Грегори Гбур - Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

В следующем году эти наблюдения нашли свое подтверждение в ключевой серии экспериментов, которые, в виде исключения, были проведены не в Соединенных Штатах, а в Аргентине. Автором этого исследования был Харальд фон Бекх, который родился в 1917 г. в Вене (Австрия) в семье врачей. Харальд пошел по стопам родителей и получил диплом врача в 1940 г. {12} В 1941 г. он стал преподавателем Академии авиационной медицины в Берлине; кроме того, служил летчиком и полетным врачом. После падения нацистского режима фон Бекх понял, что в Германии еще долго невозможно будет продолжать летные исследования. Оказавшись в итальянской Генуе, он явился в аргентинское консульство и договорился о продолжении своей работы в Буэнос-Айресе.

Фон Бекха интересовало изучение ориентации и мышечной координации в состоянии невесомости, и Южная Америка обеспечила его идеальным животным для подобных исследований — им оказалась аргентинская змеиношейная черепаха Hydromedusa tectifera . Фон Бекх так описал идеальные для исследователя поведенческие качества этого животного:

Эти черепахи представляются особенно подходящими объектами для исследования ориентационного поведения и мышечной координации благодаря их способности двигаться под водой с необычайной скоростью и мастерством во всех направлениях во время поиска пищи. Эти животные принадлежат к чрезвычайно прожорливому классу водяных черепах. При обычных условиях силы тяжести, то есть на земле или в горизонтальном полете, они набрасываются на пищу, как змеи, вытягивая к добыче свои S-образные шеи с большой точностью. Они готовы также выхватить кусок мяса, свисающий изо рта у другого животного. Мало того, когда они голодны, то пытаются вытащить кусок, уже попавший в рот к другим черепахам {13} .

Таким образом, аргентинские черепахи обладают природной способностью охотиться во всех направлениях, обладают точностью удара и весьма мотивированы, что делает их желанным объектом для испытаний на координацию. Одна конкретная черепаха, кроме того, обладала дополнительным удачным качеством для фон Бекха. Будучи случайно оставлена на несколько дней в перегретом аквариуме, эта черепаха утратила свою вестибулярную функцию. Поначалу ей трудно было точно прицелиться, чтобы нанести удар по добыче, но постепенно она восстановила свои навыки и через три недели уже могла питаться нормально. Фон Бекх сделал вывод, что у этого животного навсегда пострадала функция вестибулярного аппарата, но в качестве компенсации оно научилось использовать визуальные средства ориентации. Используя эту черепаху и других, здоровых животных, фон Бекх мог проводить сравнение их реакций на невесомость.

Животные помещались в двухместный истребитель в цилиндрическом контейнере, наполненном водой и открытом сверху. Во время периодов пикирования с нулевой силой тяжести черепах кормили кусочками мяса, удерживаемыми специальным пинцетом; оценивалась при этом точность ударов черепах по добыче. Следует отметить, что пикирование с нулевой силой тяжести никогда не бывает идеальным и открытые сосуды с водой в самолете в эти моменты могут давать весьма интересные эффекты. Фон Бекх заметил, что «при переходе от горизонтального полета к вертикальному возникают короткие периоды отрицательного ускорения. В это время вода (и иногда животные вместе с ней) поднимается вверх, образуя над верхом сосуда яйцевидный купол высотой 20–30 см. Однако, когда сосуд поднимается на прежнюю высоту, бóльшая часть воды стекает обратно».

Фон Бекх обнаружил, что здоровые черепахи, как мыши в более ранних американских ракетных экспериментах, с трудом попадали в цель — кусочки предназначенной им приманки, тогда как черепаха с поврежденным вестибулярным аппаратом справлялась со своей задачей так же хорошо, как на земле. Как предсказывали ранее Хабер и Гауэр, здоровые животные, очевидно, терялись из-за того, что зрительная информация у них расходилась с информацией от вестибулярной системы; у пострадавшего животного такого конфликта не возникало. Здоровые черепахи после 20 или 30 полетов постепенно приспосабливались и заново научались охотиться; это позволяло предположить, что и люди, после некоторых начальных трудностей, могли бы адаптироваться к состоянию невесомости и функционировать нормально.

В полетах с нулевой силой тяжести фон Бекх проверял также и координацию людей. В периоды невесомости испытуемых просили рисовать крестики в квадратиках на бумаге. Испытуемые вполне справлялись с этой задачей, за исключением случая, когда делать это предлагалось в состоянии невесомости и с закрытыми глазами; этот результат согласуется с более ранними выводами о том, что и кошки, и люди используют для координации движений одновременно и вестибулярный аппарат, и глаза. Дезориентация наступает в случаях, когда не функционируют обе эти системы.

Учитывая, что поведение животных в условиях свободного падения изучалось довольно активно, немного удивляет, что кошки присоединились к этим исследованиям так поздно. Наконец, в 1957 г. Зигфрид Гератеволь — еще один немец, завербованный в ходе операции «Скрепка», и майор Герберт Столлингс, летчик Школы авиационной медицины авиабазы Рэндольф, занялись исследованием кошек в полетах с нулевой силой тяжести. Сами они так описывали свою мотивацию:

С практической точки зрения задавался вопрос о том, как будет работать рефлекс переворачивания в правильное положение у кошек в условиях пониженной и нулевой гравитации. Будет ли кошка переворачиваться, если держать ее вниз головой, или останется в прежнем положении? Существует ли какая-то временнáя характеристика, которая могла бы указывать на приспособление и адаптацию? Как другие признаки, к примеру визуальные данные об ориентации, будут влиять на действие этого рефлекса? Поиск ответов на данные вопросы велся не только для удовлетворения нашего собственного любопытства, но и для прояснения роли отолитового аппарата в невесомости {14} .

Один тревожный вопрос о невесомости по-прежнему оставался нерешенным: как будет чувствовать себя человек в невесомости, если его не пристегивать к креслу или какой-то другой закрепленной опоре? Исследователи тогда еще не использовали для испытаний в невесомости больших грузовых самолетов. Приходилось действовать иначе и брать для испытаний и животных, и самолеты поменьше. В экспериментах с невесомостью участвовали восемь кошек: четыре котенка в возрасте около трех недель, две двухмесячные и две трехмесячные кошки. Не все животные чувствовали себя в невесомости одинаково хорошо. Самые юные кошечки и котики не проявляли рефлекса переворачивания вовсе, из чего исследователи сделали вывод, что этот рефлекс у кошек формируется между четвертой и шестой неделями жизни.