Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Во время перелета на север навигационная задача самок монарха сравнительно проста. Им нужно всего лишь найти растения ваточника и отложить яйца. Но когда по все более коротким и прохладным осенним дням становится ясно, что пора лететь на юг, самцам и самкам нужно найти обратную дорогу к дальним, изолированным местам зимовки[301]. Хотя представить себе, как им это удается, трудно, несколько замечательных открытий, сделанных за последние лет двадцать, полностью изменили наше понимание этого процесса.

Усики с циркадными часами

В 1990-х годах Сандра Перес (из Аризонского университета), опираясь на предыдущие работы фон Фриша и Венера, решила выяснить, использует ли монарх солнечный компас, как это делают медоносные пчелы и муравьи-бегунки. Она использовала так называемую методику «сдвига часов» (clock-shift): одну группу монархов держали в помещении, в котором свет включали и выключали так, чтобы создалось впечатление, что световой день начинается и заканчивается на шесть часов позже естественного. Вторая контрольная группа также находилась в помещении, но не подвергалась никаким сдвигам часов, а третья состояла из пойманных в дикой природе бабочек, которых вообще не запирали.

Перес и ее энергичные коллеги выпускали бабочек по одной и оценивали их направление при помощи ручного компаса, бегая рядом с ними[302]. Сравнив затем средние направления трех групп, они выяснили, что бабочки, подвергавшиеся сдвигу часов, летели на западо-северо-запад, а все бабочки из контрольных групп — в обычном направлении, на юго-юго-запад.

Именно этого и следовало ожидать, если бабочки используют солнечный компас с поправкой на время. Перес отметила также, что монархи, по-видимому, способны удерживать направление при наличии облачности. Поэтому она предположила, что у них есть некий запасной «неастрономический» компас, возможно использующий магнитное поле Земли.

Несколько лет спустя Хенрик Моуритсен, ведущий исследователь бионавигации, работающий в Ольденбургском университете в Германии, и его коллега Барри Фрост из Университета Куинс в Кингстоне, в канадской провинции Онтарио, придумали способ слежения за ориентацией насекомых в полете с более высокой точностью — и гораздо меньшим количеством беготни[303]. Они привязывали бабочек внутри своего рода имитатора полета, что позволяло им отслеживать и регистрировать направление их полета до четырех часов подряд (что соответствует перелету на расстояние около 65 километров)[304].

Моуритсен и Фрост применили сдвиг часов к двум группам бабочек: у одной группы часы «спешили», а у другой «опаздывали» на шесть часов. Бабочки контрольной группы устойчиво направлялись, более или менее в соответствии с результатами Перес, на юго-запад. Более того, среднее направление замечательно точно соответствовало маршруту, который в конце концов привел бы их к месту назначения в Мексике.

Ориентация двух групп со сдвинутыми часами также была в высшей степени однородной: «спешащие» летели на юго-восток, а «опаздывающие» — на северо-запад. Величина различий в направлении хорошо соответствовала предсказаниям, сделанным на основе изменений азимута солнца, что убедительно свидетельствует об использовании бабочками солнечного компаса с поправкой на время.

Стив Репперт и его коллеги с медицинского факультета Массачусетского университета провели впоследствии серию экспериментов, которые показали, что монархи реагируют не только на положение солнца в небе, но, подобно медоносным пчелам и муравьям-бегункам, на Е-векторы поляризованного света[305]. Чтобы учитывать изменения положения солнца в течение дня, бабочкам — как и муравьям в пустыне и медоносным пчелам — нужны какие-то часы. По-видимому, этот механизм зависит от информации, получаемой через усики, потому что насекомое с отрезанными или закрашенными усиками теряет способность вносить поправки на время. Правда, пока что неясно, как именно он работает[306].

Стенли Хайнце и Репперт нашли в центральном комплексе головного мозга монарха клетки, настроенные на определенные углы Е-векторов, очень похожие на те, которые до этого были обнаружены у саранчи. Поэтому возможно, что монархи обладают способностью ориентироваться по узорам Е-векторов, даже когда сам солнечный диск скрыт облаками. Поскольку рисунок Е-векторов может быть неоднозначным, бабочкам нужно уметь не только отслеживать азимут солнца, но и измерять его высоту в небе. Для этого процесса, вероятно, требуются сигналы от вторых часов, расположенных в мозге, хотя их природа также еще не установлена[307].

Та система, которую я описывал до сих пор, уже получается необычайно сложной и замысловатой, но она, возможно, имеет и еще одно измерение. Как подозревала Перес, у монарха могут иметься еще и магнитные навигационные приборы.