brightness’, Science Advances, 2 (6), e1600377.

121

Kyba, C. C., Kuester, T., de Miguel, A. S., Baugh, K., Jechow, A., Hölker, F., … & Guanter, L. (2017). ‘Artificially lit surface of earth at night increasing in radiance and extent’, Science Advances, 3 (11), e1701528.

122

См., например, Stevens, R. G., Blask, D. E., Brainard, G. C., Hansen, J., Lockley, S. W., Provencio, I., Rea, M. S., Reinlib, L. (2007). ‘Meeting report: The role of environmental lighting and circadian disruption in cancer and other diseases’, Environmental Health Perspectives, 115. P. 1357–1362.

123

См., например: Longcore, T., & Rich, C. (2004). ‘Ecological light pollution’, Frontiers in Ecology and the Environment, 2 (4). P. 191–198. Also: Horváth, G., Kriska, G., Malik, P., & Robertson, B. (2009). ‘Polarized light pollution: a new kind of ecological photopollution’, Frontiers in Ecology and the Environment, 7 (6). P. 317–325; Gaston, K. J., Bennie, J., Davies, T. W., & Hopkins, J. (2013). ‘The ecological impacts of nighttime light pollution: a mechanistic appraisal’, Biological Reviews, 88 (4). P. 912–927.

124

Более подробную информацию по этой теме можно найти на сайте «Международной ассоциации темного неба» (Dark Sky Association): http://darksky.org.

125

Gladwin, T., East is a Big Bird: Navigation and Logic on Puluwat Atoll (Harvard, 1970). P. 130, 131.

126

96 Lewis, D., We, the Navigators: The Ancient Art of Landfinding in the Pacific (University of Hawaii Press, 1994, 2nd ed.). P. 94–97.

127

Gladwin, T., East is a Big Bird, op. cit. P. 152.

128

Арабские мореплаватели в Индийском океане и Красном море тоже использовали систему «звездного компаса». Возможно, она попала к ним через Мадагаскар, который был заселен выходцами из нынешней Индонезии. См.: Tolmacheva, M. (1980). ‘On the Arab system of nautical orientation’, Arabica, 27 (Fasc. 2). P. 180–192.

129

Lewis, D., We, the Navigators, op. cit. P. 123.

130

Ibid. P. 162, 163.

131

Ibid. P. 170 ff.

132

Ibid. P. 224 ff.

133

Gladwin, East is a Big Bird. P. 196 ff.

134

Anser indicus.

135

Swan, L. W., Tales of the Himalaya: Adventures of a Naturalist (Mountain N’ Air Books, 2000).

136

Hawkes, L. A., Batbayar, N., Butler, P. J., Chua, B., Frappell, P. B., Meir, J. U., … & Takekawa, J. Y. (2017). ‘Do bar-headed geese train for high altitude flights?’, Integrative and Comparative Biology, 57 (2). P. 240–251.

137

Apus apus.

138

Hedenström, A., Norevik, G., Warfvinge, K., Andersson, A., Bäckman, J., & Åkesson, S. (2016). ‘Annual 10-month aerial life phase in the common swift Apus apus’, Current Biology, 26 (22). P. 3066–3070.

139

Aristotle, History of Animals, IX 49B. P. 632. [В русском переводе: Аристотель. История животных, IX 256. С. 395. М.: Изд. центр РГГУ, 1996. – Прим. перев.]

140

«История северных народов» (Historia de Gentibus Septentrionalibus).

141

Clarke, W. E., Studies in Bird Migration (London and Edinburgh, 1912), vol 1. P. 9–11.

142

https://www.wired.com/2014/10/fantasti-cally-wrong-scientist-thought-birds-migrate-moon/.

143

White, G., The Natural History of Selborne (Folio Society, 1962). P. 102.

144

Я благодарен моему племяннику Филиппу Моргану, который обратил мое внимание на историю аиста со стрелой.

145

Речь идет о восточном лесном пиви (Contopus virens), виде птиц из семейства тиранновые (Tyrannidae, второе название – тиранновые мухоловки).

146

Audubon, J. J., The Birds of America (New York, 1856), vol. 1. P. 227, 228.

147

Поселок на Куршской косе в Калининградской области, быв. Росситтен.

148

Kays, R., Crofoot, M. C., Jetz, W., & Wikelski, M. (2015). ‘Terrestrial animal tracking as an eye on life and planet’, Science, 348 (6240), aaa2478.

149

Или рисовый трупиал (Dolichonyx oryzivorus).

150

Buteo swainsoni.

151

Branta bernicla.

152

Falco amurensis.

153

Symes, C. T., & Woodborne, S. (2010). ‘Migratory connectivity and conservation of the Amur Falcon Falco amurensis: a stable isotope perspective’, Bird Conservation International, 20 (2). P. 134–148.

154

Anderson, R. C. (2009). ‘Do dragonflies migrate across the western Indian Ocean?’, Journal of Tropical Ecology, 25 (4). P. 347–358.

155

Иногда молодых птиц даже удается убедить следовать за человеком, летящим рядом с ними на сверхлегком летательном аппарате. Эта методика была использована в попытках сохранения исчезающего американского белого журавля (Grus americana) в Северной Америке, а впоследствии – для возвращения лесного ибиса (Geronticus eremita) на традиционные места гнездовий в Европе. Стая птиц, следующая за человеком, несомненно, представляет собой трогательное зрелище, хотя такое тесное взаимодействие с людьми вполне способно повредить способности птиц успешно выращивать птенцов.

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.

170

Dacke, M., Baird, E., Byrne, M., Scholtz, C. H., & Warrant, E. J. (2013). ‘Dung beetles use the Milky Way for orientation’, Current Biology, 23 (4). P. 298–300.

171

Ночная бабочка Noctua pronuba.

172

Sotthibandhu, S., & Baker, R. R. (1979). ‘Celestial orientation by the large yellow underwing moth, Noctua pronuba L.’, Animal Behaviour, 27. P. 786–800.

173

Talitrus saltator.

174

Ugolini, A., Hoelters, L. S., Ciofini, A., Pasquali, V., & Wilcockson, D. C. (2016). ‘Evidence for discrete solar and lunar orientation mechanisms in the beach amphipod, Talitrus saltator Montagu (Crustacea, Amphipoda)’, Scientific Reports, 6.

175

Phoca vitulina.

176

Mauck, B., Gläser, N., Schlosser, W., & Dehnhardt, G. (2008). ‘Harbour seals (Phoca vitulina) can steer by the stars’, Animal Cognition, 11 (4). P. 715–718.

177

Недавний обзор навигации по звездам у животных см.: Foster, J. J., Smolka, J., Nilsson, D. E., & Dacke, M. (2018, January). ‘How animals follow the stars’, in Proc. R. Soc. B., vol. 285, no. 1871. P. 20172322, The Royal Society.

178

Здесь и далее цит. по изд.: Фабр Ж. А. Инстинкт и нравы насекомых: Из «Энтомологических воспоминаний» Фабра / Пер. с фр. Е. И. Шевыревой; под ред. ученого секретаря Русского энтомологического общества Ив. Шевырева. В 2 т. М.: Терра, 1993. Т. 2. С. 443, 444.

179

Saturnia pyri – размах крыльев этой бабочки достигает 20 см. [Другие русские названия – павлиноглазка грушевая и сатурния грушевая. – Прим. перев.]

180

Fabre, J- H., Souvenirs Entomologique, série VII, ch. 23.

181

Farkas, S. R., & Shorey, H. H. (1972). ‘Chemical trail-following by flying insects: a mechanism for orientation to a distant odor source’, Science, 178 (4056). P. 67–68.

182

Kennedy, J. S., Ludlow, A. R., & Sanders, C. J. (1980). ‘Guidance system used in moth sex attraction’, Nature, 288 (5790). P. 475–477.

183

Martin, H. (1965). ‘Osmotropotaxis in the honey-bee’, Nature, 208 (5005). P. 59–63.

184

Borst, A., & Heisenberg, M. (1982). ‘Osmotropotaxis in Drosophila melanogaster’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 147 (4). P. 479–484.

185

Steck, K., Knaden, M., & Hansson, B. S. (2010). ‘Do desert ants smell the scenery in stereo?’, Animal Behaviour, 79 (4). P. 939–945.

186

Hasler, A. D., & Scholz, A. T. (2012). ‘Olfactory imprinting and homing in salmon: Investigations into the mechanism of the imprinting process’, Springer Science & Business Media. Vol. 14. P. xii.

187

Nevitt, G., & Dittman, A. (1998). ‘A new model for olfactory imprinting in salmon’, Integrative Biology: Issues, News, and Reviews, published in association with The Society for Integrative and Comparative Biology, 1 (6). P. 215–223.

188

Dittman, A., & Quinn, T. (1996). ‘Homing in Pacific salmon: mechanisms and ecological basis’, Journal of Experimental Biology, 199 (1). P. 83–91.

189

Gatty, H., Finding Your Way Without Map or Compass (Dover Books, 1983). P. 32, 33.

190

Запах и вкус состоят в близком родстве, но за их восприятие отвечают разные органы чувств, расположенные, соответственно, в носу и во рту. Их сочетание и образует наше ощущение от пищи. Я сосредоточу свое внимание только на запахе.

191

Цит. по изд.: Аристотель. О душе / Пер. с др. – греч. П. С. Попова. М.: Соцэкгиз, 1937.

