Одним из первых, кто обнаружил, что животные используют для навигации часы, был энтомолог-любитель, который изучал живущих в пустыне муравьев. В 1901 г. швейцарский врач Феликс Санчи покинул родную Лозанну и поселился в удаленном городке в Тунисе. За свою жизнь Санчи описал почти 2 тысячи видов муравьев и дал им название. Он изучал поведение муравьев, и его особенно интересовал вопрос, как муравьи, обитавшие за пределами города, в котором он жил, ориентируются в пустыне. Как отмечал немецкий нейроэтолог Рюдигер Венер, в те времена выдвигалось предположение, что муравьи ориентируются по запаху: идут за едой в каком-либо направлении, а возвращаются по следу, который оставили за собой. Но в пустыне ветер и песок непрерывно меняют ландшафт, сдувая любые запахи или метки, которые муравьи могли бы использовать для ориентировки.
Санчи первым заметил, что муравьи не просто снуют туда-сюда в поисках пищи; они идут кружным маршрутом, а назад возвращаются по прямой. Способность находить кратчайший путь означала, что муравьи выполняют тригонометрические вычисления, определяют взаимное расположение в пространстве всех мест, в которых побывали, и прокладывают прямой путь к дому. Санчи знал, что для этого требуется некий указатель направления, позволявший безошибочно ориентироваться в пространстве, и поэтому предположил, что муравьи используют небесный компас – скорее всего, солнце, следя за его положением при восходе и в течение дня. Для проверки этой гипотезы он с помощью зеркала отразил солнечные лучи – и муравьи, возвращавшиеся домой, повернули на 180 градусов.
Но наша планета движется, и положение солнца на небе меняется. Для того чтобы солнце было надежным средством навигации, животное должно менять угол ориентации в течение дня – только так можно не сбиться с пути. Поэтому, предположил Санчи, муравьи должны иметь внутреннее отображение не только солнца, но и времени, чтобы точно вычислять направление. Позже он даже пытался полностью закрыть от муравьев солнце и выяснил, что они все равно находили дорогу даже по маленькому клочку неба. Впоследствии биологи выяснили, что фасеточные глаза муравья, органы с чувствительными к свету фоторецепторами, могут считывать информацию с синего неба даже в отсутствие солнца и других ориентиров, используя паттерн поляризации света, чтобы помочь муравью сориентироваться в пространстве и найти дорогу домой. Это, как выразился энтомолог Хью Дингл, нечто вроде «заранее “вшитой” небесной карты…»
[85].
Пчелы также могут использовать поляризованный свет для того, чтобы находить дорогу. Их называли самыми искусными штурманами в природе: в поисках пищи они совершают до пятисот путешествий в день на расстояние до восьми километров от улья. Подобно живущим в пустыне муравьям, они в поисках пыльцы путешествуют по кружным извилистым маршрутам, но способны находить прямой путь домой. Тому, как им удается находить кратчайший путь к дому, посвящены целые книги и многочисленные исследования – этим интересовался еще Аристотель. Их достижения впечатляют еще больше, потому что пчелы отправляются в далекие путешествия, обладая недостатками, которые мы посчитали бы серьезными. Мозг пчелы весит меньше миллиграмма и содержит меньше миллиона нейронов, и по нашим меркам они практически слепы – острота зрения у них всего 0,01.
Биолог Джеймс Гулд из Принстонского университета несколько десятков лет изучал навигационные способности пчел. На первый взгляд нахождение кратчайшего пути требует так называемого интегрирования по траектории, счисления пути или внутренней навигации: отслеживая каждую стадию путешествия, насекомые могут вычислить свое местоположение и направление к дому. Но еще в начале своей карьеры биолога Гулд обнаружил, что, куда бы он ни помещал пчел в пределах их нагульного ареала, они всегда находили новый кратчайший путь к дому, а это значит, что у них имелась гибкая память или внутреннее представление о пространстве. Другими словами, пчелы используют гораздо более сложный эволюционный инструмент, который часто называют когнитивной картой. Похоже, у пчел есть не только внутреннее представление о пространстве, но и способность передавать эту «карту» другим пчелам, – согласно теории навигационных инструментов, такая способность характерна для человека.
