На суше и на море 1987(27)

Юрий Линник

ПОЭМА ГИПОТЕЗ

ОЧЕРК

Над Баренцевым морем уже несколько дней стоит сплошной туман. Однако отсутствие видимости не отражается на прилете птиц — они возвращаются к родным гнездовьям в положенный срок.

Представьте себе такую сцену: вынырнув из густого тумана, кайра оказывается точно у той скалы, где в прошлом году было устроено ее гнездо! Словно какая-то невидимая сила притянула ее к этому уступу.

Гнездо и зимовка могут быть разделены тысячами километров. Покидая родину, птица не оставляет возле гнезда передатчика, чьи сигналы могли бы помочь ей вернуться назад. Она не метит путь радиоактивными метками. У нее нет карт и лоций — при перелете она всецело полагается на себя, на свою птичью интуицию. Однако для успешного возвращения домой ей все же нужна информация из внешнего мира. Да, птица может лететь вслепую. Но ведь есть и другие источники информации: звуки, запахи. Только кажется невероятным, что кайра, появляющаяся из кромешного тумана прямо у своего гнездовья, руководствуется слухом и обонянием. Как же она пеленгует издалека эту неприступную скалу? Как после длительных кочевок находит обратный путь?

В середине прошлого века над этими вопросами задумался русский академик А. Ф. Миддендорф. Он перенес на карту известные к тому времени пути птичьих перелетов. Ученый подметил: если эти трассы продолжить до их пересечения, то они стянутся в узел на Таймырском полуострове.

А. Ф. Миддендорф ошибочно полагал, что на Таймыре находится магнитный полюс. Неверная предпосылка дала, однако, толчок к появлению плодотворной гипотезы. Не помогает ли магнитное поле Земли ориентироваться птицам? Тогда его силовые линии оказываются путеводными нитями. Непосредственно мы не ощущаем их закономерного узора. А птицы — по мысли Миддендорфа — ощущают. Но каким образом? Ученый дает предположительный ответ: в теле птицы циркулируют электромагнитные токи, взаимодействующие с аналогичными токами Земли. Птичьи караваны летят по компасу! И этот компас вмонтирован в наследственность каждой птицы.

Гипотеза А. Ф. Миддендорфа опережала свое время примерно на столетие. По сути дела это бионическая гипотеза — и русского ученого вполне можно считать провозвестником бионики. Своими современниками А. Ф. Миддендорф не был понят. Его гипотеза обрела новую жизнь в наши дни. Она широко дискутируется. Идея магнитной ориентации птиц имеет и ярых приверженцев, и ярых противников.

Какие факты свидетельствуют в пользу гипотезы Миддендорфа? Прежде всего способность птиц находить дорогу в сплошной облачности. Радарные наблюдения показали: перелетные стаи нередко летят или в зазоре между облачными слоями, или прямо в облаках. Птицы не видят ни наземных, ни небесных ориентиров. Как же они не сбиваются с дороги? Отсутствие видимости порой сочетается с сильным боковым ветром, и стаю тогда начинает сносить в сторону от пролетного направления. Однако птицы компенсируют этот снос! Будто летят вдоль гибкой незримой струны, и эту струну не может порвать даже шквальный ветер.

Проводилось немало опытов, где на птиц по-разному воздействовали магнитными полями: усиливали или ослабляли их, создавали конфликт между естественным и искусственным полем. Не менее популярны опыты с экранированием естественного поля: птиц помещали в железные клетки, подвешивали к их телу легкие магниты, перевозили в места с магнитными аномалиями. Все эти опыты и наблюдения дали противоречивые результаты. Однако некоторые из них свидетельствуют в пользу идеи А. Ф. Миддендорфа.

Над Землей разразилась магнитная буря... Внешне все спокойно, но в магнитосфере царит хаос. Нарушается радиосвязь, отказывают компасы. Вот благоприятный момент для наблюдений за ориентацией птиц! И орнитологи заключают союз с геофизиками.

Изучается миграционное поведение чаек. Птицы уверенно выходят на курс, заложенный в их наследственности. Но что такое? Одна, другая птица после старта возвращается назад. В стае царит явная растерянность. Казалось бы, все благоприятствует удачному отлету — и попутный ветер, и безоблачное небо. Однако на закатном солнце без всякой оптики видны крупные черные пятна. Все ясно: солнечный ветер сейчас дует с неистовой силой. Ночью над чаячьей колонией вспыхивает северное сияние. Птицы выжидают. Пока не кончится магнитная буря, они не могут ориентироваться в пространстве.

Теперь о реакции зарянок на магнитное поле. Ученые пытаются их дезориентировать — в опыте магнитный север смещен на 115°. Ситуация парадоксальная. И человек будет ошеломлен, если его компас покажет северное направление, отличающееся от привычного. И ведь как резко отличающееся!