192

Aristotle, On the Soul, II.9.

193

Aristotle, Sense and Sensibilia II.5. [В русском переводе: Аристотель. Протрептик. О чувственном восприятии. О памяти / Пер. с др. – греч. Е. В. Алымовой). СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004.]

194

McGann, J. P. (2017). ‘Poor human olfaction is a 19th-century myth’, Science, 356 (6338), eaam7263.

195

Darwin, C., The Descent of Man, pt 1. P. 17, 18.

196

Freud, S., Drei Abhandlungen zur Sexualtheorie (F. Deuticke, 1905). P. 83. Цит. в McGann (2017), op. cit. [В русском переводе: Фрейд З. Три очерка по теории сексуальности // Психология бессознательного. М.: Просвещение, 1990. С. 123–199. – Прим. перев.]

197

Bushdid, C., Magnasco, M. O., Vosshall, L. B., & Keller, A. (2014). ‘Humans can discriminate more than 1 trillion olfactory stimuli’, Science, 343 (6177). P. 1370–1372.

198

McGann, J. P. (2017), op. cit.

199

Gottfried, J. A. (2009). ‘Function follows form: ecological constraints on odor codes and olfactory percepts’, Current Opinion in Neurobiology, 19 (4). P. 422–429.

200

Shepherd, G. M., Neurogastronomy (Columbia University Press, 2011). P. 89, 90.

201

Gottfried, J. A. (2009). ‘Function follows form: ecological constraints on odor codes and olfactory percepts’, Current Opinion in Neurobiology, 19 (4). P. 422–429.

202

В поисках утраченного времени. Т. 1. В сторону Свана. Гл. I. Перевод А. А. Франковского.

203

Proust, M. (trans. Scott Moncrieff, C. K. & Gilmartin, T.), Remembrance of Things Past: Swann’s Way (Penguin, 1983). P. 48–50.

204

Shepherd, G. M., Neurogastronomy, op. cit. P. 111.

205

Pause, B. M. (2012). ‘Processing of body odor signals by the human brain’, Chemosens Percept, 5. P. 55–63. doi: 10.1007/ s12078–011–9108–2; pmid: 22448299.

206

McGann, J. P. (2017), op. cit.

207

Porter, J., Craven, B., Khan, R. M., Chang, S. J., Kang, I., Judkewitz, B., … & Sobel, N. (2007). ‘Mechanisms of scent-tracking in humans’, Nature Neuroscience, 10 (1). P. 27–29.

208

Jacobs, L. F., Arter, J., Cook, A., & Sulloway, F J. (2015). ‘Olfactory orientation and navigation in humans’, PloS One, 10 (6), e0129387.

209

Другое название – барибалы (Ursus americanus).

210

Rogers, L. L. (1987). ‘Navigation by adult black bears’, Journal of Mammalogy, 68 (1). P. 185–188.

211

Nature, 7, (20 February 1873). P. 303.

212

160 Papi, F., Fiore, L., Fiaschi, V., and Benvenuti, S. (1971). ‘The influence of olfactory nerve section on the homing capacity of carrier pigeons’, Monitore Zoologico Italiano, 5. P. 265–267.

213

Papi, F., Fiore, L., Fiaschi, V. and Benvenuti, S. (1972). ‘Olfaction and homing in pigeons’, Monitore Zoologico Italiano, 6. P. 85–95.

214

О гипотезе ольфакторной навигации см.: Чернецов Н. С. Ориентация и навигация мигрирующих птиц // Зоологический журнал. 2016. Т. 95. № 2. С. 128–146. – Прим. ред.

215

Перерезание (под общим наркозом) обонятельного нерва, который соединяет обонятельные рецепторы птицы с ее обонятельной луковицей, или применение местных обезболивающих или едких химикатов (например, сульфата цинка) для временного снижения чувствительности. По-видимому, птицы очень быстро оправляются от операции по пересечению обонятельного нерва, но обоняние у них уже не восстанавливается.

216

См., например, Benvenuti, S., Fiaschi, V., Fiore, L. and Papi, F. (1973). ‘Homing performances of inexperienced and directionally trained pigeons subjected to olfactory nerve section’, Journal of Comparative Physioliogy, 83. P. 81–92; и Biro, D., Meade, J. and Guilford, T. (2004). ‘Familiar route loyalty implies visual pilotage in the homing pigeon’, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 101. P. 17440–17443.

217

Baldaccini, N. E., Benvenuti, S., Fiaschi, V. and Papi, F. (1975). ‘Pigeon navigation: effects of wind deflection at home cage on homing behaviour’, J. Comp. Physiol., 99. P. 177–186.

218

См., например, Gagliardo, A., Ioalè, P., Odetti, F. and Bingman, V. P. (2001). ‘The ontogeny of the homing pigeon navigational map: evidence for a sensitive learning period’, Proc. Biol.Sci., 268. P. 197–202.

219

См., например, Phillips, J. B., & Waldvogel, J. A. (1988). ‘Celestial polarized light patterns as a calibration reference for sun compass of homing pigeons’, Journal of Theoretical Biology, 131 (1). P. 55–67.

220

Подробный обзор этой темы см.: Gagliardo, A. (2013). ‘Forty years of olfactory navigation in birds’, Journal of Experimental Biology, 216 (12). P. 2165–2171.

221

Wallraff, H. G. (2015). ‘An amazing discovery: bird navigation based on olfaction’, Journal of Experimental Biology, 218 (10). P. 1464–1466.

222

Benvenuti, S. and Wallraff, H. G. (1985). ‘Pigeon navigation: site simulation by means of atmospheric odours’, J. Comp. Physiol. A., 156. P. 737–746.

223

Jorge, P. E., Marques, A. E., & Phillips, J. B. (2009). ‘Activational rather than navigational effects of odors on homing of young pigeons’, Current Biology, 19 (8). P. 650–654.

224

Gagliardo, A., Pollonara, E., & Wikelski, M. (2018). ‘Only natural local odours allow homeward orientation in homing pigeons released at unfamiliar sites’, J. Comp. Physiol. A. P. 1–11.

225

Walcott, C., Wiltschko, W., Wiltschko, R., & Zupanc, G. K. (2018). ‘Olfactory navigation versus olfactory activation: a controversy revisited’.

226

Nevitt, G. A. (2008). ‘Sensory ecology on the high seas: the odor world of the procellariiform seabirds’, Journal of Experimental Biology, 211 (11). P. 1706–1713. Кроме того, обонятельная луковица почтового голубя крупнее, чем у других голубей (хотя и меньше, чем у буревестников): см.: Mehlhorn, J., & Rehkämper, G. (2009). ‘Neurobiology of the homing pigeon – a review’, Naturwissenschaften, 96 (9). P. 1011–1025.

227

Gagliardo, A., Bried, J., Lambardi, P., Luschi, P., Wikelski, M., & Bonadonna, F. (2013). ‘Oceanic navigation in Cory’s shearwaters: evidence for a crucial role of olfactory cues for homing after displacement’, Journal of Experimental Biology, 216 (15). P. 2798–2805.

228

Pollonara, E., Luschi, P., Guilford, T., Wikelski, M., Bonadonna, F., & Gagliardo, A. (2015). ‘Olfaction and topography, but not magnetic cues, control navigation in a pelagic seabird: displacements with shearwaters in the Mediterranean Sea’, Scientific Reports, 5, srep16486.

229

Padget, O., Bond, S. L., Kavelaars, M. M., van Loon, E., Bolton, M., Fayet, A. L., … & Guilford, T. (2018). ‘In Situ Clock Shift Reveals that the Sun Compass Contributes to Orientation in a Pelagic Seabird’, Current Biology.

230

Padget, O., Dell’Ariccia, G., Gagliardo, A., González-Solís, J., & Guilford, T. (2017). ‘Anosmia impairs homing orientation but not foraging behaviour in free-ranging shearwaters’, Scientific Reports, 7.

231

Abolaffio, M., Reynolds, A. M., Cecere, J. G., Paiva, V. H., & Focardi, S. (2018). ‘Olfactory-cued navigation in shearwaters: linking movement patterns to mechanisms’, Scientific Reports, 8 (1). P. 11590.

232

Debose, J. L., & Nevitt, G. A. (2008). ‘The use of odors at different spatial scales: comparing birds with fish’, Journal of Chemical Ecology, 34 (7). P. 867–881. http://doi.org/10.1007/s10886–008–9493–4.

233

Nevitt, G. A., & Bonadonna, F. (2005). Sensitivity to dimethyl sulphide suggests a mechanism for olfactory navigation by seabirds’, Biology Letters, 1 (3). P. 303–305.

234

Pachyptila desolata.

235

Mouritsen, H. (2018). ‘Long-distance navigation and magnetoreception in migratory animals’, Nature, 558 (7708). P. 50.

236

Benhamou, S., Bried, J., Bonadonna, F., & Jouventin, P. (2003). ‘Homing in pelagic birds: a pilot experiment with white-chinned petrels released in the open sea’, Behavioural Processes, 61 (1–2). P. 95–100; Bonadonna, F., Bajzak, C., Benhamou, S., Igloi, K., Jouventin, P., Lipp, H. P., & Dell’Omo, G. (2005). ‘Orientation in the wandering albatross: interfering with magnetic perception does not affect orientation performance’, Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 272 (1562). P. 489–495.

