logo
 

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Представьте, что поздней осенью вы едете где-то в Канаде по направлению к лежащим к югу от вас 48 штатам, к коттеджу в более теплых широтах, и вам предстоит преодолеть сотни миль. Вы едете в автомобиле по шоссе, но внезапно вас останавливают, вытаскивают из машины, сажают в запечатанный фургон и везут в аэропорт. С завязанными глазами вас грузят в самолет, и вы несколько часов проводите в воздухе, летя в неизвестном направлении. Сразу по прилете вас снова сажают в запечатанный фургон и доставляют в неизвестное место. Когда вам наконец-то развязывают глаза и отпускают, вы видите совершенно незнакомую местность. У вас нет ни карты, ни компаса, ни GPS-навигатора. И вам нужно найти путь к теплому коттеджу, куда вы изначально направлялись, при том что вы в тысячах миль от него.

Что вы будете делать?

Нечто подобное недавно произошло с группой белоголовых зонотрихий. Эти маленькие певчие птички с черно-белыми полосатыми хохолками (каждая из которых, как оказалось, пернатая унция мужества и стойкости) мигрируют с мест гнездования на Аляске и в Канаде на зимовку в южную Калифорнию и Мексику. Когда одна из стай пролетала через Сиэтл по пути на юг, исследователи поймали 30 птиц — 15 взрослых и 15 молодых. Они поместили их в ящики и на частном самолете отвезли в город Принстон, штат Нью-Джерси, который находится в 3700 км от их обычного маршрута миграции. Там ученые выпустили птиц, чтобы посмотреть, сумеют ли они найти путь к традиционному месту зимовки. Уже через несколько часов после освобождения взрослые птицы сориентировались и двинулись в путешествие через всю страну в сторону южной Калифорнии и Мексики. Даже самые молодые из них, которые за свою короткую жизнь успели совершить всего один перелет, нашли какие-то ориентиры и отправились прямиком к своим зимним квартирам.



НЕСМОТРЯ НА ТО ЧТО мозг у белоголовых зонотрихий размером с горошину, в своих навигационных способностях они намного превосходят большинство современных людей. Да, у нас тоже есть ментальные карты, которые мы создаем на основе соотношения знакомых ориентиров, например когда булочная или почта находятся в известной системе координат. Но когда крошечную птицу транспортируют далеко за пределы известной ей территории, а она точно прокладывает курс в нужное ей место назначения — согласитесь, это совсем другое дело. Это одна из удивительных способностей птичьего ума.

И ее невозможно объяснить только хорошей памятью. Как и чисто инстинктивным поведением, спецификой зрения, способностью воспринимать магнитное поле Земли либо точно придерживаться выбранного направления, ориентируясь по солнцу. Как пишет Джулия Франкенштейн, психолог из Центра когнитивных наук Фрайбургского университета: «Навигация, отслеживание своего местоположения и создание ментальной карты на основе опыта — невероятно сложный процесс». Он затрагивает такие когнитивные функции, как восприятие, внимание, расчет расстояния, определение относительного положения в пространстве, принятие решений, и многие другие — и все они сложны даже для крупного мозга млекопитающих.

Как же птицы это делают?

Некогда эта способность птиц считалась врожденной, основанной только на инстинктах. Теперь мы знаем, что навигация у птиц непосредственно связана с сенсорным восприятием, обучением и, самое главное, с замечательной способностью выстраивать в уме ментальную карту, опираясь на необычные и до сих пор неизвестные нам методы картографии.



МНОГОЕ ИЗ ТОГО, что нам известно о навигационных способностях птиц, мы узнали от одного скромного вида, который на протяжении сотен лет подвергался тем или иным вариациям эксперимента, пережитого белоголовыми зонотрихиями, — от голубей. Голубиные гонки — популярное во многих странах развлечение, иногда называемое «лошадиными скачками для бедных». Птиц тренируют, выпуская их все дальше и дальше от родной голубятни. В конце концов голуби уверенно находят путь домой на расстоянии около 1500 км, пересекая неизвестную местность со средней скоростью около 80 км/час. Большинство из них возвращаются домой. Но не все.

Возьмем для примера историю о Белохвостике.

Одним апрельским утром 2002 г. голубевод Том Роден увидел у своей голубятни в Хаттерсли неподалеку от Манчестера, Англия, птицу со светлым хвостом. Она показалась ему смутно знакомой. Проверив регистрационное кольцо на лапке, Роден с удивлением узнал в ней своего гоночного голубя по имени Белохвостик, пропавшего пять лет назад во время гонки через Ла-Манш.

Белохвостик исчез при загадочных обстоятельствах. Он не был обычной птицей — он был чемпионом, победителем 13 гонок и ветераном, 15 раз пересекавшим пролив. На этот раз гонка проходила в честь 100-летия Королевской ассоциации голубиных гонок. За катастрофический провал ее окрестили Великой голубиной трагедией.

Воскресным утром в конце июня 1997 г. на поле близ Нанта на западе Франции было выпущено более 60 000 гоночных голубей, которые должны были найти дорогу к своим голубятням, разбросанным по всему югу Англии. В 6:30 утра птицы взмыли в воздух и устремились на север. Им предстояло преодолеть 600–800 км пути. К одиннадцати вечера большинство пернатых гонщиков пролетели более 300 км до Ла-Манша и двинулись через пролив.

Но потом случилось что-то непредвиденное.

Английские голубеводы ждали возвращения своих питомцев к двенадцати часам следующего дня. Но время шло, а в небе так и не раздавалось знакомого хлопанья крыльев. К вечеру разочарованные хозяева в недоумении чесали голову. Наконец, несколько птиц Родена, даже самых медленных из его гонщиков, вернулись в голубятню. Но Белохвостика не было. Голубь-чемпион вместе с несколькими десятками тысяч других опытных гонщиков так и не вернулся домой. Причина их исчезновения остается загадкой, хотя и было выдвинуто несколько возможных версий (о них я расскажу чуть позже).

Итак, пять лет спустя после трагедии Роден гулял утром с собакой, когда вдруг увидел у дома Белохвостика. «Я не мог поверить своим глазам! — сказал он журналисту Manchester Evening News. — Я долгое время надеялся на то, что Белохвостик однажды вернется… Но в конце концов даже я потерял надежду».



ВЕЛИКАЯ ГОЛУБИНАЯ ТРАГЕДИЯ примечательна тем, что ни до, ни после этого ничего подобного не случалось. Гончие голуби редко сбиваются с пути; подавляющее большинство возвращается в свои голубятни, даже когда речь идет об очень больших расстояниях. Например, голубь Ред Уизер, красавец красноватого оттенка с переливающейся опаловой грудкой, который был выпущен в Пенсаколе, штат Флорида, преодолел почти 1500 км и вернулся домой в Филадельфию. По сообщению газеты The New York Times, это было рекордное расстояние, проделанное почтовым голубем. Птица была награждена золотым кольцом на лапку, где выгравировали ее регистрационный номер и название голубятни, после чего она с почетом была отправлена на пенсию.

Это случилось в 1885 г. С тех пор почтовые голуби не раз повторяли этот рекорд и даже превосходили его в гонках по всему миру. Конечно, иногда происходят катастрофы и досадные потери. Год спустя после Великой трагедии над Ла-Маншем в гонках в Пенсильвании и Нью-Йорке было выпущено 3600 голубей, из которых до дома добралось всего несколько сотен. Никто не знает почему.

Почему-то мы удивляемся тому, что иногда гоночные голуби в буквальном смысле «сбиваются с правильного пути», как выражается эксперт Чарльз Уолкотт. А может, гораздо удивительнее то, что в подавляющем большинстве случаев они находят дорогу домой из совершенно незнакомого места. Одно дело, когда птица находит путь к соседнему полю с вкусными гусеницами и обратно в теплое уютное гнездо. Но проложить курс до дома через сотни километров незнакомой местности — совсем другая история.