Однако зарянки словно забыли о прежних показаниях своего биокомпаса. Искусственное поле они воспринимают как естественное: направленность их ориентации отклоняется на соответствующий угол.

Голуби отлично находят дорогу домой. А что, если к их крыльям прикрепить небольшие магниты? Когда-то подобные опыты вызвали сенсацию. Птицы действительно теряли способность к хомингу. Казалось бы, это аргумент в пользу магнитной гипотезы. Но где гарантия, что подвешенные магнитики действительно расстраивают работу птичьего компаса? Ведь они могут быть просто механической помехой. Почему бы не предположить, что в условиях дискомфорта способность птицы к ориентации уменьшается? Так что опыты с подвесом магнитов оставляют ощущение неопределенности. Они могут быть истолкованы двояко. Впрочем, такая противоречивость свойственна едва ли не всем опытам по магнитной ориентации.

Курская магнитная аномалия... Компасу здесь верить нельзя — стрелка показывает на ложный север. Если птицы ориентируются по магнитному полю, то над аномалией они должны сбиться с дороги. Силовые линии поля — обычно четкие и прямые — тут запутаны и перекручены. Как будет вести себя птица в невидимом лабиринте? Были поставлены опыты с пятью видами птиц — и ни у одного вида ориентация не оказалась нарушенной. Птицы уверенно, летят сквозь магнитные крутни и перехлесты.

Однако когда сизые голуби оказываются над скоплениями железных руд, то в их ориентационном поведении происходит явный сбой. Значит, внутренний компас голубей реагирует на аномалию? Один опыт противоречит другому. И такая ситуация весьма характерна при изучении навигационных способностей птиц. Решающие опыты еще впереди.

Если птицы чувствуют магнитное поле, то где находится приемник информации? Поиск таинственного органа восприятия ведется до сих пор. И пока безрезультатно. Внутреннее ухо? Рецепторы кожи? Очины перьев? Никак не удается найти в теле птицы биологический компас.

А может, птица как целое является таким компасом? Оперение у нее сильно электризуется во время полета. Одна из новейших гипотез утверждает: возникающие на теле птицы поля взаимодействуют с магнитным полем Земли. Следует ли отсюда, что биологический компас хорошо работает лишь при движении птицы? Эта зависимость гипотетична. Тем интереснее исследовать возможную связь между динамикой полета и способностью к ориентации.

В последнее время все чаше высказывается мнение, что птица пользуется разными системами ориентации: одновременно или поочередно в ее теле работает несколько навигационных приборов. Такое дублирование повышает надежность ориентации. Магнитный компас и солнечный компас: работа одного контролируется работой другого. Путь будет проложен верно, несмотря на все помехи и случайности.

Магнитную ориентацию некоторые орнитологи считают первичной, исходной. Астроориентация включается как бы во вторую очередь, причем и солнечный, и звездный компасы калибруются магнитным полем. Тут есть сходство с нашими приемами ориентации. Мы идем на север, не упуская из виду Полярную звезду, — а при облачности смотрим на компас. Это делает нас независимыми и от пасмурной погоды, и от магнитных бурь.

Ориентация птиц — загадка природы. Мысль бьется над ее разрешением, подходя к проблеме с разных сторон. Один подход оказывается неверным, другой... Что ж, познания нет без подобных издержек. Любое устремление к истине оказывается в конечном счете полезным.

Отброшенные гипотезы сохраняют не только историческую, но и эвристическую ценность. Они будят фантазию, вдохновляют на поиск. Часто такие гипотезы окружены ореолом поэзии и романтизма. Они привлекают своей раскованностью и рискованностью. Эти моменты тоже нужны науке. Бывает так: сегодня гипотеза кажется безумной, а завтра она получает подтверждение в новых фактах. Двигаясь по спирали познания, мы можем возвратиться к старой идее и дать этой идее новую жизнь.

Среди таких эвристически ценных гипотез — идея о связи между ориентацией и силой Кориолиса. Выдвинул ее шведский физик Г. Изинг. Как и магнитное поле, сила Кориолиса — глобальное явление. Вызывается она вращением Земли. Вес движущихся тел меняется в зависимости от того, складывается ли их скорость со скоростью вращения Земли или же вычитается из нее. При полете в восточном и западном направлениях птица будет весить по-разному. Теоретически эти тончайшие эффекты могут использоваться в целях ориентации по сторонам света. Однако изменения веса тут совершенно мизерные. Достаточна ли чувствительность птицы для улавливания сил Кориолиса? Расчеты заставляют усомниться в этом. Но природа может и не посчитаться с нашими расчетами.