237

Mora, C. V., Davison, M., Wild, J. M., & Walker, M. M. (2004).’Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon’, Nature, 432 (7016). P. 508.

238

Wallraff, H. G. (1980). ‘Does pigeon homing depend on stimuli perceived during displacement?’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 139 (3). P. 193–201.

239

См., например, Wiltschko, R., & Wiltschko, W. (2017). ‘Considerations on the role of olfactory input in avian navigation’, Journal of Experimental Biology, 220 (23). P. 4347–4350.

240

Fratercula arctica.

241

Guilford, T., Freeman, R., Boyle, D., Dean, B., Kirk, H., Phillips, R., & Perrins, C. (2011). ‘A dispersive migration in the Atlantic puffin and its implications for migratory navigation’, PLoS One, 6 (7), e21336.

242

Plectrophenax nivalis.

243

Gatty, H., Finding Your Way Without Map or Compass (Dover Books, 1983). P. 78, 79.

244

Konishi, M. (1993). ‘Listening with two ears’, Scientific American, 268 (4). P. 66–73.

245

Wilson, Clare, ‘Human bat uses echoes and sounds to see the world’, New Scientist, 6 May 2015.

246

См.: Flanagin, V. L., Schörnich, S., Schranner, M., Hummel, N., Wallmeier, L., Wahlberg, M., … & Wiegrebe, L. (2017). ‘Human exploration of enclosed spaces through echolocation’, Journal of Neuroscience, 37 (6). P. 1614–1627; и Thaler, L., Reich, G. M., Zhang, X., Wang, D., Smith, G. E., Tao, Z., et al. (2017). ‘Mouth-clicks used by blind expert human echolocators – signal description and model-based signal synthesis’, PLoS Comput Biol., 13 (8), e1005670.

247

См.: Balcombe, J., What a Fish Knows: The Inner Lives of our Underwater Cousins (Scientific American/Farrar, Straus and Giroux, 2016). P. 44.

248

Kemp, Christopher, ‘The original batman’, New Scientist, 15 November 2017.

249

Griffin, D. R., Webster, F. A., & Michael, C. R. (1960). The echolocation of flying insects by bats. Animal Behaviour, 8 (3–4). P. 141–154.

250

Сипухи также способны находить добычу в темноте, полагаясь только на слух. Они способны различать чрезвычайно слабый шум, который производят мыши и землеройки, пробирающиеся в траве, и определять их местоположение с поразительной точностью.

251

См.: Ulanovsky, N., & Moss, C. F. (2008). ‘What the bat’s voice tells the bat’s brain’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 105 (25). P. 8491–8498.

252

Waterman, T. H., Animal Navigation (Scientific American Library, 1989). P. 131–133.

253

Verfuß, U. K., Miller, L. A., & Schnitzler, H. U. (2005). ‘Spatial orientation in echolocating harbour porpoises (Phocoena phocoena)’, Journal of Experimental Biology, 208 (17). P. 3385–3394.

254

Kreithen, M. L., & Quine, D. B. (1979). ‘Infrasound detection by the homing pigeon: a behavioral audiogram’, Journal of Comparative Physiology, 129 (1). P. 1–4.

255

Я сам часто слышал очень громкое двойное «бум-бум» «Конкорда», когда находился в море, посреди Ла-Манша.

256

Hagstrum, J. T. (2000). ‘Infrasound and the avian navigational map’, Journal of Experimental Biology, 203 (7). P. 1103–1111.

257

См.: Grant, U. S. (1895), Personal Memoirs of U. S. Grant. Sampson Low, ch. 28. Другие примеры: www.nellaware.com/blog/acoustic-shadow-in-the-civil-war.html.

258

Hagstrum, J. T. (2013). ‘Atmospheric propagation modeling indicates homing pigeons use loft-specific infrasonic ‘map’ cues’, Journal of Experimental Biology, 216 (4). P. 687–699.

259

Quine, D. B., & Kreithen, M. L. (1981). ‘Frequency shift discrimination: Can homing pigeons locate infrasounds by Doppler shifts?’, Journal of Comparative Physiology, 141 (2). P. 153–155.

260

Wallraff, H. G. (1972). ‘Homing of pigeons after extirpation of their cochleae and lagenae’, Nature, 236 (68). P. 223, 224.

261

Hagstrum, J. T., & Manley, G. A. (2015). ‘Releases of surgically deafened homing pigeons indicate that aural cues play a significant role in their navigational system’, Journal of Comparative Physiology A, 201 (10). P. 983–1001.

262

Hagstrum, J. T., McIsaac, H. P., & Drob, D. P. (2016). ‘Seasonal changes in atmospheric noise levels and the annual variation in pigeon homing performance’, Journal of Comparative Physiology A, 202 (6). P. 413–424.

263

Arctocephalus gazella.

264

Hoffman, J. I., & Forcada, J. (2012). ‘Extreme natal philopatry in female Antarctic fur seals (Arctocephalus gazella)’, Mammalian Biology-Zeitschrift für Säugetierkunde, 77 (1). P. 71–73.

265

Callorhinus ursinus.

266

Ibid.

267

Подробное обсуждение этой темы см.: Taylor, E.G.R., The Haven-Finding Art: A History of Navigation from Odysseus to Captain Cook (Hollis and Carter, 1956), ch. 5.

268

На самом деле геомагнитное поле возникает в результате взаимодействия жидкого внешнего ядра с загадочным первичным магнитным полем внутреннего ядра. Я благодарен Йону Хагструму, обратившему мое внимание на это обстоятельство.

269

Еще более запутывает ситуацию то обстоятельство, что северный магнитный полюс находится вблизи Южного географического и наоборот.

270

В морской терминологии в английском языке для обозначения магнитного склонения используется словосочетание magnetic variation (буквально «магнитная вариация») вместо magnetic declination, чтобы избежать смешения с астрономическим склонением (astronomical declination) – одним из основных параметров, использующихся в навигации по небесным телам.

271

Хорошую иллюстрацию можно найти по адресу https://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/historical_declination/.

272

Строго говоря, магнитным наклонением называется угол между вектором напряженности магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью в рассматриваемой точке земной поверхности (НАКЛОНЕНИЕ МАГНИТНОЕ // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2017); https://bigenc.ru/physics/text/2246483. – Прим. ред.

273

Строго говоря, в теслах (и кратных единицах) измеряется не напряженность магнитного поля, а магнитная индукция. Эти величины совпадают в вакууме, или в немагнитной среде. Заметим также, что в геофизике используется внесистемная единица измерения гамма (γ), соответствующая напряженности магнитного поля в вакууме при индукции, равной 1 нТл.

274

Карты, показывающие изменения наклонения, склонения и напряженности магнитного поля на поверхности Земли, можно найти на сайте Национального управления атмосферных и океанических исследований США: https://ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/image. shtml.

275

См. такую карту по адресу: https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/data/WMM2015/WMM2015_F_MERC.pdf.

276

Viguier, C. (1882). ‘Le sens de l’orientation et ses organes chez les animaux et chez l’homme’, Revue Philosophique de la France et de l’Etranger. P. 1–36.

277

Gould, J. L., & Gould, C. G., Nature’s Compass (Princeton University Press, 2012). P. 100–104.

278

Merkel, F. W., Wiltschko, W. (1965). Magnetismus und Richtungsfinden zugunruhiger Rotkehlchen (Erithacus rubecula)‘. Vogelwarte, 23 (1). P. 71–77.

279

См. описание опытов Вилчко в кн.: Биогенный магнетит и магниторецепция. М.: Мир, 1989. Т. 2. С. 247–253. – Прим. ред.

280

Wiltschko, W., & Wiltschko, R. (1972). ‘Magnetic compass of European robins’, Science, 176 (4030). P. 62–64.

281

Они же малиновки (Erithacus rubecula).

282

Able, K. P., & Able, M. A. (1993). ‘Daytime calibration of magnetic orientation in a migratory bird requires a view of skylight polarization’, Nature, 364 (6437). P. 523.

283

Cochran, W. W., Mouritsen, H., & Wikelski, M. (2004). ‘Migrating songbirds recalibrate their magnetic compass daily from twilight cues’, Science, 304 (5669). P. 405–408.

284

Wiltschko, W., & Wiltschko, R. (2005). ‘Magnetic orientation and magnetoreception in birds and other animals’, Journal of Comparative Physiology A, 191 (8). P. 675–693.

285

Bottesch, M., Gerlach, G., Halbach, M., Bally, A., Kingsford, M. J., & Mouritsen, H. (2016). ‘A magnetic compass that might help coral reef fish larvae return to their natal reef’, Current Biology, 26 (24), R 1266–R 1267.

286

Phillips, J. B., & Sayeed, O. (1993). ‘Wavelength-dependent effects of light on magnetic compass orientation in Drosophila melanogaster’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 172 (3). P. 303–308.

287

Vácha, M., Drštková, D., & Pu˚ žová, T. (2008). ‘Tenebrio beetles use magnetic inclination compass’, Naturwissenschaften, 95 (8). P. 761–765.

288

Megaptera novaeangliae.

289

Rasmussen, K., Palacios, D. M., Calambokidis, J., Saborío, M. T., Dalla Rosa, L., Secchi, E. R., … & Stone, G. S. (2007). ‘Southern Hemisphere humpback whales wintering off Central America: insights from water temperature into the longest mammalian migration’, Biology Letters, 3 (3). P. 302–305.

