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.

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».

Открытие у медоносных пчел способности различать поляризационные узоры в небе и прокладывать курс по ним, когда самого солнца не видно, было чрезвычайно важным. Но простое знание положения солнца еще не позволяет животным сохранять прямой курс – во всяком случае, в течение долгого времени. Нужно еще каким-то образом учитывать непрерывное перемещение солнца по небу. А это значит, что нужно следить за ходом времени. Может ли быть так, что в дополнение к прочим поразительным талантам пчел у них есть еще и встроенные часы?

Ключ к ответу на этот вопрос появился еще в 1929 году, но его значение было понято не сразу. Одна из учениц фон Фриша, Ингеборг (Инге) Белинг, установила тогда, что, если медоносных пчел кормить в течение нескольких дней в одно и то же время, в следующие дни они начинают прилетать к кормушке в точности ко времени раздачи пищи. Последующие опыты показали, что это замечательное поведение не зависит от присутствия каких-либо внешних подсказок – например, изменяющегося азимута солнца. В то время фон Фриш не был уверен, является ли этот механизм «бессмысленным даром природы» или имеет какое-то биологическое значение. Определенный ответ на этот вопрос фон Фриш смог дать только в начале 1950-х годов.

При помощи своего ученика Мартина Линдауэра (1918–2008) фон Фриш приучил нескольких пчел прилетать к источнику пищи, расположенному приблизительно в 180 метрах к северо-западу от их улья, после полудня, когда солнце было на западе. На следующий день они перенесли улей в совершенно новое место, в которое пчелы никогда до этого не залетали (чтобы лишить их возможности использовать для ориентирования знакомые элементы ландшафта).

Затем они расставили вокруг улья кормушки, расположив их все на расстоянии 180 метров, но в разных направлениях от него. Поскольку дело было утром, солнце стояло в восточной части неба. Тем не менее большинство пчел добралось именно до кормушки, расположенной к северо-западу от улья, которую их приучили искать накануне. Объяснить этот факт можно было, только предположив, что они учли изменение азимута солнца. А эта способность явно должна быть основана на умении пчел отслеживать течение времени.

Подтверждение наличия у пчел солнечного компаса с поправками на время также явилось с совершенно неожиданной стороны. Когда пчелы собираются роиться, они высылают разведчиков на поиски наилучшего места для нового гнезда. Вернувшись в улей, эти разведчики исполняют танцы, которые могут длиться часами; в танце указывается направление к месту, которое им понравилось. Затем другие пчелы вылетают на осмотр этого места и в конце концов, когда им удается прийти к согласию, весь рой направляется к выбранному с использованием этой демократической процедуры новому дому. В ходе таких танцевальных марафонов направление виляний разведчиков изменяется в соответствии с изменениями азимута солнца. В этом не было бы ничего особенно впечатляющего, если бы они могли видеть солнце или небо, но они точно так же корректируют направление своего танца, даже когда находятся внутри улья, установленного в затемненном помещении.

Откровения фон Фриша относительно навигационных способностей медоносной пчелы стали настоящей сенсацией, потому что из них, по-видимому, следовало, что насекомые, несмотря на свои крохотные размеры, обладают высокой приспособляемостью и, возможно, даже разумом. Многим из ученых-современников фон Фриша было чрезвычайно трудно принять подобные идеи. Они считали, что животные, подобные пчелам, в принципе не могут быть столь хитроумными.

К тому же, подобно Тинбергену, фон Фриш по большей части ставил свои опыты на свежем воздухе, в естественной среде, параметры которой невозможно было регулировать и измерять так же точно, как в закрытой лаборатории. Людям в белых халатах, по-видимому, было трудно всерьез прислушаться к утверждениям человека, разгуливавшего по альпийским лугам в своих ледерхозе. Также может быть, что к их скептицизму примешивалась зависть.

И все же работы фон Фриша были настолько строгими и изящными, что ему удалось убедить в своей правоте большинство сомневавшихся. Ведущий британский этолог того времени Уильям Торп (1902–1986), посетивший фон Фриша вскоре после войны, писал в научном журнале Nature, что «зоологам и впрямь простительно изначально скептическое отношение – несмотря на исключительную подробность и тщательность этого исследования».

Он упомянул об одном коллеге, который почти «страстно не желал» согласиться с открытиями фон Фриша, следствия из которых, как он признавал, были «несомненно, революционными». Сам Торп был убежден в правоте фон Фриша и с энтузиазмом заключил, что поведение рабочей пчелы – это не что иное, как «…примитивная форма картографии и чтения карт, символическая деятельность, в которой направление и действие гравитации символизирует направление и угол падения солнечных лучей».

Хотя пересмотренная фон Фришем интерпретация виляющего танца постепенно обретала все бо́льшую поддержку и, более того, привлекала интерес специалистов, работающих далеко за пределами зоологии, его утверждения все же убедили не всех. Особенно тревожный случай возрождения скептицизма произошел ближе к концу его научной карьеры, в 1967 году, когда два молодых американских исследователя опубликовали результаты нового эксперимента с медоносными пчелами – с большим количеством подробных статистических данных, – которые прямо противоречили его основным открытиям. К счастью для стареющего ученого, в 1970-м появились новые исследования, воспроизводившие его результаты и подтверждавшие его выводы.

В среднем птицы провели вдали от своих гнездовий в Нидерландах по 273 дня и преодолели по 90 000 километров. Это считается (пока что) самым большим зарегистрированным расстоянием, которое пролетели птицы во время миграции, и значительно превосходит предыдущую оценку дальности перелетов этого же вида птиц – около 20 000 километров. По данным более раннего исследования, крачки с Гренландии в основном оставались в пределах северной и южной части Атлантического океана, следуя по маршруту, форма которого напоминала восьмерку, до Антарктиды и обратно. В отличие от них птицы из Нидерландов долетели до южной оконечности Африки, затем перелетели прямо через Южный океан почти до Австралии и только потом повернули на юг, к Антарктиде, из которой они вернулись домой через Атлантику, то есть совершили гораздо более длинное путешествие.