О силе Кориолиса наглядно свидетельствует речной пейзаж. Почему в северном полушарии подмыты правые, а в южном — левые берега? Эта асимметрия берегов — результат эффекта Кориолиса.

Жидкость в теле птицы: как и вода в реках, она подвергается воздействию силы Кориолиса. Предположим, что у птиц есть прибор, улавливающий этот эффект. Тогда в сочетании с магнитным компасом появляется возможность координатной ориентации. Два разных феномена — два разных прибора. Если их соединить в одном блоке, то получится изумительная навигационная система, способная вести птицу и ночью. Создала ли природа такую систему?

Вот я стою на размытом берегу реки; в руках у меня магнитный компас; надо мной летят пролетные птицы. Я думаю о том, как они находят путь. Быть может, разгадка этой тайны рядом: в синтезе тех сил, что размывают берега и действуют на компас. Не осуществлен ли этот компас в теле птицы?

Чувство ориентации у птиц иногда сравнивают с чувством равновесия.

Сколь ни приблизительна эта аналогия, но и она дает направление поискам. Для слежения за равновесием в технических системах широко используются гироскопы. Они находят применение и в различных ориентационных устройствах. Нет ли у гироскопов биологического аналога? Оказывается, есть. Органом равновесия у птиц является лабиринт внутреннего уха. Он чутко реагирует на все угловые и линейные ускорения. Естественно предположить: а не записывается ли эта информация в памяти птицы? Гипотеза инерциальной ориентации отвечает на этот вопрос положительно.

Предположим, что все движения, проделанные птицей во время осеннего перелета, как-то кодируются в ее нервной системе. Такая запись может стать своего рода программой: реализуя ее, птица повторит весной свои осенние движения — как бы прокрутит ленту записи в обратном направлении. Это гарантирует ей возвращение к гнездовью.

Красивая гипотеза! Осенний и весенний перелеты в ней выглядят зеркально симметричными. Однако пути птиц весной и осенью не всегда дублируют друг друга. Да и вряд ли такое точное повторение возможно — в силу различных причин птицы неминуемо отклоняются от главной трассы. Какой смысл повторять каждое случайное отклонение? Другой аргумент: осенью и весной некоторые птицы летят по совершенно разным путям. Так что запись осеннего пролета оказывается ненужной.

Гипотеза инерциальной ориентации была проверена экспериментально. Если память пути связана с кинестетическими ощущениями, то можно попытаться их отключить: как после этого будет ориентироваться птица?

И вот ученые пытаются всеми средствами помешать запоминанию пути. Они перевозят птиц во вращающихся клетках, усыпляют их с помощью наркотических средств. Однако после всех этих испытаний птицы находят дорогу домой! Тут есть две возможности: или физиологическая запись движений отсутствует, или она ведется на каком-то очень глубоком уровне.

Американский биофизик Д. Гриффин выступил с «молекулярной» гипотезой навигации. Вот ее суть: направленной ориентации у птиц нет, их поиск дома при увозе от гнезда носит случайный характер. Птица летит в одном направлении, потом резко отклоняется от него и через некоторое время снова делает крутой

поворот. Такие маневры повторяются многократно. Птица летит наугад — и в результате случайного поиска находит дом. Обрабатывая данные о пути птицы, Д. Гриффин использовал уравнения, применяемые в молекулярной физике. Движение птиц, по его мнению, столь же беспорядочно, как и хаотическое движение сталкивающихся молекул газа. Возвращение к гнезду — нечаянная удача. Однако эта удача тем вероятней, чем случайней и произвольней путь птицы. Б. Пастернак писал:

И чем случайней, тем вернее Стихи слагаются навзрыд.

Если оставаться в рамках гипотезы Д. Гриффина, то первую строчку этих стихов можно отнести и к ориентации птиц. Но Д. Гриффин является прекрасным наблюдателем, он на легком самолете прослеживал путь многих птиц. Ученый не раз видел, как после ориентировочного полета птицы уверенно выходят на правильный курс. Конечно, случаются и срывы в ориентации. Но все же статистика возвратов к гнезду вступает в противоречие с молекулярной теорией. Разные это уровни — птицы и молекулы. А Д. Гриффин располагает их на одной плоскости. Это серьезная методологическая ошибка.

Как известно, пчелы могут воспринимать поляризованный свет. Это существенно облегчает их ориентацию: достаточно отыскать голубой клочок среди облаков, чтобы понять, где в настоящее время находится солнце. Не обладают ли схожей способностью и птицы? Это закономерный вопрос.

