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». 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.
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. 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.
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.
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.
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, а также морские блохи, 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.
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. Исследование, в котором участвовали всего два тюленя, названные Ник и Мальте, проводилось в специально построенном бассейне-планетарии.
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.
