С давних времен волнует людей удивительная способность животных безошибочно находить дорогу к своему «дому», по особенному видеть и слышать, ориентироваться в весьма длительных путешествиях, определять препятствия и находить пищу.
Исследование человеком животных охватывает широкий круг навигационных проблем — от простейших химических восприятий до таких сложнейших средств, как природные эхолокаторы, радиолокаторы, поляроиды, солнечные компасы, «физиологические часы» и замысловатые «хореографические» методы передачи информации, открытые у пчел.
От летучих мышей к рыбам, от рыб к дельфинам, насекомым, птицам, крысам, обезьянам и змеям переходили экспериментаторы со своими исследовательскими приборами, всюду обнаруживая присутствие удивительных, неведомых прежде органов чувств.
Наблюдения говорят о том, что и у растений, и у животных, и у человека в организме есть циклические физиологические процессы, совпадающие во времени с движением Солнца по небу. Иначе говоря, есть «физиологические часы». Живые организмы способны измерять время, что выражается в периодических изменениях дыхания, температуры тела, роста и т. д. Все эти процессы должны быть изучены.
Люди еще в прошлом веке заметили, что в определенное время суток растения выбрасывают споры, интенсивно растут, открывают и закрывают цветы, как будто знают, пишет один ученый, что через несколько часов взойдет или зайдет Солнце. Если цветы перенести в помещение, в котором нет света, они все равно раскроются в положенное время.
Вся жизнь у птиц, рыб, зверей, насекомых, червей в разное время суток протекает по-разному: в определенное время они спят, ищут пищу, поют, роют норы, идут на водопой, и так изо дня в день.
Каждый из нас по своему опыту знает, что и без будильника может проснуться, когда захочет. Нужно только небольшим напряжением воли поставить на определенный час свои «головные часы», так называют исследователи этот неизвестный пока физиологический механизм.
Огромное количество удивительных способностей животных показывает, что людям есть чему поучиться у природы.
В одном из первых стихов самой древней на земле поэмы, нацарапанной на глиняных табличках, говорится об испытании навигационных способностей птиц: «…отправившись, голубь назад вернулся» *. 5 тыс. лет назад люди уже знали, что голуби и ласточки отлично умеют ориентироваться и всегда находят свой «дом». Но как они его находят, не известно до сих пор.
Вскоре птиц стали обучать несложной науке почтарей. На островах Тихого океана для этой цели дрессируют фрегатов, большекрылых морских птиц, великолепных летунов. Голуби более подходят для почтовых связей. Голубиная почта имеет почтенную историю. И в наше время, несмотря на совершенные средства связи, миллионы голубей несут почтовую службу. В одной лишь Англии больше миллиона таких голубей.
Голуби и другие птицы без труда находят дорогу, если их даже отвезти в страны, совершенно им незнакомые. Иногда всю дорогу их крутили на патефонном диске или везли под наркозом, чтобы не дать птицам возможность механически запоминать повороты транспорта, которым их доставляют. Но птицы и после наркоза и патефонной карусели хорошо ориентировались в незнакомых странах.
Сложное поведение птиц при перелете изучается человеком на протяжении многих лет методом массового кольцевания. Перелет связан с определенными сроками, путями перелета, строем полета и ориентировкой в незнакомой местности.
Способность к быстрому и правильному ориентированию развита значительно лучше у перелетных птиц, чем у оседлых (воробьи, вороны).
Способность к ориентированию у вороны и домового воробья вдвое слабее, чем у грача и воробья полевого. Это связано с тем, что грач как перелетная птица имеет, по-видимому, врожденную способность к ориентированию. Воробей полевой хотя и не относится к перелетным птицам, но обладает все же большей склонностью к перекочевкам, чем воробей домовой, и поэтому лучше ориентируется.
Многочисленные данные говорят о том, что ориентирование птиц по отношению к гнезду происходит в значительной степени при помощи их зрения и зрительной памяти.
Однако следует учитывать, что в способности птиц ориентироваться большое значение имеет сильно выраженный инстинкт гнездования.
Однажды ученые-орнитологи в целях выяснения силы, выносливости и способности альбатросов ориентироваться, провели эксперимент. Они доставили самолетом окольцованных альбатросов на различные острова Тихого океана. Затем птицы были выпущены на свободу и устремились к оставленным гнездам на своей родине, к аттолу Мидуэй (Гавайские острова). Через 32-дня, пролетев 6630 км, многие альбатросы вернулись домой.
