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.

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». 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. «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.