Текст книги "Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире"

Птицы могут летать на большие расстояния, так что навигационные задачи, которые им приходится решать, бывают особенно трудными. Зато в их распоряжении прекрасное зрение, а также широкий ассортимент других навигационных приборов. Точно так же, как мы можем иногда использовать для прокладки маршрута GPS-навигатор, а иногда – обычную карту, птицы по мере надобности переходят с одного метода навигации на другой.

Выяснение роли разных механизмов, которые используют птицы, оказалось делом чрезвычайно сложным, и в этой области до сих пор остается много неясного. Это лишь один из примеров более масштабной проблемы, затрагивающей все направления науки о поведении. Истолкование результатов опытов на высших животных редко бывает очевидным. Взять хотя бы тесты на интеллектуальное развитие людей. Если ребенок показывает плохие результаты, обязательно ли это значит, что он недостаточно умен? Может быть, когда он выполнял задания, он беспокоился, отвлекался или даже скучал, – а может быть, сам тест плохо составлен.

Несмотря на эти затруднения, вполне ясно, что зрительное распознавание – это ключевая часть навигационных приборов, используемых птицами. Особенно замечательных высот в области использования визуальных ориентиров достигает одна конкретная птица.

Североамериканская ореховка[48]48
  Nucifraga columbiana.


[Закрыть], или кедровка Кларка, принадлежащая к отличающемуся высоким интеллектом семейству врановых, живет в высоких горах западной части Северной Америки. Первым ее описал Уильям Кларк, спутник Мериуэдера Льюиса, человека, возглавившего в начале XIX века знаменитую наземную исследовательскую экспедицию от Сент-Луиса до Тихого океана и обратно и составившего карты тех мест, по которым она проходила.

Североамериканская ореховка переживает холодные горные зимы только благодаря запасам семян, которые она, как белка, делает в летние месяцы. Поскольку птица эта далеко не глупа, она не складывает все свои запасы в одном месте: это было бы слишком рискованно, так как другие животные (в том числе другие ореховки) с удовольствием украдут их, представься им такая возможность. Кроме того, если птица не сумеет найти свою собственную закладку, ей грозит голодная смерть.

Но масштабы и сложность работ ореховки по созданию тайных хранилищ пищевых запасов поистине поражают воображение. В каждом тайнике она прячет всего по нескольку зерен, причем тайники эти бывают разбросаны по территории площадью порядка 100 квадратных миль (около 260 квадратных километров). Некоторые из них могут быть закопаны на продуваемых ветрами склонах, другие – в густых лесах, третьи – на пустынных горных вершинах. Одна птица может спрятать более 30 000 зерен в 6000 отдельных закладках. Птицам необходимо помнить расположение этих тайников в течение многих месяцев. Хотя их память неидеальна, она все же производит сильное впечатление, и ее с лихвой хватает, чтобы обеспечить выживание ореховок в той суровой среде, в которой они существуют.

Поведение ореховки в процессе запасания корма иллюстрирует один важный общий принцип, особенно существенный в приложении к навигации: эволюция благоприятствует возникновению систем, не идеальных, а «достаточно хороших». Природа «отбирает» те характеристики, которые позволят организму прожить достаточно долго, чтобы произвести на свет себе подобных. Нет смысла создавать более сложные механизмы, если и более простой удовлетворяет этому основному требованию, тем более если усложнение можно получить только ценой значительного увеличения мозга. Мозг – очень жадный потребитель энергии, и для обеспечения его работы потребовалось бы гораздо большее количество пищи. Иметь мозг больший, чем необходимо, просто невыгодно.

Можно предположить, что в поразительном поведении ореховки какую-то роль играет обоняние, но, по-видимому, это не так. На самом деле птица замечает мелкие ориентиры, расположенные вокруг каждого из тайников, и запоминает геометрические взаимосвязи между ними[49]49
  Clarke, D., Morley, E., & Robert, D. (2017). ‘The bee, the flower, and the electric field: electric ecology and aerial electroreception’, Journal of Comparative Physiology A, 203 (9). P. 737–748.