Нам еще недостаточно понятна вся сложная система координирования действий отдельных органов чувств птиц, но необходимо признать их исключительную наблюдательность в сочетании со способностью зрительно запоминать обстановку, разлагая ее на ряд мельчайших деталей, ускользающих от человека и потому непонятных ему.
Однажды вертишейку поймали на гнезде в ботаническом саду Берлина. Одели на лапку кольцо и отвезли на самолете в Салоники за 1600 км. Через 10 дней она опять «вертела шейкой» у своего гнезда в Берлине.
Соловей, вернувшись из Африки, отыскивает в наших бескрайних лесах куст черемухи, на котором он прошлой весной пел серенады.
Двух морских птиц — английских олуш — поймали на берегу Уэлса (они здесь гнездятся, а зимовать улетают в Южную Америку) и отправили на самолете в
Бостон, по ту сторону Атлантического океана, за 5,5 тыс. км от гнезда.
Вскоре одна из птиц (вторая погибла при перевозке) тяжело опустилась около своего гнезда в окрестностях орнитологической станции в Уэлсе. Она перелетела океан и нашла на маленькой скале огромного острова свое гнездо через 12,5 суток после старта на американской земле. Корабль с почтой, извещавшей, что птица отпущена, опоздал на 10 часов.
Многие хорошо летающие птицы обладают способностью искусно ориентироваться и в закрытых пространствах. Например, ласточки и стрижи нередко залетают в глубокие и абсолютно темные пещеры, где тем не менее искусно ориентируются.
В Южной Америке живет птица, которую местные жители называют гвачаро. Она обитает в темных пещерах. Летая в темноте, гвачаро периодически издает резкие и отрывистые выкрики высокого тона с частотой около 7000 гц. После каждого выкрика птица улавливает его отражение от препятствий. По направлению, с которого приходит эхо, птица узнает о том, где находится препятствие, а время, прошедшее между посылкой сигнала и возвращением его отражения, указывает расстояние до препятствия. Таким образом, гвачаро, руководствуясь эхом, прекрасно ориентируется в темноте.
При более внимательном изучении процесса миграции заметили, что на полет птиц влияет «астрономическая обстановка». Это удалось установить в планетарии, где воспроизводилось движение звезд и велись наблюдения за ночным полетом малиновок. То, что в полете некоторые птицы ориентируются по звездам, может быть, объясняет и тот факт, что ночью они летают над облаками на большой высоте.
Установлено, что радиоволны *, излучаемые передатчиками локаторов и связных станций, мешают «приборам» ориентировки птиц в полете выполнять свои функции. Можно предположить, что и система навигации птиц основана на использовании электромагнитных колебаний.
Проделано очень много опытов с самыми различными птицами: крачками, чайками, скворцами, лысухами, горихвостками, сорокопутами, ястребами, утками, аистами и др.
Как же птицы ориентируются?
Наукой уже отвергнут ряд гипотез, объяснявших эту интереснейшую из тайн природы. Недавно доктор Крамер провел свои опыты, которые, вероятно, помогут найти правильную дорогу в исследованиях способностей ориентирования птиц.
Вокруг клетки было прикреплено 12 кормушек, совершенно одинаковых и на равном расстоянии одна от другой. Скворцов кормили только в одной из этих кормушек. Они вскоре к этому привыкли и безошибочно ее находили, хотя она ничем не отличалась от 11 других.
Единственным указателем, по которому ее можно было бы отыскать, оставалось Солнце, вернее, положение этой кормушки по отношению к Солнцу. Когда окна затемняли, скворцы беспомощно метались от одной кормушки к другой. Если же с помощью зеркал меняли угол между кормушкой и направлением солнечных лучей, скворцы летели к другой кормушке, отстоящей от первой ровно на такой же угол.
Опыты повторяли, заменив Солнце мощной лампой, снабженной рефлектором, которую перемещали по приделанной к потолку железной рейке. Результаты были те же. Вывод из этого открытия был неожиданным: у птип есть чувство времени.
