Беседы о бионике

Беседа седьмая. Искусные навигаторы

Это случилось весной 1961 г. Поздним вечером в одном из помещений Центра атомных исследований в Харуэлле (Англия) раздался телефонный звонок. Трубку взял дежурный отдела антирадиационной службы. Выслушав короткое сообщение, он немедленно связался с начальником аварийной команды. Через несколько минут, развивая бешеную скорость, по шоссе уже мчалась машина специального назначения. Она остановилась, завизжав тормозами, возле небольшой уютной виллы, принадлежащей известному английскому энтомологу профессору Кеттлвеллу. Причиной поднятой в Харуэлле тревоги оказалась... бабочка, по-латыни называемая номофилла ноктуэлла, принесшая во владения ученого источник интенсивного бета- и гамма-излучения.

Такой случай, несмотря на всю свою беспрецедентность, мог остаться и незамеченным, если бы не одна весьма интересная гипотеза, относящаяся к "биографии" номофиллы ноктуэллы. Дело в том, что эта бабочка встречается в двух разновидностях — темной и светлой. Поймать ее можно только в Англии и в Северной Африке. По мнению некоторых энтомологов, родиной светлой разновидности номофиллы ноктуэллы является Северная Африка. Здесь она появляется на свет и уже через несколько дней отправляется в грандиозное по дальности путешествие — к Британским островам. Тут она откладывает яички, из которых к концу лета появляется поколение, на сей раз с крылышками темного цвета. Осенью эти уроженцы Англии пускаются в дальний вояж — возвращаются на родину своих родителей, в Северную Африку.

Так ли все на самом деле? Ответить на этот вопрос еще совсем недавно, когда охотники за бабочками были вооружены только сачками да лупой, было очень трудно. Ведь номофилла ноктуэлла — бабочка довольно редкая; к тому же она ведет исключительно ночной образ жизни, а это затрудняет наблюдение за нею. Но сегодня энтомологи располагают многими весьма совершенными средствами для постановки своих экспериментов, в частности, например, такими, как радиоактивные изотопы и счетчики Гейгера. Ими-то и решил воспользоваться профессор Кеттлвелл для проверки правильности гипотезы о происхождении обеих разновидностей номофиллы ноктуэллы. Летом он опрыскивал раствором, содержащим радиоактивный изотоп серы, листья растений, которыми питались гусеницы этой бабочки, а следующей весной проверял на радиоактивность бабочек, прилетавших из Африки. Для поимки бабочек энтомолог изготовил и установил на террасе в своем саду хитроумную ловушку. Это была ртутная лампа с фильтром, пропускавшим только ультрафиолетовые лучи. Ночные бабочки одна за другой летели на невидимый свет, а ученый, притаившись поблизости, ловил их сачками и к каждой пойманной номофилле ноктуэлле подносил прибор для измерения радиоактивности.

Но в весенний вечер, о котором идет речь, счетчик Гейгера долгое время упорно молчал. Ученому явно не везло, он даже начал терять надежду на удачу поставленного эксперимента. И вдруг в наушниках послышались резкие щелчки. Обрадовавшийся Кеттлвелл бросил беглый взгляд на шкалу дозиметра и оцепенел: стрелка прибора переползла предупредительную красную черту и указывала на величину радиоактивности, намного превышавшую дозу, опасную для человека! Опомнившись, ученый бросился к телефону и связался с дежурным в Харуэлле...

Ознакомившись с сложившейся обстановкой на месте происшествия, служащие аварийной команды с соблюдением соответствующих мер предосторожности (при помощи дистанционных манипуляторов) поместили радиоактивную бабочку в массивный свинцовый контейнер и перевезли ее в одну из лабораторий атомного центра. Там ее подвергли тщательному исследованию и вот что обнаружили: в голове номофиллы ноктуэллы застрял крохотный кусочек радиоактивного кварца. Он-то и являлся таинственным источником интенсивного бета- и гамма-излучения.

Где же бабочка приобрела это страшное "украшение"? Оказывается, как установили в Харуэлле, это была "память" о песчаной буре, в которую номофилла попала, пролетая над Сахарой, память о буре, вызванной взрывом французской атомной бомбы.

Рис. 1. Маршруты полетов бабочки монарх

Так чистая случайность позволила профессору Кеттлвеллу, посвятившему всю свою жизнь изучению бабочек, проверить правильность гипотезы относительно маршрута дальних перелетов номофиллы ноктуэллы.

Но номофилла не единственная бабочка, которую привлекают дальние дороги. Оранжево-коричневая бабочка монарх, обитатель Северной Америки, ежегодно совершает перелеты из холодных краев в более теплые. Из Канады, например, монархи направляются в Южную Калифорнию, Флориду и даже в Новую Зеландию, покрывая расстояния, превышающие 3600 км (рис. 1). При этом бабочки поднимаются высоко в воздух (до 120 м) и летят днем и ночью со скоростью 12 км/час. Иногда они отдыхают, опускаясь, распластав крылья, прямо на воду, а затем снова продолжают свой дальний и нелегкий путь.

Однако примеры с бабочками далеко не исчерпывают всех удивительных случаев искусной навигации, наблюдаемых в живой природе. Например, олени кари-бо все лето пасутся под неярким солнцем Северной Канады, но, когда в тундре наступает суровая зима, они уходят за тысячи километров на чужбину — к югу, в приполярную тайгу, чтобы с первыми лучами весеннего солнца снова вернуться на родину — на милый север. Сложные и длительные путешествия по безбрежным просторам Тихого и Атлантического океанов совершают гигантские морские черепахи: они проплывают для кладки яиц более 5500 га и с завидной для самого заправского штурмана точностью находят обратную дорогу домой. В науке известны факты кругосветных плаваний китообразных, когда они уверенно бороздят волны Мирового океана, путешествуя по земному шару из одного моря в другое.

Оказалось, что неплохими навигаторами являются и пингвины, те самые смешные и добродушные, на первый взгляд неловкие и малоподвижные птицы, предмет наших беззлобных подтруниваний. В конце 1964 г. сотрудники советской южнополярной обсерватории Мирный перевезли самолетом на противоположный берег Антарктического материка сорок пингвинов. Ученые решили проверить способность этих удивительных животных ориентироваться на местности. И что же оказалось? Спустя год один из "переселенцев" вернулся "домой", в Мирный. Сквозь пургу и заносы, ледяные поля и моря снега, в полярную ночь и семидесятиградусный мороз, потеряв по дороге всех своих товарищей, прошагал он вдоль восточного побережья Антарктиды более 4500 км!

Даже такие крохотные существа, как муравьи, и те отлично ориентируются в пространстве. Так, они безошибочно находят среди густой травы на расстоянии сотни-другой метров свой муравейник, а ведь задача эта для них не менее сложна, чем, например, для карибо пробираться по пути к дому сквозь дремучий лес.

Поразительными штурманскими способностями обладают и многие домашние животные. Известен, например, такой случай. На окраине Тбилиси жила кавказская овчарка по кличке Цабла. Ее воспитателем и самым большим другом был ученик 2-го класса Сандро. Однажды отца Сандро, уполномоченного колхоза, попросили отдать Цаблу в хозяйство, расположенное далеко в горах: ведь кавказские овчарки умеют почти самостоятельно пасти овец. За собакой приехал чабан. С большим трудом оторвали Цаблу от Сандро, погрузили в автомашину и увезли в горы. Однако в самом конце пути Цабла вырвала веревку из рук замешкавшегося чабана и бросилась бежать. Между ней и Сандро лежали горы и долины, реки, особенно бурные в ту весну, селенья с чужими людьми и собаками, неприязненно встречавшими чужаков. Тысячи направлений открывались перед нею. Дороги Цабла, сидевшая в закрытой машине, разумеется, не видела. Ни слух, ни обоняние, ни тем более вкус подсказать ей ничего не могли. Осязание и мышечно-двигательное чувство — тоже: ведь собака не проходила этим путем, ее везли! И тем не менее через два дня ободранная и вконец отощавшая Цабла из последних сил перепрыгнула знакомую ограду. Как свидетельствует затраченное время, направление было выбрано ею безошибочно и пройдено почти по прямой — кратчайшим путем!