Но даже эти подвиги гоночных голубей меркнут в сравнении с головокружительными путешествиями перелетных птиц, ошеломительные подробности которых мы начали узнавать в последнее время благодаря современным технологиям. Оснащенные крошечными геолокаторами на спинах, птицы позволили нам заглянуть в тайны своих марафонских перелетов. Например, пестрогрудые лесные певуны, обитатели таежных лесов, каждую осень отправляются из Новой Англии и восточной Канады в Южную Америку (в Пуэрто-Рико, на Кубу и Большие Антильские острова), преодолевая более 2700 км всего за 2–3 дня, включая беспосадочный перелет над Атлантическим океаном. Полярные крачки, любители длинных полярных дней и длинных перелетов, совершают кругосветное путешествие с мест гнездования в Гренландии и Исландии на места зимовки у побережья Антарктиды. Перелет туда-обратно составляет около 70 000 километров, а за свою 30-летнюю жизнь крачка три раза преодолевает расстояние от Земли до Луны и обратно.

Как птицы находят путь? Откуда исландские песочники, делающие промежуточную посадку на Кейп-Мей по пути с Огненной Земли, знают, как найти свои места гнездования в северной Арктике? Откуда золотистые щурки знают маршрут от фермерских полей Испании через Сахару к знакомым лесным районам в Западной Африке? Как таитянские кроншнепы и серые буревестники прокладывают курс над бескрайними, пустынными просторами океана?

Как человек, способный заблудиться в трех соснах, я благоговею перед навигационными способностями птиц. Как им удается то, что мало кто из людей может сделать даже с помощью компаса?



ШИРОКО распространенный вид голубей — сизый голубь (Columba livia) — дает нам возможность получить ответы на эти вопросы. Эти голуби незаслуженно пользуются дурной славой как мусорщики и «пернатые крысы», которые не брезгуют клевать хлебные крошки под скамейками в парках и рыться на городских помойках. Некоторые считают их откровенно тупыми, равно как и вымерших дронтов (они, кстати, близкие родственники).

Действительно, в переднем мозге голубей плотность нейронов в два раза меньше, чем в переднем мозге ворон. Они не узнают свои яйца и птенцов, если те не находятся непосредственно под ними. Иногда они случайно затаптывают своих неоперившихся птенцов до смерти и выбрасывают из гнезда. (Хотя, как заметил один эксперт по голубям, «неоперившиеся птенцы настолько малы по сравнению с огромными лапами родителей, что удивительно, почему таких несчастных случаев не происходит на порядок больше».) Не могут голуби похвастаться и эффективностью строительства гнезд. Они носят в клюве по одной веточке или мешалке для кофе за раз, тогда как воробьи хватают сразу две-три. Если воробей в полете вдруг роняет стройматериал, он устремляется вниз и ловит его. Голуби никогда не подбирают потерянные ветки.

Поэтому по некоторым меркам они действительно могут казаться тупыми. Между тем они намного умнее, чем вы могли себе представить. Например, они способны оперировать числами, причем не только умеют считать (это могут делать многие животные и даже пчелы), но и понимают арифметику выигрышей и потерь и даже абстрактные математические правила, что сопоставимо со способностями приматов. Например, они могут расположить картинки с изображениями от одного до девяти предметов в порядке возрастания. И еще они умеют оценивать относительную вероятность.

На самом деле голуби решают некоторые статистические задачи лучше большинства людей — и даже лучше некоторых математиков. В частности, это касается парадокса Монти Холла, названного так в честь ведущего старой телеигры «Давайте заключим сделку». В оригинальной версии игры участнику предлагалось угадать, за какой из трех дверей спрятан главный приз, например автомобиль. За другими двумя дверями были козы. После того как игрок выбирал дверь, ведущий открывал одну из оставшихся двух дверей, за которой всегда оказывалась коза. Затем он спрашивал игрока, по-прежнему ли он хочет открыть первоначально выбранную дверь или же хочет изменить свой выбор.

В лабораторной версии игры голуби успешно решали эту головоломку, выбирая правильную дверь гораздо чаще, чем люди. Большинство людей предпочитали не менять свой выбор, несмотря на то что смена дверей удваивает их шансы на выигрыш. В отличие от них, голуби учились на своем опыте и повышали вероятность выигрыша, переключаясь на другую дверь.

На первый взгляд кажется, что это противоречит логике. Люди рассуждают так: после открытия ведущим двери с козой вероятность нахождения автомобиля за оставшимися двумя дверями составляет 50 на 50. Но в действительности смена дверей повышает вероятность выигрыша до 66 %. Почему? Вероятность того, что изначально выбранная вами дверь окажется выигрышной, равна один к трем. Соответственно, вероятность того, что эта дверь невыигрышная, составляет два к трем. После того как Монти Холл отрывает дверь с козой (Монти всегда знал, где спрятан автомобиль, и никогда не открывал эту дверь), вы предполагаете, что вероятность нахождения автомобиля за оставшимися двумя дверями составляет один к двум. Но это не так! Выбор Монти означает, что для другой двери эти шансы возрастают до двух к трем. Да, это сложно. Я сама до конца не понимаю, почему это так. Впрочем, как и многие математики. (Когда парадокс Монти Холла вместе с правильным решением был опубликован в журнале Parade, ведущая научной рублики Мэрилин вос Савант получила более 9000 писем, многие от университетских математиков, которые выражали несогласие с ее решением.) По-видимому, у голубей нет такой проблемы. Сначала они выбирают двери случайным образом, но быстро учатся менять свой выбор. Такой успешный подход к решению этой задачи требует применения эмпирической вероятности — способности оценить исходы многочисленных попыток и скорректировать свое поведение соответствующим образом, чтобы повысить вероятность выигрыша. В подобных ситуациях большинство голубей выбирает оптимальные стратегии, максимизируя свои шансы на выигрыш, тогда как люди зачастую не могут этого сделать даже после обучения.

Голуби также способны определять сходства и различия между наборами предметов — умение, которое американский психолог Уильям Джемс назвал «основой нашего мышления». Конечно, в этом деле они не чемпионы. Это звание, скорее всего, принадлежит знаменитому африканскому серому попугаю Алексу, с которым на протяжении многих лет работала Айрин Пепперберг, пока он не умер в 2007 г. Алекс не только безупречно определял, одинаковы или отличаются два предмета по цвету, форме или материалу, но и мог сказать «ничего», если между ними не было никаких сходств или, наоборот, различий. Он также мог сгруппировать более ста предметов на основе трех указанных характеристик.

Тем не менее голуби хорошо различают произвольные зрительные стимулы, такие как буквы алфавита и, как мы теперь знаем, картины Ван Гога, Моне, Пикассо и Шагала. Они могут отличить фотографии, на которых изображены люди (одетые или обнаженные), от фотографий, где нет изображения людей. Они узнают людей по лицам и даже способны читать их эмоции. Они способны выучить и запомнить более тысячи изображений, храня их в долговременной памяти почти год.

И еще: они умеют намного лучше нас ориентироваться в пространстве без всякой помощи технологий. Все это делает голубей любимыми «пернатыми подопытными крысами» ученых, с помощью которых те пытаются раскрыть тайну навигационного таланта птиц.



В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ я стала обращать больше внимания на компании голубей, когда они деловито снуют под ногами прохожих на городских улицах и в парках. Они похожи то ли на кучку туристов, то ли на толпу монахов в капюшонах. И чем больше я наблюдаю за этими птицами, тем больше они мне нравятся. Хотя они бывают застенчивы, суетливы и пугливы, мне нравится их приспособленность к тесному сосуществованию с людьми. Мне нравятся их переливающиеся радужные шейки.

Благодаря тому, что люди разводят голубей с древних времен, сегодня у нас есть десятки пород. Некоторые породы выводились ради экстравагантного внешнего вида или необычных летных качеств, такие как турманы, священники, монашенки, павлины и драгуны. (Например, забавных дутышей часто сравнивают с перчаткой, в которую засунули теннисный мяч.)

Почтовых голубей разводили, как следует из их названия, для доставки почты, а также для голубиных гонок. Типичные дикие голуби, которых можно увидеть на улицах американских городов, — это потомки почтовых голубей, привезенных переселенцами из Европы в начале 1600-х гг. и сбежавших от своих хозяев.