Опыты, проделанные и с голубями, и со славками, и с сорокопутами, ясно показывают, что Солнце у них — главный ориентир. Но ориентир этот не стоит на месте. Найти дорогу по нему нельзя, если не знаешь, в какой части неба в каждый час дня он находится. Тут птиц выручают хорошая память и «часы», которыми природа наделила все живое на земле.
«Это удивительно,— пишет доктор Мэтьюз, один из ведущих специалистов в науке, об ориентировании птиц,— что люди, веками определявшие свое местоположение по Солнцу, всего лишь несколько лет назад узнали, что и птицы поступают так же.
Теперь сомнений нет, что пернатые, как и люди, находят дорогу по Солнцу… Новые исследования скоро покажут, так ли это».
Но многое в поведении птиц остается неизведанным. Например, замечено, что гнездо дроздовидной камышевки всегда расположено на такой высоте, что даже во время самого высокого разлива вода не поднимается до него. Иногда камышевка гнездится выше, чем в предыдущем году, причем оказывается, что в этом году вода поднималась так высоко, что гнездо затопило бы, если бы оно находилось на прежней высоте. Возможно, эта птица предчувствует наводнения на основании каких-либо известных ей явлений природы, предшествующих этим наводнениям.
Насекомые порождают звуковые волны своими крыльями, делая ими огромное число взмахов в секунду. Крупные насекомые вроде шершня или шмеля делают в секунду сотни взмахов и издают в полете гудение довольно низкого тона. Писк комара лежит на пределе воспринимаемых человеком частот, достигая 15 000—16 000 гц. Полет более мелких насекомых кажется нам беззвучным, но совершенно очевидно, что мы просто не слышим столь высоких звуков, какие порождают их крылья.
Два придатка сзади крыльев у двукрылых насекомых, имеющие форму палицы, соединенной с телом тонким черешком, составляют жужжальца, которые в полете непрерывно вибрируют. Наружный конец каждого из них движется по дуговой траектории. Тенденция к такому движению сохраняется и при перемене направления полета. Это создает натяжение черешка, по которому мозг насекомого определяет изменение направления и дает команды мускулам, управляющим движением крыльев.
Прекрасно приспособлен для ориентирования по Солнцу сложный глаз насекомых. Он состоит из множества секторов, и каждый из них воспринимает лучи, идущие только параллельно его оси. Лучи же, падающие под углом, поглощаются светоизоляцией. Для передвижения по прямой насекомому достаточно сохранить изображение Солнца в одном из секторов.
Паук-волк живет у берегов рек и озер. Если паука бросить в воду, он поплывет к берегу, на котором его поймали. Поплывет прямо, как бы далеко ни занесли его. Какой берег родной, а какой чужой паук узнавал по Солнцу. Исследователи это доказали, искажая положение Солнца с помощью зеркала и подвергая паука тем же испытаниям, что и скворцов.
Береговые блохи, рачки-бокоплавы, прыгающие по морским пляжам, тоже находят свой дом по Солнцу.
Эти рачки любят путешествовать, их не раз находили на суше далеко от моря.
У морских блох навигационные способности развиты прекрасно. В лабораториях они не хуже скворцов умели находить по Солнцу правильное направление. Их всегда тянуло к морю, и, где бы вы ни выпустили песчаных скакунов, они кратчайшей дорогой устремлялись к нему. Это на своей родине, в Италии.
Когда же песчаных скакунов привезли в Аргентину, они не смогли найти моря: их «хронометры» работали еще по европейскому времени, без связи с местным солнцем и только путали рачков.
Опыты с рачками, крабами, пауками, саранчой и другими членистоногими также подтвердили теорию солнечной навигации.
До сих пор для нас остается загадкой потрясающая способность некоторых видов бабочек находить друг друга на расстоянии 8—11 км. Американские ученые решили выяснить, каким образом самцы бабочки «малый ночной павлиний глаз» отыскивают самку на расстоянии 10 км. Решено было заключить самку под стекло. Бабочки-самцы по-прежнему летели к самке. Ничего не дало и помещение самки за металлическую сетку. Только экран, не пропускающий инфракрасных лучей, как бы полностью изолировал бабочек разного пола друг от друга. Ученые заключили, что они имеют «локатор инфракрасных лучей». Дальнейшие исследования, очевидно, уточнят этот первоначальный вывод.