[Закрыть]. В дикой природе такими ориентирами могут служить камни или кусты, хотя в лабораторных опытах птицы ничего не имели и против использования объектов искусственных. Когда экспериментаторы скрытно передвигали ориентиры, сохраняя их взаимное расположение, птицы часто искали свою закладку в месте, обозначенном сдвинутыми предметами.

Кажется, однако, что система поиска тайников, которую используют эти птицы, еще сложнее. В одной недавней работе[50]50
  Bednikoff, Peter A. and Balda, Russell P., (2014). ‘Clark’s nutcracker spatial memory: The importance of large, structural cues’, Behavioural Processes, 102. P. 12–17.


[Закрыть] предполагается, что ореховки используют и более крупные и удаленные ориентиры. Их легче заметить на расстоянии, а размеры птиц делают их менее подверженными воздействию ветра и непогоды.

Пока что не вполне ясно, на что именно птицы обращают внимание в дикой природе, но они, вероятно, замечают выдающиеся элементы ландшафта, окружающего каждый тайник, – например, деревья или крупные валуны, – и, возможно, запоминают своего рода «панорамный снимок» местности. В этом случае поиск тайника состоит, вероятно, из двух стадий. Сначала птица распознает район закладки, применяя процесс своего рода сопоставления изображений с использованием крупных элементов ландшафта, а затем точно ориентируется по более мелким объектам, расположенным ближе к тайнику, чтобы определить его точное местоположение.

На протяжении тысячелетий люди использовали необычайную способность голубей к нахождению дороги домой для быстрой передачи сообщений, часто на очень большие расстояния. Военные использовали почтовых голубей по меньшей мере со времен Римской империи; сотни тысяч голубей использовались разными воюющими сторонами только во время Второй мировой войны. Некоторые из них получили медали за храбрость в благодарность за верную доставку сообщений под огнем.

Существует легенда, что в 1815 году банк Ротшильдов получил огромную прибыль благодаря известию об исходе битвы при Ватерлоо, полученному по голубиной почте раньше, чем об этом узнал рынок. История хорошая, но, по-видимому, не соответствующая историческим фактам. Однако Ротшильды действительно создали систему связи с использованием голубей, которая успешно работала уже к 1840-м годам[51]51
  См.: https://www.rothschildarchive.org/contact/faqs/rothschilds_and_ pigeon_post.


[Закрыть], за несколько лет до появления первых работоспособных систем электрического телеграфа.

Голуби активно использовались во время осады Парижа прусской армией в 1870–1871 годах. Птиц вывозили за пределы города на воздушных шарах, которые приземлялись там, где они уже не могли попасть в руки вражеской армии, окружавшей город. Птиц кормили и давали им отдохнуть, а затем они уже своим ходом возвращались в Париж с микрофотографическими посланиями для осажденных горожан.

Поскольку голубей легко выращивать и они (в отличие от большинства других птиц) готовы летать на большие расстояния в любое время, их давно используют для проверки различных теорий относительно навигационных способностей птиц. Появившиеся в последние годы электронные отслеживающие устройства – трекеры – позволили исследователям очень подробно изучать их поведение при возвращении домой. Что неудивительно, выяснилось, что большую помощь в навигации оказывают голубям ориентиры, хотя они также способны следовать по заученным «компасным» курсам[52]52
  Biro, D., Freeman, R., Meade, J., Roberts, S., & Guilford, T. (2007). ‘Pigeons combine compass and landmark guidance in familiar route navigation’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (18). P. 7471–7476.


[Закрыть].

Молодые почтовые голуби подолгу исследуют окрестности своей голубятни, узнавая при этом структуру местного ландшафта, иногда на весьма больших площадях. «Обзорная информация», которую они приобретают таким образом, не поможет им, если они окажутся в местности, в которой никогда раньше не бывали, но, как только они возвращаются на знакомую территорию, они ориентируются по заметным элементам ландшафта – например, шоссе, железным дорогам и рекам. На последних стадиях своего путешествия голуби следуют по привычным, причем часто не самым коротким маршрутам[53]53
  Ibid.


