Яна Хлюстова - Шнобелевская премия. Самые нелепые изобретения и не только

В 2006 году ученые на примере муравьев Cataglyphis fortis доказали: эти насекомые считают шаги. Муравьи с приклеенными к лапкам ходулями проскакивали мимо кормушек, расположение которых насекомым было известно, а муравьи с укороченным лапками не доходили до них. Впервые идея о том, что муравьи считают шаги, была высказана в 1904 году. Кроме того, муравьи ориентируются благодаря поляризации солнечного света.

Во втором эксперименте условия ужесточили: манеж стал меньше (диаметр — 2 метра), но его приподняли над землей так, чтобы жуки не видели кроны окружающих деревьев, приборы экспериментаторов, камеры и прочие потенциальные ориентиры, а барьер обили черной тканью. Сами биологи также ушли из поля зрения насекомых. Ученые провели наблюдения в разных режимах — с козырьками, без козырьков и в полной темноте — и убедились, что время, требующееся жуку на переход от центра манежа к бортику, зависит от траектории движения скарабея, а не от скорости (она у всех оказалась примерно одинаковой). Траектории же сильно отличались: шедшие в темноте или одетые в козырьки жуки шли по маршрутам, сильно похожим на клубки спутанных ниток, а те, кто видел звездное небо над головой, бежали по маршрутам с небольшими изгибами. Играла роль и степень освещенности: при полной Луне жукам в среднем требовались 21,4 секунды (плюс-минус 4 секунды), чтобы добежать до цели. В безлунную, но звездную ночь это время составляло около 40 секунд (плюс-минус 15 секунд). А вот жуки в «кепочках» путешествовали по манежу примерно 124 секунды (плюс-минус полминуты).

На этой стадии изысканий биологам стало ясно, что скарабеи действительно ориентируются по звездам. Но что именно служит им ориентиром? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые и жуки поехали в планетарий Йоханнесбурга (Южно-Африканская республика). На 18-метровый купол этого планетария можно вывести изображение примерно четырех тысяч звезд и отдельно — проекцию Млечного Пути. Жуков испытывали под «небом» в пяти режимах: полном (все звезды и Млечный Путь); только с Млечным Путем; со всеми звездами за исключением 18 самых ярких; только с 18 самыми яркими звездами; наконец, с выключенными звездами и Млечным Путем. Многочисленные пробежки подтвердили: основным ориентиром для скарабеев служит именно Млечный Путь. Без него они также способны прийти в нужную точку, но время в дороге существенно возрастает.

Хотя исследователи довольно давно изучают, как животные ориентируются по звездам, на некоторые вопросы они пока не знают ответа. Например, многие птицы при длительных перелетах пересекают экватор — а значит, картина звездного неба для них постепенно меняется. В северном и южном полушариях наблюдателю виден разный набор созвездий — так, находясь в той же Южно-Африканской республике, вы не найдете на небе привычных Большой и Малой медведиц, Кассиопеи или Андромеды, зато обнаружите Скорпиона, Феникса, Голубя, Журавля, Южный Крест и Павлина. На данный момент неизвестно, как именно птицы «переключаются» между разными режимами навигации в зависимости от времени года, полушария. Также не понятно, способны ли они определять свою широту и долготу — а если способны, то как именно они это делают.

Но, конечно, звездное небо — не единственный инструмент ориентации на местности для животных. Эрик Варрант из Лундского университета (один из авторов работы про скарабеев) и его коллеги в 2018 году сообщили, что ночные бабочки вида Agrotis infusa в своих тысячекилометровых перелетах ориентируются по магнитному полю Земли. Раньше такая система навигации была зафиксирована только у дневных бабочек-монархов. Каждую весну Agrotis infusa покидают юго-восточные районы Австралии и летят в пещеры австралийских Альп, где пережидают жаркий сезон. «Когда мы начали это исследование, мы были уверены, что бабочки для навигации по время перелетов используют исключительно небесные ориентиры, такие как звезды и Луна, — рассказывает Эрик Варрант. — Но, как выяснилось, это не так. Мы были очень удивлены, когда узнали, что эти бабочки могут чувствовать магнитное поле Земли — совсем как птицы, мигрирующие по ночам».

Биологи соорудили для бабочек специальный симулятор: насекомые могли видеть как знакомые им географические ориентиры, так и ощущать искусственно созданное магнитное поле. Когда поле было ориентировано так же, как в жизни, бабочки летели в нужном направлении. А когда магнитное поле разворачивали, и его направление входило в конфликт с ландшафтом, Agrotis infusa теряли ориентацию на местности через несколько минут.

Но, конечно, не все всегда так сложно. Относительно простая навигация по визуальным ориентирам (рекам, горам, деревьям) также встречается в животном мире — особенно во время небольших переходов, скажем, с одной стороны горного перевала на другую. Еще один способ находить верную дорогу — обоняние. В частности, рыбы лососевых пород ориентируется по запахам в реках, чтобы найти места для нереста и отложить икру там же, где появились на свет сами. А антилопы гну в национальном парке Серенгети (Танзания) ищут более зеленые пастбища по запаху дождя. Не так давно биологи обнаружили, что обоняние играет важную роль и при перелетах птиц — так к ориентированию по звездному небу и магнитному полю добавился еще один инструмент.

Известно, что иногда потерявшиеся домашние коты преодолевают огромные расстояния — по несколько сотен километров, — чтобы вернуться домой. Не теряться на близких дистанциях от дома им помогает обоняние и запоминание визуальных ориентиров. Однако у ученых нет однозначного объяснения, как коты могут добраться из одного города в другой — как, например, кошка Мурка, в 1989 году дошедшая из Воронежа в Москву.

Сначала в экспериментах ученые исследовали перемещение птиц, нарушая магнитное поле или ограничивая их обоняние. Оказывалось, что способность ощущать запахи важнее — без нее птицы не могли найти места гнездования, в то время как лишение их способности ориентироваться по магнитному полю не влияло на результаты перелета. Эти опыты критиковались, так как, во-первых, птицы помещались в искусственную для них обстановку, а во-вторых, скептики замечали: отсутствие обоняние может лишать птиц не способности находить дорогу, а мотивации к ее поиску.

В последних опытах авторы устранили недостатки предыдущих экспериментов. В качестве подопытных выступили буревестники: биологи надели на три десятка птиц, перемещавшихся в районе Балеарских островов (над Средиземным морем), GPS-датчики, а также закапали им в нос сульфат цинка, чтобы временно лишить обоняния. Еще одной группе птиц закрепили на теле небольшие магниты, чтобы сбивать их с «магнитного курса», а третью партию буревестников использовали как контрольную группу. Всех участников эксперимента отпустили на свободу: птицы продолжали искать пищу и возвращаться к гнездам. Сульфат цинка и магниты нисколько им не мешали.