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. 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. 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.

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.

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: 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.

Недавнее открытие структуры, содержащей частицы магнитного минерала, в волосковых клетках, выстилающих полукружные каналы внутреннего уха, вдохнуло в гипотезу электромагнитной индукции новую жизнь. 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.

* * *

Тунец  – 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. 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.

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, вполне логично предположить, что тунцы могут использовать в навигации геомагнетизм, но точно этого никто не знает.