290

Horton, T. W., Holdaway, R. N., Zerbini, A. N., Hauser, N., Garrigue, C., Andriolo, A., & Clapham, P. J. (2011). ‘Straight as an arrow: humpback whales swim constant course tracks during long-distance migration’, Biology Letters, rsbl20110279.

291

Bailey, H., Senior, B., Simmons, D., Rusin, J., Picken, G., & Thompson, P. M. (2010). ‘Assessing underwater noise levels during pile-driving at an offshore windfarm and its potential effects on marine mammals’, Marine Pollution Bulletin, 60 (6). P. 888–897.

292

Kirschvink, J. L., Dizon, A. E., & Westphal, J. A. (1986). ‘Evidence from strandings for geomagnetic sensitivity in cetaceans’, Journal of Experimental Biology, 120 (1). P. 1–24; Kirschvink, J. L., ‘Geomagnetic sensitivity in cetaceans: an update with live stranding records in the United States’, in Sensory Abilities of Cetaceans (Springer, Boston, MA, 1990). P. 639–649.

293

Vanselow, K. H., Jacobsen, S., Hall, C., & Garthe, S. (2017). ‘Solar storms may trigger sperm whale strandings: explanation approaches for multiple strandings in the North Sea in 2016’, International Journal of Astrobiology. P. 1–9.

294

От англ. слов spy (подглядывать) и hopping (скачки́).

295

Garrigue C, Clapham, P. J., Geyer, Y., Kennedy, A. S., Zerbini, A. N. (2015). ‘Satellite tracking reveals novel migratory patterns and the importance of seamounts for endangered South Pacific humpback whales’, Royal Society Open Science, 2, 150489: http://dx.doi.org/10.1098/rsos.150489.

296

Обзор начального этапа истории загадки о миграции монарха см.: Brower, L. (1996). ‘Monarch butterfly orientation: missing pieces of a magnificent puzzle’, Journal of Experimental Biology, 199 (1). P. 93–103.

297

Urquhart, F., The Monarch Butterfly (University of Toronto Press, 1960). P. viii.

298

Ibid.

299

Приведенный ниже рассказ о миграции монарха во многом позаимствован из Walbauer, G. (2000). ‘Millions of monarchs, bunches of beetles: how bugs find strength in numbers’. Harvard University Press. P. 50–70.

300

Приблизительно 1,5 га, или 15 000 м^2.

301

Barker, J. F., & Herman, W. S. (1976). ‘Effect of photoperiod and temperature on reproduction of the monarch butterfly, Danaus plexippus’, Journal of Insect Physiology, 22 (12). P. 1565–1568.

302

Perez, S. M., Taylor, O. R., & Jander, R. (1997). ‘A sun compass in monarch butterflies’, Nature, 387 (6628). P. 29.

303

Mouritsen, H., & Frost, B. J. (2002). ‘Virtual migration in tethered flying monarch butterflies reveals their orientation mechanisms’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 99 (15). P. 10162–10166.

304

Эта методика более подробно описана в главе 17.

305

Reppert, S. M., Zhu, H., & White, R. H., (2004). ‘Polarized light helps monarchs migrate’, Current Biology, 14 (2). P. 155–158.

306

Merlin, C., Gegear, R. J., & Reppert, S. M. (2009). ‘Antennal circadian clocks coordinate sun compass orientation in migratory monarch butterflies’, Science, 325 (5948). P. 1700–1704; и Guerra, P. A., Merlin, C., Gegear, R. J., & Reppert, S. M. (2012). ‘Discordant timing between antennae disrupts sun compass orientation in migratory monarch butterflies’, Nature Communications, 3. P. 958.

307

Heinze, S., & Reppert, S. M. (2011). ‘Sun compass integration of skylight cues in migratory monarch butterflies’, Neuron, 69 (2). P. 345–358.

308

Guerra, P. A., Gegear, R. J., & Reppert, S. M. (2014). ‘A magnetic compass aids monarch butterfly migration’, Nature Communications, 5.

309

Reppert, S. M., Guerra, P. A., & Merlin, C. (2016). ‘Neurobiology of monarch butterfly migration’, Annual Review of Entomology, 61. P. 25–42.

310

Stalleicken, J., Mukhida, M., Labhart, T., Wehner, R., Frost, B. J. & Mouritsen, H. (2005). ‘Do monarch butterflies use polarized skylight for orientation?’, Journal of Experimental Biology, 208. P. 2399–2408.

311

Mouritsen, H., Derbyshire, R., Stalleicken, J., Mouritsen, O. Ø., Frost, B. J., & Norris, D. R. (2013). ‘An experimental displacement and over 50 years of tag-recoveries show that monarch butterflies are not true navigators’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (18). P. 7348–7353.

312

Русское название этого вида – бродяжка рыжая или бродяжница рыжая (желтоватая).

313

Anderson, R. C. (2009). ‘Do dragonflies migrate across the western Indian Ocean?’, Journal of Tropical Ecology, 25 (4). P. 347–358.

314

Hobson, K. A., Anderson, R. C., Soto, D. X., & Wassenaar, L. I. (2012). ‘Isotopic evidence that dragonflies (Pantala flavescens) migrating through the Maldives come from the northern Indian subcontinent’, PloS One, 7 (12), e52594.

315

Chapman, J. W., Reynolds, D. R., & Wilson, K. (2015). ‘Long-range seasonal migration in insects: mechanisms, evolutionary drivers and ecological consequences’, Ecology Letters, 18 (3). P. 287–302.

316

Или ванесса чертополоховая, Vanessa cardui.

317

Nesbit, R. L., Hill, J. K., Woiwod, I. P., Sivell, D., Bensusan, K. J., & Chapman, J. W. (2009). ‘Seasonally adaptive migratory headings mediated by a sun compass in the painted lady butterfly, Vanessa cardui’, Animal Behaviour, 78 (5). P. 1119–1125.

318

Chapman, J. W., Bell, J. R., Burgin, L. E., Reynolds, D. R., Pettersson, L. B., Hill, J. K., … & Thomas, J. A. (2012). ‘Seasonal migration to high latitudes results in major reproductive benefits in an insect’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (37). P. 14924–14929.

319

Hu, G., Lim, K. S., Horvitz, N., Clark, S. J., Reynolds, D. R., Sapir, N., & Chapman, J. W. (2016). ‘Mass seasonal bioflows of high-flying insect migrants’, Science, 354 (6319). P. 1584–1587.

320

Chapman, J. W., et al. (2010). ‘Flight orientation behaviors promote optimal migration trajectories in high-flying insects’, Science, 327. P. 682–685.

321

Synthliboramphus antiquus.

322

Gaston, A. J., Hashimoto, Y., & Wilson, L. (2015). First evidence of east—west migration across the North Pacific in a marine bird’, Ibis, 157 (4). P. 877–882.

323

Agrotis infusa.

324

В Австралии существуют и другие популяции мотылька Богонга, которые мигрируют в других направлениях.

325

15 сентября 2000 г.

326

Warrant, E., Frost, B., Green, K., Mouritsen, H., Dreyer, D., Adden, A., … & Heinze, S. (2016). ‘The Australian Bogong moth Agrotis infusa: a long-distance nocturnal navigator’, Frontiers in Behavioral Neuroscience, 10.

327

Эти термины происходят от латинских слов aestas (лето) и hiems (зима).

328

Heinze, S., & Warrant, E. (2016). ‘Bogong moths’, Current Biology, 26 (7), R 263–R 265.

329

Ibid.

330

Вомба́ты, вомбатовые – семейство млекопитающих из отряда двурезцовых сумчатых; распространены в Южной и Восточной Австралии, а также на о. Тасмания. (Щипанов Н. А. ВОМБАТЫ // Большая российская энциклопедия. Т. 5. М., 2006. С. 699). – Прим. ред.

331

Цит. в Warrant, E., Frost, B., Green, K., Mouritsen, H., Dreyer, D., Adden, A., … & Heinze, S. (2016). ‘The Australian Bogong moth Agrotis infusa: a long-distance nocturnal navigator’, Frontiers in Behavioral Neuroscience, 10.

332

Корробори – обрядовые танцы, посредством которых австралийские аборигены общались с духами «Времени сновидений».

333

Dreyer, D., Frost, B., Mouritsen, H., Günther, A., Green, K., Whitehouse, M., … & Warrant, E. (2018). ‘The Earth’s Magnetic Field and Visual Landmarks Steer Migratory Flight Behavior in the Nocturnal Australian Bogong Moth’, Current Biology.

334

Эверглейдс – обширный заболоченный район на юге полуострова Флорида; часть этой территории входит в состав одноименного национального парка.

335

Python molurus bivittatus. Естественный ареал этой змеи – Южная и Юго-Восточная Азия.

336

Pittman, S. E., Hart, K. M., Cherkiss, M. S., Snow, R. W., Fujisaki, I., Smith, B. J., … & Dorcas, M. E. (2014). Homing of invasive Burmese pythons in South Florida: evidence for map and compass senses in snakes’, Biology Letters, 10 (3), 20140040.

337

Гренландское название – Уманарссуак.

338

В специальной литературе эти типы навигации называют, соответственно, «аллоцентрическим» и «эгоцентрическим».

339

Иногда ее также называют «истинной навигацией».

