Передо мной лежит старая навигационная карта Северной Атлантики, изданная британским Адмиралтейством. По левому ее краю проходит побережье Северной Америки – от острова Резольюшен в устье Гудзонова пролива до бухты Джупитер на побережье Флориды. Восточные пределы карты отмечены двумя группами островов – Фарерскими на дальнем севере и Канарскими на юге. Еще из верхнего края выступает мыс Фарвель, южная оконечность Гренландии. Но бо́льшую часть карты, разумеется, занимают огромные просторы океана. Карта усеяна цифрами, показывающими результаты промеров глубины моря; кроме того, на ней нанесены три компасные розы (розы ветров), на которых направление на истинный север помечено фиолетовыми звездочками, приводящими на память старинное название Полярной звезды: stella maris, то есть «звезда морей».

Может показаться, что в таких картах нет ничего особенного, но в них заключено необычайное количество трудно добытой информации. Их составляли молодые флотские офицеры, командовавшие маленькими парусными судами, часто работая в открытых шлюпках, рискуя жизнью и перенося самые разнообразные тяготы и лишения ради разведки таких отдаленных и опасных мест, как Аляска, Огненная Земля или кишащие малярией берега тропической Африки.

Нужно было произвести десятки тысяч промеров глубины и измерений азимута, а также при каждой возможности точно определять положение относительно солнца, луны и звезд. Это было поистине героическое предприятие. Сегодня дело безмерно упростили электронные эхолоты, спутниковая навигация и спутниковые изображения, но картография все еще остается занятием чрезвычайно требовательным.

В предисловии я кратко говорил о разных способах, которыми человек, приехавший в незнакомый город, может в нем ориентироваться, не прибегая к помощи спутникового навигатора. Как мы видели, это можно делать при помощи карты или без нее. Между этими двумя подходами есть принципиальная разница; ученые называют их 1) навигацией с использованием системы координат, где точкой отсчета служат внешние объекты, и 2) навигацией с использованием системы координат, где точка отсчета – «я».

Для человека, использующего навигацию с точкой отсчета «я», важно только расположение окружающих его объектов относительно его самого. Он замечает необычные здания, запоминает, в какую сторону повернул на перекрестке и так далее; однако в каждом таком случае мир вращается вокруг него. Мы уже встречали множество примеров применения навигации с точкой отсчета «я» – от пустынных муравьев до мотыльков Богонга.

В простейшем варианте навигация с точкой отсчета «я» основывается на заучивании ориентиров, определяющих маршрут, по которым можно в точности восстановить обратный путь. Таким образом, наш воображаемый турист возвращается в свою гостиницу, повторяя последовательность перемещений, совершенных по пути от него, но в обратном порядке.

Кроме того, существует счисление пути. Хотя этот метод несколько сложнее, он тоже является видом навигации с точкой отсчета «я». Он предполагает накопление информации о пройденном маршруте и преодоленном расстоянии, что позволяет в любой момент определить местоположение относительно точки начала движения. Используя счисление пути, наш турист мог бы постоянно знать направление, в котором находится его гостиница, и расстояние до нее – подобно вышедшим на поиски пищи муравьям Венера. В таком случае он мог бы не возвращаться по своим следам, но проложить наиболее прямой обратный маршрут к гостинице.

Эти два вида навигации с точкой отсчета «я» не являются взаимоисключающими, и многие животные, в том числе и человек, используют оба. Однако ни один из них не применим, если отсутствует возможность непрерывно отслеживать свои перемещения. Человек, внезапно оказавшийся в незнакомом месте, не зная, как он туда попал, и не получая никаких сигналов, которые помогли бы ему определить обратное направление, не сможет использовать ни одну из этих систем. В этой ситуации ему потребуется либо немалое везение, либо какие-то принципиально иные способы определения верного направления движения.

И тут в дело вступают карты, а это означает переход на навигацию, где точкой отсчета служат внешние объекты.

Навигация с точкой отсчета «я» основывается на понимании того, как окружающие объекты расположены друг относительно друга. Именно такую информацию дают карты печатные – например, моя карта Северной Атлантики – или электронные, которыми мы теперь в основном и пользуемся. В их основе лежат системы координат, самая привычная из которых система широты и долготы.

Но от карты мало пользы, если у вас нет какого-то способа определить свое собственное местоположение на ней. Это можно сделать, сопоставив видимые ориентиры с символами, которыми они обозначены на карте. Но эта система не работает, когда находишься в открытом море или посреди пустыни, в которой нет заметных элементов рельефа и, следовательно, отсутствуют ориентиры, на которые можно было бы опереться. Если нельзя каким-нибудь другим образом определить, где находишься, неизбежно впадешь в заблуждение – а то и просто заблудишься.

