Как мы ориентируемся. Пространство и время без карт и GPS

Горбатые киты, вероятно, компенсируют влияние внешних сил с помощью пространственной системы координат и ориентиров. Но каких именно? Вероятно, они, подобно многим другим животным, используют солнце в качестве компаса. Однако исследователи обнаружили, что, даже когда отдельные особи начинали свое путешествие в разных районах океана, с разной высотой и азимутом движения солнца, они придерживались одного направления. В других случаях животные, начинавшие миграцию с одного места, где солнце появляется в одной и той же точке на небе, выбирали разные курсы. Это значит, что киты использовали разные опорные ориентиры, чтобы определить свое положение. Если горбатые киты не могут ориентироваться только по солнцу, какую еще точку отсчета они используют? Тот же вопрос возникает при изучении навигационных способностей других животных. Разные виды используют для навигации солнце, звезды, луну, запахи, память и генетическую программу, но ни один из этих факторов не может объяснить, почему столько животных обладают способностью ориентироваться с такой удивительной точностью. В результате ученые, пытаясь объяснить самые сложные примеры миграции, такие как у горбатых китов и веретенников, переключили внимание на «простейший» уровень навигационного инструментария – магнетизм.

На протяжении десятилетий идея, гласившая, что животные ориентируются по магнитному полю Земли, отвергалась научным сообществом как лженаука. Затем, в 1958 г., молодому немецкому аспиранту поручили раз и навсегда опровергнуть эту теорию. Как отмечала историк науки Лиза Поллак, Вольфгангу Вильчко предложили воссоздать эксперимент, выполненный его коллегой, который поместил птиц в закрытое помещение, откуда не было видно ни солнца, ни звезд, но с удивлением обнаружил, что птицы не теряют способности ориентироваться. Объяснить это поведение можно было двумя способами: птицы используют магнетизм – или радиосигналы от звезд. Вильчко отдавал предпочтение гипотезе радиосигналов. Он поместил зарянок в стальную камеру, ослаблявшую магнитное поле Земли, и продержал там несколько дней, пытаясь сбить их внутренние часы. Но при проверке оказалось, что они по-прежнему прекрасно ориентируются. Когда же Вильчко менял направление магнитного поля, птицы меняли направление, в котором пытались улететь. Вильчко вместе со своей женой и коллегой, Росвитой, пришел к выводу, что зарянки, словно с помощью некоего компаса, определяют инклинацию, магнитное наклонение – угол между магнитным полем и земной поверхностью, – и выполнил десятки экспериментов, чтобы это доказать. Тем временем появились другие исследования, показавшие, что магнитное поле чувствуют также акулы, скаты, саламандры, улитки и даже пчелы. В начале 2000-х гг. ученые продемонстрировали, что магнитный компас используют еще 17 видов перелетных птиц, в том числе почтовые голуби.

Представление о том, что животные обладают биологическим компасом, который способен «читать» магнитное поле Земли, теперь превратилось в самое многообещающее объяснение навигации животных. Способностью ориентироваться в магнитном поле обладают не только виды, известные длинными маршрутами миграции, но и практически все животные, которых исследовали ученые. Карпы, плавающие в аквариумах на рыбных рынках Праги, стихийно выстраивались по оси север – юг. Точно так же поступают тритоны в минуту отдыха и собаки, когда приседают облегчиться. Лошади, коровы и олени располагают туловище в направлении север – юг, когда пасутся, – но не под линиями электропередачи, которые искажают магнитное поле. Рыжая лисица почти всегда бросается на мышь с северо-востока. Вероятно, у всех этих видов животных имеется некая органелла, которая работает как магниторецептор, реагирующий на магнитные волны подобно тому, как ухо реагирует на звук, а глаз – на свет.

По мере того как в XX в. множилось число примеров видов животных, обладающих такой способностью, магнитная теория навигации получала все большее распространение. Может ли биологический компас, использующий магнетизм, объяснить способность к навигации таких животных, как горбатые киты?

Возможно. Проблема лишь в том, что обнаружить такой компас никак не удается.

Поиски биологического компаса идут уже почти полвека, и в них участвуют биологи, химики и даже физики. Но анатомическое строение, механизм, расположение и нервные связи магниторецепторов животных по-прежнему остаются загадкой. Кеннет Ломан, специалист по навигации черепах, назвал эти поиски «безумно трудными»[87]. Магнитные поля, писал Ломан в журнале Nature, свободно проходят через биологические ткани, и это значит, что магниторецепторы могут располагаться практически в любом месте. Возможно, они имеют микроскопические размеры и распределены по всему телу, а возможно, магниторецепция имеет химический характер, и это значит, что у нее не существует единого органа или структуры. «Мы все еще пытаемся понять, как они это делают, – говорил мне геолог Джо Киршвинк. – Компас – это иголка в стоге сена».