[Закрыть]. Однако нам не следует относиться к ним высокомерно: они ведут себя как миллионы ежедневно путешествующих людей, которые, будучи рабами своих привычек, часто поступают точно так же.

По-видимому, голубям легче выучить новый маршрут, когда они летят над ландшафтом, несколько, но не слишком разнообразным[54]54
  Mann, R. P., Armstrong, C., Meade, J., Freeman, R., Biro, D., & Guilford, T. (2014). ‘Landscape complexity influences route-memory formation in navigating pigeons’, Biology Letters, 10 (1), 20130885.


[Закрыть]. Как говорит ведущий автор этого исследования Ричард Манн:

Измеряя скорость запоминания ими разных маршрутов, мы видим, что ключевую роль играют визуальные ориентиры. Голубям труднее запомнить маршрут, если ландшафт слишком однообразен – например, в поле, – или слишком насыщен деталями – например, в лесу или в районе плотной городской застройки. Оптимальный вариант лежит где-то между этими крайностями; это сравнительно открытые участки, на которых встречаются изгороди, деревья или здания. Также удобны границы между городскими и сельскими областями[55]55
  Цит. в http://www.ox.ac.uk/news/2014–01–22-hedges-and-edges-help-pigeons-learn-their-way-around.


[Закрыть].

В противоположность широко распространенному мнению летучие мыши не слепы, а многие из них обладают просто великолепным зрением. Некоторые перелетные виды преодолевают тысячи километров, и способность распознавать удаленные ориентиры, очевидно, играет для них жизненно важную роль.

Несколько лет назад израильские ученые отвезли крыланов, к которым были прикреплены GPS-трекеры, из их родной пещеры в кратер, расположенный в пустыне на расстоянии около 84 километров. Некоторых из летучих мышей выпустили на дне кратера, а других – наверху, на его кромке. Хотя местоположение кратера не было известно никому из них, большинству летучих мышей удалось добраться до дому.

Летучие мыши обеих групп вернулись домой одинаково успешно, но в начале своего путешествия они вели себя очень по-разному. Те, которых выпустили на дне кратера, откуда они сначала не видели окружающего ландшафта, были дезориентированы, в течение некоторого времени летали кругами и лишь потом направились домой; группа, выпущенная на кромке кратера, полетела прямо к своей пещере. Судя по всему, летучие мыши использовали крупномасштабные ориентиры – такие, как дальние горы, – и определяли по ним свое положение, как турист определяет его при помощи карты и компаса[56]56
  Tsoar, A., Nathan, R., Bartan, Y., Vyssotski, A., Dell’Omo, G., & Ulanovsky, N. (2011). ‘Large-scale navigational map in a mammal’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 108 (37), E 718–24.


[Закрыть].

* * *

Осенью маленькая птичка, пестрогрудый лесной певун[57]57
  Dendroica striata.


[Закрыть], с северо-востока Северной Америки направляется на юг и летит до самого Карибского моря, а иногда добирается даже до самой Колумбии и Венесуэлы. Хотя этих птиц замечали с кораблей, что заставляло предположить, что маршрут их сезонной миграции проходит прямо над Атлантикой, долго было неясно, сколько именно времени они проводят в полете над морем. Теперь эта тайна раскрыта. При помощи чрезвычайно миниатюрных трекеров ученые недавно выяснили, что они способны пролететь без остановки от Лонг-Айленда до Гаити или Пуэрто-Рико, преодолев над открытым океаном 2770 километров.

Даже откормившийся в процессе подготовки к перелету пестрогрудый лесной певун весит в среднем всего лишь около 17 граммов – приблизительно столько же, сколько весят 50 стандартных таблеток аспирина. Хотя считается, что рубиновогорлый колибри[58]58
  Или обыкновенный архилохус (Archilochus colubris).


