Шнобелевская премия. Самые нелепые изобретения и не только

Именно этим вопросом и занимались ученые, ставшие лауреатами Шнобелевской премии 2013 года в номинации "Биология/ астрономия". Группа исследователей из Лундского университета (Швеция), а также Университета Претории и Университета Витватерсранда (Южно-Африканская республика) внесли свой вклад в копилку человеческих знаний о навигационных "инструментах" животных. Внимание биологов привлекли жуки скарабеи вида Scarabaeus satyrus:

эти насекомые, хоть и не совершают длительных путешествий, способны уверенно катить шар из навоза по прямой траектории почти в полной темноте. Ученые решили, что скарабеи ориентируются по звездам. Вообще это умение распространено в животном мире (это делают, например, тюлени и некоторые птицы), но вот среди насекомых оно ранее не наблюдалось.

Для проверки гипотезы биологам пришлось провести целых три эксперимента. Они построили круглый манеж диаметром три метра, огородили его бортом высотой в один метр, а пол посыпали песком. Сверху манеж был открыт — чтобы жуки видели небо. Когда скарабеям ничего не мешало, их путь из центра манежа до барьера был равен в среднем 207 сантиметрам (самое короткое расстояние — радиус манежа, 150 сантиметров). А вот когда жукам закрывали обзор крошечным картонным козырьком (он ограничивал обзор сверху, прямо перед собой насекомые могли смотреть абсолютно свободно), скарабеи "накручивали" по манежу в среднем 476 сантиметров.

В 2006 году ученые на примере муравьев Cataglyphis 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 18метровый 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 ЮжноАфриканской 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.