В распоряжении человека есть множество разнообразных средств для определения своего местоположения без использования видимых ориентиров, и приборы спутниковой навигации лишь самые новые и самые точные из них. Если вы можете определить при помощи какого-либо устройства свою широту и долготу, вам будет легко найти свое положение на карте. После этого вы сможете быстро проложить курс к выбранному месту назначения, где бы оно ни находилось, при помощи линейки и транспортира.

Например, если ваши координаты – 40 градусов северной широты и 40 градусов западной долготы, вы быстро выясните, что находитесь посреди Северной Атлантики, приблизительно в 420 морских милях (778 километрах) к западу от острова Корву, принадлежащего к Азорскому архипелагу. И если вы хотите отправиться оттуда в Нью-Йорк, карта скажет вам, что для этого нужно следовать курсом, направленным чуть к северу от истинного запада.

Та процедура, которую я только что описал, называется – по вполне очевидным причинам – навигацией по карте и компасу. Один из самых фундаментальных вопросов, на которые пытаются ответить исследователи бионавигации, состоит в том, способны ли отличные от человека животные использовать такие системы, и если да, то как они работают.

Центральный вопрос сводится к следующему: могут ли животные определять свое местоположение, оказавшись в незнакомом месте и не имея в своем распоряжении никаких узнаваемых ориентиров, и способны ли они определить направление на свою цель и расстояние до нее? Разумеется, они не могут использовать навигационные спутники, но, возможно, у них – как и у нас – есть какие-то средства, позволяющие определять, где они находятся, улавливая сигналы, поступающие к ним от удаленных источников. Такими сигналами могут быть, например, звуки, запахи или параметры магнитного поля Земли.

С точки зрения человека эта идея может показаться странной, поэтому освоиться с ней могут помочь один или два практических (хотя и замысловатых) примера.

Предположим, вы знаете, что запах хмеля исходит от некой конкретной пивоварни. Тогда вы можете понять, в какую сторону вы смотрите, определив направление, откуда ветер приносит этот запах: если вы развернулись против ветра, то пивоварня должна находиться где-то прямо впереди. А если – после изменения направления ветра – вы почувствуете запах лаванды, который доносится с поля, расположенного в другом направлении, вы можете (очень приблизительно) установить, где вы находитесь на мысленной «карте», на которой отмечено местоположение пивоварни и лавандового поля. Поскольку вы используете в этом случае информацию о направлениях, такую карту можно считать векторной картой.

Однако у вас также может быть возможность использовать изменения характера или интенсивности доходящих до вас сигналов. Представьте себе, что у вас имеется когнитивная карта, на которой представлена в виде градиентов громкость звуков, поступающих от трех отдельных источников (скажем, колокольни, свайного копра и стрелкового тира). Соотношение силы каждого из их звуков с удалением от его источника может быть обозначено концентрическими окружностями. Сообразив (каким-то образом), где именно пересекаются окружности, соответствующие наблюдаемой громкости трех звуковых сигналов, вы теоретически можете определить приблизительные координаты этого места. В реальности такая система будет очень ненадежной из-за воздействия ветров и других факторов, но я надеюсь, что вы уловили общую идею. В принципе градиентные карты такого рода можно составлять и на основе других сигналов, в том числе запаховых.

Поскольку локальные сигналы – например, звуки или запахи, – как правило, распространяются не очень далеко, трудно представить себе, чтобы животные могли использовать их для определения своего местоположения, если только они не находятся достаточно близко от их источников. Однако некоторые сигналы – например, астрономические или магнитные – присутствуют во всем мире, и некоторые животные вполне могли бы использовать их для дальней навигации по карте и компасу.

Теоретически животное может определять свое местоположение при помощи наблюдений за солнцем и звездами, как делает при помощи секстанта обычный штурман. Но для этого ему понадобятся двое часов и подробная информация о движении тех небесных тел, которые оно наблюдает. Обеспечить все это должно быть непросто, и у нас нет данных, из которых следовало бы, что какие-либо животные действительно способны определять свое местоположение этим способом. Мы сами уж точно не могли бы этого делать без помощи техники.

Использование геомагнитного поля возможно при измерении двух или более определяющих его параметров, например напряженности и наклонения, и наличии информации об их изменениях по мере продвижения вдоль поверхности Земли. Градиенты геомагнитного поля в принципе могли бы обеспечить животному систему координат, похожую на систему широты и долготы, которая позволит ему определить местоположение на магнитной карте.