Современные городские голуби любят ходить, проворно семеня лапами и немного переваливаясь с боку на бок, как утки, или же вытягивая шею вверх и важно вышагивая, как солдаты. Они не любят сидеть на деревьях, предпочитая насесты антропогенного происхождения — провода и всевозможные карнизы, балки, кронштейны, выступы и ниши архитектурных сооружений. Это странное пристрастие голубей к узким и неудобным выступам, где зачастую приходится сидеть с вертикально прижатым к стене хвостом, раньше всегда меня удивляло.

Почему же городские голуби предпочитают узкие выступы толстым и удобным веткам деревьев? Оказывается, потому, что они, как и все одомашненные породы голубей, произошли от диких сизых голубей, которые гнездятся на скалистых побережьях и островах Средиземноморья. Дикие сизари летают за семенами на дальние луга и поля и возвращаются в свои гнезда, чтобы накормить птенцов. Возможно, в этой особенности их экологии и кроются истоки удивительной способности голубей находить дорогу домой.



ЛЮДИ ИСПОЛЬЗУЮТ эту инстинктивную тягу голубей к дому — так называемый инстинкт хоминга — не менее 8000 лет. По крайней мере, так утверждается в «голубиной библии» — фундаментальном труде под названием «Голубь» (The Pigeon), опубликованном в 1941 г. Уэнделлом Митчеллом Леви, любителем голубей, ученым и старшим лейтенантом, возглавлявшим подразделение голубиной почты Американского сигнального корпуса во время Первой мировой войны.

«Повсюду, где были великие цивилизации, процветали и голуби, — пишет Леви. — Чем выше уровень развития цивилизации, тем выше, как правило, она ценит голубей».

На протяжении столетий почтовые голуби использовались в качестве курьеров, связистов и даже разведчиков. Древними римлянами — чтобы извещать о военных победах; финикийскими и египетскими моряками — чтобы сообщать о прибытии кораблей; современными рыбаками — об улове; бутлегерами во времена сухого закона в США — чтобы обмениваться новостями между контрабандистскими судами и наземными базами. Говорят, что банк Ротшильдов узнал о поражении Наполеона под Ватерлоо раньше других благодаря голубиной почте и воспользовался этой информацией для игры на фондовой бирже, заработав несколько миллионов фунтов стерлингов. В середине XIX в. Пол Джулиус Рейтер открыл новостную службу, используя голубей для передачи биржевых сводок между Аахеном и Брюсселем. А в начале XX в. голуби доставляли вести о благополучном прибытии или сигналы бедствия с судов, курсировавших между Гаваной и Ки-Уэстом у побережья Флориды.

В ходе обеих мировых войн голубей широко использовали для доставки разведданных и военных депеш. К птицам прикрепляли зашифрованные сообщения и отправляли через линию фронта, чтобы передать сведения о перемещении вражеских войск или скоординировать действия с отрядами Сопротивления на оккупированных территориях. По словам Леви, крылатые связисты с такими именами, как Остряк, Смехун, Упорный, Жена Полковника и Шер Ами, выполняли боевые задания «даже со сломанной лапой или поврежденной в полете грудью». Таким был голубь по кличке Президент Уилсон, потерявший в Первой мировой войне левую лапку. А шотландский голубок Винки находился на борту британского бомбардировщика, когда тот был сбит над Северным морем. Его выпустили из разбитого самолета, и он в мгновение ока преодолел почти 200 км до побережья Шотландии до своей голубятни в Данди и доставил послание на авиабазу, откуда на выручку экипажу был отправлен спасательный самолет.

В разгар Второй мировой войны Служба голубиной связи армии США держала 54 000 птиц. «Мы старались разводить птиц с такими качествами, как ум и выносливость, — объяснял один из военных голубеводов. — Нам нужны были уравновешенные особи, которые всегда возвращаются и которые достаточно умны и уверены в себе, чтобы не растеряться в непривычных обстоятельствах. Конечно, попадались и полные тупицы. Но таких видно сразу. Они не могут найти путь к своей голубятне или предпочитают, нахохлившись, сидеть в углу». Но большинство голубей, по его словам, «умны». Очень умны.

Среди наиболее героических крылатых связистов стоит назвать Солдата Джо (Джи-Ай Джо). Он был выпущен британцами, чтобы отменить запланированную бомбардировку оккупированного немцами города, ведь британская бригада численностью более тысячи человек также находились в городе. Голубь пролетел 32 км за 20 минут и успел к тому моменту, когда самолеты уже выстраивались на взлет. Американского выставочного гонного голубя Юлия Цезаря вывезли на самолете из Рима и отпустили в южной Италии, откуда он отправился в свою голубятню в Тунисе с жизненно важной информацией для кампании в Северной Африке. А Джангл Джо, элегантный четырехмесячный бронзовый голубь, пролетел 360 км через один из самых высоких горных массивов в Азии при сильнейшем ветре и доставил сообщение, которое позволило союзным войскам захватить значительную часть Бирмы.

На Кубе до сих пор используют голубей для передачи сообщений о результатах выборов из отдаленных горных районов, а китайцы недавно создали военную службу связи с 10 000 почтовых голубей для доставки срочных сообщений вдоль своих границ «в случае электромагнитных помех или коллапса системы связи», как объяснил офицер, командующий этой голубиной армией.



«ПРИНЯТО ПОЛАГАТЬ, будто почтовый голубь находит путь, не задействуя ни свой ум, ни наблюдательность, а только с помощью некоего непостижимого инстинкта, — писал Чарльз Диккенс в 1850 г. — Но мои собственные наблюдения говорят мне о том, что такое мнение ошибочно».

Современник Диккенса Чарльз Дарвин предполагал, что голуби могут каким-то образом фиксировать в памяти извилистый маршрут своего путешествия и затем использовать эту информацию для поиска пути домой. Теперь мы знаем, что это не так: даже если провезти голубей по окольным дорогам внутри вращающегося цилиндра в закрытом транспортном средстве и выпустить в незнакомом месте, они прямиком направятся в сторону дома, а не будут приблизительно следовать проделанному пути.

Настоящая навигация — это не способность вернуться домой из хорошо знакомого места, а умение определить правильное направление на совершенно незнакомой местности, опираясь на локальные данные, а не ориентиры, по которым они летали ранее. Мы используем для этого GPS-навигаторы и программы с картами, которые точно показывают нам, в какой точке планеты мы находимся и как нам добраться до нужного пункта назначения. Складывается впечатление, что у птиц есть встроенные внутренние навигаторы, которые, как и наши GPS-системы, функционируют в глобальном масштабе.

Чтобы протестировать навигационные способности птиц, ученые грузят их на корабли, самолеты, автомобили (как тех плененных зонотрихий) и отвозят в отдаленные, абсолютно незнакомые места. Затем они выпускают птиц и смотрят, сориентируются ли те и найдут ли правильное направление. Этот вид исследований с перемещением — самый эффективный инструмент для исследования механизма навигации у птиц.

В настоящее время ученые предполагают, что голуби и другие птицы используют двухступенчатую навигационную стратегию «карта + компас». Сначала они определяют свое местоположение в момент выпуска и то, в каком направлении может находиться дом. (Это картографический этап: если говорить в человеческих терминах, это пространственная система координат вроде «Я нахожусь к югу от дома, значит, мне нужно идти на север».) Далее птицы используют наземные, небесные и другие внешние ориентиры в качестве компаса, чтобы держаться строго по курсу. Эта система «карта + компас» включает множество элементов, затрагивающих различные типы информации, такие как солнце, звезды, магнитные поля, ландшафтные особенности, ветер и погода.

Компасный компонент навигации изучен довольно хорошо во многом благодаря тысячам исследований, когда птиц (как правило, голубей) лишали того или иного источника сенсорной информации, перемещали в незнакомое место и смотрели, найдут они дорогу или же собьются с курса.

Голуби, как и люди, воспринимают мир преимущественно визуально. Было бы удивительно, если бы они не использовали для ориентирования на местности такие заметные визуальные маркеры, как кривые дубы, старицу в долине реки, живую изгородь или необычный треугольный небоскреб. Оказывается, они так и делают, по крайней мере на последнем этапе путешествия.

