Как мы ориентируемся. Пространство и время без карт и GPS

Но представление способностей животных к навигации в виде инструментария порождает новые вопросы, приводящие в замешательство. Очень часто оказывается, что животные, которые, по мнению ученых, пользуются относительно простыми средствами, на самом деле имеют в своем распоряжении гораздо более гибкие и сложные инструменты. По всей видимости, некоторые животные используют все инструменты, а другие, которым вроде бы по логике вещей требуются самые сложные, обходятся простыми. А часть самых простых инструментов мы вообще не понимаем. У нас есть свидетельства их существования, но мы их не видим и почти не представляем, как они работают. По этим причинам некоторые из самых удивительных научных загадок относятся именно к навигации животных. Мы накопили огромный массив данных на основе десятков тысяч наблюдений за животными, передвигающимися по нашей планете, но все еще не можем объяснить, как они это делают.

К числу инструментов, необходимых животным для навигации, относятся «часы», то есть внутренний механизм для измерения или отсчета времени. Ежедневная массовая миграция зоопланктона в Мировом океане требует умения определять приближение восхода и захода солнца. На первый взгляд это простая реакция на свет, но глубоководный зоопланктон, обитающий в глубинах, куда не проникает свет, также мигрирует в соответствии с длительностью светового дня на данной широте. Даже чуть более сложные миграции могут потребовать нескольких часовых механизмов. Джеймс Гулд и Кэрол Грант Гулд в своей книге «Природный компас: загадка навигации животных» (Nature’s Compass: The Mystery of Animal Navigation) описывают «жутко согласованную»[84] миграцию бермудских светящихся червей – морских животных, обладающих биолюминесценцией. Они в изобилии появляются в каждый лунный месяц лета, а если точнее, то через 57 минут после захода солнца на третий вечер после полнолуния. В качестве объяснения чета Гулд предложила такую гипотезу: у этих червей должны иметься лунные часы, позволяющие отсчитать период 27,3 дня, суточные часы, отмеряющие период 24 часа, а также интервальный таймер для отсчета пятидесяти семи минут после захода солнца. Животные, для которых характерны ежегодные или многолетние миграции, должны также иметь годовые часы, точно учитывающие продолжительность дней и ночей, а также ее изменение в каждом сезоне. В целом в ходе эволюции, по всей видимости, появились годовые часы, лунные часы, приливные часы, циркадные часы, а у тех, кто мигрирует под покровом ночи, возможно, и звездные часы: они измеряют время, за которое звезда – в зримом представлении – совершает оборот вокруг Земли.

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.