Все новости
"Магнитное чутье":
Фрагменты новых книг

"Магнитное чутье": как его обнаружили — в отрывке из книги об органах чувств животных

© David Silverman/Getty Images
В издательстве "Альпина нон-фикшн" вышла книга научного журналиста и лауреата Пулитцеровской премии Эда Йонга о мироощущении животных. ТАСС публикует фрагмент об эксперименте, который подтвердил, что те могут чувствовать магнитное поле Земли и благодаря этому ориентироваться в пространстве

Со времен Аристотеля принято выделять пять чувств — физических, не эмоций: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. Однако этот список неполный. Например, для людей в нем отсутствуют ощущение собственного тела, чувство равновесия, связанное одновременно с осязанием и зрением, и другие. 

У животных все еще сложнее, рассуждает Эд Йонг в книге "Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность". И приводит пример — "в клюве утконоса расположены сенсоры, улавливающие электрические поля, и сенсоры, чувствительные к давлению. Разделяет ли мозг утконоса эти потоки информации или они сливаются в единое чувство электродавления?" В своей работе Йонг ищет ответы на этот и подобные вопросы. 

Но не всегда находит. Так, например, магниторецепция — способность организмов чувствовать магнитное поле Земли и ориентироваться по нему — остается сравнительно малоизученной. А еще недавно само существование этого чувства ставилось под сомнение. Как это изменилось — в приведенном отрывке.

История исследования магниторецепции отмечена жестоким соперничеством и омрачена заблуждениями, а само это чувство печально известно тем, что с трудом поддается как изучению, так и пониманию. Вопросов без ответа хватает и в случае остальных чувств, но, когда речь идет о зрении, обонянии или даже электрорецепции, ученым хотя бы примерно понятно, как они функционируют и какие органы при этом задействованы. С магниторецепцией все иначе. Она по-прежнему остается самым малоизученным чувством, хотя в ее существовании ученые убедились много десятилетий назад. 

Геомагнитное поле охватывает всю планету и потому может направлять животных, пересекающих во время миграции целые континенты. Но даже самое грандиозное путешествие начинается с первых осторожных шагов, и именно благодаря им магниторецепцию и удалось обнаружить.

Когда приходит пора лететь в дальние края, птицы становятся непоседливыми. Даже в неволе они постоянно скачут с места на место, перепархивают, машут крыльями. Эту суетливость называют немецким словом Zugunruhe, что значит "миграционное беспокойство". Птицы понимают, что время настало. Их тянет в путь. И как правильно понял немецкий орнитолог Фридрих Меркель в 1950-е гг., этот путь они знают заранее. Меркель и его ученики Ганс Фромм и Вольфганг Вильчко, отлавливая по осени малиновок, заметили в этом миграционном беспокойстве пойманных птиц некую закономерность*, 4. Ночью малиновки перепархивали в сторону юго-запада — именно туда, будь они на свободе, им предстояло лететь, чтобы добраться до солнечной Испании. Они прыгали в эту сторону на открытом воздухе, когда им видно было ночное небо. Но этого же направления они придерживались и в комнатах с наглухо закрытыми окнами, где не было никаких небесных ориентиров. Полвека спустя ту же самую картину увидит Уоррант, наблюдая за богонгами. В 1950-х гг. группу Меркеля осенила та же мысль, что и его: птицы ориентируются как-то иначе, и вполне вероятно, что по геомагнитному полю. 

*

Малиновку европейскую — European robin (Erithacus rubecula) — не нужно путать с той птицей, которую называют малиновкой (robin) в Америке. Все сходство между ними сводится к ярко-красной грудке, из-за которой американский странствующий дрозд (Turdus migratorius) стал именоваться так же, как уже знакомая переселенцам мелкая европейская мухоловка.

