Существует несколько потенциальных компасов. Наиболее знаком нам магнитный компас – прибор, магнитная стрелка которого под действием магнитного поля Земли располагается вдоль его силовых линий и указывает на север. Биологи, изучающие миграции живых организмов, выявили другие типы компасов, по которым ориентируются птицы, в том числе солнечный компас (им пользуются птицы, мигрирующие в дневное время) и звездный компас (пригодный для ночных мигрирующих птиц).
Первые подтверждения тому, что птицы обладают магнитным компасом, появились в 1950-х годах, когда Фредерик Меркель и его студент Вольфганг Вилчко изучали миграционное поведение зарянки в Германии. Очевидно, наблюдать за процессом миграции нелегко, особенно если речь идет о таких птицах, как зарянки, мигрирующих по ночам. Однако, поймав зарянок незадолго до начала миграции и поместив их на несколько часов в специально сконструированную «ориентационную клетку» – предшественницу конуса Эмлена, ученые смогли увидеть, в каком направлении они скачут или вспархивают, и это поведение в точности отражало направление их миграции. Пользуясь ориентационными клетками, в которых зарянки могли видеть ночное небо, Меркель и Вилчко обнаружили, что птицы пользуются звездами как компасом, чтобы двигаться на юго-запад из Германии во время осенних миграций. Но когда исследователи выясняли, как действуют зарянки в полной темноте, оказалось, что птицы не только не выказывают растерянности, как ожидалось, но и продолжают прыгать и вспархивать в обычном для них юго-западном направлении. Выводы ошеломляли: звезды не обязательны для правильной ориентации птиц. Дело должно быть в чем-то другом.
Для того чтобы проверить, не является ли этим «чем-то другим» магнитный компас, исследователи помещали зарянок в ориентационные клетки, окруженные огромной электромагнитной катушкой, позволяющей изменить направление горизонтальной составляющей магнитного поля. Затем они сравнивали направление, куда рвались зарянки, меняя или смещая поле на восток или на запад. Как и надеялись ученые, птицы вели себя в точности так, будто сумели определить направление магнитного поля и в соответствии с этим изменили направление попыток улететь
[284].
Исследования других видов птиц в дальнейшем давали схожие результаты, и к 1980-м годам было в целом принято, несмотря на прежний скептицизм, что птицы действительно обладают магнитным чувством, которое позволяет им определять направление по компасу, пользуясь магнитным полем Земли. Другими словами, эти птицы на самом деле обладают магнитным компасом.
Примечательно то, что птицы также обладают магнитной картой, которая дает им возможность определять свое местонахождение – как система GPS, только вместо спутниковых сигналов птицы пользуются магнитным полем Земли
[285]. Мигрирующие птицы в этом отношении не уникальны: магнитное чувство было выявлено у немигрирующих птиц, таких как большинство куриных, а также у млекопитающих и бабочек, предположительно для ориентации при перемещении на более скромные расстояния
[286].
Одна из причин, по которым магнитное чувство некогда казалось столь невероятным, – явное отсутствие у птиц специфического органа, способного улавливать магнитное поле. Органы таких чувств, как зрение и слух, то есть глаза и уши, явно предназначены для непосредственного улавливания света и звука соответственно из окружающей среды. Но с восприятием магнитного поля дело обстоит иначе: в отличие от света и звука, оно может проходить сквозь ткани организма. Это означает, что птицы (или другие организмы) могут воспринимать магнитные поля за счет химических реакций в отдельных клетках всего тела.
В настоящее время существует три основные теории восприятия магнитных полей животными, в том числе птицами. Первая называется теорией электромагнитной индукции и считается применимой к рыбам, однако у птиц и других животных, по-видимому, отсутствуют высокочувствительные рецепторы, необходимые для такого механизма. Вторая теория имеет отношение к магнитному минералу магнетиту (одному из видов оксида железа), обнаруженному в некоторых бактериях в 1970-х годах и отвечающему за ориентацию бактерий в магнитном поле. Дальнейшие исследования показали, что в организме других видов, таких как медоносные пчелы, рыбы и птицы, также содержатся мельчайшие кристаллы магнетита. В 1980-х микроскопические кристаллы магнетита были найдены в глазах и носовой полости в верхней части клюва – в последнем случае внутри нервных окончаний – у голубей. Как мы убедимся, такая локализация кристаллов выглядит перспективной, если они действительно играют некую роль в ориентации
[287]. Третья теория представляет собой любопытное предположение о том, что восприятие магнитного поля обусловлено некой химической реакцией.
В 1970-х годах выяснилось, что химические реакции некоторых типов можно изменить путем воздействия магнитных полей, но в то время никому и в голову не приходило, что подобный процесс способен помочь перелетным птицам не сбиться с пути. Еще примечательнее то, что эти конкретные химические реакции происходят под воздействием света: это побудило группу исследователей в США строить догадки о способности птиц «видеть» магнитное поле Земли
[288].
Эта маловероятная гипотеза побудила Вольфганга Вилчко и его жену Росвиту заняться исследованиями. Из трудов других ученых они знали, что в условиях свободного полета голуби, один глаз которых заклеен непрозрачным пластырем, находят дорогу домой успешнее, если могут видеть правым глазом, а не левым. Следует отметить, что улучшение результативности при открытом правом глазе было более выраженным при облачности (в условиях невидимости солнца). Разумеется, это означало, что птицы не в состоянии пользоваться солнечным компасом, и указывало на то, что восприятие магнитного поля у них, возможно, как-то связано с правым глазом. Такое предположение кажется маловероятным, но Вилчко и его коллеги знали также о высокой степени межполушарной асимметрии у этих птиц, а результаты, полученные в экспериментах с голубями, соответствовали представлениям о том, что левое полушарие (получающее зрительную информацию от правого глаза, как мы видели в главе 1) лучше обрабатывает информацию, связанную с хомингом и ориентацией. Для того чтобы проверить это предположение напрямую, Вилчко обратились к своему излюбленному подопытному виду – зарянке.
С обоими незакрытыми глазами зарянки ориентировались в направлении своих обычных миграций. Но когда горизонтальную составляющую магнитного поля в целях эксперимента повернули на 180° (как в ранних опытах), направление, куда рвались птицы, также изменилось на 180°. Затем эксперимент повторили для зарянок, один глаз которым заклеили непрозрачным пластырем. Если свет воспринимал правый глаз (то есть пластырем был заклеен левый), ориентация птиц оставалась точно такой же, как при обоих глазах, воспринимающих свет. Но если закрывали правый глаз и птица видела свет только левым, зарянки теряли способность ориентироваться, то есть не чувствовали магнитное поле Земли. Эти поразительные результаты указывали, что магнитное поле Земли чувствует лишь правый глаз.