Цитируемый в книге Г. Купена Жирар пишет о темно-бурых термитах:
«Любопытно видеть, с какой точностью термиты строят свои галереи в непрозрачной среде, чтобы проникнуть в намеченные предметы. Они забираются в мебель с нижнего конца ножки и никогда не ошибаются относительно ширины этой ножки: они протачивают пол как раз под ножкой, а не в ином каком-либо месте. Каштаны, лежавшие отдельно друг от друга на полках во фруктовых магазинах, оказались съеденными, и под каждым была только маленькая дырка».
Американские физиологи Т. Буллок и Р. Каулс в 1952 году наркотизировали змей введением определенной дозы яда кураре. Очистили от мышц и других тканей один из нервов, разветвляющихся в мембране лицевой ямки, вывели его наружу и зажали между контактами прибора, измеряющего биотоки. Затем лицевые ямки подвергались различным воздействиям: их освещали светом (без инфракрасных лучей), подносили вплотную сильно пахнущие вещества, раздражали сильным звуком, вибрацией, щипками. Нерв не реагировал — биотоки не возникали.
Но стоило к змеиной голове приблизить нагретый предмет, даже просто человеческую руку (на расстоянии 30 см). как в нерве возникало возбуждение — прибор фиксировал биотоки. Осветили ямки инфракрасными лучами — нерв возбудился еще сильней. Органы термолокации обнаружены у питонов и удавов (в виде небольших ямок на губах). Маленькие ямки, расположенные над ноздрями у американской, персидской и некоторых других видов гадюк, служат, очевидно, для той же цели.
По типу медузы советские ученые построили прибор, предсказывающий приближение шторма. Оказывается, даже такое простейшее морское животное слышит недоступные человеку инфразвуки, возникающие от трения волн о воздух.
У медузы имеется стебелек, оканчивающийся шаром с жидкостью, в которой плавают камешки, опирающиеся на окончание нерва. Первой воспринимает «голос» шторма колба, наполненная жидкостью, затем через камешки этот голос передается нервам.
В приборе, имитирующем орган слуха медузы, имеются рупор, резонатор, пропускающий колебания нужных частот, пьезодатчик, преобразующий эти колебания в импульсы электрического тока. Далее эти импульсы усиливаются и измеряются. Такой прибор позволяет определять наступление шторма за 15 часов.
Рыбы издают всевозможные звуки, «ударяя» особыми мышцами по плавательным пузырям, как по барабанам, другие скрежещут зубами, щелкают костяками своей брони. Многие из этих звуков лежат в ультракоротком диапазоне и употребляются, очевидно, для эхолокации и ориентировки в пространстве.
В настоящее время известно свыше 100 видов рыб, способных вырабатывать электричество с довольно высокой разностью потенциалов. Так, электрический скат может создать напряжение до 70 в. Электрический сом в зависимости от раздражения способен вызвать напряжение в 80—100 в и больше, а электрический угорь — от 300 до 500 в. Эти рыбы встречаются главным образом в тропических морях.
В тропических реках живет небольшая рыбка мормирус, которая в поисках корма все время роется в иле. Хотя ее голова при этом уходит в ил, рыбка великолеппо чувствует приближение врага. Недавно ученые выяснили, что у мормируса есть свой радиолокатор: у хвоста — генератор электрических колебаний, дающий до 100 импульсов в минуту, а у спинного плавника — приемник отраженных радиоволн.
В Японии, где очень часто происходят землетрясения, было открыто, что маленькая белая рыбка за несколько часов до начала землетрясения начинает метаться в аквариуме из одной стороны в другую. Она обладает удивительной способностью воспринимать мельчайшие колебания земной коры, и ее по праву назвали «рыбкой-сейсмографом». Министерство сельского хозяйства Японии призвало население областей, где землетрясения бывают особенно часто, разводить белых рыбок — предвестников этого стихийного бедствия.
С непостижимой уверенностью в полном мраке, удивительно легко минуя все встречающиеся на пути преграды, совершает свои полеты летучая мышь. Загадку ее полета недавно объяснили на основании специальных опытов. Оказалось, что летучая мышь во время полета все время испускает своеобразный писк, частота звуковых колебаний которого примерно равна 50 тыс. гц в секунду, и ловит его отражение от преград большими ушами. Это явление положено в основу радиолокации (рис. 79).
