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.
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”».
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.
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».