[Закрыть], весящий всего 3–4 грамма, перелетает во время своей собственной поразительной сезонной миграции через Мексиканский залив, в его случае речь идет о расстоянии всего лишь 850 километров. Как говорят авторы исследования, безостановочный трансокеанский полет пестрогрудого лесного певуна – это «одно из самых необычайных достижений в области перелетов на нашей планете»[59]59
  DeLuca, W. V., Woodworth, B. K., Rimmer, C. C., Marra, P. P., Taylor, P. D., McFarland, K. P., … & Norris, D. R. (2015). ‘Transoceanic migration by a 12g songbird’, Biology Letters, 11 (4), 20141045.


[Закрыть].

4
О войне в пустыне и муравьях

В нескольких днях хода от Галифакса, Новая Шотландия, и в сотнях километров от суши я сидел за штурвалом яхты, идущей в Англию, как вдруг на леер рядом со мною неуверенно села неизвестно откуда взявшаяся маленькая коричневая птичка. Она была настолько измождена, что даже не пыталась улететь при моем приближении. В отличие от глупышей, непринужденно планировавших вокруг яхты, бедняжке явно было не по себе посреди океана, но она отказалась от предложенной пищи и воды и в конце концов вспорхнула и продолжила свое безнадежное путешествие. Это вполне мог быть пестрогрудый лесной певун, сбившийся с курса или, может быть, допустивший ужасную навигационную ошибку и полетевший в совершенно неправильном направлении.

Первая задача, которую должен решить всякий навигатор, будь то человек или любое другое существо, – это выбрать верное направление. Этот процесс и называется ориентацией в пространстве[60]60
  Слова «ориентация» и «ориентирование», как и их аналоги во многих других языках, происходят от латинского слова oriēns, означающего восход [солнца] или восток.


[Закрыть]. Обычно в этом помогают визуальные ориентиры, но, если вы находитесь в незнакомом месте или в открытом море, где никаких ориентиров нет, вам потребуется какой-нибудь компас.

Солнце видно не всегда, но можно быть уверенным, что оно восходит на востоке и заходит на западе, а когда оно поднимается в небе выше всего (в полдень), оно всегда находится либо строго к северу, либо строго к югу от вас – правда, если дело происходит в тропиках, иногда оно может находиться прямо над головой[61]61
  В тропическом поясе солнце находится в полдень прямо над головой наблюдателя два дня в году, но в остальных случаях оно должно быть либо на севере, либо на юге.


[Закрыть]. Поэтому, по меньшей мере теоретически, солнце должно помочь вам определить направление.

Но использовать солнце в качестве компаса не так-то просто. По мере вращения Земли вокруг своей оси Солнце описывает в небе дугу, и точки горизонта, в которых оно восходит и заходит, как и высота траектории, по которой оно перемещается, зависят от времени года и географической широты. Например, в тропиках солнце почти вертикально поднимается утром и так же вертикально опускается после полудня. Напротив, в средних широтах оно описывает в небе более длинную и более низкую траекторию[62]62
  В полярных областях в течение некоторой части года оно и вовсе не восходит или не заходит, а постоянно находится либо над горизонтом (в середине лета), либо не поднимается над ним (в разгар зимы).


[Закрыть]. В полярных областях солнце либо не опускается за горизонт («полуночное солнце»), либо не поднимается над горизонтом целыми месяцами.

Типичные траектории движения солнца в течение дня в средних широтах Северного полушария

Перемещение солнца по небу определяется его изменяющимся азимутом: так называют угол между истинным севером и точкой горизонта, находящейся прямо под солнцем.

Предположим, вы находитесь в Англии в сентябре и подобно ласточке хотите направиться на юг; что получится, если вы будете прокладывать курс по солнцу? Если вы отправитесь в путь на заре, причем солнце будет находиться слева от вас (азимут 90°), вы начнете двигаться в приблизительно верном направлении. Но в течение дня азимут солнца будет постепенно изменяться, и ваш курс будет отклоняться вправо. В полдень, когда солнце окажется строго на юге (азимут 180°), вы уже будете направляться на запад, а к вечеру, когда солнце будет заходить на западе, окажется, что вы движетесь к северу. В итоге получится, что траектория вашего движения имеет приблизительно U-образную форму, что вряд ли можно назвать удовлетворительным результатом.