А птицы? В мире животных, пожалуй, нет более искусных навигаторов, чем пернатые. Есть у орнитологов такой специальный термин — "хоминг" (он происходит от слова "home" — дом). Означает он чувство дома, которое поразительно развито у птиц и теснейшим образом связано с их чудесными навигационными способностями. Известны, например, факты, когда морских птиц увозили в открытое море за несколько сот километров и они возвращались к своим гнездам. Американских крачек снимали с гнезд, расположенных в районе Мексиканского залива, и выпускали на волю на расстоянии более тысячи километров. Через несколько дней их снова находили у своих гнезд. Возвращались к гнездам горихвостки и ласточки. Во время второй мировой войны стрижи, перевезенные из Швейцарии в Португалию, вернулись через три дня, покрыв расстояние в 1620 км. Скворцы, взятые из своих гнезд под Берлином и увезенные в самых различных направлениях, находили обратную дорогу домой с расстояния более 2300 км. Буревестник, пойманный в Англии и выпущенный в США, вернулся в свое гнездо через 12 дней, пролетев над неизвестным ему Атлантическим океаном более 5600 км! На самолете увозили аистов из Львова. Их выпускали в Палестине, куда они вскоре должны были лететь по своей воле. Но и они меньше чем за две недели возвращались домой. Проведенные не так давно опыты с альбатросами показали, что эти птицы, пойманные на атолле Мэдуэй и отвезенные затем в разные страны мира на расстояние 5000 — 6000 км, все-таки возвращались домой. Скорость их полета при этом составляла в среднем около 500 км в сутки. В приведенных примерах хоминга заслуживает внимания следующая любопытная деталь. Чтобы полностью исключить возможность "запоминания" птицами дороги в описанных опытах, их транспортировали в закрытых клетках, подвергали продолжительному вращению, даже наркотизировали, но, несмотря на это, "навигационный механизм" у подопытных птиц все же действовал с такой же точностью, как и у контрольных.

И, наконец, вершина навигационных способностей птиц, вечная загадка природы — сезонные перелеты (миграция) пернатых. Сотни деревенских ласточек, рядами сидящих на электрических и телеграфных проводах, — обычное явление для позднего лета. Птицам совершенно безразлично, что "бежит" под их лапками: электроэнергия или всевозможная информация. Но вот ласточки с громким щебетанием срываются с места, некоторое время кружат плотной стаей над соседними полями, а потом снова опускаются на провода, только несколько дальше. Отчего ласточки всей стаей так возбужденно перелетают с места на место? И почему они не собирались на проводах такими большими группами в начале лета? Если, не успев как-нибудь осмыслить эти факты, вечером наблюдатель вновь придет в эти места, то на проводах уже никого не будет. И можно проехать многие километры по сельским дорогам, внимательно осматривая такие же провода, чтобы убедиться — ласточки исчезли. Они улетели, улетели за тысячи километров, к югу, в тропики, чтобы, пережив суровую зиму на чужбине, в конце апреля все-таки вернуться домой.

Можно привести много примеров сезонных перелетов птиц и замечательного навигационного искусства, проявляемого ими при этом. Птицы летят над океанами и пустынями. И даже горы не могут заставить пернатых свернуть с выбранного ими пути. Однажды перелетную стаю гусей случайно удалось сфотографировать над высочайшей вершиной мира — Эверестом, или Джомолунгмой, как ее теперь чаще называют. Вот куда забрались птицы — на высоту почти 9 км. Забрались, но не свернули с пути. Тысячи опасностей встречаются им в дороге. Сверху набрасываются ястребы и орлы. Снизу гремят выстрелы охотников. Даже в минуты короткого отдыха нет покоя: может подкрасться какой-нибудь зверь. Горизонт затягивает туман. Крылья тяжелеют под дождем. Налетают бури и уносят птиц далеко в сторону. Но они упорно прокладывают путь по своему курсу. Бекасы, гнездящиеся в Японии и зимующие в Восточной Австралии, пролетают над океаном 5000 км. При этом значительную часть пути они преодолевают ночью, почти в полной темноте, и тем не менее не сбиваются со взятого направления. Североамериканская золотистая ржанка каждую осень совершает перелет из места гнездования в Северной Канаде на зимовку к Гавайским островам. Эта птица не имеет перепонок на лапах, поэтому она даже не может отдыхать на воде, как водяные птицы. Чтобы достичь своей цели, она вынуждена лететь непрерывно в течение нескольких недель над океаном. Малейшее отклонение от курса грозит ей тем, что она "проскочит" мимо цели, затеряется в океанских просторах и погибнет от истощения. Но этого не происходит. Меняется ветер, сбивая ржанку с пути, ночь опускается над морем, утром встает над водой туман. Но крошечная птичка уверенно выходит к цели, словно ее привел самый точный и верный компас, о котором мы, люди, можем только мечтать. Но, пожалуй, самой удивительной и дальней является дорога полярной крачки, небольшой птички с длиной тела всего около 35 см (рис. 2). Когда в Арктике наступает зима, крачки отправляются на юг. Они летят вдоль берегов Европы, потом вдоль берегов Африки. Тут раздолье для птиц. Но крачки летят все дальше и дальше. Они не успокаиваются, пока не забелеют впереди вечные снега Антарктиды. Тут как раз к этому времени наступает лето, конечно, весьма относительное. Но крачкам это и надо. Они зимуют у подножья ледников. Каждый год им приходится пролетать до 60 000 км. Дорога от арктических островов до скал Антарктиды только в один конец занимает около трех месяцев. Половину жизни крачки проводят в пути, половину — среди снегов: то в Арктике, то на другом конце Земли, в Антарктике.

Рис. 2. Перелеты окольцованных полярных крачек (по Д. Гриффину). Пункты кольцевания молодых крачек на побережье Северной Америки отмечены булавками с белыми головками, а места, где они были обнаружены через несколько месяцев, — булавками с черными головками

Таковы факты, свидетельствующие об ориентации различных животных. Эти факты подчас весьма любопытны, иногда неожиданны, но они вроде бы и не содержат ничего необычного: ориентируется в пространстве человек, ориентируются и животные — что же здесь особенного? А если вдуматься? Человек — с его разумом, волей, талантом, человек — создатель Сикстинской мадонны и космического корабля и... маленькая пичужка или крошка муравей. Ну что же тут общего? И тем не менее человек — это, как мы привыкли считать, чудо природы — может ориентироваться в пространстве только с помощью секстанта, хронометра, навигационных таблиц и, конечно, знаний, которые приобретаются в течение многих месяцев упорного труда. И при этом он часто путается и ошибается. Не так давно, в конце XIX века, ошибки людей при ориентации достигали нескольких десятков километров. Да и сейчас, после усовершенствования секстанта и хронометра и появления средств радионавигации, когда точность ориентации возросла до 100 — 400 м, корабли и самолеты нет-нет, да и сбиваются с намеченных курсов (особенно во время магнитных бурь). А если лишить современного человека привычных ему приборов? Ведь он тогда может заблудиться, как говорится, и в трех соснах.

Другое дело — животные. И поэтому их навигационные способности не просто любопытны и неожиданны, но и, скажем прямо, феноменальны, а следовательно, достойны самого пристального внимания, изучения и, может быть, подражания. Да, да, именно подражания. И не случайно об устройстве "механизмов навигации" животных ныне спорят сотни крупнейших ученых мира, их изучением занимаются многие кафедры учебных институтов и университетов, десятки широко известных научно-исследовательских организаций, вплоть до Морского и Авиационного ведомств США и даже Национального управления США по аэронавтике и исследованиям космического пространства.

Так как же работает "система" ориентации у животных, когда не видна ни сама цель, ни прилежащие к ней ориентиры? Где они прячут свой загадочный "компас"? И в чем все же секрет идеальной точности действия "механизма навигации" животных?