Продолжение

Сама идея магниторецепции и тогда была не нова. В 1859 г. зоолог Александр фон Миддендорфф предположил, что птицы, "эти мореходы небес", могут "обладать внутренним магнитным чутьем"5. Но за следующие 100 лет ни он сам, ни другие не нашли этой на первый взгляд абсурдной гипотезе никакого подтверждения. А без доказательств даже Дональд Гриффин, которому было не привыкать к необычным чувствам у животных, относился к этой идее скептически6. В 1944 г., тогда же, когда он ввел термин "эхолокация", Гриффин писал, что магнитное чувство "крайне маловероятно". Рассматривать его всерьез допустимо было только потому, что никакого другого внятного объяснения, откуда перелетные птицы знают, куда лететь, не обнаруживалось. Магниторецепция была версией "за неявкой прочих". Гипотезой, дожидающейся хоть каких-либо доводов в свою пользу.

Малиновка европейская WaceQ/Shutterstock/FOTODOM
Описание
Малиновка европейская
© WaceQ/Shutterstock/FOTODOM

Это доводы нашли Меркель и Вильчко*, 7. Сперва они документировали направление прыжков малиновок, поместив их в восьмиугольную камеру с насестом у каждой стенки. Когда птица вспархивала на насест, срабатывало чувствительное к весу реле, которое делало отметку о прыжке в виде пробоя на перфоленте. Позже они придумали более простой и эффективный способ фиксации: птиц сажали в большую воронку с пропитанной чернилами штемпельной подушечкой на дне и промокательной бумагой на стенках. Теперь ученым достаточно было подсчитать чернильные отпечатки, оставленные птицами на стенках при попытках выбраться**. Эксперименты получались трудоемкими, поскольку проводить их можно было только в тот короткий период года, когда птиц охватывает Zugunruhe. И все же они четко и количественно показали, что осенью малиновки стремятся на юго-запад. Затем, в доказательство того, что птицы руководствуются магнитным чувством, Вильчко попробовал менять окружающее их магнитное поле. В 1960-е гг. он начал помещать клетки с малиновками между кольцами Гельмгольца — парами проволочных спиралей, генерирующими в пространстве между собой искусственное магнитное поле. И когда Вильчко с помощью этих колец поворачивал магнитное поле вокруг малиновок, птицы меняли в соответствующую сторону направление перепархивания. У них явно имелся внутренний биологический компас. 

*

* Примерно в то же время другие ученые установили, что на магнитное поле реагируют и более простые животные, такие как плоские черви и новозеландские улитки (Brown, 1962; Brown, Webb, and Barnwell, 1964).

** Эта конструкция называется воронкой Эмлена в честь ее изобретателя Стива Эмлена. Дешевое и простое в использовании устройство буквально перевернуло исследование миграции птиц. Оно используется и в наше время, только штемпельные подушечки и промокашку заменили на корректирующую бумагу или термобумагу, которая меняет цвет при нагревании.

Продолжение

Но и к этим экспериментам отнеслись скептически — и не без оснований. Магнитное поле Земли очень слабое8. Настолько слабое, что даже беспорядочное колебание молекул в теле животного может обладать в 200 млрд раз большей энергии. Это значит, что ни одно живое существо не должно улавливать такой до нелепости слабый стимул. Однако малиновкам это как-то определенно удавалось*. И не только им. Многие ученые, включая самого Вильчко и его жену Росвиту, сумели повторить первоначальный эксперимент с несколькими другими видами птиц, в том числе садовыми славками, индиговыми овсянковыми кардиналами, серыми славками, славками-черноголовками, желтоголовыми корольками и серебряными белоглазками9. "Внутреннее магнитное чутье", которое представлял себе Миддендорфф, не только существует, но и широко распространено. 

*

В лабораторных экспериментах они могут улавливать изменение направления ощущаемого ими поля на 5º. Возможно, в дикой природе, где они не испытывают стресса от пребывания в неволе, точность еще выше.

