Дэвид Барри - Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Затем Венер хотел выяснить, какая именно часть мозга муравья обрабатывает сигналы, поступающие из DRA, но мозг этот настолько мал — меньше, чем самая маленькая булавочная головка, — что исследовать поведение отдельных клеток, входящих в его состав, невозможно. Вместо этого Венеру и его коллегам пришлось полагаться на аналогии с результатами, полученными при работе с гораздо более крупным мозгом сверчков и саранчи, чтобы получить представление о том, какие процессы лежат в основе муравьиного компаса на поляризованном свете. Вскоре они идентифицировали клетки мозга, реагирующие на поляризованный свет, а за прошедшее с тех пор время стало многое известно о нейронных сетях, участвующих в обработке информации, получаемой с поляризованным светом [105] Pfeiffer, K., Homberg, U. (2014). ‘Organisation and functional roles of the central complex in the insect brain’, Annual Review of Entomology, 59. P. 165–184. .

Разумеется, муравья нельзя считать уменьшенной копией человека, прокладывающего курс по небесным светилам. Он не выполняет сложных вычислений, чтобы учесть перемещение солнца по небу. Ему это и не нужно, потому что в его распоряжении имеется гораздо более простая система.

Она состоит из двух частей. Сначала муравей-бегунок использует то, что Венер назвал по аналогии с инженерным устройством «согласованным фильтром» [106] Wehner, R. (1987). ‘Matched filters — neural models of the external world’, Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 161 (4). P. 511–531. . Муравей буквально сопоставляет то, что видит, с моделью небесных узоров Е-векторов, встроенной в его глаза. Этот физический шаблон автоматически определяет направление на солнце, и муравей прокладывает свой курс в соответствии с этим направлением.

Затем, как и у медоносной пчелы, в действие приводится второй механизм. Это внутренние часы, «тикающие» в мозге муравья, которые позволяют ему учитывать изменения азимута солнца. В нормальных условиях они работают весьма хорошо, но муравей может потерять ориентацию, когда не видит всего поляризационного узора — например, когда часть неба закрыта облаками.

Муравей-бегунок, отправившийся на поиски пищи, использует солнечный компас для прокладки верного курса по лишенным отличительных черт пустынным солончакам — так же, как это делали штурманы ГДРП Багнольда. Но один только компас не помог бы ему найти обратную дорогу домой: для счисления пути нужен еще и способ измерения расстояния. Как же муравью удается решить эту задачу?

Одно из средств, которые муравей может использовать, — это визуальный эффект, который ученые называют «оптическим потоком». Звучит внушительно, но идея очень проста: когда мы движемся, нам кажется, что окружающие нас предметы движутся относительно нас в обратном направлении со скоростью, которая зависит, с одной стороны, от их удаленности от нас, а с другой — от скорости нашего собственного движения. Когда мы смотрим по сторонам, кажется, что объекты, расположенные ближе, движутся быстрее, чем те, что находятся дальше от нас, а то, что расположено прямо перед нами, увеличивается в размерах по мере нашего приближения. Хитроумные эксперименты доказали, что медоносные пчелы используют этот «поток» как для огибания препятствий и совершения мягкой посадки, так и для отслеживания расстояния, преодоленного в поисках пищи [107] Srinivasan, M., Zhang, S., & Bidwell, N. (1997). ‘Visually mediated odometry in honeybees’, Journal of Experimental Biology, 200 (19). P. 2513–2522. . «Измерения» оптического потока — один из факторов, определяющих рисунок танца, который они исполняют на поверхности улья.

Муравьи-бегунки также используют оптический поток для определения расстояния, пройденного в поисках пищи, но, как выясняется, это не главное их средство. У них есть кое-что еще.

Предположение о том, что муравьи, возможно, умеют измерять расстояния путем подсчета шагов, так же как штурманы ГДРП использовали одометры своих грузовиков (подсчитывавшие число оборотов колес), чтобы определить, как далеко они уехали, было высказано еще в 1904 году. Гипотеза казалась интересной, но никто не мог ее проверить, пока одному из учеников Венера, Матиасу Виттлингеру, не пришла в голову блестящая идея физически изменить длину шага муравьев и он не придумал практически осуществимый, хотя и жестокий способ это сделать [108] Wittlinger, M., Wehner, R., & Wolf, H. (2006). ‘The ant odometer: stepping on stilts and stumps’, Science, 312 (5782). P. 1965–1967. .

Сначала Виттлингер приучил обычных муравьев ходить к кормушке, расположенной в десяти метрах от их гнезда, и обратно. Затем он перенес их в установленный в том же месте тестовый желоб с высокими стенками, не позволявшими им видеть какие-либо ориентиры, которые выдали бы расположение гнезда. Поместив муравьев в ближний к кормушке конец желоба, он измерил расстояние, которое они проходили по направлению к дому, прежде чем начинали искать гнездо. А затем эти обученные муравьи подверглись операции, которую стыдливо назвали «экспериментальной обработкой».

Виттлингер либо прикреплял к их ногам ходули, сделанные из свиных щетинок, тем самым увеличивая длину их шага, либо укорачивал их ноги, что давало противоположный результат. По-видимому, муравьи переносили эту безжалостную процедуру с поразительным хладнокровием. Затем всех муравьев — и поставленных на ходули, и ампутантов — выпускали в тестовый желоб с дальнего его конца. Виттлингер хотел проверить, как изменение длины ног повлияет на расстояние, которые муравьи проходят до начала поисков гнезда. Результаты оказались поразительными: муравьи на ходулях уходили далеко за место расположения гнезда, а передвигавшиеся на культях, напротив, не доходили до него. Как и предсказывала теория, муравьи на ходулях, по-видимому, переоценивали расстояние до гнезда, а ампутанты ошибались в обратную сторону.

Но этим дело не закончилось. Потом Виттлингер позволил «обработанным» муравьям самостоятельно пройти от гнезда до кормушки, соответственно, удлиненными или укороченными шагами. В этом случае они вели себя почти точно так же, как нормальные муравьи, и правильно оценивали местоположение гнезда. Это было логично, потому что путь от гнезда до кормушки и обратный путь занимали одно и то же число шагов, будь то на удлиненных или на укороченных ногах.

При помощи солнечного компаса и одометра муравей-бегунок может найти прямой путь к отправной точке своего путешествия, то есть к гнезду. Более того, он способен найти этот путь независимо от того, каким запутанным был его маршрут от дома. Превосходный пример действия счисления пути. Однако, как и счисление пути, применяемое человеком, муравьиная система несовершенна. В ней накапливаются ошибки, и, поскольку Cataglyphis могут уходить за сотни метров от своего гнезда, суммарная величина этих ошибок может становиться значительной.