Солнце тоже помогает. Как и пчелы, голуби используют солнце как компас. Благодаря тому, что у всех птиц есть очень точные внутренние часы, они обладают хорошим ощущением времени и знают, где должно находиться солнце в любой момент дня. Но, чтобы использовать солнце для навигации, голубь должен хорошо знать, как оно движется по небу. Для этого молодые голуби наблюдают за высотой солнца над горизонтом в разное время суток, за скоростью его движения — около 15° в час — и таким образом формируют весьма точное представление об этой системе. Если птица видит солнце только по утрам, она не сможет использовать его для навигации после полудня. Птицы ежедневно калибруют свой солнечный компас, предположительно используя поляризованный свет, видимый вблизи горизонта на закате. Как только птица овладевает искусством навигации по солнечному свету, она предпочитает его всем остальным сигналам. Даже в нескольких километрах от родной голубятни она полагается не на знакомые наземные ориентиры, а на солнечный компас.

Но вот что удивительно: даже когда голубям закрывали глаза матовыми линзами, они правильно находили путь домой. Чарльз Уолкотт, почетный профессор орнитологии в Корнеллском университете, говорит, что, когда птицы с матовыми линзами приближаются к знакомой местности, где находится их голубятня, они летят очень высоко и снижаются в «вертолетной» манере. По-видимому, у них есть запасной компас. Но какой?



БОЛЕЕ 40 ЛЕТ НАЗАД Уильям Китон из Корнеллского университета обнаружил, что в условиях облачности голуби, которым к спине прикрепили маленькие магнитные палочки, дезориентируются в пространстве и находят путь домой намного медленнее, чем их сородичи из контрольной группы. («Конечно, человек тоже начнет спотыкаться, если ему на спину привязать штангу!» — можете подумать вы. Но для чистоты эксперимента исследователи прикрепили на спины голубей из контрольной группы палочки-муляжи из латуни.)

Наша планета представляет собой гигантский магнит: силовые линии магнитного поля выходят из одного полюса и входят в другой, причем по мере приближения к экватору напряженность поля ослабевает, а направление линий становится все более горизонтальным. По-видимому, птицы способны улавливать даже крошечные изменения в угле наклона силовых линий магнитного поля и использовать их для определения широты своего местонахождения.

Первые указания на то, что в своих путешествиях птицы могут ориентироваться по магнитному полю, были получены в конце 1960-х в экспериментах с содержащимися в неволе зарянками. В дикой природе зарянки мигрируют из Северной Европы в Южную Европу и Африку. Лабораторные птицы находились в помещении, изолированном от любых внешних сигналов и ориентиров, однако в период так называемого «перелетного беспокойства» (когда их сердце начинает колотиться так, словно они находятся в активном полете) они стремились улететь в южном направлении, несмотря на отсутствие любых визуальных подсказок, где может быть юг. Когда ученые обернули клетки электромагнитными катушками, птицы были дезориентированы и стали менять направление своих порханий и прыжков случайным образом.

Многие живые существа, от пчел до китов, чувствуют магнитные поля и используют их для ориентации в пространстве. Но мы до сих пор не знаем, каким образом животные это делают. Обнаружить магнитное излучение с помощью высокочувствительных электронных приборов — это одно. «Но как почувствовать такое слабое магнитное поле, которое излучает Земля, с помощью одних только биологических материалов?» — удивляется Хенрик Моритцен, биолог из Ольденбургского университета в Германии, изучающий механизмы навигации животных. У птиц нет специального сенсорного органа для восприятия магнитного поля. Но поскольку силовые линии могут проходить сквозь ткани, крошечные сенсоры могут скрываться где-то глубоко внутри их тел.

Одна гипотеза утверждает, что птицы «видят» магнитное поле благодаря находящимся в сетчатке специальным молекулам, активизируемым световыми волнами определенной длины. Магнитные сигналы влияют на химические реакции этих молекул, ускоряя или замедляя их в зависимости от направления магнитного поля. В ответ нейроны сетчатки подают сигналы в визуальную область птичьего мозга, информируя его о направлении поля. Все это происходит на субатомном уровне, влияя на вращение электронов вокруг атомных ядер, из чего вытекает шокирующее предположение: вероятно, птицы способны воспринимать квантовые эффекты. По всей видимости, это восприятие связано с областью переднего мозга, связанной с обработкой зрительной информации и известной как кластер N. Если кластер N поврежден, птицы не могут найти север.

Но как именно птицы «видят» магнитное поле? Трудно сказать. Возможно, как призрачный узор из точек или из пятен света и тени, наложенный поверх местности и остающийся неизменным, даже когда они поворачивают голову из стороны в сторону.

Вторая гипотеза гласит, что где-то внутри птичьего тела может скрываться магнитный датчик, состоящий из крошечных кристаллов окиси железа, — что-то наподобие компасной иглы. Этот датчик улавливает градиенты магнитного поля и преобразует их в нервные импульсы.

Недавно ученые решили было, что нашли эти магнитные сенсоры в клюве голубей, а именно в шести скоплениях клеток с высоким содержанием железа в носовой полости в верхней части клюва. Но когда исследователи изучили более 250 000 образцов ткани, взятых из клювов почти 200 голубей, оказалось, что количество этих железосодержащих клеток значительно варьируется от птицы к птице. У одного голубя их было обнаружено больше 100 000, у другого всего 200, а у третьего с инфицированным клювом десятки тысяч таких клеток были сосредоточены в месте инфицирования. Судя по всему, эти богатые железом клетки, первоначально принятые за сенсорные, на самом деле просто белые клетки крови, известные как макрофаги, которые перерабатывают железо из поглощаемых ими эритроцитов.

И что же, история на этом закончилась? Не совсем. Новые данные свидетельствуют о том, что где-то в верхней части птичьего клюва, близко к коже, действительно могут находиться магнитные рецепторы, отвечающие за восприятие интенсивности магнитного поля, которая меняется в зависимости от широты. Повреждение нерва, связывающего клюв птицы с мозгом, нарушает ее навигационные способности. Но как именно устроен этот магнитный детектор и где именно в клюве он расположен, пока остается загадкой.

Чтобы еще больше запутать дело: недавно было найдено еще одно возможное место расположения магниторецепторов — в крошечных железных шариках, обнаруженных в волосковых нейронах во внутреннем ухе птиц, что указывает на то, что птицы могут «слышать» магнитные поля. Однако, когда исследователи удалили у почтовых голубей внутреннее ухо, это никак не повлияло на их способность находить дорогу домой.

Где бы ни находился этот магнитный датчик, он обладает невероятной чувствительностью. В 2014 г. Моритцен и его команда сообщили в журнале Nature, что даже чрезвычайно слабый электромагнитный «шум», создаваемый электронными устройствами в городской среде, может нарушать точность магнитных компасов мигрирующих зарянок. Речь идет даже не о вышках сотовой связи или высоковольтных линиях электропередач, а о фоновом шуме от всех приборов, работающих на электрическом токе. Эта новость вызвала глубокий резонанс в научном мире. Если это действительно так, то «электросмог», как его называют, уже мог вызвать серьезные навигационные проблемы у птиц, негативно влияя на их выживаемость.

Долгое время ученые считали, что магнитный компас у птиц служит своего рода резервной системой для навигации в пасмурные дни. Оказывается, это совсем не так. Наряду с солнечным компасом это важнейшая часть их навигационной системы. Вполне вероятно, что птицы располагают не одним, а несколькими различными типами магниторецепторов, благодаря взаимодействию которых они могут улавливать даже мельчайшие колебания магнитных полей. Эволюция, которая постаралась сэкономить буквально на всех птичьих системах, в этом случае позволила себе переусердствовать — чтобы голубь, летящий темной безлунной ночью над Средиземным морем, мог найти путь к дому в Северной Африке.



ИТАК, с местом, которое птичий компас занимает в нашей головоломке, мы определились. Но для навигации пернатым путешественникам также требуется что-то типа карты, чтобы определить свое примерное местоположение в пространстве и направление, в котором им нужно двигаться. Есть ли у птиц в мозгу такая карта?