Надеяться удерживать постоянный курс можно, только учитывая постоянно меняющийся азимут солнца. Но как это сделать?

Для этого существует прибор, который называют солнечным компасом с поправками на время. Как ни удивительно, именно такое устройство повлияло на ход Второй мировой войны.

В 1940 году, после падения Франции, британская армия в Египте оказалась под серьезной угрозой со стороны гораздо более многочисленных итальянских сил, которые базировались на западе, в Ливии. Потеря Египта и всего Ближнего Востока казалась вполне реальной перспективой. Утратив доступ к Суэцкому каналу и нефтяным месторождениям Ирака, Британия могла потерпеть поражение, и державы оси стали бы тогда непобедимыми. В этом случае мир был бы сейчас совсем другим.

По счастливой случайности в этот критический момент в Каире оказался один замечательный человек – Ральф Багнольд (1896–1990). Это был опытный штурман, который в 1920-е и 1930-е годы исследовал по большей части не нанесенные на карты внутренние области Восточной Сахары на облегченных автомобилях «форд». Хотя Багнольд был всего лишь майором, он отважно пренебрег «официальными каналами» и ухитрился послать записку прямо новому главнокомандующему, генералу сэру Арчибальду Уэйвеллу.

Он рекомендовал сформировать из специально обученных добровольцев патрульное подразделение, которое должно было проникать глубоко за линию фронта на «оборудованных для условий пустыни машинах» для сбора разведывательной информации и нанесения точечных ударов. Уэйвелл немедленно вызвал его и был сильно впечатлен предложениями Багнольда[63]63
  Bagnold, R. A., Libyan Sands: Travel in a Dead World (Eland Publishing, 2010). P. 220.


[Закрыть]. Пользуясь полной поддержкой генерала, Багнольд быстро нашел необходимых людей и создал свое подразделение под весьма прозаическим названием – Группа дальней разведки пустыни (ГДРП)[64]64
  Английское название – Long Range Desert Group (LRDG).


[Закрыть].

Вскоре после этого, когда итальянцы начали наступать на восток вдоль берега Средиземного моря, первые патрули ГДРП тайно отправились на запад через пустыню, расположенную в 500 километрах к югу. Серия неожиданных нападений, которые они совершили, оказалась в высшей степени результативной: итальянцы пришли в такое замешательство, что их наступление задержалось на несколько месяцев. Эта задержка позволила британцам дождаться подкреплений, и вскоре они смогли отбросить итальянскую армию назад. ГДРП продолжала играть важную роль и в дальнейших кампаниях в пустыне, но в конце войны была распущена. Возможно, именно поэтому ее замечательные достижения прославлены меньше, чем подвиги десантников Специальной авиадесантной службы, которая была создана приблизительно в то же время.

Точная навигация в пустыне была жизненно важна для успешных действий ГДРП. Она была необходима патрулям для выживания в чрезвычайно неблагоприятных условиях глубинных районов пустыни. Существовала, однако, одна трудность: они почти не могли использовать магнитные компасы. Эти приборы не только плохо переносили тряску во время переездов, но и не давали точной информации, так как стальные рамы грузовиков порождали большие отклонения. На практике на магнитный компас можно было полагаться только на некотором расстоянии от грузовиков. Поскольку патрулям нужно было быстро перемещаться, они не могли позволить себе слишком частые остановки. Поэтому им остро нужны были другие средства, которые позволили бы им держаться верного направления, – средства, которые хорошо работали бы на трясущемся и качающемся грузовике.

Решением этой задачи стал простой солнечный компас с поправками на время, который Багнольд разработал для своих путешествий по пустыне еще до войны. Он состоял из регулируемых круглых солнечных часов: на циферблат была нанесена шкала в градусах, на которую отбрасывала тень вертикальная игла. Кроме того, имелся набор карточек, по одной на каждые три градуса широты, на которых были записаны азимуты солнца в разное время дня.