340

Двух сигналов было бы недостаточно, так как соответствующие им окружности могут пересекаться в двух точках, что порождает неоднозначность.

341

В этой работе Пердек изучал обыкновенных скворцов (Sturnus vulgaris) и зябликов (Fringilla coelebs).

342

Perdeck, A. C. (1958). ‘Two Types of Orientation in Migrating Starlings, Sturnus vulgaris L., and Chaffinches, Fringilla coelebs L., as Revealed by Displacement Experiments’, Ardea, 46 (1–2). P. 1, 2.

343

Schmidt-Koenig, K., & Schlichte, H. J. (1972). ‘Homing in pigeons with impaired vision’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 69 (9). P. 2446–2447; и Schmidt-Koenig, K., & Walcott, C. (1978). ‘Tracks of pigeons homing with frosted lenses’, Animal Behaviour, 8 (26). P. 480–486.

344

Walcott, C., & Schmidt-Koenig, K. (1973). ‘The effect on pigeon homing of anesthesia during displacement’, The Auk3, 90. P. 281–286.

345

Wallraff, H. G. (2013). ‘Ratios among atmospheric trace gases together with winds imply exploitable information for bird navigation: a model elucidating experimental results’, Biogeosciences, 10 (11). P. 6929–6943.

346

Wallraff, H. (2005). ‘Beyond familiar landmarks and integrated routes: goal-oriented navigation by birds’, Connection Science, 17 (1–2). P. 91–106.

347

Boström, J. E., Åkesson, S., & Alerstam, T. (2012). ‘Where on earth can animals use a geomagnetic bi-coordinate map for navigation?’, Ecography, 35 (11). P. 1039–1047.

348

Более подробное обсуждение см.: Mouritsen, H. (2013). ‘The Magnetic Senses’, in: C. G. Galizia, P.-M. Lledo (eds.), Neurosciences – From Molecule to Behavior: A University Textbook, DOI 10.1007/978–3–642–10769–6_20. P. 427–443.

349

Muheim, R. (2011). ‘Behavioural and physiological mechanisms of polarized light sensitivity in birds’, Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 366 (1565). P. 763–771.

350

Waterman, T. H. (2006). ‘Reviving a neglected celestial underwater polarization compass for aquatic animals’, Biological Reviews, 81 (1). P. 111–115.

351

Powell, S. B., Garnett, R., Marshall, J., Rizk, C., & Gruev, V. (2018). ‘Bioinspired polarization vision enables underwater geolocalization’, Science Advances, 4 (4), eaao6841.

352

Они же ротоногие (Stomatopoda), отряд ракообразных.

353

Thorup, K., Bisson, I.-A., Bowlin, M. S., Holland, R. A., Wingfield, J. C., Ramenofsky, M., & Wikelski, M. (2007). ‘Evidence for a navigational map stretching across the continental U.S. in a migratory songbird’, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104. P. 18115–18119.

354

Zonotrichia leucophrys – птица семейства овсянковых, обитающая в Канаде и США.

355

Acrocephalus scirpaceus.

356

Chernetsov, N., Kishkinev, D., & Mouritsen, H. (2008). ‘A long-distance avian migrant compensates for longitudinal displacement during spring migration’, Current Biology, 18 (3). P. 188–190.

357

Piggins, H. D., & Loudon, A. (2005). ‘Circadian biology: clocks within clocks’, Current Biology, 15 (12), R 455–R 457.

358

Kishkinev, D., Chernetsov, N., & Mouritsen, H. (2010). ‘A Double-Clock or Jetlag Mechanism is Unlikely to be Involved in Detection of East—West Displacements in a Long-Distance Avian Migrant’, The Auk, 127 (4). P. 773–780.

359

Kishkinev, D., Chernetsov, N., Pakhomov, A., Heyers, D., & Mouritsen, H. (2015). ‘Eurasian reed warblers compensate for virtual magnetic displacement’, Current Biology, 25 (19), R 822–R 824.

360

Kishkinev, D., Chernetsov, N., Heyers, D., & Mouritsen, H. (2013). ‘Migratory reed warblers need intact trigeminal nerves to correct for a 1,000 km eastward displacement’, PLoS One, 8 (6), e65847.

361

Chernetsov, N., Pakhomov, A., Kobylkov, D., Kishkinev, D., Holland, R. A., & Mouritsen, H. (2017). ‘Migratory Eurasian reed warblers can use magnetic declination to solve the longitude problem,’ Current Biology, 27 (17). P. 2647–2651.

362

Quinn, T. P., and Brannon, E. L. (1982). ‘The use of celestial and magnetic cues by orienting sockeye salmon smolts’, J. Comp. Physiol., 147. P. 547–552.

363

Oncorhynchus nerka.

364

Putman, N. F., Lohmann, K. J., Putman, E. M., Quinn, T. P., Klimley, A. P., & Noakes, D. L. (2013). ‘Evidence for geomagnetic imprinting as a homing mechanism in Pacific salmon’, Current Biology, 23 (4). P. 312–316.

365

Putman, N. F., Scanlan, M. M., Billman, E. J., O’Neil, J. P., Couture, R. B., Quinn, T. P., … & Noakes, D. L. (2014). ‘An inherited magnetic map guides ocean navigation in juvenile Pacific salmon’, Current Biology, 24 (4). P. 446–450.

366

Capreolus capreolus.

367

Obleser, P., Hart, V., Malkemper, E. P., Begall, S., Holá, M., Painter, M. S., … & Burda, H. (2016). ‘Compass-controlled escape behavior in roe deer’, Behavioral Ecology and Sociobiology, 70 (8). P. 1345–1355.

368

Chelonia mydas.

369

Carr, A. F., The Sea Turtle (University of Texas, 1986). P. 26, 27.

370

Здесь и далее цит. по изд.: Карр А. В океане без компаса / Пер. с англ. И. Гуровой. М.: Мир, 1971.

371

Ibid. P. 159.

372

Ibid. P. 163–165.

373

Ракообразные семейства Alpheidae.

374

Papi, F., Liew, H. C., Luschi, P., & Chan, E. H. (1995). ‘Long-range migratory travel of a green turtle tracked by satellite: evidence for navigational ability in the open sea’, Marine Biology, 12 (2). P. 171–175.

375

Luschi, P., Papi, F., Liew, H. C., Chan, E. H., & Bonadonna, F. (1996). ‘Long-distance migration and homing after displacement in the green turtle (Chelonia mydas): a satellite tracking study’, Journal of Comparative Physiology A, 178 (4). P. 447–452.

376

Они же головастые черепахи, или каретты (Caretta caretta).

377

Dermochelys coriacea.

378

Papi, F., Luschi, P., Crosio, E., & Hughes, G. R. (1997). ‘Satellite tracking experiments on the navigational ability and migratory behaviour of the loggerhead turtle Caretta caretta’, Marine Biology, 129 (2). P. 215–220.

379

Hughes, G. R., Luschi, P., Mencacci, R., & Papi, F. (1998). ‘The 7000-km oceanic journey of a leatherback turtle tracked by satellite’, Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 229 (2). P. 209–217.

380

Luschi, P., Åkesson, S., Broderick, A. C., Glen, F., Godley, B. J., Papi, F., & Hays, G. C. (2001). ‘Testing the navigational abilities of ocean migrants: displacement experiments on green sea turtles (Chelonia mydas)’, Behavioral Ecology and Sociobiology, 50 (6). P. 528–534.

381

Hays, G. C., Åkesson, S., Broderick, A. C., Glen, F., Godley, B. J., Papi, F., & Luschi, P. (2003). ‘Island-finding ability of marine turtles’, Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 270 (suppl. 1). P. S 5–S 7.

382

Luschi, P., Benhamou, S., Girard, C., Ciccione, S., Roos, D., Sudre, J., & Benvenuti, S. (2007). ‘Marine turtles use geomagnetic cues during open-sea homing’, Current Biology, 17 (2). P. 126–133.

383

Gadus morhua.

384

Bonanomi, S., Overgaard Therkildsen, N., Retzel, A., Berg Hedeholm, R., Pedersen, M. W., Meldrup, D., … & Nielsen, E. E. (2016). ‘Historical DNA documents long-distance natal homing in marine fish’, Molecular Ecology, 25 (12). P. 2727–2734.

385

На сайте лаборатории Ломанна можно найти хороший обзор проводимых в ней исследований с иллюстрациями и многими из публикаций этой группы: http://www.unc.edu/depts/oceanweb/turtles/.

386

Здесь: административный центр коста-риканской провинции Гуанакасте, не имеющий никакого отношения к одноименной африканской стране.

387

Lepidochelys olivacea.

388

Morpho.

389

Семейство Palinuridae.

390

Lohmann, K. J., & Lohmann, C. M. (1992). Orientation to waves by green turtle hatchlings. Journal of Experimental Biology, 171 (1). P. 1–13.

391

См. видеозапись на сайте http://www.unc.edu/depts/oceanweb/turtles/.

392

Mirounga angustirostris.

393

Stewart, B. S., & DeLong, R. L. (1995). ‘Double migrations of the northern elephant seal, Mirounga angustirostris’, Journal of Mammalogy, 76 (1). P. 196–205.

394

Carcharodon carcharias.

395

Bonfil, R., Meÿer, M., Scholl, M. C., Johnson, R., O’Brien, S., Oosthuizen, H., … & Paterson, M. (2005). ‘Transoceanic migration, spatial dynamics, and population linkages of white sharks’, Science, 310 (5745). P. 100–103.