Однако ответить на все эти вопросы оказывается не так-то просто. Начнем с того, что систематические наблюдения за ориентацией морских животных, рыб и членистоногих (муравьев, пчел, паукообразных) сопряжены со значительными трудностями. Попробуйте, скажем, проследить за путешествиями, совершаемыми осетровыми от американских рек до берегов Гренландии. Еще сложнее изучить подводные "одиссеи" европейских угрей: они выходят из рек в Балтийское море, пересекают Северное море и Атлантический океан и нерестятся у Бермудских островов. Не менее трудно проследить и "марафонские" заплывы морских черепах. Они "стартуют", например, в Китайском море, а "финишируют" у берегов Малайи, откладывая там яйца. Вообще говоря, для систематических наблюдений птицы представляют собой более, благодарные объекты, хотя и здесь не все обстоит так уж благополучно, как хотелось бы, ведь не случайно же миграция и хоминг птиц считаются одними из сложнейших проблем биофизики. Дело в том, что изучать привычки птиц тоже нелегко. Ясно, что для этой цели птиц надо наблюдать в основном в природе. А как это сделать, если они порхают с места на место? Одни осенью далеко улетают, другие, наоборот, прилетают к нам зимовать. Одни летают днем, другие — только по ночам. Есть птицы кочующие, например серые куропатки. Они перебираются на зимовку неподалеку, в соседние районы. Но в других местах те же куропатки никуда не улетают, ведут "оседлый" образ жизни. А в Юго-Западной Сибири это перелетные птицы. Попробуй тут разберись. Но ученые понемногу разбираются в этом хитросплетении птичьих загадок. "Господь бог хитер, но не злонамерен!" — пошутил как-то А. Эйнштейн. Природа хотя и неохотно, но все же расстается со своими тайнами, в том числе и с тайнами "птичьей навигации". Как же исследуют ученые маршруты пернатых, скорость, дальность и продолжительность их перелетов? Прежде всего, конечно, методом кольцевания — самым старым методом, известным орнитологам еще в древности и тем не менее широко применяемым и в наши дни. Пойманной птице надевают на лапку кольцо, обычно алюминиевое, легкое и нержавеющее. На нем есть номер и условный краткий адрес научной организации, занимающейся кольцеванием. Потом, сделав отметку в журнале наблюдений, птицу выпускают. Когда ее снова поймают, быть может, через несколько лет и где-нибудь в далеких краях, кольцо вернут по указанному на нем адресу. Оно о многом может рассказать ученым.

Значительно позже кольцевания, в начале XX века, австрийский ученый Экснер ввел в практику метод измерения времени нахождения птицы в полете, основанный на испарении камфоры из трубки, прикрепленной к птице. В 1950 г. англичанин Уилкинсон для той же цели использовал закрытый цилиндр, на одном конце которого был расположен источник радиоактивных частиц, а на другом — фотоэмульсия. Между ними размещался шарик, закрывающий поток излучения, когда трубка находилась в вертикальном положении. Эта трубка привязывалась к крылу, и все взмахи крыла, а следовательно, и время полета отмечались на фотоэмульсии.

Начиная с 1943 г. по инициативе известного американского биофизика Дональда Р. Гриффина для наблюдения за летящими птицами с воздуха стали систематически использоваться легкие самолеты, следующие за стаями на достаточно большом расстоянии. Наконец, примерно в то же время — в конце второй мировой войны — повышение мощности и разрешающей способности радаров позволило использовать их для наблюдения за птицами. Следует еще заметить, что, наряду с наблюдениями птиц на воле, для выяснения механизма их ориентации огромное значение имеют еще и специальные лабораторные эксперименты, подчас весьма сложные и тонкие. А все эти исследования, вместе взятые, помогают ученым установить множество интересных и важных фактов, так или иначе связанных с природой навигации у птиц и в конечном итоге высказать ряд научных гипотез и даже разработать теории, объясняющие физиологические механизмы навигации. Но лучше все-таки по порядку. И сначала, пожалуй, о гипотезах. Потому что нередко для решения какой-нибудь научной проблемы, и особенно такой сложной, как навигация птиц, полезно немного отвлечься и посмотреть на проблему несколько шире, начиная с самых азов, а быть может, даже с повторения первоначального пути проб и ошибок. Ведь бывает же и так: некоторые, вроде бы явные на ранних стадиях исследования нелепости впоследствии звучат чуть ли не как гениальные пророчества. Пожалуй, здесь будет уместно вспомнить, что писал Даниил Гранин об эволюции открытия: на первой стадии "Это невероятно!", на второй "В этом что-то есть...", и в конце "А кто в этом сомневался?!" И в шутке этой, безусловно, заложен здравый смысл. Итак, о различных гипотезах ориентации птиц при миграции и хоминге, в том числе и о самых древних из них.

В середине прошлого века известный русский ученый, академик А. Ф. Миддендорф выдвинул так называемою магнитную гипотезу ориентации птиц. Птицы чувствуют, в каком направлении находится магнитный полюс, считал он. Это помогает им найти Путь осенью на юг, весной — на север. И эта гипотеза нашла своих приверженцев даже в паши дни. Французский физик Вигье высказал предположение, будто бы "магнитное чувство" у перелетных птиц развито так сильно, что они могут ощущать не только общее направление на полюс, но даже учитывать магнитное склонение. Поэтому они способны прямым путем вернуться к цели из любого места. Однако все это надо было еще доказать. Начались хитроумные опыты. Птиц помещали в особые камеры и создавали вокруг них сильные магнитные поля. Пернатые пленники чирикали, клевали зерно, но никакого особенного беспокойства не проявляли. Чувствуют ли они магнитные поля, понять было трудно. Польский орнитолог Водзицкий прикреплял к головам аистов, улетавших на зимовку, небольшие намагниченные железные палочки. По мысли ученого, они должны были нейтрализовать влияние магнитного поля Земли. Аисты относились к этому весьма неодобрительно и всеми силами старались поскорее избавиться от "нагрузки". Но почему они это делали, так и осталось неясным: то ли действительно привязанные магнитики не давали им ориентироваться, то ли просто мешали.

В 1947 — 1951 гг. сходные эксперименты были поставлены американским физиком Егли. Наблюдения за почтовыми голубями с магнитными и немагнитными (медными) пластинками на крыльях производились с самолета. В результате проведенных опытов Егли установил: птицы с магнитными пластинками на крыльях отклонялись от правильного пути в среднем на 103°, с медными — всего на 84°. Разница, как мы видим, не столь значительна, чтобы делать заключение в пользу магнитной ориентации голубей, хотя Егли и держался противоположного мнения. Большинство же ученых отнеслось ко всем этим опытам явно скептически. — Магниты на крыльях еще ничего не доказывают, — говорили они. — Водзицкий привязывал железные палочки к головам аистов, и то птицам было неудобно летать. А тут маленький голубь... Ведь известно, что перед соревнованиями на дальние дистанции голубям не следует давать больше чем 20 — 25 г зерна во избежание сильного снижения их скорости. Так что какая уж тут ориентация с пластинками на крыльях! Что же касается прямых доказательств магнитной и электромагнитной чувствительности пернатых, то мнения об этом еще более противоречивы. По сведениям, исходящим в основном от голубеводов-любителей, считалось, что голуби теряют способность ориентироваться в зоне действия мощных электро- и радиостанций. Подобные сообщения особенно участились после появления мощных радиолокационных установок. Было представлено много на первый взгляд вполне убедительных доказательств того, что радиолокационные станции нарушают работу неизвестного нам "компаса", управляющего перелетами птиц.

Но есть и другое, скажем прямо, противоположное, мнение. Так, советский ученый, кандидат биологических наук В. Э. Якоби утверждает, что сообщения об "электромагнитной чувствительности" пернатых все-таки практикой не подтверждаются. При этом он ссылается на наблюдения, проводившиеся над птицами в Туркмении, Прибалтике и на юге Украины. В Туркмении неподалеку от работавшей радиолокационной установки стоял домик, на чердаке которого жили домашние голуби. Они часто летали мимо радара в непосредственной близости от него, но строй стаи при этом не нарушался. Есть факты, свидетельствующие о полном пренебрежении излучением радара мелкими птицами. Воробьи и скворцы, например, садились на вращающуюся антенну и совершали на ней 8-10 оборотов, а ведь они находились при этом в опасной даже для человека близости к излучателю! Более того, известно, что скворцы даже устраивают гнезда в пустотелой металлической балке антенны локатора. К сказанному можно еще добавить, что в опытах по использованию радарного излучения для отпугивания птиц от аэродромов, проводившихся за рубежом, эффекта рассеивания птиц не отмечалось.

Отрицают "электромагнитную чувствительность" пернатых и многие зарубежные ученые: выдающийся немецкий орнитолог Крамер, американский исследователь Друри, англичане Иствуд и Райдер и итальянец Маргариа... Казалось бы, все ясно: гипотеза магнитной ориентации птиц Миддендорфа полностью несостоятельна, поскольку не удалось убедительно обосновать даже примеры предполагаемой магнитной чувствительности пернатых. Но... Ах, уж это "но"!