В 1940-х гг. Карл фон Фриш заметил, что пчелы, обнаружив богатый источник пищи во время разведывательного полета, возвращаются к улью и начинают кружить, описывая «восьмерки». У этого танца есть свой язык, особенно если пчелы возвращаются из мест, удаленных на расстояние больше пятидесяти метров. Пчелы двигают брюшком у вертикальной стенки сот, и угол, под которым их тело расположено относительно этой поверхности, соответствует тому углу относительно солнца, под которым следует лететь их товарищам. Более того, продолжительность танца пропорциональна расстоянию от улья до источника пищи. Пчела указывает другим насекомым, куда лететь, иллюстрируя путешествие своим телом. Некоторые пчелы могут танцевать по нескольку часов или возобновлять танец на следующий день – или даже через несколько месяцев холодной погоды, причем точность при этом нисколько не страдает.
В книге «Из жизни пчел», опубликованной в 1950 г., Фриш описывает еще одно свое открытие. Оказывается, что пчелы, подобно муравьям, ориентируются по солнцу, и это означает, что они тоже используют внутренние часы: суточные внутренние часы и сезонный календарь, позволяющий следить за течением времени. Как же пчелы учатся ориентироваться? Третью неделю своей жизни они проводят рядом с ульями, совершая лишь короткие перелеты, во время которых пчела запоминает азимутальные углы солнца и траекторию его движения, учится ориентироваться по нему – и лишь затем предпринимает далекие путешествия за нектаром. В 2005 г. группа немецких и британских ученых под руководством Рэндолфа Менцеля описала эти первые полеты как период формирования исследовательской памяти пчелы – возможно, той самой когнитивной карты, существование которой предположил Гулд. Однако исследователи обнаружили, что эта карта гораздо более подробная и гибкая, чем считалось раньше. В своей статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ученые описали свой эксперимент. Они взяли три группы пчел и переместили их ночью, а затем отследили траекторию полета с помощью гармонического радара – антенны передатчика прикреплялись к пчелам и излучали сигнал, регистрируемый приемником. Пчелы узнавали знакомые ориентиры с разных направлений и строили новые маршруты из случайно выбранных мест.
Доказано, что бабочки монархи, ящерицы, креветки, омары, каракатицы, сверчки, радужная форель, а также многие виды перелетных птиц используют поляризованный свет в качестве компаса. Но какова природа этого явления? Конвергентная эволюция – одинаковое направление естественного отбора у разных видов? Или общий древний механизм, присутствовавший у далеких предков и переживший многие эпохи?
Одни животные ориентируются по солнцу, другие по звездам. Известно, что африканский жук-навозник ориентируется по солнцу и луне, но в 2012 г. ученые с удивлением обнаружили, что это насекомое способно находить дорогу даже безлунной ночью. Исследователи выпускали жуков с их навозными шариками в огороженное пространство, которое ограничивало визуальные ориентиры на ночном небе, и снимали движение насекомых на видео. Было совершенно очевидно, что жуки ориентировались и в отсутствие луны, а это значит, что для нахождения пути они использовали звезды. Но как? Яркости большинства звезд, отметили ученые, недостаточно для того, чтобы их заметили глаза жука. Но, после того как жуков принесли в планетарий, стало ясно, что они ориентируются по яркому свечению Млечного Пути. По звездам находят дорогу сверчковые квакши, пауки из пустыни Намиб и совка ленточная большая – ночная бабочка. Некоторые виды птиц, в том числе американский зяблик, мухоловка-пеструшка и славка-черноголовка, по всей видимости, ночью следуют за Полярной звездой: она играет для них роль центра вращения.
