Дэвид Барри - Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Следует учитывать и еще один фактор. Время от времени, через нерегулярные интервалы, геомагнитное поле полностью переворачивается (происходит инверсия геомагнитного поля): северный полюс становится южным, а южный — северным. Последняя такая смена полярности произошла около 780 000 лет назад, но в более отдаленном прошлом случалось много других таких же «обращений поля». Мы знаем об этих событиях по окаменелым следам, которые они оставили в породах морского дна.

Такое обращение обычно занимает несколько тысяч лет, и в течение этого периода распад существовавшего ранее двухполюсного поля может сопровождаться возникновением причудливых многополюсных полей. Это было бы чрезвычайно неудобно с точки зрения прокладывания курса при помощи какого бы то ни было магнитного компаса.

Идея о том, что животные могут использовать в навигации геомагнитное поле, активно обсуждалась в XIX веке. Российский зоолог и путешественник Александр Миддендорф (1815–1894) высказал такое предположение в 1855 году; затем, в 1882-м, никому не известный француз по фамилии Вигье, живший в Алжире, исследовал возможности использования животными для ориентирования магнитного наклонения и напряженности магнитного поля [276] Viguier, C. (1882). ‘Le sens de l’orientation et ses organes chez les animaux et chez l’homme’, Revue Philosophique de la France et de l’Etranger. P. 1–36. . Он прозорливо описал гипотетический эксперимент, в котором к голубям можно было бы прикрепить магнитные или немагнитные металлические бруски, чтобы проверить, как это скажется на их способности находить обратную дорогу к дому.

Но эта идея не укоренилась, и научное сообщество по большей части не обращало внимания на гипотезу магнитной навигации до самых 1960-х годов. К тому времени появился небольшой, но устойчивый поток открытий, которые заставили до тех пор скептически настроенных исследователей вернуться к этой теме. Все больше становилось данных о чувствительности к магнитным полям поразительно разных животных, в том числе термитов, мух, акул и улиток, а вскоре к этому списку также добавились медоносные пчелы и птицы.

Первые свидетельства, позволявшие предположить, что пчелы могут чувствовать магнетизм, были получены в эксперименте, в котором естественное магнитное поле вокруг улья подавлялось системой электромагнитных обмоток. При этом направление, о котором сообщал виляющий танец пчел-разведчиков, чуть заметно изменялось. Еще интереснее было то открытие, что казавшиеся дезориентированными танцы, которые исполняли пчелы, лишенные всех небесных ориентиров (как солнца, так и «Е-векторов»), на самом деле следовали некой закономерности: они по большей части указывали на направления, соответствующие четырем главным румбам магнитного компаса. При отключении окружающего улей магнитного поля этот любопытный «бессмысленный» рисунок пропадал.

Медоносные пчелы явно способны воспринимать магнитное поле Земли, но, возможно, не используют это чувство в навигации, по меньшей мере непосредственно. Более вероятно, что они используют регулярные ежедневные изменения напряженности геомагнитного поля, происходящие около восхода и заката солнца, для калибровки внутренних часов, которые управляют их солнечным компасом. Возможно также, что так поступают и другие животные. Кроме того, магнитное чувство пчел помогает им строить ульи с регулярными массивами ячеек. Пока что неясно, используют ли они магнитную информацию для навигации, когда небо покрывается облаками и их солнечный компас выходит из строя [277] Gould, J. L., & Gould, C. G., Nature’s Compass (Princeton University Press, 2012). P. 100–104. .

Свидетельства наличия магнитного чувства у птиц начали появляться в 1960-х годах благодаря новаторским работам Фридриха Меркеля и Вольфганга Вилчко [278] Merkel, F. W., Wiltschko, W. (1965). Magnetismus und Richtungsfinden zugunruhiger Rotkehlchen (Erithacus rubecula)‘. Vogelwarte, 23 (1). P. 71–77. [279] См. описание опытов Вилчко в кн.: Биогенный магнетит и магниторецепция. М.: Мир, 1989. Т. 2. С. 247–253. — Прим. ред. . Но самый революционный результат был получен в важнейшем эксперименте, который провели в 1971 году Вольфганг Вилчко и его жена Росвита [280] Wiltschko, W., & Wiltschko, R. (1972). ‘Magnetic compass of European robins’, Science, 176 (4030). P. 62–64. . Они поместили перелетных зарянок [281] Они же малиновки ( Erithacus rubecula ). в восьмиугольную клетку с восемью насестами, равномерно распределенными по ее периметру. Затем они стали воздействовать на птиц, находившихся в состоянии Zugunruhe (это очаровательное немецкое слово означает беспокойство, которое птицы демонстрируют перед самым сезонным перелетом), магнитными полями с разными характеристиками и отмечать, на какие из насестов они садились. Целью этого эксперимента было определить, какие именно параметры магнитного поля влияют на поведение птиц — его напряженность, наклонение или полярность.

Супруги Вилчко последовательно и систематически меняли эти параметры на противоположные в разных сочетаниях. Результаты эксперимента оказались весьма удивительными. Птицы выбирали направление в зависимости не от полярности поля, а от его наклонения . Таким образом, они могли найти направление на ближайший магнитный полюс, но были неспособны отличить юг от севера. То есть их компас был совершенно не похож на тот, который использует человек. Однако это не означает, что они были способны лететь только на юг или на север: откалибровав свой магнитный компас, они могли прокладывать курс в любом направлении по своему выбору.

Такого рода компас наклонения предположительно должен хорошо работать в средних и высоких широтах, где угол наклонения достаточно велик и птице легко его заметить. Однако там, где силовые линии магнитного поля становятся горизонтальными, как это происходит вблизи экватора, его показания становятся неоднозначными, и именно это и доказали Вилчко. Когда они включали горизонтальное магнитное поле, зарянки понятия не имели, куда лететь, и теряли ориентацию. Из этого открытия можно сделать важные выводы. Оно означает, что птицы, перелетающие из Северного полушария в Южное (и обратно), не могут пользоваться своим магнитным компасом при приближении к магнитному экватору.

Результаты супругов Вилчко были с тех пор воспроизведены во многих других лабораториях и считаются одним из самых важных открытий в истории исследования бионавигации.

Компас наклонения был обнаружен у 20 разных видов птиц (а также у многих других животных) и вполне может быть даром, которым обладают все пернатые. У некоторых перелетных птиц он, по-видимому, является основным механизмом ориентации в дневное время, хотя его калибровка производится по поляризационным рисункам солнечного света [282] Able, K. P., & Able, M. A. (1993). ‘Daytime calibration of magnetic orientation in a migratory bird requires a view of skylight polarization’, Nature, 364 (6437). P. 523. . Птицы, совершающие ночные перелеты, также могут использовать компас наклонения, который они калибруют по азимуту солнца в сумерках, — эта методика позволяет им сохранять прямой курс, даже при пересечении экватора [283] Cochran, W. W., Mouritsen, H., & Wikelski, M. (2004). ‘Migrating songbirds recalibrate their magnetic compass daily from twilight cues’, Science, 304 (5669). P. 405–408. . Но точность, которую обеспечивает компас наклонения, остается предметом некоторых споров. Для попадания в целевую область малых размеров при дальних перелетах — например, остров, расположенный посреди океана, — одного этого механизма, несомненно, недостаточно, так как такой компас не способен предупреждать о боковом смещении относительно курса.