Интересные данные были получены в последние годы отдельными учеными при экспериментальной проверке "магнитного чувства" у ряда насекомых. Так, западногерманский ученый д-р Гюнтер установил, что мухи ориентируются в магнитном поле Земли: в 90 случаях из 100 они садятся на горизонтальную поверхность либо в направлении восток — запад, либо в направлении север — юг. То же наблюдается и у майских жуков. В научной литературе неоднократно упоминалось, что во время "отдыха" в гнезде термиты всегда располагаются головами в одном и том же направлении. Достоверность этих данных недавно решил проверить немецкий ученый Г. Беккер. Он начал наблюдать за поведением термитов в темноте и обнаружил, что некоторые их разновидности действительно занимают в гнезде совершенно определенное положение. Одни виды термитов располагаются параллельно силовым линиям магнитного поля Земли, другие — перпендикулярно. Когда же термитов поселили в металлический ящик, чтобы устранить влияние магнитного поля, термиты стали располагаться как попало, определенность ориентации исчезла. Но когда термитов поместили в поле мощного магнита, они изменили ориентацию в соответствии с направлением силовых линий нового магнитного поля. Аналогичные опыты по исследованию магнитной чувствительности проводились с улитками (американский ученый Ф. Браун) и червями. Все эти опыты оказывались неизменно удачными. И то, что экспериментами и наблюдениями удалось установить способность мух, термитов, улиток, червей и других организмов воспринимать незначительные изменения в направлении и силе магнитного поля, безусловно является знаменательным. С одной стороны, это показывает (в который раз!) изумительное мастерство природы, сумевшей наделить насекомых сверхминиатюрными, надежными и удивительно тонко действующими "механизмами" ориентации; с другой стороны, говорит о том. что сегодня все-таки нельзя начисто, со всей категоричностью, как это делают некоторые исследователи, отвергать гипотезу о способности ряда организмов ориентироваться по силовым линиям магнитного поля Земли.

Ну, а как же быть с гипотезой магнитной ориентации птиц? Может быть, в ней все-таки содержится что-то позитивное? Но что? К сожалению, современная наука пока не может дать убедительного ответа на этот вопрос. Но гипотеза Миддендорфа в настоящее время существует, существует и даже имеет своих убежденных сторонников. Но наряду с ней есть еще и ряд других гипотез, тоже пытающихся объяснить природу ориентации птиц уже с иных, порой довольно неожиданных, но неизменно любопытных позиций. И от каждой из этих гипотез, как и от магнитной, нельзя вот так, запросто, отмахиваться, если какие-то данные в чем-то и не подтверждают ее. Как правило, все они, эти гипотезы, одни в большей степени, другие в меньшей, все же несут те крупицы истины, которые когда-нибудь, сложившись, расскажут нам о сокровенных тайнах навигации птиц, а может быть, и не только птиц...

Вот, к примеру, так называемая "тепловая" гипотеза миграции пернатых. Как известно, места летнего пребывания птиц находятся, как правило, в районах, более прохладных, чем места зимовок. Теперь физики хорошо знают, что любой предмет испускает электромагнитные волны, интенсивность и длина которых зависят от температуры источника. При этом холодные объекты испускают более длинные волны меньшей интенсивности. Таким образом, арктические области, куда птицы летят весной, излучают меньше энергии, чем тропики. Допустим, что у птиц есть рецептор, позволяющий им воспринимать более "теплые" лучи с юга. До чего же просто было бы объяснить в этом случае миграцию птиц! Но если попробовать детальнее разобраться в этом вопросе, то обнаружатся серьезные трудности. Прежде всего, Земля имеет почти круглую форму, а всякое излучение распространяется прямолинейно. Поэтому трудно предположить, чтобы птицы могли улавливать излучение на расстояниях от его источника, больших нескольких десятков километров. Кроме того, температура воздуха, суши и моря достаточно низка и их инфракрасное, или тепловое, излучение имеет длину волны порядка 10 мк, тогда как длины волн видимого света лежат в области от 0,4 до 0,75 мк. Как показало изучение зрительного анализатора птиц, граница его спектральной чувствительности очень близка к нашей собственной. Отсюда следует, что, вероятней всего, птицы не могут чувствовать излучение, на восприятии которого основана данная гипотеза. Ну и что же? По-видимому, "тепловая" гипотеза просто не может объяснить основной механизм ориентации пернатых. Но выявление побочных факторов ориентации — ведь это тоже так важно и интересно!

Другая очень остроумная гипотеза так называемой инерциальной навигации птиц была выдвинута после второй мировой войны шведским физиком Густавом Изингом. Он предположил, что птицы могут обладать чувствительностью к чисто механическим (инерциальным) эффектам вращения Земли, причем не просто реагировать на них, но и улавливать их разницу в самых разных точках земного шара. Эта теория приняла внешне несколько различных форм, но при их сравнении оказывается, что все они сводятся, по сути дела, к одной. При движении птицы по тому или иному курсу на нее обязательно должны действовать две силы, обусловленные вращением земного шара: сила центробежная, уменьшающая собственный вес птицы, и так называемая кориолисова сила, направленная перпендикулярно движению птицы вдоль земной поверхности. Интересно, что в разных точках земного шара величина центробежной и кориолисовои сил, а также их соотношения различны, что и может быть использовано птицами для ориентировки. При этом предполагается, что центробежную силу птица может почувствовать по изменению собственного веса. Датчиком же изменения кориолисовои силы у птиц, по мнению американского исследователя Егли (сторонника магнитной гипотезы), может служить лабиринт вестибулярного аппарата. К сожалению, инерциальную гипотезу навигации птиц очень трудно проверить на опыте. Поэтому единственное возражение противников этой гипотезы (а они, конечно, есть!) сводится к тому, что центробежная и кориолисова силы, возникающие при движении птицы, настолько малы, что последнюю силу трудно отличить даже от воздействия броуновского движения молекул в ее вестибулярном аппарате. Но скептикам при желании можно и возразить. Как говорится, ни одна музыкальная нота не исключает другую — слышны обе. В отличие от броуновского движения, центробежная сила и сила Кориолиса постоянно и определенным образом направлены. Может быть, именно это и помогает птице при ее направленных полетах? Но кто может однозначно ответить на этот вопрос!

А вот еще одна гипотеза, пожалуй, самая простая из приведенных, но тем не менее ни в коей мере не лишенная смысла, — гипотеза наследуемости навигационных способностей. И подтверждается она в какой-то мере некоторыми парадоксальными направлениями, которые избирают птицы при перелетах. Почему, например, водоплавающие птицы летят через безводные пески Сахары? Вероятно, когда-то, может быть, в четвертичный период, проходила через эти места цепь водоемов, которые постепенно высыхали. И когда водоемы исчезли совсем, птицы по традиции продолжали — и по сей день продолжают — летать в том же направлении. Может быть, это инстинкт заставляет их летать "неудобными" безводными путями? Но, как установили ученые, надеяться на постоянство птичьих привычек особенно не приходится. Был проведен такой оригинальный опыт. Дикие утки, обитающие в Англии, ведут оседлый образ жизни. Утки же, обитающие в Финляндии, перелетают зимой на запад Средиземного моря. Орнитолог взял яйца английских оседлых птиц и подложил их к сестрам на Карельском перешейке, в Финляндии. Там из них вылупились утята, ставшие почти домашними. Однажды, спустя месяц после отлета "финских" уток на юг, в небо поднялись утки, вылупившиеся из "английских" яиц. Эти окольцованные птицы летели над теми же краями, которые обычно пересекают утки из Финляндии, и добрались до места зимовки своих приемных родителей. Весной следующего года большинство "англичан" вернулось в Финляндию, где они родились, причем ни одна из 86 окольцованных уток в Англии не появилась. Так "инстинкт" оказался сломанным в течение одного поколения — птицы стали жить по законам новой для них родины. Но почему же все-таки птицы летят именно над Сахарой? Может быть, в природе и не существует других путей для миграции? Или по советам дедушек или бабушек? Или потому, что нет вблизи водоемов, которые заставляли бы птиц изменить свой путь? Подлинная головоломка! Играет ли все же свою роль наследственность в механизме биологической навигации? "И да, и нет!" — отвечает, например, на это известный немецкий исследователь пчел профессор Карл фон Фриш. "Нет" — это, по всей вероятности, относится к выбору конкретного маршрута перелета. Но сама способность выбирать... Выбирать тот или иной маршрут, а затем неуклонно его придерживаться... Безусловно, к этому пернатые предрасположены. Иначе и не может быть. Это дается им от рождения, заложено самой природой... Но что же все-таки "это" и где оно скрыто? Как много различных гипотез относительно навигационного механизма у птиц: "магнитная" "тепловая", "инерциальная", "наследственная"... И ни одна из них еще не опровергнута, да, пожалуй, и не может быть полностью опровергнута: ведь все они, хотя бы в чем-нибудь, да верны. Но беда всех гипотез в том, что они объясняют или могут объяснить некоторые второстепенные факторы механизма ориентации. А где же главные пружины этого таинственного механизма? Пока они скрыты от нас, хотя и чувствуется, что разгадка великой тайны ориентации где-то совсем рядом... Ведь, безусловно, какие-то элементы внешней среды должны помогать птицам при выборе определенного направления во время перелетов. Что-то во внешнем мире обязательно должно быть связано с этим направлением, как правило, северным — весной и южным — осенью. И если поставить себя на место птицы, то трудно представить, как можно найти дорогу без специальных приборов. И, пожалуй, мало при этом иметь какой-нибудь внешний ориентир. Он был бы бесполезен, если бы у птиц не было соответствующих рецепторов.

