Дэвид Барри - Супернавигаторы [О чудесах навигации в животном мире] [litres]

Некоторые из бактерий используют особенно удивительную форму таксиса. Так называемые магнитотаксисные бактерии содержат мельчайшие намагниченные частицы, цепочки которых действуют как микроскопические стрелки компаса. Эти «стрелки» заставляют бактерии ориентироваться вдоль магнитного поля Земли, что помогает им находить дорогу вниз, к бедным кислородом слоям воды и отложений, условия которых особенно благоприятны для них. «Стрелки», которые находят в бактериях Северного полушария, имеют полярность, противоположную тем, которые встречаются у бактерий Южного. Этот простой пример иллюстрирует могущество естественного отбора.

Распознавание окаменевших бактерий – дело чрезвычайно трудное, но остатки магнитотаксисных бактерий находили в горных породах, образовавшихся сотни миллионов, а то и миллиарды лет назад. Хотя считается, что эти бактерии самыми первыми в истории нашей планеты пользовались магнитной навигацией, первые живые образцы были найдены только в 1975 году [10] Blakemore, R. (1975). ‘Magnetotactic bacteria’, Science, 190 (4212). P. 377–379. . Как ни странно, их открытие совпало с демонстрацией использования магнитной навигации гораздо более сложными организмами – птицами.

Наши ближайшие родственники среди одноклеточных организмов имеют весьма труднопроизносимое название – это хоанофлагеллаты [11] Choanoflagellata . , или воротничковые жгутиконосцы. Они чуть сложнее бактерий, живут в воде и иногда собираются в колонии. Как и нам, им необходим кислород, и они способны не только обнаруживать чрезвычайно малые перепады его концентрации, но и активно перемещаться в направлении более богатого его источника – опять же при помощи своих жгутиков [12] Kirkegaard, J. B., Bouillant, A., Marron, A. O., Leptos, K. C., & Goldstein, R. E. (2016). ‘Aerotaxis in the closest relatives of animals’, eLife, 5, e18109. .

Еще сильнее поражают не имеющие мозга скопления единичных клеток, известные под малопривлекательным названием слизевиков. Эти простейшие организмы умеют медленно, но верно перетекать к источнику глюкозы, спрятанному на дне U-образной ловушки. При этом они используют примитивную память, позволяющую им не возвращаться в те места, которые они уже исследовали [13] Reid, C. R., Latty, T., Dussutour, A., & Beekman, M. (2012). ‘Slime mold uses an externalized spatial “memory” to navigate in complex environments’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (43). P. 17490–17494. . Кроме того, они с легкостью решают одну конструкторскую задачу, оказавшуюся сложной для людей: речь идет о проектировании оптимальной железнодорожной сети.

Исследователи обнаружили, что один слизевик, которому предложили множество овсяных хлопьев, разложенных в соответствии со схемой расположения городов вокруг Токио, принялся строить сеть туннелей для распределения питательных веществ, которые он извлекал из этих хлопьев. Как ни поразительно, в конечном виде эта сеть совпала с системой железнодорожного сообщения, реально существующей вокруг Токио. Слизевик решал эту задачу следующим образом: сначала он проложил туннели, идущие во всех направлениях, а затем стал постепенно отсекать лишние, так что в конце концов остались только те туннели, которые обеспечивали транспортировку наибольшего количества питательных веществ (то есть «пассажиров») [14] Tero, A., Takagi, S., Saigusa, T., Ito, K., Bebber, D. P., Fricker, M. D., … & Nakagaki, T. (2010). ‘Rules for biologically inspired adaptive network design’, Science, 327 (5964). P. 439–442. .

Выше по шкале сложности находятся гораздо более крупные, но все еще очень маленькие многоклеточные организмы, известные под названием «планктон», в изобилии живущие в океанах – в особенности тех, которые окружают Арктику и Антарктику. Многие из этих растений и животных невозможно разглядеть невооруженным глазом, но они часто скапливаются в таких огромных количествах, что море становится похоже на густой суп мисо. При так называемом цветении планктона целое море может приобрести ржаво-красный оттенок.

Такого рода существам не нужно точно знать, где они находятся, – что логично, так как они по большей части находятся во власти океанских течений, – но это вовсе не значит, что они пассивны. В поисках пищи или спасения от тех, кто сам может употребить его в пищу, многие виды животного планктона (или зоопланктона, к которому относятся мальки рыб, мелкие ракообразные и моллюски) на каждом закате и рассвете перемещаются вверх и вниз в толще воды, из темных глубин к поверхности и обратно. Планктон же растительный, который в основном остается вблизи поверхности, чтобы использовать более яркий солнечный свет, в случае необходимости может нырять в глубину, спасаясь от вредоносного воздействия слишком сильного ультрафиолетового излучения.

Выбор моментов таких перемещений обеспечивается способностью планктона отслеживать изменения интенсивности солнечного света, хотя полярной ночью, которая продолжается несколько месяцев, зоопланктон переключается на ритм, связанный с лунным светом [15] Last, K. S., Hobbs, L., Berge, J., Brierley, A. S., & Cottier, F. (2016). ‘Moonlight drives ocean-scale mass vertical migration of zooplankton during the Arctic winter’, Current Biology, 26 (2). P. 244–251. . В некоторых случаях в таких процессах участвует нечто большее, чем простая реакция на изменение освещенности. Некоторые виды планктона начинают движение еще до обнаружения каких бы то ни было изменений; даже будучи помещены в затемненный аквариум, они продолжают свою вертикальную миграцию еще в течение нескольких суток. Это загадочное поведение, по-видимому, связано с какими-то внутренними «часами», управляющими их перемещениями [16] Häfker, N. S., Meyer, B., Last, K. S., Pond, D. W., Hüppe, L., & Teschke, M. (2017). ‘Circadian Clock Involvement in Zooplankton Diel Vertical Migration’, Current Biology, 27 (14). P. 2194–2201. . Вся пищевая цепочка океана в конечном счете зависит от планктона, и его колоссальных масштабов суточные миграции играют ключевую роль в жизни всей планеты.

Находить дорогу нужно даже простым червям, и один из них – стандартное подопытное животное, почвенная нематода Caenorhabditis elegans , – по-видимому, роет свои подземные ходы, используя для ориентации магнитное поле Земли [17] Vidal-Gadea, A., Ward, K., Beron, C., Ghorashian, N., Gokce, S., Russell, J., … & Pierce-Shimomura, J. (2015). ‘Magnetosensitive neurons mediate geomagnetic orientation in Caenorhabditis elegans’, Elife, 4, e07493. . А тритоны, некоторые из которых способны находить дорогу к своему родному водоему на расстоянии до 12 километров, пользуются магнитным компасом [18] Phillips, J., & Borland, S. C. (1994). ‘Use of a specialized magnetoreception system for homing by the eastern red-spotted newt Notophthalmus viridescens’, Journal of Experimental Biology, 188 (1). P. 275–291. .

У кубомедуз – маленьких прозрачных животных, печально известных в тропической зоне Австралии сильными ожогами, которые они вызывают, – нет мозга, но есть глаза, и они отнюдь не отдаются на волю течения. Они плавают активно и целеустремленно, охотясь за своей добычей. Как ни странно, глаз у них целых 24 штуки, четырех типов.