В 1940-е гг. психолог Калифорнийского университета в Беркли Эдвард Толмен впервые предположил, что млекопитающие могут обладать «когнитивной картой» окружающего пространства. Толмен обратил внимание на то, что крысам в лабиринтах удавалось находить новые, более прямые и короткие пути к месту, где их ждало угощение. «В ходе обучения в мозге крысы формируется карта лабиринта — мысленное представление обо всех проходах, тупиках, маршрутах и их расположении относительно друг друга — на нее крыса впоследствии и опирается». (Эту революционную по тем временам идею поддержали немногие исследователи, которых в шутку прозвали «толманьяками».)

Толмен предположил, что люди также формируют когнитивные карты, и высказал смелую идею, что такие карты помогают нам ориентироваться не только в пространстве, но и в социальных и эмоциональных отношениях — в «этом сложнейшем созданном Богом лабиринте, коим является наш человеческий мир». Ограниченная карта может привести к обесцениванию других людей и в итоге к формированию «чрезвычайно опасной ненависти по отношению к любым „не членам группы“» с широким спектром негативных последствий «от дискриминации меньшинств до мировых войн». И каков выход? Способствовать формированию у людей более глобальных когнитивных карт с более широким географическим и социальным охватом, которые будут поощрять понимание и эмпатию по отношению к тем, кого мы можем считать «другими».



ТОТ ФАКТ, что птицы могут создавать ментальные карты своего физического окружения (если не социального и эмоционального), был установлен с помощью таких же тестов-лабиринтов, как те, которые Толмен использовал для крыс. Как и крысы, голуби продемонстрировали отличную память на пространственную информацию: они прекрасно помнили все места, которые посещали раньше, — как далеко они находятся друг от друга, в каком направлении идут проходы и т. д. — и использовали эту информацию для прокладывания новых маршрутов.

Это называется мелкомасштабной навигацией, и некоторые птицы владеют ею в совершенстве. Пожалуй, чемпионами в этом деле можно назвать птиц, делающих запасы еды, таких как североамериканские ореховки и калифорнийские кустарниковые сойки. Эти члены семейства врановых обладают поистине колоссальными ресурсами пространственной памяти.

Североамериканские ореховки (Nucifraga columbiana), светло-серые птички с красивыми черными крыльями, получили прозвище «палаточных мародеров» за свое пристрастие воровать еду в кемпингах. Они населяют Скалистые горы и другие высокогорные районы в западной части Северной Америки. Чтобы пережить суровые зимы, в летнее время одна ореховка собирает больше 30 000 сосновых семян, перенося до сотни семян за раз в специальном мешочке под языком. Собранные семена птица прячет в кладовых — их число может доходить до 5000, — разбросанных по территории площадью в десятки и даже сотни квадратных километров. При этом птица для поиска местонахождения всех своих заначек в течение девяти месяцев полагается исключительно на свою память — зимой она летит прямиком в нужное место, а не рыщет по всей округе. Ей не мешают даже такие радикальные сезонные изменения окружающего ландшафта, как смена лиственного покрова, выпадение снега, перемещение камней и почвы.

Семена сосны настолько же крохотные, как и сами кладовые. Ореховка выкапывает ямки для припасов своим тонким, кинжалоподобным клювом. Чтобы обнаружить потом это место, требуется миллиметровая точность. Стоит птице ошибиться в своей ментальной карте хотя бы на десяток миллиметров, и она может никогда не найти свою кладовую. Ореховки находят их в семи случаях из десяти. (На этом фоне особенно унизительно думать о том, что в этом году я забыла, где посеяла семена помидоров. А еще я постоянно забываю, куда положила ключи от машины.)

Как же они находят семена после того, как их спрятали? Обоняние тут не поможет. Согласно одной гипотезе, птицы формируют ментальную карту на основе крупных и высоких ориентиров, таких как деревья и скалы, которые не скрываются под снегом. И запоминают расположение своих кладовых относительно этих ориентиров, используя такие параметры, как расстояние, направление и даже геометрические принципы и фигуры. Например, они могут зафиксировать, что кладовая расположена посередине между двумя высокими ориентирами или в третьем углу треугольника, образованном двумя заметными ориентирами и искомой точкой. Теперь представьте, что таким образом вам нужно запомнить 5000 мест!



МЕЖДУ ТЕМ калифорнийские кустарниковые сойки — мастера макиавеллианских хитростей — помнят не только то, где они сделали свои тайники (и кто это видел), но и что они в них спрятали и когда. Это важно, потому что сойки прячут не только орехи и семена, но и фрукты, насекомых и червей — продукты, которые портятся с разной скоростью. В теплую погоду насекомые могут испортиться за несколько дней, тогда как орехи и семена могут храниться месяцами. Проведя серию оригинальных экспериментов, Никола Клейтон и ее команда из Кембриджского университета установили, что птицы сначала съедают скоропортящиеся продукты, а долгохранящиеся оставляют на потом. Но для этого они должны точно помнить время и место складирования недолговечных припасов. Эта способность запоминать конкретные события прошлого в канве «что произошло, где и когда» сродни эпизодической памяти у людей. Похоже, птицы, как и мы, используют информацию о событиях прошлого (что они спрятали и когда) для принятия решений о том, что им делать в настоящем или в будущем (съесть спрятанную еду или оставить на потом).

Следующая серия экспериментов, проведенных Клейтон и ее командой, представила убедительные свидетельства того, что кустарниковые сойки способны на некоторую степень планирования или, по крайней мере, предусмотрительности, что позволяет им гибко корректировать свое поведение в настоящем, чтобы повысить свои шансы на выживание в будущем.

Чтобы узнать, могут ли кустарниковые сойки планировать будущее, Клейтон и ее коллеги поселили восемь соек в просторные клетки с доступом к двум дополнительным отделениям. В первом отделении птиц всегда ждал завтрак, во втором — нет. Птиц не кормили по вечерам, а утром помещали в один из двух отсеков. После того как они провели в каждом отсеке по три утра, им начали давать много еды вечером — это были кедровые орешки, которыми они могли наесться досыта, а излишки спрятать. Все сойки прятали орехи в «номере без завтрака» — вероятно, предвидя голодное утро.

Затем исследователи изменили условия. Они предлагали сойкам разную еду в разных отделениях — арахис в одном, собачий корм в другом. На этот раз птицы распределяли съестные припасы таким образом, чтобы в каждом отделении было одинаковое меню.

Последующие эксперименты на обыкновенных сойках Клейтон и ее коллеги Люси Чеки показали, что птицы стараются прятать ту еду, которую захотят съесть в будущем (которую они давно не ели), очевидно предвидя свои будущие потребности и игнорируя текущие желания. «Могут ли сойки планировать будущее на основе своего опыта, остается открытым вопросом, — пишут исследователи, — но эти результаты убедительно показывают, что они способны действовать, руководствуясь будущим мотивационным состоянием, которое отличается от текущего, причем делать это гибко».

Эти исследования предполагают, что по крайней мере некоторые птицы способны оперировать двумя ключевыми составляющими мысленного путешествия во времени: они могут учитывать прошлое (что я ела и где?) и предусматривать будущее (что, если завтра я проголодаюсь, какую еду мне нужно прятать и где?), что некогда считалось исключительно человеческой привилегией.



НО ВЕРНЕМСЯ к картографическому таланту калифорнийских кустарниковых соек. Они еще способны нас удивить. Как известно, сойки воруют друг у друга еду. Примечательно, что хозяева способны находить свои перепрятанные и не перепрятанные кладовые с одинаковой точностью. Со своей стороны воры также пользуются продвинутыми техниками ментальной картографии. Благодаря прекрасной пространственной памяти они не только запоминают место, где другая птица спрятала еду, но и могут найти кладовую, даже если наблюдали за ее созданием издалека, — получается, чтобы найти ее, им нужно мысленно поменяться с объектом наблюдения местами.

ЕЩЕ ОДНИ ГЕНИИ мелкомасштабной навигации — это колибри.