Рис. 3. Голова птицы с удаленными Оперением, кожей и частью глазного яблока (по Д. Гриффину). Обратить внимание на величину глаз у птицы

И вот здесь и возникает счастливая идея обратиться к изучению сенсорных аппаратов пернатых — их органов чувств, о которых мы пока знаем, оказывается, слишком мало, чтобы делать какие-либо категорические выводы. Начинается тщательное изучение органов чувств и нервной системы птиц в поисках той специализации, которая могла бы быть связана со способностью птиц совершать дальние перелеты. Осязание было исключено из рассмотрения сразу же. Затем было показано, что обоняние у птиц развито чрезвычайно слабо, примером чему может служить, например, виргинский филин, который охотно поедает скунсов, несмотря на отвратительный запах, издаваемый ими. Многие птицы превосходно слышат, а также способны воспринимать даже очень слабые колебания почвы или предмета, на котором они сидят. Ну и, наконец, зрение птиц. Сразу же привлекает внимание то, что глаза у птиц очень велики относительно общих размеров головы (рис. 3). Поле зрения глаза у птиц втрое больше, чем у человека. К тому же, в отличие от человека, оба зрительных анализатора действуют у птиц независимо. Благодаря боковому расположению глаз общее поле зрения у них достигает 300°! Это уже в шесть раз больше, чем у человека, неспособного независимо воспринимать объекты каждым глазом в отдельности; напомним, что участком наиболее острого зрения является так называемое желтое пятно. В глазу человека имеется только одно такое пятно, в глазу птиц их по два, а у некоторых видов, даже по три. Напомним еще, что длинноволновые желтые и красные лучи дальше проникают сквозь туманную дымку, чем более коротковолновые зеленые и синие. Как известно, в инфракрасных лучах можно делать фотографические снимки и в темноте с расстояния в несколько километров. Возможно, что, обладая особой чувствительностью к такому излучению, птицы, летя над Средиземным морем, даже в туман или ночью могут с большой высоты видеть берег Африки. Один из исследователей попытался вычислить, как далеко способны видеть птицы в хорошую погоду при разной высоте полета. Оказалось, что уже с 200 м видимость превышает 50 км. А поднявшись под облака на 2000 м, птицы смогут увидеть все вокруг в радиусе 160 км. С такой высоты перепела, летящие из наших степей на зимовку, миновав Крым, уже вскоре могли бы разглядеть берега Турции.

Исходя из сказанного выше, можно предположить, как это сделал Гриффин в 1944 г., что ориентация птиц (а может быть, и не только птиц!) — процесс комплексный, в котором участвуют почти все органы чувств, а также какие-то другие, пока не до конца ясные нам механизмы (пожалуй, здесь будет уместно вспомнить и о гипотезах, изложенных выше). Владея таким совершенным способом передвижения, как полет, птицы, несомненно, "знают" гораздо больше нашего о свойствах воздушного океана и поверхности нашей планеты. Воздушные течения, изменения температуры и влажности, конфигурация материковых масс воды, различный характер облаков над различными поверхностями — все это, несомненно, снабжает летящую птицу многочисленными "ключами", помогающими ей ориентироваться. Например, одним из косвенных доказательств ориентации голубей по топографическим признакам может служить опыт Гриффина, который предсказал направление отлета голубей вдоль берега озера, похожего на озеро около их голубятни, хотя такой полет вел их в сторону, противоположную от дома. Интересно еще в том же плане отметить, что голуби из голубятен, расположенных в небольших населенных пунктах, при выпуске в незнакомом месте устремлялись вскоре после выпуска к окраине другого города, сходной с их родным домом.

Но достаточно ли всего этого для полного понимания природы навигационного механизма у птиц? А как же тогда можно объяснить ряд приведенных выше примеров замечательных перелетов, совершаемых крачками и аистами, ржанками и альбатросами?

Вот тут-то и вспомнили ученые об особенностях зрения птиц, дающих им вполне реальную возможность определять направление в полете не только по наземным ориентирам, но и по небесным светилам.

Самые первые упоминания о возможном использовании Солнца для навигации птиц относятся к 1906 г. (Шнайдер) и 1926 г. (Вахс). Однако только в начале 50-х годов были разработаны две довольно убедительные теории солнечной навигации пернатых. Автором одной из них был Густав Крамер из Вильгельмсгафена в Германии, тот самый Крамер, который в свое время так скептически отнесся к выдвинутой некоторыми исследователями гипотезе "электромагнитной чувствительности" птиц; другая теория была предложена Джоффри Мэтьюзом из Кембриджского университета в Англии.

Как известно, суть любой ориентации по Солнцу заключается в определении необходимого направления по положению Солнца в любое время дня. Чтобы добиться этого, люди после долгих поисков изобрели секстант и хронометр. Потом, пользуясь результатами наблюдений Солнца, человек должен выполнять сложные вычисления с помощью специальных таблиц, где учтены поправки к видимому положению небесного светила, которое меняется в зависимости от времени суток и года. А птицы, оказывается, проделывают это моментально, не имея даже низшего образования и не располагая никакими инструментами! Как же это им удается? Оказывается, у птиц есть свой хронометр, удивительные "внутренние часы", как назвал их Крамер.

Чтобы ориентироваться по Солнцу, нужно точно знать время дня. Естественной мерой времени являются сутки. Мы умеем делить их и на более мелкие отрезки времени, применяя часы. И птицы, оказывается, тоже могут каким-то образом вести счет времени. Экспериментируя, Крамер создавал для голубей и скворцов искусственные сутки. Молодых, только что вылупившихся из яиц птенцов помещали в большую клетку, закрытую от солнечного света. Пленники росли под искусственным солнцем — сильной электрической лампой, которая перемещалась так же, как и настоящее светило. Пока искусственное солнце двигалось строго синхронно с подлинным, "внутренние часы" птиц работали нормально. Выпущенные на волю пленники, никогда не видевшие настоящего Солнца, легко ориентировались по его положению на небе и находили дорогу к родному гнезду. Но часть птиц исследователь "обманул". Слегка ускорив движение лампы, озарявшей клетку, ученый как бы "укоротил" сутки. За стенками клетки Солнце совершало свой полный круговой путь за 24 час. А искусственное солнце — за 22 час. И размеренный ход "внутренних часов" у птиц оказался нарушенным. Они привыкли к новому ритму времени и, когда их освободили, стали ошибаться в выборе направления. Спешащие "внутренние часы" не давали им правильно определять поправку на смещение солнечного азимута. Ученый повторял свои опыты снова и снова, видоизменяя и варьируя их в деталях. Выводы были такими: птицы действительно ориентировались по положению Солнца, внося необходимые поправки по своим "внутренним часам". Крамеру даже удавалось заранее предсказать, насколько отклонится от правильного курса птица, выросшая под таким искусственным солнцем. Это зависело от величины сдвига искусственного суточного цикла по сравнению с природным. Сдвиг времени на 6 час заставлял птиц отклоняться от правильного направления на целых 90°, т. е. точно на ¹/₄ окружности! Чтобы добиться такой сильной перестройки "внутренних часов", оказалось достаточным продержать птиц под искусственным солнцем от четырех до двенадцати дней.

Исследования последнего времени показали, что "внутренние биологические часы" есть, видимо, вообще у всех живых организмов. Они мерно "отсчитывают время" в растениях, подсказывают тропическим червям палоло, когда подниматься из вечной тьмы океанских глубин навстречу восходящей полной Луне, подают команду крабам бесчисленными полчищами выходить на берег...

