Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

Чтобы исследовать, каким образом ориентируются животные, я стал тренировать своих рыбок в специальном приборе. Рыбки должны были плыть на юг. Стоило отклониться чуть в сторону от заданного направления, как они тотчас же получали слабый электрический разряд. Но каким образом рыбки узнавали, какое из направлений южное?

Я без особого труда показал, что магнитное поле не дезориентирует рыбок. Значит, магнитным компасом рыбки не пользуются. Ключом к разгадке тайны стало одно наблюдение: выяснилось, что рыбки обладают способностью правильно ориентироваться только когда видят солнце. А поскольку они умеют отличать правильное направление в любое время дня, это означает, что они плывут под определенным углом в направлении на солнца, которое изменяется в зависимости от времени в течение дня.

— Не могли бы вы точно сформулировать, о чем именно говорит ваш эксперимент? — спросил мистер Томпкинс.

— Прежде всего он показывает, что рыбки умеют правильно определять местное время, а это значит, что у них должны быть какие-то внутренние биологические часы. Эксперимент также показывает, что рыбки в какой-то мере разбираются в астрономии, по крайней мере в том, что касается движения солнца. Разумеется, я хочу сказать лишь, что рыбки ведут себя так, как если бы они обладали познаниями в астрономии, но, разумеется, без каких-либо теоретических формулировок.

Люди также обладают таким неформулируемым знанием. Это видно хотя бы из того, что бросить камень и попасть точно в цель может и тот, кто не знает физики. Тем не менее он знаком с азами механики и с земным тяготением в том смысле, что может пользоваться ими для своих целей, хотя и не знает, как сформулировать их в явном виде.

— А какого рода астрономическими познаниями обладают рыбы? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Мы исследовали астрономические познания рыб и получили весьма интересные результаты. Поскольку мы научили рыбок реагировать определенным образом на солнце, на следующем этапе опытов мы заменили настоящее солнце искусственным. Рыбки плыли под углом в направлении на искусственное солнце. Будь это солнце настоящим, они плыли бы на юг. Мы можем также спросить, где по мнению рыбок солнце находится ночью.

Если показать рыбам ночью искусственное солнце, то они поплывут в направлении, которое соответствует правильному углу между направлением на юг и направлением на настоящее солнце, которое теперь находится за горизонтом. Ровно в полночь рыбки поплывут прочь от света. Замечательно, что рыбки действуют так, словно знают о том, что по ночам солнце опускается за горизонт и путешествует по другую сторону Земли, чтобы утром снова взойти на востоке. Таким образом, у рыб, и не только у них, но и у пчел, выработались правильные астрономические представления, которыми располагали древние египтяне, считавшие, что солнце ночью совершает свой путь под землей. Правда, египтяне облекли свои представления в причудливый мистический наряд. Они верили, что солнце совершает свой путь под землей в стране мертвых на ладье.

— Все ли животные обладают столь глубокими познаниями в астрономии? — полюбопытствовал мистер Томпкинс.

— О нет, хорошими астрономами можно назвать далеко не всех животных. Если вы попытаетесь поставить такой же эксперимент на большинстве видов жуков, то обнаружите, что днем они ориентируются в пространстве правильно, как рыбы, а если им показать источник света ночью, то жуки будут действовать так же, как днем. Движение солнца они компенсировали так, будто вечером солнце исчезает за горизонтом на западе, а затем уже как невидимое черное тело повторяет свой дневной путь по небу, но в обратном направлении, с запада на восток, и вспыхивает вновь, когда достигает горизонта на востоке.

— Очень интересно, — заметил мистер Томпкинс. — А почему вы возили своих рыбок в Монтевидео?

— Это действительно очень интересная история. Если вы находитесь в северном полушарии и стоите так, что в полдень солнце светит вам в лицо, то солнце восходит слева и заходит справа от вас. Но если вы находитесь в южном полушарии и стоите так, что в полдень солнце светит вам в лицо, то оно восходит справа и заходит слева от вас. Таким образом, в северном полушарии солнце движется по часовой стрелке, а в южном полушарии — против часовой стрелки. Собьет ли это рыбок, если перенести их из одного полушария в другое? Я научил своих рыбок плыть на юг в северном полушарии, а затем отвез их в южное полушарие — в Монтевидео. Если на новом месте они будут реагировать на солнце так же, как дома, то по утрам они должны плыть в «правильном» направлении — на юг, а с полудня — плыть на север.

И, действительно, я обнаружил, что сначала мои рыбки плыли именно так, а затем они, по-видимому, каким-то образом почувствовали, что солнце, движущееся против часовой стрелки, движется «как-то не так», и полностью утратили способность ориентироваться в пространстве, и плавали по всем направлениям совершенно хаотически.

— Недавно я попытался было узнать побольше о времени, —заметил мистер Томпкинс, — и ваши комментарии по поводу так называемых биологических часов очень интересны. Я обнаружил, что могу без наручных часов очень точно определять время, и, по-видимому, ваши рыбки обладают такой же способностью. Скажите, пожалуйста, все ли живые существа обладают биологическими часами?

— Насколько нам известно, биологические часы есть у всех растений и животных. Единственным исключением служат такие низшие формы, как бактерии. В биологии существуют самые различные виды процессов, называемых периодическими. Например, крохотный одноклеточный организм Gonyaulax испускает вспышки света. Даже если он находится в кромешной тьме, Gonyaulax, продолжает жить в 24-часовом ритме, испуская в одно время суток больше вспышек, чем в другое. Или взять хотя бы фруктовую мушку дрозофилу, ставшую своего рода знаменитостью, поскольку ей обязана своими успехами такая наука, как генетика. Даже если мы станем хранить отложенные дрозофилой яички в темноте, большинство мушек вылупится из яйца в строго определенное время суток. Одни из таких периодических процессов действительно используются для определения времени суток, другие не используются, но и те, и другие мы называем биологическими часами.

— Мне кажется, что вам удалось объяснить, каким образом часы можно использовать, чтобы определять направления в пространстве, — заметил мистер Томпкинс. — А не могут ли перелетные птицы определять направления с помощью биологических часов?

— Разумеется, могли бы и вполне вероятно, что они именно так и делают. Впрочем, перелетные птицы используют и другие способы ориентации, объяснить которые совсем нетрудно. Например, многие птицы во время перелетов следуют береговой линии. Миграции некоторых птиц не могут не вызывать восхищения. Например, золотистые ржанки улетают на зиму с Аляски на Гавайи и Маркизовы острова —крохотные клочки суши, затерянные в бескрайних просторах Тихого океана, никаких вех, по которым они могли бы ориентироваться в пути, нет, и любая сколько-нибудь значительная ошибка в выборе правильного курса для них могла бы оказаться роковой но, по-видимому, такие ошибки, если они и случаются, не слишком велики. Учитывая огромные расстояния, трудно поверить, что прокладку курса золотистые ржанки ведут по счислению, как сказали бы мореплаватели. А вот еще один пример: многие виды альбатросов устраивают гнезда на каком-нибудь островке в Тихом океане, а остальную часть года странствуют над всей акваторией океана, всякий раз безошибочно возвращаясь на свою малую родину. Такая навигация требует гораздо большего, чем одной лишь способности определять направление на север или на юг. Чтобы вы могли попасть в любую точку земного шара по своему усмотрению, вам необходимо знать где находитесь вы, и где находится «пункт назначения», т. е. широту и долготу двух точек.