396

Anderson, J. M., Clegg, T. M., Véras, L. V., & Holland, K. N. (2017). ‘Insight into shark magnetic field perception from empirical observations’, Scientific Reports, 7 (1). P. 11042.

397

Horton, T. W., Hauser, N., Zerbini, A. N., Francis, M. P., Domeier, M. L., Andriolo, A., … & Holdaway, R. N. (2017). ‘Route Fidelity During Marine Megafauna Migration’, Frontiers in Marine Science, 4. P. 422.

398

Ссылку на описание системы магнитных обмоток можно найти по адресу http://www.unc.edu/depts/oceanweb/turtles/.

399

Lohmann, K. J., & Lohmann, C. M. (1994). ‘Detection of magnetic inclination angle by sea turtles: a possible mechanism for determining latitude’, Journal of Experimental Biology, 194 (1). P. 23–32.

400

Lohmann, K. J., Lohmann, C. M. F., Ehrhart, L. M., Bagley, D. A. and Swing, T. (2004). ‘Geomagnetic map used in sea-turtle navigation’, Nature, 428. P. 909, 910.

401

Система Гольфстрима вместе с Северо-Атлантическим течением образует соответственно западную и северную периферии; холодное Канарское течение – восточную, а теплые Северные пассатные течения – южную периферии северного антициклонического круговорота. (См.: АТЛАНТИЧЕСКИЙ ОКЕАН // Географический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989. С. 44.) – Прим. ред.

402

Putman, N. F., & Mansfield, K. L. (2015). ‘Direct evidence of swimming demonstrates active dispersal in the sea turtle “lost years”’, Current Biology, 25 (9). P. 1221–1227.

403

Lohmann, K. J., & Lohmann, C. M. (1996). ‘Detection of magnetic field intensity by sea turtles’, Nature, 380 (6569). P. 59.

404

При «перемещении» далеко за пределы круговорота черепашата теряли ориентацию: Fuxjager, M. J., Eastwood, B. S., & Lohmann, K. J. (2011). ‘Orientation of hatchling loggerhead sea turtles to regional magnetic fields along a transoceanic migratory pathway’, Journal of Experimental Biology, 214 (15). P. 2504–2508.

405

Lohmann, K. J., Cain, S. D., Dodge, S. A., & Lohmann, C. M. (2001). ‘Regional magnetic fields as navigational markers for sea turtles’, Science, 294 (5541). P. 364–366.

406

Putman, N. F., Verley, P., Endres, C. S., & Lohmann, K. J. (2015). ‘Magnetic navigation behavior and the oceanic ecology of young loggerhead sea turtles’, Journal of Experimental Biology, 218 (7). P. 1044–1050.

407

Сводное описание этих работ приведено в Lohmann, K. J., Putman, N. F., & Lohmann, C. M. (2012). ‘The magnetic map of hatchling loggerhead sea turtles’, Current Opinion in Neurobiology, 22 (2). P. 336–342.

408

Putman, N. F., Endres, C. S., Lohmann, C. M., & Lohmann, K. J. (2011). ‘Longitude perception and bicoordinate magnetic maps in sea turtles’, Current Biology, 21 (6). P. 463–466.

409

Putman, N. F., & Lohmann, K. J. (2008). ‘Compatibility of magnetic imprinting and secular variation’, Current Biology, 18 (14), R 596–R 597.

410

Brothers, J. R., & Lohmann, K. J. (2015). ‘Evidence for geomagnetic imprinting and magnetic navigation in the natal homing of sea turtles’, Current Biology, 25 (3). P. 392–396.

411

Brothers, J. R., & Lohmann, K. J. (2018). ‘Evidence that Magnetic Navigation and Geomagnetic Imprinting Shape Spatial Genetic Variation in Sea Turtles’, Current Biology, 28 (8). P. 1325–1329.

412

Endres, C. S., and Lohmann, K. J. (2013). ‘Detection of coastal mud odors by loggerhead sea turtles: a possible mechanism for sensing nearby land’, Marine Biology, 160 (11). P. 2951–2956.

413

Endres, C. S., Putman, N. F., Ernst, D. A., Kurth, J. A., Lohmann, C. M., & Lohmann, K. J. (2016). ‘Multi-modal homing in sea turtles: modeling dual use of geomagnetic and chemical cues in island-finding’, Frontiers in Behavioral Neuroscience, 10. P. 19.

414

Lohmann, K. J., Lohmann, C. M., & Endres, C. S. (2008). ‘The sensory ecology of ocean navigation’, Journal of Experimental Biology, 211 (11). P. 1719–1728.

415

То есть омарам.

416

Английское название SQUID – аббревиатура от слов Superconducting Quantum Interference Device, совпадающая со словом squid, то есть «кальмар».

417

Lohmann, K., Pentcheff, N., Nevitt, G., Stetten, G., Zimmer-Faust, R., Jarrard, H., & Boles, L. C. (1995). ‘Magnetic orientation of spiny lobsters in the ocean: experiments with undersea coil systems’, Journal of Experimental Biology, 198 (10). P. 2041–2048.

418

Boles, L. C., & Lohmann, K. J. (2003). ‘True navigation and magnetic maps in spiny lobsters’, Nature, 421 (6918). P. 60–63.

419

Baker, R. R. (1980). ‘Goal orientation by blindfolded humans after long-distance displacement: Possible involvement of a magnetic sense’, Science, 210 (4469). P. 555–557.

420

Fildes, B. N., O’Loughlin, B. J., Bradshaw, J. L., & Ewens, W. J. (1984). ‘Human orientation with restricted sensory information: no evidence for magnetic sensitivity’, Perception, 13 (3). P. 229–248.

421

В июле 2018 года.

422

Речной, или обыкновенный, угорь (Anguilla anguilla).

423

Naisbett-Jones, L. C., Putman, N. F., Stephenson, J. F., Ladak, S., & Young, K. A. (2017). ‘A magnetic map leads juvenile European eels to the Gulf Stream’, Current Biology, 27 (8). P. 1236–1240.

424

Durif, C. M., Bonhommeau, S., Briand, C., Browman, H. I., Castonguay, M., Daverat, F., … & Moore, A. (2017). ‘Whether European eel leptocephali use the earth’s magnetic field to guide their migration remains an open question’, Current Biology, 27 (18), R 998–R 1000.

425

Kobayashi, A., & Kirschvink, J. L. (1995). ‘Magnetoreception and electromagnetic field effects: sensory perception of the geomagnetic field in animals and humans’.

426

Taylor, B. K., Johnsen, S., & Lohmann, K. J. (2017). ‘Detection of magnetic field properties using distributed sensing: a computational neuroscience approach’, Bioinspiration & Biomimetics, 12 (3), 036013.

427

Gould & Gould, Nature’s Compass, op. cit. P. 111–114.

428

Anderson, J. M., Clegg, T. M., Véras, L. V., & Holland, K. N. (2017). ‘Insight into shark magnetic field perception from empirical observations’, Scientific Reports, 7 (1). P. 11042.

429

Fleissner, G., Stahl, B., Thalau, P., Falkenberg, G., & Fleissner, G. (2007). ‘A novel concept of Fe-mineral-based magnetoreception: histological and physicochemical data from the upper beak of homing pigeons’, Naturwissenschaften, 94 (8). P. 631–642.

430

Mora, C. V., Davison, M., Wild, J. M., & Walker, M. M. (2004). ‘Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon’, Nature, 432 (7016). P. 508.

431

Treiber, C. D., Salzer, M. C., Riegler, J., Edelman, N., Sugar, C., Breuss, M., … & Shaw, J. (2012). ‘Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons’, Nature, 484 (7394). P. 367.

432

Zapka, M., Heyers, D., Hein, C. M., Engels, S., Schneider, N. L., Hans, J., … & Mouritsen, H. (2009). ‘Visual but not trigeminal mediation of magnetic compass information in a migratory bird’, Nature, 461 (7268). P. 1274.

433

Gagliardo, A., Ioalè, P., Savini, M., & Wild, J. M. (2006). ‘Having the nerve to home: trigeminal magnetoreceptor versus olfactory mediation of homing in pigeons’, Journal of Experimental Biology, 209 (15). P. 2888–2892.

434

Kishkinev, D., Chernetsov, N., Heyers, D., & Mouritsen, H. (2013). ‘Migratory reed warblers need intact trigeminal nerves to correct for a 1,000 km eastward displacement’, PLoS One, 8 (6), e65847.

435

Holland, R. A., & Helm, B. (2013). ‘A strong magnetic pulse affects the precision of departure direction of naturally migrating adult but not juvenile birds’, Journal of The Royal Society Interface, 10 (81), 20121047.

436

Подробный обзор этой темы см.: Mouritsen, H. (2015). ‘Magnetoreception in birds and its use for long-distance migration’, Sturkie’s Avian Physiology. P. 113–133.

437

Wu, L. Q., & Dickman, J. D. (2012). ‘Neural correlates of a magnetic sense’, Science, 336 (6084). P. 1054–1057.

438

Schulten, K., Swenberg, C. E., & Weller, A. (1978). ‘A biomagnetic sensory mechanism based on magnetic field modulated coherent electron spin motion’, Zeitschrift für Physikalische Chemie, 111 (1). P. 1–5.