В свете накопленных фактов становится, наконец, понятным, почему птицы часто сбиваются с пути, когда небо закрыто тучами. Хотя, спустившись ниже облаков, пернатые странники могут видеть Землю, по пользоваться солнечным компасом им становится уже трудно. Значит, определение направления по Солнцу важнее простой зрительной ориентации по знакомому ландшафту. Такова в основных чертах суть теории Крамера, который считал, что при ориентации птиц направление определяется ими по углу между проекцией на горизонтальную плоскость наблюдаемого положения Солнца и направлением полета.

Его теория удивительно смела, оригинальна и, главное, правдоподобна. Но чего-то в этой стройной и красивой теории все же не хватало... "Есть два типа ориентации птиц, — писал американский ученый Д. Гриффин, — направленная и целенаправленная". При направленной ориентации птица придерживается какого-то одного направления. Проявлялась эта ориентация в основном при перелетах и была так блестяще объяснена Крамером, Гофманом и другими исследователями. Целенаправленная же ориентация — это способность птиц не только придерживаться какого-то направления, но и чудесным образом выбирать его, как это бывает при хоминге... Целенаправленную ориентацию значительно труднее объяснить, чем направленную. И Крамер это отлично понимал. Он совершенно справедливо указывал, что птицы пользуются для ориентации Солнцем точно так же, как люди компасом. Но компас, как мы знаем, совершенно бесполезен, если неизвестно направление, в котором надо двигаться. И поэтому обычно мы пользуемся компасом вместе с картой или опираясь на наше знание местности, что, в сущности, одно и то же.

А птицы? До своей трагической гибели в горах Крамер неоднократно подчеркивал, что биологи могут объяснить, лишь каким компасом пользуются птицы, но не какой картой. Другими словами, он уже чувствовал ограниченность своей теории солнце-компасной ориентации и думал об ее усовершенствовании. Но об этом думал не он один. Столкнувшись с этими же фактами, Мэтьюз полагал, что Крамер был все-таки прав в основной части своей теории солнце-компасной ориентации. Вот только сам механизм использования птицами дневного светила у Крамера был, с точки зрения Мэтьюза, недостаточно совершенен. И Мэтьюз заключил, что птицы, по всей вероятности, могут не только находить угол между направлением полета и проекцией наблюдаемого положения Солнца, но и сравнивать высоту Солнца над горизонтом в данном месте с высотой, на которой оно должно находиться у них дома. Птица, ориентируясь, пожалуй, должна рассуждать примерно так: "Судя по моим биологическим часам, сейчас раннее утро, но Солнце стоит что-то слишком высоко — значит, я нахожусь либо на юге, где Солнце в это время стоит выше, либо на востоке, где оно раньше всходит". Вероятно, нет смысла дальше решать эту задачу по геометрии. Можно лишь допустить, что птица, догадавшись о столь многом, решила действовать наилучшим образом в ситуации, когда известно только то, что она находится где-то между востоком и югом. Это можно сделать, только определив отклонение в положении Солнца и направившись прямо на северо-запад.

Таким образом, благодаря работам Крамера, Мэтьюза и других исследователей появилась какая-то ясность в способе ориентации птиц в дневное время. Однако способность пернатых ориентироваться ночью после захода Солнца по-прежнему оставалась загадкой.

И вот тогда-то, по аналогии с солнце-компасной теорией, и возникло предположение о ночной ориентации птиц по звездам — так называемая звездно-компасная гипотеза. В самом деле, не указывают ли звезды пернатым правильный путь точно так же, как это делает Солнце днем? На этот сложный вопрос достаточно убедительно и просто ответили немецкие орнитологи супруги Зауэр, ответили своими выдающимися опытами с певчими птичками семейства славковых. Славки обитают в странах Северной Европы. Отсюда осенью они мигрируют в разные районы африканского континента. Весной птички возвращаются в те же места, которые они покинули осенью. Летят они обычно ночью и, как правило, в одиночку. При этом даже молодые птички, совершающие свое первое путешествие, достигают цели так же успешно, как и старые, опытные мигранты. Как же славкам удается держать правильный курс без стаи, без вожаков во время ночных перелетов вокруг почти половины земного шара? Изучением этой сложнейшей и интереснейшей загадки природы Зауэры начали заниматься еще в 1956 г. Для проведения опытов ученые вырастили славок в совершенно закрытом, звуконепроницаемом помещении, где они жили в иллюзии вечного лета. Однако, когда наступила осень, птички начали беспокойно порхать с ветки на ветку и беспрерывно прыгать по своим насестам. Так вели себя пернатые в течение нескольких недель, т. е. в течение того времени, которое требовалось им для перелета в Африку. Затем они снова начинали спать по ночам. А весной, когда приходила пора славкам возвращаться из Африки к своим европейским гнездовьям, лабораторные птички опять надолго теряли сон. Глядя со стороны на подопытных птичек, можно было подумать, что внутри у них находятся часы, говорящие, когда нужно улетать в далекие края и когда возвращаться на родину. Далее ученые поставили новую серию опытов. Славок поместили в клетку с застекленным верхом и вынесли ночью в сезон перелета на улицу под открытое небо. Увидев ночное звездное небо, каждая из птичек, находившихся в клетке, словно стрелка компаса, заняла определенное положение, в точности соответствующее курсу, которым тот или иной вид славковых начинает свой перелет из Центральной Европы в Африку: садовые славки, серые славки, славки-черноголовки "указывали" на юго-запад, славки-завирушки — на юго-восток. Даже когда пробовали сбивать птичек с избранного направления, вращая насест, они упорно возвращались к нему.

Чтобы еще раз проверить умение славок ориентироваться по звездам, их поместили в планетарий, т. е. в помещение с куполом, воспроизводящим звездное небо. Искусственный небосвод позволял смещать положения звезд и созвездий. Изменяя их высоту, можно было "менять" географическую широту, заставляя птичек верить, что они находятся дальше к югу или к северу, чем на самом деле. Подобным же образом, смещая небо по оси восток — запад, удавалось вводить славок в заблуждение относительно долготы места. Результаты опытов оказались поразительными — другое слово трудно подобрать. Пока небо планетария было установлено на приблизительную широту Германии, Джонни (так прозвали одну из славок) принимал ожидаемое положение для полета на юго-восток. Но когда небо смещали, изображая более южные широты, птичка начинала все более и более поворачиваться на юг. И, наконец, она выбирала курс прямо на юг! Другими словами, птичка, которая провела всю свою жизнь в клетке и не только не участвовала в перелете в Африку, но и вообще никогда не летала под настоящим небом, тем не менее показала врожденную способность использовать звезды, чтобы лететь обычным маршрутом, точно устанавливая курс на данной широте.

А вот еще один любопытный опыт, характеризующий ориентационную способность славок. Однажды ночью, когда Джонни, взмахивая крыльями, вытянулся в юго-восточном направлении, исследователи внезапно "сдвинули небо". Теперь оно соответствовало точке, находящейся примерно на 77° к востоку, т. е. местности где-то около озера Балхаш в Сибири. Птичка сразу же забеспокоилась. Она возбужденно смотрела на незнакомое небо и почти целую минуту пребывала в неподвижности. Затем она внезапно повернулась и взлетела в западном направлении. Чтобы исправить смещение, Джонни "направился" прямо к обычному месту отлета в Германии! Но по мере уменьшения смещения птичка изменяла курс с западного на все более южный. Когда Джонни "находился" неподалеку от Вены, он взял направление на юг. Когда же звезды небосвода были возвращены к положению, соответствовавшему действительной местности, времени года и часу ночи, птичка вновь приняла нормальное направление на юго-восток.

Поведение Джонни, подтвержденное опытами с другими птицами, не оставляет сомнения, что природа наделила пернатых замечательным механизмом для ориентации не только по Солнцу, но и по звездам в их дальних путешествиях. Не проходя курса астрономии, не штудируя курса географии, они имеют, это можно сказать без всякого преувеличения, отличное, самое детальное представление о расположении светил на небе, соединенное с точным чувством времени, которое привязывает небосвод к географии Земли в любой час любого времени года. При первом же взгляде на небо птицы, оказывается, автоматически узнают нужное им направление и точно выдерживают его на всем многотысячекилометровом миграционном пути.