Каждую весну мой друг Дэвид Уайт из центральной Вирджинии вывешивает в своем дворе кормушку с нектаром. Осенью он убирает кормушку до следующего апреля, чтобы ее не разорили еноты, но веревку и S-образный крюк, на которых она висит, оставляет. Иногда весной он забывает про свои обязанности, но, к его огромному восторгу, рубиновогорлые колибри сами ему о них напоминают: примерно 13 апреля — за день-два до традиционного открытия «буфета» — они начинают кружить вокруг пустого крюка. Колибри знают, где и когда им нужно быть.

Я люблю наблюдать за этими крошечными любителями нектара, снующими между цветами на моем дворе, как жужжащие волчки, — это живое воплощение сгустка энергии. Их крылья трепещут так быстро, что кажутся размытыми. Обыкновенный рубиновогорлый колибри весит около трех грамм, чуть больше старого пенни.

Колибри, порхающие на моей клумбе, кажется, никогда не подлетают к одному и тому же цветку дважды. Как им это удается? У них в голове есть ментальная карта всех цветов, на которой они фиксируют, какие бутоны недавно опорожнили, а в каких еще есть нектар? (А также карта всех кормушек, вывешенных в окрестностях, судя по примеру гостей Дэвида?)

Запомнить все цветки на одной клумбе уже непросто. Колибри же нужно запомнить тысячи цветков на множестве клумб в пределах своей территории. Однако в такой сложной когнитивной стратегии есть смысл, поскольку она позволяет сберегать значительное количество энергии. Колибри ведут очень энергозатратный образ жизни. Их способ полета — они машут крыльями со скоростью 75 взмахов в секунду и даже больше — требует огромного количества энергии, как и их скоростные погони за соперниками и виртуозные брачные танцы для привлечения партнерш. Чтобы найти силы на свои воздушные маневры, им приходится облетать сотни цветков в день, и важно не тратить время и силы на цветки, которые они уже опустошили. Поэтому они ведут тщательную регистрацию, по всей видимости опираясь при этом не столько на цвет, форму и другие визуальные признаки цветков, сколько на пространственные ориентиры, как и запасливые сойки и ореховки.

Сью Хили из Университета Сент-Эндрюса занимается изучением когнитивных способностей колибри в дикой природе. Она исследует охристых колибри, также называемых рыжими селасфорусами. Эти крошечные ярко-оранжевые птички славятся своим воинственным нравом: они агрессивно защищают цветочные владения, на которых кормятся. Недавно проведенное Хили исследование показало, что эти чудесные крохи способны запоминать местонахождение цветка или кормушки на большом ровном пространстве, где нет никаких ориентиров, посетив это место всего один раз на несколько секунд. И впоследствии находить это место с поразительной точностью, даже если цветка или кормушки там уже нет. Кроме того, они отслеживают качество и количество нектара в цветках, а также скорость его пополнения, возвращаясь к цветку только тогда, когда тот успел восстановить свои запасы.

На какие пространственные сигналы опираются колибри, по-прежнему остается загадкой. Исследования Хили предполагают, что они могут использовать наземные ориентиры как своего рода матрицу для своей ментальной карты, как это делают и птицы, прячущие еду. Но это очень непросто. По словам Хили, в ходе ее наблюдений «окружающая местность была поразительно однообразной (по крайней мере, на человеческий взгляд): ровное пространство, покрытое одинаковой растительностью». Конечно, вокруг были отдаленные ориентиры, такие как высокие деревья и километровые горы, обрамляющие долину и видные из любой ее точки. Но неясно, каким образом птицы могут использовать такие крупные ориентиры для точной локализации таких мелких объектов, как цветок или кормушка.



УЧЕНЫЕ ВЫДВИНУЛИ ПРЕДПОЛОЖЕНИЕ, что почтовые голуби могут создавать похожие ментальные карты, усеянные многочисленными узнаваемыми ориентирами, только в более крупном географическом масштабе. Но до недавнего времени никто не пытался проверить эту идею за пределами лабораторий, пока аспирантка из Цюрихского университета Николь Блазер не провела необычный эксперимент.

Блазер решила доказать, что голуби ориентируются в пространстве не посредством простых, автоматических реакций на внешние сигналы, а скорее с помощью настоящей навигационной карты в своем мозгу, которая позволяет им выбирать нужные пункты назначения и лучшие маршруты к ним.

Если голубь — «летающий робот», то его навигация должна быть относительно простым двухэтапным процессом: сравнить внешний сигнал, например от магнитного поля, в незнакомом месте с аналогичным сигналом в знакомом месте, таком как родная голубятня. И затем двигаться в направлении, которое систематически уменьшает разницу между двумя сигналами. Эта роботизированная «ориентированная на голубятню» стратегия, как называет ее Блазер, предполагает, что птицы запоминают только одно место (окрестности родной голубятни) и возвращаются к нему, ориентируясь на постепенное уменьшение различий в конкретных внешних сигналах между незнакомым местом и домом.

Но как доказать, что у голубей в голове есть ментальная карта со множеством даже очень отдаленных локаций?

Блазер решила предоставить 131 голубю выбор, куда лететь: в домашнюю или в «кормовую» голубятню, в зависимости от того, насколько они голодны. Сначала она приучила голубей к кормовой голубятне. Каждый день она отвозила их туда на машине для регулярных кормлений. (Да, орнитологические исследования могут быть весьма трудоемким делом.) Затем она стала выпускать их из домашней голубятни, постепенно увеличивая расстояние между ней и «столовой» и наоборот, пока птицы не научились легко находить путь между двумя голубятнями.

После обучения она отвезла их в совершенно незнакомое место, которое находилось на равном расстоянии от обеих голубятен в пределах 30 км. Половину голубей она накормила, а половину оставила голодными и выпустила их на волю. Сытые полетели прямиком домой, а голодные направились на кормовую голубятню. Они отклонились от курса, только чтобы преодолеть топографические препятствия — два озера и горный хребет, но правильно скорректировали свое направление. Ни один голодный голубь не полетел домой.

Если бы птицы опирались на роботизированную «ориентированную на голубятню» навигационную систему, говорит Блазер, то сначала они двинулись бы в направлении домашней голубятни и только затем, уже над хорошо знакомой местностью, изменили бы траекторию полета в сторону кормовой.

Однако тот факт, что они сразу же направились к кормовой голубятне, свидетельствует о двух важных вещах: во-первых, это показывает, что птицы способны делать выбор между пунктами назначения в зависимости от мотивации, что само по себе является сложной когнитивной способностью; и, во-вторых, они располагают когнитивной картой, которая позволяет им определять свое местоположение в пространстве относительно по меньшей мере двух известных им мест.



НО ГДЕ В МИНИАТЮРНОМ МОЗГЕ голубей может скрываться такая карта?

Там же, где у нас: в гиппокампе — нейронной сети, которая помогает нам ориентироваться в пространстве. Мы знаем это отчасти благодаря усилиям одного из «толманьяков», нейрофизиолога Джона О’Кифа, получившего в 2014 г. Нобелевскую премию (совместно с Мэй-Бритт Мозер и Эдвардом Мозером) «За открытие клеток, отвечающих за пространственную ориентацию в головном мозге». Отслеживая активность мозга крыс во время бега по лабиринту в далеких 1970-х, О’Киф и психолог Линн Нэйдль заметили, что при прохождении определенных мест в гиппокампе крыс активизировались определенные нейроны. Другими словами, когда крыса блуждала по лабиринту, паттерн возбуждения этих так называемых «клеток места» точно соответствовал зигзагообразному пути грызуна.

Наш гиппокамп представляет собой структуру, по форме напоминающую морского конька, погруженного в медиальную часть височной доли мозга. У птиц гиппокамп расположен на поверхности мозга, как кнопка или маленький гриб. Но и у птиц, и у людей этот кусочек нейронной ткани содержит в себе ментальные карты — а также наши воспоминания. По-видимому, наши воспоминания непосредственно связаны с тем, где мы пережили соответствующие события. Новые исследования показывают, что, когда мы вспоминаем событийную информацию, в нашем гиппокампе активизируются «пространственные нейроны», помогающие нам поместить это событие в пространственно-временной контекст. Вот почему, чтобы вспомнить, куда вы положили ключи от машины, вам нужно мысленно «пройтись по своим следам». Наша событийная и пространственная память идут рука об руку.