439

Подробный обзор данных по радикальным парам см.: Hore, P. J., and Henrik Mouritsen (2016). ‘The radical-pair mechanism of magnetoreception’, Annual Review of Biophysics, 45. P. 299–344.

440

Zapka, M., Heyers, D., Hein, C. M., Engels, S., Schneider, N. L., Hans, J., … & Mouritsen, H. (2009). ‘Visual but not trigeminal mediation of magnetic compass information in a migratory bird’, Nature, 461 (7268). P. 1274.

441

Gegear, R. J., Casselman, A., Waddell, S., & Reppert, S. M. (2008). ‘Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila’, Nature, 454 (7207). P. 1014; Gegear, R. J., Foley, L. E., Casselman, A., & Reppert, S. M. (2010). ‘Animal cryptochromes mediate magnetoreception by an unconventional photochemical mechanism’, Nature, 463 (7282). P. 804.

442

Bazalova, O., Kvicalova, M., Valkova, T., Slaby, P., Bartos, P., Netusil, R., … & Damulewicz, M. (2016). ‘Cryptochrome 2 mediates directional magnetoreception in cockroaches’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 113 (6). P. 1660–1665.

443

В большинстве случаев, но не всегда: например, солнечная электроэнергетика основана на другом принципе.

444

Стефано Лоренцини (р. ок. 1652).

445

Jungerman, R. L., & Rosenblum, B. (1980). ‘Magnetic induction for the sensing of magnetic fields by animals – an analysis’, Journal of Theoretical Biology, 87 (1). P. 25–32.

446

Lauwers, M., Pichler, P., Edelman, N. B., Resch, G. P., Ushakova, L., Salzer, M. C., … & Keays, D. A. (2013). ‘An iron-rich organelle in the cuticular plate of avian hair cells’, Current Biology, 23 (10). P. 924–929.

447

Nordmann, G. C., Hochstoeger, T., & Keays, D. A. (2017). ‘Magnetoreception – a sense without a receptor’, PLoS Biology, 15 (10), e2003234.

448

Речь идет о нескольких видах тунца – обыкновенном, или синем, тунце (Thunnus thynnus), тихоокеанском голубом тунце (Thunnus orientalis) и австралийском тунце (Thunnus maccoyii).

449

Tawa, A., Ishihara, T., Uematsu, Y., Ono, T., & Ohshimo, S. (2017). ‘Evidence of westward transoceanic migration of Pacific bluefin tuna in the Sea of Japan based on stable isotope analysis’, Marine Biology, 164 (4). P. 94; Block, B. A., et al. (2005). ‘Electronic tagging and population structure of Atlantic bluefin tuna’, Nature 434. P. 1121–1127.

450

Willis, J., Phillips, J., Muheim, R., Diego-Rasilla, F. J., & Hobday, A. J. (2009). ‘Spike dives of juvenile southern bluefin tuna (Thunnus maccoyii): a navigational role?’, Behavioral Ecology and Sociobiology, 64 (1). P. 57.

451

Walker, M. M. (1984). ‘Learned magnetic field discrimination in yellowfin tuna, Thunnus albacares’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 155 (5). P. 673–679.

452

De Waal, F., Are We Smart Enough to Know How Smart Animals Are? (Granta, 2016). P. 55.

453

Цит по изд.: Де Вааль Ф. Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных? / Пер. Н. Майсуряна. М.: Альпина нон-фикшен, 2017.

454

Tolman, E. C. (1948). ‘Cognitive maps in rats and men’, Psychological Review, 55 (4). P. 189.

455

Цит. по: Толмен Э. Когнитивные карты у крыс и у человека // История психологии (10–30-е гг. Период открытого кризиса): Тексты. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1992. С. 124–143.

456

Кёлер Вольфганг (1887–1967) – один из основателей гештальтпсихологии. С 1913 по 1920 г. работал директором станции исследования человекообразных обезьян Прусской академии наук на о. Тенерифе.

457

См. краткое изложение: Gould & Gould, Nature’s Compass. P. 155–157.

458

Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B., & Mangun, G. R., Cognitive Neuroscience (W. W. Norton, 2002). P. 18.

459

См., например, Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1963). ‘Shape and arrangement of columns in cat’s striate cortex’, The Journal of Physiology, 165 (3). P. 559–568.

460

Подобные операции на височных долях с удалением тканей, которые считаются источником эпилепсии, широко проводятся до сих пор, но гораздо более осторожно и точно.

461

Ίππόκαμπος – от греч. ἵππος (лошадь) и κάμπος (морское чудовище).

462

Scoville, W. B., & Milner, B. (1957). ‘Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions’, Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry, 20 (1). P. 11.

463

O’Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). ‘The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely moving rat’, Brain Research, 34 (1). P. 171–175.

464

O’Keefe, J., & Nadel, L., The Hippocampus as a Cognitive Map (Oxford University Press, 1978).

465

Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., & Moser, M. B. (2004). ‘Spatial representation in the entorhinal cortex’, Science, 305 (5688). P. 1258–1264; Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M. B., & Moser, E. I. (2005). ‘Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex’, Nature, 436 (7052). P. 801.

466

Авторы изображения: Kate Jeffery, Giulio Casali (2018), https://doi.org/10.6084/m9.figshare.7264589 (по лицензии CC-BY 4.0).

467

Полный на сегодня перечень см.: Grieves, R. M., & Jeffery, K. J. (2017). ‘The representation of space in the brain’, Behavioural Processes, 135. P. 113–131.

468

По существующим правилам число лауреатов одной и той же Нобелевской премии не может быть больше трех.

469

Sherry, D. F., Grella, S. L., Guigueno, M. F., White, D. J., & Marrone, D. F. (2017). ‘Are There Place Cells in the Avian Hippocampus?’, Brain, Behavior and Evolution, 90 (1). P. 73–80.

470

Geva-Sagiv, M., Las, L., Yovel, Y., & Ulanovsky, N. (2015). ‘Spatial cognition in bats and rats: from sensory acquisition to multiscale maps and navigation’, Nature Reviews Neuroscience, 16 (2). P. 94.

471

Finkelstein, A., Las, L., & Ulanovsky, N. (2016). ‘3-D maps and compasses in the brain’, Annual Review of Neuroscience, 39. P. 171–196; Grieves, R. M., & Jeffery, K. J. (2017). ‘The representation of space in the brain’, Behavioural Processes, 135. P. 113–131.

472

Ulanovsky, N., & Moss, C. F. (2007). ‘Hippocampal cellular and network activity in freely moving echolocating bats’, Nature Neuroscience, 10 (2). P. 224–233.

473

Eichenbaum, H., & Cohen, N. J. (2014). ‘Can we reconcile the declarative memory and spatial navigation views on hippocampal function?’, Neuron, 83 (4). P. 764–770.

474

Moser, E. I., Moser, M. B., & McNaughton, B. L. (2017). ‘Spatial representation in the hippocampal formation: a history’, Nature Neuroscience, 20 (11). P. 1448–1464.

475

Buzsáki, G., & Llinás, R. (2017). ‘Space and time in the brain’, Science, 358 (6362). P. 482–485.

476

Речь идет о трехполосом древолазе (Ameerega trivittata).

477

Pašukonis, A., Loretto, M. C., & Hödl, W. (2017). ‘Map-like navigation from distances exceeding routine movements in the three-striped poison frog (Ameerega trivittata)’, Journal of Experimental Biology, jeb-169714.

478

Hort, J., Laczó, J., Vyhnálek, M., Bojar, M., Bureš, J., & Vlcek, K. (2007). ‘Spatial navigation deficit in amnestic mild cognitive impairment’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (10). P. 4042–4047.

479

См., например, http://www.niallmclaughlin.com/projects/alzheimers-respite-centre-dublin/.

480

Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., Good, C. D., Ashburner, J., Frackowiak, R. S., & Frith, C. D. (2000). ‘Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (8). P. 4398–4403.

481

Интересно отметить, что за эти изменения, по-видимому, приходилось платить. Передняя часть гиппокампа у испытуемых из контрольной группы оказывалась крупнее, чем у водителей такси, что, возможно, означает, что у таксистов может быть понижена способность вспоминать некоторые виды визуальной информации.

482

Maguire, E. A., Woollett, K., & Spiers, H. J. (2006). ‘London taxi drivers and bus drivers: a structural MRI and neuropsychological analysis’, Hippocampus, 16 (12). P. 1091–1101.

483

Konishi, K., & Bohbot, V. D. (2013). ‘Spatial navigational strategies correlate with gray matter in the hippocampus of healthy older adults tested in a virtual maze’, Frontiers in Aging Neuroscience, 5.

484

Stern, Y. (2006). ‘Cognitive reserve and Alzheimer disease’, Alzheimer Disease & Associated Disorders, 20, S 69–74. Также: Xu, W., Yu, J. T., Tan, M. S., & Tan, L. (2015). ‘Cognitive reserve and Alzheimer’s disease’, Molecular Neurobiology, 51 (1). P. 187–208.

485

Epstein, R. A., Patai, E. Z., Julian, J. B., & Spiers, H. J. (2017). ‘The cognitive map in humans: spatial navigation and beyond’, Nature Neuroscience, 20 (11). P. 1504.

486

Rubin, R. D., Watson, P. D., Duff, M. C., & Cohen, N. J. (2014). ‘The role of the hippocampus in flexible cognition and social behavior’, Frontiers in Human Neuroscience, 8. P. 742.

