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.

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. 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.

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 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. 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.

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.

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. 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, но это не отменяет справедливости общего вывода.

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. 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.

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. 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.

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, вполне вероятно, что черепахи используют и другие ориентиры. 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.

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.