Иногда мы говорим о птицах как о живых вычислительных машинах. Конечно, своеобразные инстинктивные расчеты они производят, но делают это без абстрактных формул и уравнений. Птицам все же нужна конкретность, наглядность. Не стремятся ли они к восприятию образов, содержащих графическое решение задач? Это могло бы существенно облегчить их ориентацию.

Мы не видим поляризованного света. Для тех существ, которые его восприни-. мают, небо выглядит необычно: оно похоже на красивый симметричный чертеж. Если научиться его читать, то солнечным компасом можно пользоваться даже и тогда, когда солнца нет в поле зрения.

В атмосфере постоянно наблюдаются различные муаровые эффекты. Это тоже своего рода оптические чертежи. Разбираются ли птицы в изумительных муаровых узорах? Ведь из них можно извлекать информацию, облегчающую прокладку небесной трассы. Одна из новых гипотез предполагает: разнообразные волновые структуры, связанные с интерференцией и дифракцией, используются птицами для решения навигационных задач. Эти структуры наглядны и выразительны. Их можно превратить в своеобразный инструментарий: измерять с их помощью углы, определять масштабы. Удивительные инструменты! Они невесомо парят в атмосфере, исчезают, тают — и рождаются вновь. Если эту гипотезу опоэтизировать, то получается захватывающая картина: небо само ставит на пути птиц незримые для нас вехи, развешивает вдоль их дороги астролябии и угломеры! Для нас — пустые небеса, для птиц — оборудованная дорога. Для нас — муаровый перелив, для птиц — координатная сетка.

Восприятие птиц и восприятие человека... Это два образа, два сечения мира, и перекрываются они лишь частично. Птицы используют для общения ультразвуки, которые проходят мимо нашего слуха. Вот первое несовпадение между двумя мирами. Есть ли другие?

Многие ориентационные гипотезы исходят из предположения, что птицы способны воспринимать скрытое от человека. Эти таинственные слои реальности! Мы высвечиваем их интуицией, пытаемся понять с помощью аналогий. Но так хочется непосредственно воспринять затаенное...

Гипотезы о нетривиальных способах ориентации расширяют наше сознание. Оказывается, мир может выглядеть иначе, чем это кажется нам. Мысленно подключаясь к восприятию птицы, мы видим новые грани неисчерпаемой реальности.

Представьте: среди осенних сумерек вы вдруг замечаете далекое свечение. Это включилось инфракрасное восприятие. Согласно одной из гипотез, оно есть у пернатых. Если это так, то ориентация птиц может строиться по такой модели: осенью ночные мигранты стремятся лететь на инфракрасный свет — нарастание его яркости означает приближение к теплым землям. И наоборот: весной птицы летят в сторону от ярких инфракрасных источников, оставляя их за спиной. Теперь их ведут холодные маяки севера — такие тусклые, они едва различимы в ночи.

Гипотеза инфракрасной ориентации жестко связывает понятия: юг — тепло, север — холод. Но осенью птицы часто улетают от тепла — на пути их встречает холодная погода. А весной может наблюдаться обратная картина: север встречает продрогших в пути птиц теплом и солнцем. И все-таки хочется представить себе такое: ночь и холод, не видать ни одного ориентира, но вот в поле инфракрасного зрения заиграло сияние. Это тепловой маяк юга...

Проблема ориентации у птиц остается областью гипотез. Их список не закрыт. Перейдет ли хотя бы одна гипотеза в ранг надежно проверенной теории? Пожалуй, наибольшие шансы здесь имеет гипотеза астроориентации. Но и она нуждается в новых фактах и доказательствах. Вот почему у нас есть все основания сказать: тайна птичьего компаса остается неразгаданной.

С какой точностью работает этот компас? Иногда с абсолютной: об этом свидетельствует возврат птиц к прошлогодним гнездам. Столь же надежно работают и биологические часы птицы. Так, зяблики измеряют длину дня с погрешностью не более 10 минут, а в определении даты могут ошибиться максимум на три дня. Этот хронометраж достаточно точен для того, чтобы выдерживать график перелета. Он обеспечивает ориентацию с точностью до 3° — зяблик непременно окажется на территории, занятой его популяцией.

Интересная закономерность: точность навигации у птиц увеличивается вместе с ростом их стаи. Вот впечатляющие цифры: отдельный скворец может уклониться от направления перелета на 20°, стая из 10 птиц — на 9°, а стая в 1000 птиц — лишь на 2°.

...Мои ласточки готовятся к отлету. У каждой на лапке — нитяное кольцо. Так я пометил птиц, когда они были слетками. Лишь запримечу будущей весной ласточек, как сразу же с волнением припаду к биноклю. Есть, есть птицы с метками! С выцветшими под африканским солнцем капроновыми нитками.

Вот маленький знак огромной птичьей верности.