Но только ли птицы обладают феноменальным механизмом звездно-солнечной ориентации? Безусловно, нет. Не так давно в защиту теории Крамера — Мэтьюза "выступили" даже обитатели царства Нептуна. Так, например, было установлено, что окунь роккус возвращается на свое нерестилище в озеро, ориентируясь по Солнцу в направлении на север. В пасмурные же дни или когда окуней лишали возможности видеть, закрывая им глаза непрозрачными колпачками, рыбы теряли ориентировку и двигались беспорядочно. Были проведены и такие эксперименты в лабораторных условиях: свет Солнца заменяли светом лампы. В этом случае рыбы выбирали направление в зависимости от места расположения лампы. Свое умение ориентироваться по Солнцу доказали ученым также рыбы из семейства Centrarchidae и Cicklidae. Их содержали в специальных аквариумах, освещавшихся то Солнцем, то лампой. Выдача корма производилась в строго определенное время суток, причем среди множества кормушек лишь одна наполнялась едой. Подопытных рыб приучали ориентироваться в условиях Северной Америки. По окончании "курса обучения" их привезли на самолете в Бразилию, т. е. в другое полушарие. Но и здесь, в новой обстановке, при изменившейся высоте дневного светила, в момент кормления солнечный "компас" продолжал работать. Однако попытки объяснить миграцию рыб с помощью астронавигации могут быть приемлемы только для видов, перемещающихся в верхних слоях воды. Для глубоководных же рыб этот фактор не может являться определяющим: они не видят Солнца. Вероятно, здесь главную роль играет обоняние (вспомним утверждение Гриффина о комплексном характере ориентации птиц!).

За последнее время ученые накопили немало экспериментальных данных, позволяющих утверждать, что по Солнцу ориентируются не только рыбы и птицы, но и многие насекомые. Возьмем, к примеру, пчел. В отличие от птиц, у них нет раз и навсегда установленных трасс полета. Нет у них и врожденного предпочтения к какому-то одному полюбившемуся им направлению, как у некоторых жуков. Направление полета у них меняется каждую неделю, а то и день ото дня. И все же, отправляясь за взятком в разные стороны от улья, они неукоснительно возвращаются в свой родной дом, порою пролетая до него расстояние в несколько километров. Интересно, что, зная об этой изумительной способности пчел, в Америке перед первой мировой войной пытались создать даже военно-пчелиную почту. Специальным составом шифрованная микротелеграмма наносилась на крылья пчел. А адресат читал ее уже с помощью лупы.

В чем же секрет поразительных навигационных способностей пчел? Этого никто не знал до тех пор, пока в 1952 г. Карл фон Фриш рядом поставленных опытов не доказал, что пчелы также широко используют в качестве ориентира наше дневное светило. При этом пчелы обладают еще и изумительной ориентационной памятью. По-видимому, этим они обязаны своим "внутренним биологическим часам". Опытами установлено, что, не видя по нескольку недель дневное светило, пчелы не перестают "помнить" солнечный азимут. На первый взгляд это может быть воспринято как парадокс: откуда пчелам знать положение Солнца, когда его уже не видно? И тем не менее это совершенно реальный факт. Экспериментальным путем бесспорно доказано, что пчелы умеют точно "рассчитывать" ночной путь Солнца по знакомому им дневному пути.

Многие в прошлом считали, будто муравьи оставляют на дороге душистые отпечатки, в которых левый и правый следы пахнут различно, так что запах тропинки говорит насекомому, куда ведет дорога — от муравейника или к муравейнику. Но это все-таки осталось недоказанным, зато недавно удалось установить, что некоторым видам муравьев ориентироваться в их путешествиях помогает тот же солнечный луч. Проделали, например, такой опыт. Муравей полз по освещенной Солнцем дорожке в определенном направлении. Его накрыли темной коробкой и через некоторое время выпустили. Он пополз дальше, но уже под некоторым углом к прежнему курсу. Угол измерили, и он оказался равным тому углу, который прошло Солнце, пока муравей сидел под коробкой.

Аналогично пчелам и муравьям ориентируются по Солнцу и представители одного из видов пауков — водомерки, обитающие у берегов Средиземного моря. Их увозили и выпускали далеко в открытом море, и они, безошибочно пользуясь космическим "маяком", устремлялись к берегу. Эксперименты показали, что паук меняет угол направления движения соответственно времени дня и положению Солнца над горизонтом. А когда небо закрыто облаками, насекомое избирает направление движения по поляризации света. В процессе опытов у паука была обнаружена способность очень точно отсчитывать время, причем эта способность существенно зависела от его физиологического состояния.

Итак, следует считать установленным, что, наряду с птицами, рыбы и насекомые тоже умеют ориентироваться по Солнцу. А могут ли они так же, как и птицы, ориентироваться по ночным космическим "маякам", скажем по Луне? Способны ли они "читать" карту звездного неба и осуществлять по ней свои близкие и дальние путешествия с высокой точностью?

Оказывается, могут. Так, например, песчаная блоха выбирает направление к морю, основываясь на положении Луны на небосводе. Она, как полагают ученые, производит сложные "навигационные расчеты".

Известный тунисский мирмеколог Санчи считает доказанным, что некоторые пустынные муравьи способны днем видеть звезды. Длинные узкие фасетки сложного глаза этих насекомых с одной-единственной светочувствительной клеткой на дне Санчи образно сравнивает с глубоким колодцем, со дна которого и человек днем, при свете Солнца, может увидеть звезды. Он даже написал философский трактат в стихах о маленьком муравье, заставляющем человека поднять глаза от Земли к великим мирам, проплывающим в небе; о ничтожном муравье, который в яркий солнечный день находит для себя в синеве небосвода дальнюю звезду, служащую ему надежным проводником; о слабом муравье, который, подобно мудрецам Земли, путешествует с верным компасом; о скромном муравье, привязанном невидимой человеку ниткой света к золотой звезде, упорно идущем по ней к своей заветной цели.

Разумеется, к теме, которой посвящены стихи Санчи, можно относиться по-разному, сами стихи могут нравиться или не нравиться, но ученые, и прежде всего бионики, не могут сегодня пройти мимо опытов, доказывающих, что для муравьев, обитающих в пустынных местностях, где почти нет наземных примет, звезды не только ночью, но и днем служат надежным световым компасом.

Итак, сегодня мы уже немало знаем о замечательных навигационных способностях птиц, рыб, насекомых... Знаем и не перестаем удивляться их поистине чудесным возможностям. Удивляемся и неизменно сравниваем эти способности с человеческими и видим, что подчас это сравнение оказывается совсем не в пользу людей, вооруженных, как уже говорилось, точнейшими приборами и сложнейшими таблицами. И появляется даже желание несколько поиронизировать над навигационными способностями человека, напомнив читателю о злоключениях неопытных мореходов в открытом море, так красочно описанных Джеком Лондоном в его "Путешествии на "Снарке".

Не легче оказалось проделать необходимые расчеты и по готовым таблицам.

А птицы, рыбы, насекомые — эти представители фауны, к которым порой мы относимся так снисходительно, — не имея ни человеческого интеллекта, ни сложных карт, ни мудреных таблиц, в то же время ухитряются и определять свое положение в пространстве, и перемещаться на громадные расстояния, и находить путь к дому.

Конечно, мы уже довольно много знаем о навигационных способностях животных. Но, как это обычно бывает, еще большего мы не знаем. В самом деле, ну кто может сейчас объяснить механизм и причины изменения птицами направлений полета в определенных точках миграции? Почему пернатые иногда все-таки находят дорогу без помощи небесных светил, в условиях сплошной облачности и тумана? А загадочная форма направленной ориентации, обнаруженная Гриффином и названная им "бессмысленной"? В этом случае птицы, несмотря на возможность солнце-компасной ориентации, в любых случаях выбирают одно и то же, им одним понятное направление. Просто все эти новые факты уже как-то не вмещаются в рамки существующей теории ориентации животных. Значит, эту теорию уже пора расширять, дорабатывать, а может быть, и коренным образом перерабатывать. На базе чего? А те гипотезы навигации, которые были изложены выше? Может быть, они в чем-то способны обогатить нынешнюю теорию? Ведь не случайно же сейчас вновь поднимается вопрос о наличии инерциального механизма навигации птиц (американский исследователь Барлоу, 1964 г.).

А "магнитная чувствительность" пернатых? Об этом пока новых сведений нет. Зато стало известно, что магнитное поле способно действовать на головной мозг млекопитающих и, в частности, на такой его важный отдел, как гипоталамус (советский ученый Ю. А. Холодов). И, быть может, в ближайшее время мы услышим что-нибудь новое и о "магнитной чувствительности" птиц? Ведь техника экспериментов в биологии и бионике совершенствуется с каждым днем.