Продолжение

С тех пор как Меркель вместе со своими малиновками совершил первые шаги в верном направлении, ученые находили и находят свидетельства магниторецепции у самых разных представителей царства животных10. Однако она отличается почти от всех уже рассмотренных нами чувств тем, что не используется для коммуникации. Сами животные не создают магнитные поля, поэтому магнитное поле Земли — единственное, которое они научились улавливать в ходе эволюции. В основном им это нужно для того, чтобы находить дорогу в дальних и не очень дальних перемещениях. Большой бурый кожан после изнурительной ночной охоты возвращается к месту дневки по такому внутреннему компасу11. Малькам рыб-кардиналов, проводящим первые дни жизни в открытом океане, тот же компас помогает отыскать обратный путь к родному рифу12. Слепыши ориентируются по магнитному полю в своих темных подземных тоннелях13. А богонги, как выяснил Уоррант, пользуются этим чувством в длительных перелетах через всю Австралию14

Большинство этих видов тестировали с помощью той или иной разновидности классического эксперимента Вильчко: поместить животное на экспериментальную площадку, поменять направление магнитного поля вокруг этой площадки и посмотреть, начнет ли животное двигаться в другую сторону. С мелкими подопытными вроде малиновки или мотылька это нетрудно. "С китом такого не проделаешь, — говорит биофизик Джесси Грейнджер. — При этом киты совершают едва ли не самые безумные переходы среди всех животных нашей планеты. Некоторые из них мигрируют почти от самого экватора до полюсов, из года в год с поразительной точностью приплывая в одно и то же место". Очень заманчиво предположить, что и китов тоже ведет магнитное чувство. 

Серые киты slowmotiongli/Shutterstock/FOTODOM
Описание
Серые киты
© slowmotiongli/Shutterstock/FOTODOM

Чтобы проверить эту гипотезу, Грейнджер решила посмотреть выше — а именно прямо на солнце15. Время от времени оно впадает в раж и выдает геомагнитные бури, обрушивая на Землю солнечный ветер — поток радиации и заряженных частиц, влияющий на магнитное поле планеты. Такие бури теоретически могут путать магниточувствительных китов, а если кит в этот момент окажется близко к берегу, ему хватит даже крошечной навигационной ошибки, чтобы он выбросился на сушу. Проверяя свою гипотезу, Грейнджер собрала сведения о документально зафиксированных за 33 года случаях, когда здоровые серые киты без каких-либо травм непонятно почему выбрасывались на берег, и сопоставила даты этих происшествий с данными о солнечной активности, собранными ее коллегой-астрономом Лусианной Вальковиц. Картина получилась довольно четкая: в дни самых сильных магнитных бурь серые киты выбрасывались на сушу в четыре раза чаще*

*

Искусственное магнитное поле, имитирующее воздействие геомагнитной бури, сбивает с курса и малиновок (Bianco, Ilieva, and Åkesson, 2019).

Продолжение

Эта корреляция еще не доказывает, что у китов имеется магнитный компас, но довольно недвусмысленно на это намекает. Кроме того, она заставляет нас задуматься о грандиозном масштабе магниторецепции. Мы имеем тут дело с чувством, в котором силы, порожденные бурлением расплавленного металла внутри планеты, сталкиваются с энергией неистовой звезды и кружат голову странствующему животному, определяя, сумеет оно благополучно отыскать дорогу или безвозвратно собьется с пути.

Примечания

4. Merkel and Fromme, 1958; Pollack, 2012.

5. Middendorff , 1855.

6. Griffin, 1944b.

7. Wiltschko and Merkel, 1965; Wiltschko, 1968.

8. Johnsen and Lohmann, 2005.

9. Wiltschko and Wiltschko, 2019.

10. Lohmann et al., 1995; Deutschlander, Borland, and Phillips, 1999; Sumner-Rooney et al., 2014; Scanlan et al., 2018.

11. Holland et al., 2006.

12. Bottesch et al., 2016.

13. Kimchi, Etienne, and Terkel, 2004.

14. Dreyer et al., 2018.

15. Granger et al., 2020.

Продолжение