Органы слуха летучей мыши способны воспринимать колебания большой частоты, и поэтому она слышит то, чего не слышит человек.
Удивительна способность ориентироваться у собаки и лошади. Они всегда приведут вас домой, в особенности зимой по бездорожью или ночью, когда управлять лошадью вожжами не рекомендуется, чтобы не сбить ее с правильного пути.
У слонов превосходно развито обоняние. Это дает им возможность воспринимать запахи на расстоянии до 5 км. Не было еще охотника, который сумел бы незаметно подобраться к слону с наветренной стороны. Не случайно хобот считают лучшим в мире аппаратом обоняния.
Исключительно чутким органом осязания у слонов, как и у многих других животных, являются щетинистые волосы — вибриссы. Благодаря им слоны великолепно ориентируются ночью при помощи хобота, который опускают до самой земли, исследуя ее. При этом слон не плетется, неуверенно нащупывая почву ногами, а ловко и быстро обходит все препятствия и уверенно минует их на своем пути.
В жизни наблюдаются и такие случаи, когда животные ориентируются неправильно. Самым большим любителем меда прославил себя медведь. Он находит пчелиные гнезда не столько по запаху меда, сколько по звуку, по жужжанию пчел в дупле. Поэтому обходчикам линий связи, проложенных через глухие лесные места, иногда доводится видеть на телеграфных столбах мишку, обманутого гудением проводов.
Сопоставляя системы управления в живых организмах и машинах, ученые вынуждены были более внимательно анализировать сущность тех своеобразных «приборов», с помощью которых животные и растения воспринимают, обрабатывают, передают информацию. Это может иметь очень большое значение для развития и совершенствования многих новых отраслей техники связи, локации, автоматики, инфракрасной аппаратуры и т. д. В результате возникло новое направленпе науки, занимающееся изучением биологических процессов и устройства живых организмов с целью получения новых возможностей для решения инженерно-технических задач, под названием бионики.
Анализом поведения и ориентирования организмов занимается биологическая бионика. Она активно изучает свойства органов восприятия — глаз и ушей, элементов нервной системы, способность животных ориентироваться в окружающей среде, осуществлять связь, перемещение и т. д.
«В области бионики природа держит пока неколебимое превосходство над творением рук человеческих. Самым совершенным электронно-вычислительным машинам далеко до возможностей, которыми обладает мозг человека.
Среди биологических процессов особенно интересует ученых процесс создания природой микроскопически малых, но чрезвычайно совершенных и чувствительных воспринимающих элементов.
Считается, что в будущем устройства, имитирующие работу нервной системы, могут способствовать созданию беспилотных космических кораблей для исследования планет Солнечной системы без необходимости дистанционного управления с Земли.
В области бионической математики ведутся исследования и изучаются «антенны» бабочек, миграционное поведение голубей, связь у рыб, использование обоняния для ориентации у водных животных, анализ волн в ухе, глаза лягушки, мечехвоста, насекомых, характер движения глаз, обзор глазом пространства и многое другое.
Огромный интерес представляет, что некоторые рыбы чрезвычайно чувствительны к запаху. Одна из них может обнаруживать наличие пахучего вещества, если даже на литр раствора его содержится всего 10-14 г
Тайна конструкции микроскопического приемника ультразвуковых колебаний, имеющегося у моли, за которой охотятся летучие мыши. Этот приемник, воспринимающий частоты от 10 до 100 кгц, позволяет моли обнаруживать врага по излучению ее локатора на расстоянии до 30 м.
Глаза подковообразного краба обладают способностью усиливать контраст изображений видимых объектов. Это свойство глаза краба предполагается использовать для облегчения анализа телевизионных изображений, а также аэрофотоснимков, фотографий Луны и т. д.»
Дельфины имеют гидролокационный аппарат, превосходящий по точности и по дальности действия существующие гидролокаторы. Он позволяет дельфину обнаруживать и различать породу рыб на расстоянии 3 км. Дельфины излучают различными частями тела звуки в диапазоне от 750 до 300 тыс. гц и реагируют на звуки до 80 тыс. гц. Здесь, как и во многих других случаях, людям предстоит еще «догонять» природу.