Кроме того, животные, отличные от человека, могут – подобно нашему воображаемому туристу – составлять похожие на карты изображения своего мира, просто исследуя свои окрестности. Хотя нам легче понять, как такие карты можно составлять на основе визуальной информации, они могут быть и совершенно другого рода. Животное может научиться ассоциировать определенные близлежащие места с уникальными сочетаниями запахов или звуков. Каждое такое сочетание подобно маленькому фрагменту общей картины, а вместе они формируют основу мозаичной карты, которая позволит животному понимать (по меньшей мере приблизительно), где оно находится в данный момент, даже не открывая глаз. При выходе на незнакомую территорию такая карта, вероятно, окажется бесполезной.

Трудно узнать, какими могут быть масштабы или точность разнообразных карт такого рода. Во многом это зависит от органов чувств и мыслительных способностей данного животного и от качества информации, имеющейся в его распоряжении. Кроме того, разумеется, возможно параллельное использование нескольких разных карт. Странствующий альбатрос в течение своей долгой жизни предположительно может создавать, используя множество разнородных сигналов, векторные, градиентные и мозаичные карты, охватывающие весь океан. В сочетании с компасом такие карты могут составить основу точной, географически протяженной системы дальней навигации.

Но это все теории. Теперь я хочу рассмотреть данные, из которых следует, что отличные от человека животные не полагаются на более примитивные методы навигации с точкой отсчета «я», а действительно используют карты.

Эта история началась в 1950-х годах, когда голландский ученый Альберт Кристиан Пердек (1923–2009) поставил большую серию экспериментов – сейчас такие опыты были бы запрещены, – в которых вблизи Гааги в самый разгар сезона осенней миграции на запад были пойманы и окольцованы несколько тысяч скворцов (как взрослых, так и молодых птиц). Затем их перевезли по воздуху в разные точки Швейцарии, находящиеся в сотнях километров от их обычного маршрута миграции, и там выпустили.

В некоторых случаях взрослых и молодых птиц выпускали вместе, а в других – по отдельности. В нормальной ситуации окольцованные птицы полетели бы от Гааги на западо-юго-запад, в сторону своих мест зимовки, расположенных на северо-западе Франции; однако этим курсом следовали не все перемещенные птицы. Пердек показал, что взрослые птицы в основном учли свое «боковое» перемещение и полетели в северо-западном направлении. Большинство молодых птиц, летевших без взрослых, продолжили движение в юго-западном направлении и оказались в результате на юге Франции или в Испании. Однако молодые птицы, летевшие вместе со взрослыми, также выбрали скорректированный маршрут. Кроме того, Пердек заметил еще одно обстоятельство: в последующие годы перемещенные молодые птицы, как правило, упорно возвращались в «неправильный» регион – тот, в котором они зимовали после исходного перемещения, – то есть в те места, в которых в иной ситуации они никогда не оказались бы.

Пердек истолковал эти результаты следующим образом: взрослые скворцы знали, куда они летят, и могли пользоваться некоторого рода картой, а молодые птицы (оставшись без их помощи) попросту следовали в генетически запрограммированном направлении, а потом просто останавливались, когда у них исчезало стремление к миграции. Хотя Пердек предполагал, что способность к навигации «по карте и компасу» должна быть врожденной, он утверждал, что птицы могут пользоваться ею только после того, как хотя бы однажды побывают в том месте, в которое ведет их миграционный маршрут. Другими словами, одного инстинкта недостаточно: кроме него птицам необходимо получить некоторую географическую информацию о маршруте. Этим, считал он, и объясняется разница в поведении взрослых и молодых птиц, мигрирующих в первый раз.

Исследования Пердека (обладавшие тем важным преимуществом, что в них рассматривалось естественное поведение птиц в дикой природе, а не прыжки в конусных ориентационных клетках Эмлена – см. главу 9) и другие, подобные им, способствовали укреплению мнения о том, что некоторые птицы обладают способностью ориентироваться «по карте и компасу». Однако это утверждение весьма радикально, и трудно исключить другие, более простые объяснения. Может быть, взрослые птицы генетически запрограммированы лететь в правильном общем направлении в течение определенного времени. Добравшись до подходящего места, они, возможно, запоминают некий местный ориентир, который может быть, например, запаховым или звуковым, и он в будущие годы привлекает их даже на больших расстояниях. Или же они могут заучивать последовательность ориентиров, которые встречаются на их маршруте. Кроме того, не могут ли они использовать астрономические или магнитные ориентиры – или же некоторую комбинацию всего перечисленного?

Голуби стали настоящими подопытными кроликами мира пернатых: их изучают больше, чем каких-либо других птиц. Некоторые исследователи утверждают, что необычайную способность голубей находить обратную дорогу можно объяснить только тем, что помимо магнитного компаса в их распоряжении есть и некая карта – причем такая, в которой не используется визуальная информация.