У птиц гиппокамп играет ключевую роль в обработке пространственной информации. Больший по размеру гиппокамп обычно означает более развитые способности пространственной ориентации. Так, у запасливых видов птиц гиппокамп фактически в два раза больше, чем можно было бы ожидать исходя из размера их мозга и массы тела. В относительном выражении гиппокамп у гаичек в два раза больше, чем у воробьев.

Колибри — рекордсмены в этом отношении. По сравнению с их размером мозга у них самый большой гиппокамп среди всех видов птиц — в 2–5 раз больше, чем у запасливых и не запасливых певчих птиц, морских птиц и дятлов. У одного довольно крупного вида колибри, известного как длиннохвостый отшельник, при таком же размере мозга, как у американской горихвостки (сетофаги), гиппокамп почти в десять раз больше, чем у последней, благодаря чему эти птицы прекрасно запоминают местоположение (вкупе с содержанием нектара) тысяч цветков имбиря и страстоцвета на своих кормовых угодьях в Венесуэле и Бразилии.

Гнездовые паразиты, такие как медоуказчики и воловьи птицы, также обладают относительно большим гиппокампом по сравнению с представителями тех же семейств, не занимающихся гнездовым паразитизмом. «Это вполне объяснимо, — говорит Луи Лефевр. — Самке медоуказчика нужно найти подходящее гнездо и отложить туда яйца в нужное время. Если она отложит яйца в гнездо, где птенцы начнут вылупляться на следующий день, ее дети будут самыми маленькими и слабыми в выводке и их вытолкнут. Также нельзя откладывать яйца слишком рано, когда хозяйка гнезда еще не готова к высиживанию. Поэтому самке медоуказчика необходимо запомнить местоположение подходящих гнезд и регулярно посещать их, отслеживая ситуацию».

У самок воловьих птиц размер гиппокампа больше, чем у самцов, и, как недавно установила Мелани Гигуэно и ее коллеги из Университета Западного Онтарио, они намного лучше ориентируются в пространстве. У большинства животных именно самцы обладают лучшей способностью к пространственной ориентации, но гнездовые паразиты ломают этот стереотип. Самки воловьих птиц используют хитрую стратегию: они находят подходящее гнездо и из укрытия следят за действиями хозяев. Если их все устраивает, перед восходом солнца, в темноте, они находят это гнездо и откладывают туда яйца. В лабораторном исследовании Гигуэно обнаружила, что самки воловьих птиц решают задачи на пространственную память гораздо лучше самцов. Это говорит о том, что способность к превосходной пространственной ориентации нельзя считать привилегией самцов, потому что она эволюционирует в зависимости от условий среды и образа жизни, в данном случае в связи с паразитическим способом воспроизводства.

Почтовые голуби также обладают более крупным гиппокампом по сравнению с другими породами голубей, выведенными ради экстравагантной внешности, такими как трубастые голуби, дутыши или штрассеры. Но, как оказалось, это преимущество в размере гиппокампа не относится к врожденным, а зарабатывается упорным трудом.

Недавно проведенное исследование показало, что величина гиппокампа у почтовых голубей зависит от интенсивности его использования. Ученые вырастили 20 почтовых голубей в одной голубятне под Дюссельдорфом в Германии. После того как птенцы оперились, половине из них позволили летать на воле, изучая местонахождение голубятни и ее окрестности. Они также участвовали в нескольких гонках на дистанциях около 300 км. Другие десять птиц были поселены в просторный вольер, где они могли летать и получать примерно такое же количество физической активности, как и их вольно летающие собратья, но без навигационной практики. Когда птицы достигли половой зрелости, исследователи измерили объем их мозга и гиппокампа. У голубей с опытом навигации гиппокамп оказался на 10 % больше, чем у домоседов. Пока не ясно, какой биологический механизм отвечает за такое увеличение. «Это может быть связано с увеличением размера клеточного тела у существующих клеток, — предполагают ученые, — или же с образованием вспомогательных мозговых клеток (хотя, вероятно, не нейронов), или же с повышенной васкуляризацией».



КАК БЫ ТО НИ БЫЛО, размер гиппокампа голубей, по-видимому, отражает их опыт и частоту использования навигационных навыков. Другими словами, развитие этого отдела мозга может зависеть от интенсивности его применения. Британские исследователи обнаружили аналогичную тенденцию и у людей — в теперь уже знаменитом исследовании лондонских таксистов. Чтобы получить лицензию на работу таксистом в Лондоне, кандидаты должны пройти строгий экзамен под названием «Знания». Будущие таксисты должны назубок знать расположение 25 000 улиц и тысяч достопримечательностей в городе, который в одном популярном опросе был признан «самым запутанным городом в мире». В среднем кандидатам требуется от двух до четырех лет, чтобы вдоль и поперек изучить этот коварный город. Исследователи обнаружили, что у таксистов, проработавших несколько лет, в задней части гиппокампа было больше серого вещества, чем у кандидатов и даже лондонских водителей автобусов.

Это поднимает тревожный вопрос. Если навигационные усилия формируют наш гиппокамп, что происходит, когда мы перестаем использовать его для этой цели — когда мы чрезмерно полагаемся на GPS-технологии, которые превращают навигацию в бездумный процесс? Такие технологии заменяют сложное навигационное поведение простой автоматической реакцией на стимулы (поверните налево, поверните направо). Некоторые ученые опасаются, что чрезмерная зависимость от технологий может привести к сокращению размера нашего гиппокампа. Действительно, когда исследователи из Университета Макгилла просканировали мозг пожилых людей, которые пользуются или, наоборот, игнорируют GPS-навигацию, они обнаружили, что у людей, привыкших к самостоятельной навигации, в гиппокампе было больше серого вещества, а также наблюдалось менее заметное общее снижение когнитивных функций по сравнению с активными пользователями навигаторов. Теряя привычку формировать пространственные ментальные карты, мы можем терять и серое вещество (а вместе с ним, если Толмен прав, и нашу способность к ориентации в социальном пространстве).



ИТАК, ТЕПЕРЬ МЫ ЗНАЕМ, где птицы хранят свои ментальные карты. Но насколько большими они могут быть?

Эта мысль крутится у меня в голове, когда я шагаю по мысу Хенлопен на побережье Делавэра. Стоит начало октября, и с каждым днем температура воздуха и воды стремительно падает. Я надеялась увидеть скопу, но крупные птицы уже улетели зимовать на теплые амазонские болота в Перу и Венесуэле.

Тем не менее на это время приходится пик сезона миграции у некоторых хищников, а также певчих птиц, которыми те питаются. На другой стороне Делавэрского залива на Кейп-Мей можно увидеть стаи соколов-дербников, пустельгу, сапсанов, полосатых ястребов и ястребов Купера, которые традиционно останавливаются в этом месте, чтобы собраться с силами и подкрепиться мелкими птицами в преддверии долгого путешествия. На Кейп-Мей нет недостатка в мелкой дичи. Поросшая кустарником долина Хидден-Вэли и сельскохозяйственные угодья, известные как Бинери, кишат шумными стайками американских чижей, пальмовых и миртовых лесных певунов, припозднившихся парул, пестрогрудых певунов и красноглазых виреон.

Спасаясь от наступающего холодного фронта, на этом крошечном участке земли одновременно могут собираться десятки и даже сотни тысяч певчих птиц. Если в это время года вы вдруг окажетесь на дамбе в Хигби-Бич, вашему взору откроется удивительное зрелище. Эти неотропические мигранты отдыхают и питаются здесь в течение нескольких дней, после чего продолжают свой путь и улетают в закат. Мне нравится представлять себе эту картину: ночное осеннее небо, усеянное десятками тысяч пернатых путешественников, устремляющихся на юг.

Когда я огибаю мыс Хенлопен и выхожу к океану, над водой висит завеса тумана. Я с любопытством наблюдаю за тем, как гигантская серая волна стремительно надвигается на берег. Внезапно она окутывает меня, словно сырое соленое одеяло, размывая очертания песчаных дюн и всего вокруг. Я не могу рассмотреть ничего дальше метра. Это вызывает необычное чувство дезориентации, но не более того; я вижу, где проходит береговая линия, и легко нахожу обратный путь через дюны.