Карточки использовались для калибровки компаса, хотя летом около полудня этот прибор становился бесполезным, потому что тень иглы была слишком короткой и не достигала шкалы, нанесенной по краю циферблата. Это давало бойцам долгожданный повод остановиться и укрыться от солнца, светившего почти прямо сверху. По ночам штурманы могли проверять свое положение, наблюдая за звездами[65]65
  Ibid. P. 59. См. также: Shaw, W. K. (1943). ‘Desert Navigation: Some Experiences of the Long Range Desert Group’, Geographical Journal. P. 253–258.


[Закрыть].

В своем отчете о довоенных экспедициях Багнольд приводит красочное описание навигации в пустыне при помощи солнечного компаса:

Мы думали только о том, как бы не заснуть и удержать тонкую тень на циферблате солнечного компаса на стрелке, отмечавшей заданный курс, так как я знал, что найти этот маленький оазис будет трудно, и очень стремился попасть к нему как можно точнее. Для сравнения можно было представить себе, что мы отправляемся из Ньюкасла, ориентируясь только по компасу, и пытаемся найти маленький сад, расположенный где-то в огромной скалистой котловине размером с Лондон и лежащей на таком же расстоянии [около 450 километров]… Я проложил курс так, чтобы подойти к оазису с юго-запада… Но все вокруг было совершенно незнакомым; ничто не совпадало с моими воспоминаниями о нашем предыдущем пути к тому же месту. Судя по нашему отмеченному на карте положению, [оазис] должен был быть в восьми или десяти милях [приблизительно 13–16 километрах] к северо-западу, но на таком большом расстоянии мы вполне могли ошибиться на несколько миль… На следующее утро в полутьме были видны только смутные контуры близлежащих холмов. С северо-востока подул легкий ветер, и я отчетливо почувствовал присутствие верблюдов… [Поэтому я решил] ехать на запах, хотя местность и казалась незнакомой. Через несколько миль я заметил прямо впереди очертания оазиса[66]66
  Bagnold, R. A., Libyan Sands. P. 171, 172.


[Закрыть].

Поскольку у других животных нет навигационных таблиц, по которым Багнольд калибровал свой солнечный компас, вполне можно подумать, что они никак не могут ориентироваться по солнцу. Однако не следует недооценивать могущество естественного отбора, особенно когда речь идет о созданиях, существующих уже сотни миллионов лет.

Первый намек на возможность использования животным солнечного компаса появился в работе влиятельного британского эрудита сэра Джона Леббока (1834–1913). Хотя Леббок очень сильно отличался от Фабра, жившего почти в то же время, он тоже был одним из первопроходцев в области исследования чудес навигации у насекомых. Леббок был банкиром, политиком, археологом, антропологом и биологом, а также близким другом, соседом и верным учеником Чарльза Дарвина. Хотя теперь он почти забыт, в свое время он был весьма известным общественным деятелем.

Леббок особенно любил муравьев и держал множество этих насекомых в своем загородном доме, где он, как и Фабр, исследовал их навигационные способности – хотя и существенно более упорядоченным образом. Тем, кому посчастливилось приехать к нему в гости на выходные, он устраивал экскурсии по своим любимым муравейникам со стеклянными стенками.

Леббок хотел выяснить, как черные садовые муравьи[67]67
  Lasius niger.


[Закрыть] находят обратную дорогу к своему муравейнику. Сначала он установил, что, в отличие от рыжих муравьев Фабра, они могут следовать по маршруту, отмеченному запахами, но потом заметил нечто странное: казалось, что свечи, которыми он освещал свою работу, также влияют на поведение муравьев. Это его озадачило, он провел еще несколько опытов и в конце концов заключил, что на ориентацию муравьев «весьма сильно влияет направление света»[68]68
  Lubbock, J., Ants, Bees and Wasps: A Record of Observations on the Habits of the Social Hymenoptera (D. Appleton and Co., New York, 1882). P. 263–270.


[Закрыть]. Леббок был слишком осторожен, чтобы делать более общие выводы, но, как показали дальнейшие исследования, свечи явно служили заменой солнцу. Это замечательное открытие было опубликовано в 1882 году.