Одно из самых поразительных свидетельств в пользу этой гипотезы было получено в серии экспериментов, в которых голубям вставляли замутненные контактные линзы, которые не позволяли им узнавать видимые ориентиры. Даже после перемещения на целых 130 километров этим птицам часто удавалось найти обратную дорогу и прилететь в места, расположенные всего в нескольких километрах от их голубятни, хотя им это было гораздо труднее, чем птицам с прозрачными линзами. Тот загадочный факт, что птицы, которых отвозили в неизвестное им, удаленное место выпуска под наркозом (что исключает возможность того, что они запоминали дорогу или использовали счисление пути), успешно возвращались домой, также остается необъясненным.

Если допустить, что голуби действительно используют в навигации запахи, то они, возможно, умеют следовать по ароматическому следу – как мотыльки. Но этот метод могли бы применять только голуби, оказавшиеся с подветренной стороны от голубятни. Поэтому можно предположить, что они используют какого-то рода ольфакторную карту. Такая карта может представлять собой заученный узор запахов, составляющих мозаику (хотя это не объяснило бы, как им удается возвращаться домой из незнакомых мест), или быть основана на градиентах – например, на географических изменениях относительной интенсивности индивидуальных запахов, образующих характерные «букеты».

Последнее предположение может показаться слишком фантастическим, но имеются некоторые данные, подтверждающие, что различные смеси химических соединений устойчиво распределяются по большим площадям, несмотря на воздействие турбулентности воздуха. Следовательно, подобные распределения в принципе могли бы лежать в основе градиентных карт такого рода. Но, поскольку до сих пор никто не продемонстрировал, что голуби действительно используют в навигации какие-либо сочетания запахов, встречающиеся в природе, эта теория пока что остается чисто умозрительной.

Основой градиентной карты мог бы служить и инфразвук, хотя гипотеза Хагструма предполагает, что инфразвуковая «сигнатура» района голубятни работает в качестве маяка, а в таком случае использования «акустической» карты не требуется.

Голубятники часто сообщают, что их голуби чувствительны к солнечным бурям, которые вызывают возмущения геомагнитного поля. Их также могут сбивать с толку магнитные аномалии, порождаемые локальными скоплениями магнитных материалов в земной коре. Эти наблюдения придают вес гипотезе о том, что для голубей может быть важна магнитная информация; многие предполагают, что они имеют в своем распоряжении некие магнитные карты. Такая карта, вероятно, должна быть основана на градиентах геомагнитного поля, но также может быть, что птицы просто используют магнитные аномалии в качестве ориентиров.

Однако градиентная магнитная карта, основанная на напряженности магнитного поля и магнитном наклонении, не может быть очень точной, и понять, как голуби могут использовать нечто подобное для нахождения дороги домой, довольно трудно. Речь идет о чисто физических соображениях. Хотя и у напряженности, и у наклонения есть сильные градиенты в направлении с севера на юг – что может помочь птицам в определении широты, – в большинстве мест мира эти величины почти не изменяются при движении с востока на запад.

И это не единственное затруднение, с которым сталкиваются сторонники гипотезы магнитной карты. Суточные колебания напряженности поля должны полностью подавлять те слабые изменения, которые пришлось бы обнаруживать голубям, чтобы попасть к дому с точностью в несколько километров. Хенрик Моуритсен объяснил мне эту проблему следующим образом:

Остается еще теоретическая возможность, что голуби могут эффективно использовать в навигации градиенты напряженности, усредняя сигналы по времени, но это возможно только при очень медленном движении или частых остановках, а на практике эти птицы ведут себя совсем иначе.

Таким образом, магнитная карта, основанная на напряженности или наклонении, просто не может быть достаточно точной, чтобы голуби могли успешно находить по ней обратную дорогу.

Но это не значит, что магнитные карты не могут использоваться другими животными. Нахождение точного местоположения – очень сложная навигационная задача, и, по-видимому, некоторые перелетные птицы – а также другие животные, например черепахи, лососи и омары, – вполне способны использовать магнитные карты в других целях, не требующих столь высокой точности.

Более пятидесяти лет назад Талбот Уотермен показал, что узоры Е-векторов видны под водой – даже на глубинах до 200 метров. Их ориентация непосредственно связана с положением солнца, а следовательно, их можно использовать для определения направления приблизительно так же, как Е-векторы в небе. Тот факт, что подводные Е-векторы могут, таким образом, использоваться в качестве основы для солнечного компаса, давно признан, но недавние исследования демонстрируют, что они также могут помочь животным в определении их местоположения.