487

Kuehn, E., Chen, X., Geise, P., Oltmer, J., & Wolbers, T. (2018). ‘Social targets improve body-based and environment-based strategies during spatial navigation’, Experimental Brain Research. P. 1–10.

488

Omer, D. B., Maimon, S. R., Las, L., & Ulanovsky, N. (2018). ‘Social place-cells in the bat hippocampus’, Science, 359 (6372). P. 218–224; Danjo, T., Toyoizumi, T., & Fujisawa, S. (2018). ‘Spatial representations of self and other in the hippocampus’, Science, 359 (6372). P. 213–218; Okuyama, T., Kitamura, T., Roy, D. S., Itohara, S., & Tonegawa, S. (2016). ‘Ventral CA1 neurons store social memory’, Science, 353 (6307). P. 1536–1541.

489

Beadle, J. N., Tranel, D., Cohen, N. J., & Duff, M. (2013). ‘Empathy in hippocampal amnesia’, Frontiers in Psychology, 4. P. 69.

490

Tavares, R. M., Mendelsohn, A., Grossman, Y., Williams, C. H., Shapiro, M., Trope, Y., & Schiller, D. (2015). ‘A map for social navigation in the human brain’, Neuron, 87 (1). P. 231–243.

491

Vashro, L., & Cashdan, E. (2015). ‘Spatial cognition, mobility, and reproductive success in northwestern Namibia’, Evolution and Human Behavior, 36 (2). P. 123–129.

492

Duff, M. C., Kurczek, J., Rubin, R., Cohen, N. J., & Tranel, D. (2013). ‘Hippocampal amnesia disrupts creative thinking’, Hippocampus, 23 (12). P. 1143–1149.

493

В английском языке слово ice (лед) входит в устойчивые сочетания со всеми тремя перечисленными словами: ice cream (мороженое), ice skate (коньки), ice water (ледяная вода).

494

Warren, D. E., Kurczek, J., & Duff, M. C. (2016). ‘What relates newspaper, definite, and clothing? An article describing deficits in convergent problem solving and creativity following hippocampal damage’, Hippocampus, 26 (7). P. 835–840.

495

Constantinescu, A. O., O’Reilly, J. X., & Behrens, T. E. (2016). ‘Organizing conceptual knowledge in humans with a gridlike code’, Science, 352 (6292). P. 1464–1468.

496

«Миссия морского героя».

497

Coutrot, A., Silva, R., Manley, E., de Cothi, W., Sami, S., Bohbot, V., … & Spiers, H. (2017). Global determinants of navigation ability. Current Biology, 28 (17). P. 2861–2866. Приложение можно скачать по адресу http://www.seaheroquest.com/site/en/.

498

Loxodonta africana.

499

Polansky, L., Kilian, W., & Wittemyer, G. (April 2015). ‘Elucidating the significance of spatial memory on movement decisions by African savannah elephants using state—space models’, in Proc. R. Soc. B., vol. 282, no. 1805. P. 20143042, The Royal Society.

500

Schmitt, M. H., Shuttleworth, A., Ward, D., & Shrader, A. M. (2018). ‘African elephants use plant odours to make foraging decisions across multiple spatial scales’, Animal Behaviour, 141. P. 17–27.

501

Levi, P. (trans. Wolf, S.), The Truce (Abacus, 1987). P. 349–351.

502

Здесь и далее цит. по изд.: Леви П. Передышка / Пер. с итал. Е. И. Дмитриевой. М.: Текст, 2002.

503

Solnit, R., A Field Guide to Getting Lost (Canongate, 2006). P. 10.

504

От англ. spoofing – пародия, имитация, подмена.

505

Carr, N. (2013). ‘All can be lost: The risk of putting our knowledge in the hands of machines’, The Atlantic, 11. P. 1–12.

506

Parasuraman, R., & Manzey, D. H. (2010). ‘Complacency and bias in human use of automation: An attentional integration’, Human Factors, 52 (3). P. 381–410.

507

https://www.telegraph.co.uk/news/earth/countryside/9090729/ Warning-over-decline-in-map-skills-as-ramblers-rely-on-sat-navs.html.

508

В русском языке нет устоявшегося перевода английского термина developmental topographical disorientation, но его также можно перевести как «связанная с развитием топографическая дезориентация» или «связанная с развитием топографическая агнозия», чтобы подчеркнуть отличие от приобретенной топографической дезориентации (связанной с повреждениями мозга). – Прим. ред.

509

Iaria, G., & Barton, J. J. (2010). ‘Developmental topographical disorientation: a newly discovered cognitive disorder’, Experimental Brain Research, 206 (2). P. 189–196.

510

Aporta, C., et al. (2005). Current Anthropology, 46 (5). P. 729–753.

511

Carr, N. (2013). The Atlantic, 11. P. 1–12.

512

Hemingway, Ernest, The Sun Also Rises (Scribner’s, 1926), ch. 13. P. 136.

513

Цит. по изд.: Хемингуэй Э. Фиеста (И восходит солнце). М.: Азбука-классика, 2005.

514

Balbuena, M. S., Tison, L., Hahn, M.-L., Greggers, U., Menzel, R. & Farina, W. M. (2015). ‘Effects of sublethal doses of glyphosate on honeybee navigation’, The Journal of Experimental Biology, 218. P. 2799–2805. doi:10.1242/jeb.117291.

515

Более подробную информацию можно найти на сайте «Ассоциации темного неба» (Dark Sky Association, http://darksky.org).

516

Быт. 1: 27.

517

Быт. 1: 28.

518

См.: Мф. 8: 28–34, Лк. 8: 26–39, Мк. 5: 1–20.

519

Цит. в Singer, Peter, Animal Liberation (Random House, 1990). P. 192.

520

St Thomas Aquinas, Summa Contra Gentiles, bk 3, pt 2, ch. 112.

521

Aristotle, Politics, bk 1, ch. 8.

522

См., например, https://www.newyorker.com/news/daily-comment/are-evangelical-leaders-saving-scott-pruitts-job.

523

Wilson, E. O., Biophilia: The Human Bond with Other Species (Harvard, 1984). P. 85.

524

https://aeon.co/essays/why-forests-and-rivers-are-the-most-potent-health-tonic-around.

525

Kuo, M. (2015). ‘How might contact with nature promote human health? Promising mechanisms and a possible central pathway’, Frontiers in Psychology, 6. P. 1093.

526

Piff, P. K., Dietze, P., Feinberg, M., Stancato, D. M., & Keltner, D. (2015). ‘Awe, the small self, and prosocial behavior’, Journal of Personality and Social Psychology, 108 (6). P. 883.

527

Более ранняя редакция этой книги выходила в русском переводе: Карр А. В океане без компаса / Пер. с англ. И. Гуровой. М.: Мир, 1971.

528

См. ссылку на русское издание в главе 2.

529

Де Вааль Ф. Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных? / Пер. с англ. Н. Майсуряна. М.: Альпина нон-фикшен, 2017.

530

См. ссылку на русское издание в начале главы 11.

531

Леви П. Человек ли это? / Пер. с итал. Е. И. Дмитриевой. М.: Текст; Дружба народов, 2001; Леви П. Передышка / Пер. с итал. Е. И. Дмитриевой. М.: Текст, 2002 (цитируется в начале главы 26).

532

Уилсон Э. О. Биофилия: Врожденная тяга к живому как связь человека с другими биологическими видами / Пер. с англ. С. Г. Пилецкого, И. В. Бородина. М.: URSS, 2017.

Content

Дэвид Барри
Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Предисловие

Часть I Навигация без карт

1 Мистер Стедмен и монарх

Первые навигаторы

2 Волшебный ковер Джима Ловелла

Шестиногие тайны прованского сада

3 Запутанный ужас

Североамериканская ореховка

4 О войне в пустыне и муравьях

Швейцарский доктор в Тунисе

5 Танцующие пчелы

Пчелиные часы

6 Счисление пути

Марк Твен ходит кругами

7 Скаковая лошадь мира насекомых

Североафриканские приключения

Муравьиный одометр

8 Курс по форме неба

«Звездные маршруты»

9 Как птицы находят истинный север

Одинокие кукушата

10 Небесные навозники

Жуки в колпаках

11 Гигантский павлиний глаз

Дарвин, секс и охота

12 Могут ли птицы находить дорогу домой по запаху?

Морские птицы и навигация

13 Навигация по звуку

Эффект «Конкорда»

Улисс С. Грант и акустическая тень

14 Земной магнетизм

Компас наклонения

15 Как же ориентируется монарх?

Усики с циркадными часами

16 Совка-гамма

17 Темный властелин Снежных гор

Где спит мотылек Богонга

Если сразу не выходит…

Часть II Святой Грааль

18 Навигация по карте и компасу

Скворцы Пердека

19 Умеют ли птицы решать задачу определения долготы?

Магнитное склонение

20 Тайна навигации морских черепах

Возвращение зеленой черепахи

21 Коста-Риканские приключения

22 Свет во тьме

Поразительные ракообразные

23 Великая магнитная загадка

Кластер N

24 Морские коньки в наших головах

Навигационные клетки мозга

25 Навигационный мозг человека

Концептуальная навигация

Часть III Чем важна навигация?

26 Язык земли

27 Заключение

Выражение благодарности

Избранная библиография

Примечания и ссылки

Примечания