Говоря об ограниченности наших нынешних знаний в области ориентации животных, необходимо подчеркнуть следующее: если мы сейчас уже что-то знаем о наличии такой ориентации, имеем весьма приближенные и, как уже отмечалось, явно неполные сведения о ее способах, то о механизме ориентации — устройстве и принципе работы систем ориентации животных — мы почти ничего не знаем. И объясняется это все тем, что нам пока еще далеко не ясно, как исследовать физиологические изменения, происходящие в организме животных во время их ближней и дальней миграции, как определять влияние факторов среды, которые приводят в действие навигационный механизм животных, как получить возможность наблюдать на больших расстояниях за жизнью животных, их поведением непрерывно, в течение дня и ночи, на протяжении нескольких дней, недель и даже месяцев.

В решении этой проблемы на помощь ученым недавно пришла микроэлектроника. Представьте себе такую картину. В большом автомобиле, снабженном специальным радиоприемником, сидит орнитолог. На голове у него надеты наушники. Сосредоточившись, он медленно вращает антенну, установленную сверху на машине. Четкий конус диких гусей летит в мрачном грозовом небе. Их громадные крылья выглядят темными на фоне серых туч. Низкий характерный крик гусей то и дело долетает до земли. Но орнитолог не слышит голосов птиц. В наушниках слышны лишь четкие, непрерывные и пронзительные сигналы пищика радиоприемника. Это радиосигналы, посылаемые гусями-путешественниками!

Каким же образом дикие гуси превратились в радиовещательные станции? А дело в том, что птицы несут на себе крошечные, очень легкие радиопередатчики, получающие питание от ртутных батарей (подобных тем, которыми пользуются в усилителях для глухих) и подающие сигналы мощностью 0,1 мвт. Антеннами служат петли сбруи. Каждая миниатюрная станция весит менее 56 г, и гуси быстро привыкают к ней. Скрытая в оперении сбруя не нарушает аэродинамических свойств птицы. Когда гуси находятся в полете, сигналы, посылаемые радиопередатчиком, можно принимать в радиусе 16 км.

Рис. 4. Голубь с укрепленным на спине мощным миниатюрным передатчиком — маяком. Антенна во время полета остается в горизонтальном положении

Аналогичным образом, используя телеметрию, Управление научных исследований военно-морского флота США проводит опыты по изучению методов навигации, применяемых голубями. На спине голубя укрепляется собранный на полупроводниках микроминиатюрный радиомаяк мощностью 1 мвт, работающий на частоте 140 гц и весящий вместе с источником питания около 28 г (рис. 4). Источником энергии служат три крошечных ртутных элемента, генерирующих ток в течение 20 час. (В дальнейшем инженеры предполагают решить проблему питания передатчиков путем применения термоэлементов, использующих тепло тела птицы.) За голубем в полете тянется очень легкая антенна длиной 101,6 см. Сигналы маленького крылатого радиста четко принимаются высокочувствительными приемниками с узконаправленной антенной на расстоянии до 40 км. Пеленгация голубя осуществляется в строго определенное время, и точки его нахождения наносятся на карту. Если радиопередатчик "вживить" в организм и соединить его с другими приборами, можно получать информацию о зависимости маршрута от внешних условий и состояния разных органов чувств пернатых. Применение магнитометра позволит учитывать реакцию подопытного крылатого штурмана на изменение магнитного поля. Американские ученые и инженеры надеются, что результаты проводимых опытов позволят им раскрыть тайну "биологической навигационной системы голубей" и на этой основе создать новую малогабаритную и высоконадежную аппаратуру.

В недалеком будущем для ретрансляции сигналов радиопередатчиков с перелетных птиц американские ученые и военные специалисты собираются спроектировать установку приемно-передаточного устройства на искусственном спутнике, запущенном по полярной орбите и совершающем полный оборот за 103 мин. Предполагается, что при наличии 24 приемных станций, распределенных по земному шару, спутник позволит собрать сигналы с площади более 4000 км² за каждый оборот и даст возможность сопоставить перелеты птиц с данными о погоде, принятыми с того же спутника или взятыми из наземных сводок.

Не так давно Управление научных исследований военно-морского флота США объявило о своем намерении осуществить широкую программу исследований передвижения крупных рыб, бурых дельфинов, черепах (предполагают, что они ориентируются по звездам), китов, акул, т. е. морских животных, которые почти все время плавают вблизи поверхности (рис. 5). Такие исследования проектируется проводить на специальном автоматическом судне длиной 4,5 м, идущем со скоростью 30 — 60 км/час и способном в течение 12 час поддерживать контакт с основным судном на расстоянии до 10 км. На автоматическом судне будут установлены специально разработанные (в соответствии с требованиями намеченных экспериментов) системы слежения, надводная и подводная телевизионные камеры, система гидрофонов и другая аппаратура.

Что же в конце концов практически дадут науке и технике все ведущиеся ныне и запланированные на будущее в разных странах обширные программы исследований навигационных механизмов многочисленных животных?

Рис. 5. Черепаха пускается в дальний путь. По шару проследят ее курс к островку, где она отложит яйца

Это совсем не простой вопрос. Но мы знаем уже, что, позавидовав птицам, люди научились летать. Ну, а почему бы нам не перенять у пернатых и их замечательное чувство географического положения? Оно, как мы видели, иногда даже более совершенно, чем наш магнитный компас. Мы знаем уже, как часто путает человека этот древний прибор. Его выводят из строя магнитные бури, особенно в Арктике и Антарктиде, вблизи от полюсов. Там летчикам чаще приходится водить самолеты по звездам, чем по компасу. Вот если бы выведать у крылатых странников тайну их замечательного навигационного механизма! Летчики повел и бы самолеты буквально с закрытыми глазами. Отпала бы необходимость в радиомаяках и пеленгаторах. Штурманы прокладывали бы курс, даже не взглянув на компас. А может, и сами штурманы оказались бы тогда ненужными? Их заменили бы электронные вычислительные машины... Правда, это еще только мечты, но мечты уже вполне реальные. Ведь еще совсем недавно известный французский исследователь Реми Шовен писал: "Для того чтобы вместить кибернетический механизм, имитирующий хотя бы то, что делает муравей, при нынешнем развитии техники, было бы мало даже такого внушительного здания, как Эмпайр стейтс билдинг". Но так было совсем недавно... Прошло немного времени, и успехи современной микроэлектроники в какой-то степени перечеркнули высказывание французского специалиста.

Развитие исследований в области методов и средств навигации в живой природе позволило биологам, биофизикам и инженерам разработать теорию так называемой параллельной фильтрации комплекса навигационных средств. И к чести биологов надо сказать, что необходимость в такой теории впервые была понята именно ими — применительно к объяснению навигационных способностей животных. Вот что, в частности, пишет американский ученый Дж. Лилли, изучающий дельфинов: "Я думаю, что их метод навигации множественный[9]; они ориентируются по температуре, скорости течения, вкусу воды, положению звезд, Солнца и т. п., причем все эти данные поступают в их огромный мозг одновременно и мгновенно. У китообразных, возможно, есть своего рода карты, построенные во многих измерениях; эти карты создавались в течение многих лет, и с их помощью животные путешествуют по всему земному шару, переплывая из одного моря в другое и т. д.". Оказалось, что такая точка зрения на проблемы навигации сулит большие перспективы не только при объяснении удивительных способностей животных, но и, что особенно важно, для техники. Об этом говорят уже первые шаги, проделанные в данном направлении.

Таким образом, на вопрос о том, что же реально дадут нам интенсивно ведущиеся исследования навигационных механизмов животных, можно, не боясь преувеличений, ответить так: раскрытие тайн живых систем ориентации приведет к полному перевороту в современном навигационном приборостроении.

Используя биологические закономерности, ученые создадут множество принципиально новых навигационных систем. Появятся даже приборы, с помощью которых будут весьма точно определять свое местоположение будущие исследователи земных недр во время спуска к центру Земли. Новые навигационные системы позволят полностью решить все современные, проблемы ориентации под водой и в звездном пространстве, откроют людям путь в мир далеких неведомых галактик. Штурманы звездолетов грядущего будут так же уверенно чувствовать себя в бескрайних просторах вселенной, как наши сегодняшние космонавты на околоземных орбитах.