Туман в открытом океане — совсем другое дело. Джон Хут, профессор Гарвардского университета, рассказывает историю о том, как однажды ясным осенним днем он отправился на каяке через пролив Нантакет Саунд. Внезапно опустился густой туман. Будучи опытным спортсменом, перед отплытием Хут внимательно изучил такие важные для моряков ориентиры, как направление ветра и волн. «Я старался держаться рядом с берегом, — пишет он. — Даже когда туман полностью скрывал прибрежную линию и все наземные ориентиры, я знал, в какую сторону мне нужно плыть». Два других каякера, которые в тот день также решили пересечь пролив, оказались не столь удачливы: очевидно, они потеряли направление, когда их захлестнули сильные волны, и утонули.

Как указывает Хут, путешественники прошлого также находили путь по естественным ориентирам. Древние полинезийцы использовали в качестве природного компаса карту звездного неба, запоминая положение восходящих, заходящих и неподвижных звезд. Арабские купцы при пересечении Индийского океана ориентировались на запах и характер ветров. Викинги использовали положение солнца для определения времени и направления. Жители Тихоокеанских островов ориентировались по волнам. Таким образом, наши предки были способны находить путь с помощью солнца, луны, звезд, приливов, течений, ветров и погоды. (Мне было интересно узнать, что примерно треть мировых языков используют для обозначения местоположения не относительные ориентиры «слева-справа», а абсолютные — стороны света. При этом люди, говорящие на таких языках, лучше ориентируются в пространстве, а также на незнакомой местности.) В отличие от них, большинство современных людей без карты или GPS-навигатора под рукой могут заблудиться в трех соснах.

Птицы, летающие над открытым океаном, редко сбиваются с пути даже в темноте или тумане. Как и голуби, они полагаются на доступные навигационные сигналы, такие как визуальные ориентиры, солнце и магнитные поля.

Ночью некоторые виды птиц ориентируются по звездам, но не совсем так, как вы думаете. Они не составляют фиксированную ментальную звездную карту, а изучают вращение ночного неба вокруг Полярной звезды. В первое лето своей жизни молодые птицы учатся определять на звездном небе его центр вращения, который затем используют как точку отсчета. В Северном полушарии таким центром считается Полярная звезда, с которой птицы ассоциируют север. Следовательно, чтобы полететь на юг, им нужно лететь в противоположную от звезды сторону. Когда их звездный компас полностью сформируется (на что требуется всего около двух недель), птицы могут ориентироваться по звездам, даже если лишь некоторые из них видны на закрытом тучами небе.

Я знаю, что навигация по небесным ориентирам не обязательно указывает на высокий интеллект. В конце концов, навозные жуки — те самые, которые скатывают крупные шарики из помета животных и впоследствии ими питаются, — также используют свет Млечного Пути для ночной навигации. Тем не менее мне кажется настоящим чудом, что птицы способны определять местонахождение севера и юга, изучая вращение звездного неба.

Иногда ураганы, шторма и другие природные явления могут сбивать мигрирующих птиц с курса на сотни и даже тысячи километров. Это своего рода естественные крупномасштабные версии научных экспериментов с перемещением. Тот факт, что подавляющее большинство перелетных птиц после такого дезориентирующего перемещения находит путь к цели своего путешествия, говорит о том, что их ментальные карты могут быть очень и очень внушительными.



Я СОБИРАЛАСЬ посетить мыс Хенлопен еще год назад, но мои планы нарушил ураган «Сэнди». Всего за пару дней до моего запланированного визита на побережье Делавэра обрушился супершторм, эпицентр которого оказался прямо над мысом Хенлопен. Ураган смыл дороги и разрушил мосты, засыпал кучами песка парковки и узкие улочки.

После «Сэнди» повсюду на восточном побережье Американского континента кишели самые разные залетные птицы. В английском языке залетных, то есть уклонившихся от курса, перелетных птиц называют термином vagrants (буквально «бродяги») — от латинского корня vagari (бродить, скитаться). Такие заблудившиеся или унесенные ветром перелетные птицы — большая редкость. И любые непривычные для данной местности гости немедленно привлекают внимание многочисленных бёрдвотчеров, старающихся высмотреть их и занести новый вид в свои списки.

После урагана наблюдатели на Кейп-Мей сообщили, что видели более ста средних поморников — хищных морских птиц, которых, вероятно, сдуло в глубь материка, когда те летели с мест гнездования в Арктике на зимовку в тропические моря. Еще несколько сотен поморников были замечены в таком удаленном от побережья районе, как Пенсильвания, — они летели на юг вдоль реки Саскуэханна. Темные крачки, круглоносые плавунчики, вилохвостая чайка, атлантический пестрый буревестник и фаэтон очутились на Манхэттене. Группы чибисов — европейских береговых птиц — были обнаружены на полях вдоль побережья Новой Англии. А один из тринидадских тайфунников — птиц, которые обычно проводят свои дни над просторами Атлантического океана у побережья Бразилии, — оказался рядом с пенсильванской Алтуной к западу от Аппалачей, более чем в 300 км от побережья. Но он задержался там ненадолго. Как только ветер утих, птица направилась на юг.

Чтобы понаблюдать за такими необычными «залетными» птицами, нужно поторопиться. Как правило, уже на следующий день они собираются в путь, точно зная, в каком направлении им нужно лететь.



ЭКСПЕРИМЕНТ с умышленным массовым перемещением белоголовых зонотрихий с Тихоокеанского северо-запада в Принстон, штат Нью-Джерси, был своего рода экстремальной версией урагана «Сэнди». С помощью него исследователи надеялись пролить свет на масштабы ментальных навигационных карт в голове птиц — и, кажется, им это удалось.

Тот факт, что зонотрихии (даже самые неопытные) сумели так быстро сориентироваться в пространстве и правильно определить направление на юг после принудительного перемещения почти на 5000 км, предполагает у них наличие обширной навигационной карты, охватывающей континентальные Соединенные Штаты и даже, возможно, весь земной шар.

Эксперимент также показал, что эта карта основана на опыте. Молодые неопытные птицы справились не так хорошо, как старшие. Они не смогли проложить новый маршрут через незнакомую местность и вместо этого просто полетели на юг, руководствуясь одним инстинктом.

Птицы не рождаются с запрограммированными ментальными картами. Они создают их в процессе обучения. Некоторые, например американские журавли, изучают маршруты, следуя за взрослыми птицами. Во время первого перелета неопытные журавли следуют за старшими по пятам. Орнитологи используют этот инстинкт, чтобы научить разводимый в неволе молодняк находить места зимовки. Они приучают молодых птиц следовать за небольшими легкими самолетами, как за вожаками стаи. Многолетний опыт показал, что новичкам достаточно один раз показать путь пролета, и уже следующей весной они способны вернуться на гнездовую территорию самостоятельно.

Но не у всех молодых птиц есть возможность следовать за родителями. Например, юные тупики покидают родные скалистые берега и острова Северной Атлантики ночью, задолго до того, как взрослые покинут колонию и отправятся на зимовку. Точно так же молодые кукушки, вырастающие в английском Норфолке, не могут следовать за своими родителями в тропические леса Конго, потому что те улетают раньше, чем их дети оперятся и покинут гнезда приемных родителей.

Тем не менее молодые перелетные птицы (при условии, что их не похищают и не перевозят на другой конец страны) каким-то образом находят путь протяженностью в сотни и тысячи километров от места рождения к месту зимовки, где они никогда прежде не были. Оказывается, они опираются на «генетический интеллект» — врожденную программу «часы + компас», которая подсказывает им, сколько дней и в каком направлении нужно лететь. Эти внутренние часы контролируются генами и указывают количество летных дней. Мы знаем об этом, потому что в неволе перелетные птицы проявляют «перелетное беспокойство» строго определенное количество дней, которое непосредственно зависит от обычного расстояния миграции. Что касается компаса, то по крайней мере у некоторых видов молодые птицы рождаются с однонаправленным компасом, указывающим направление миграции для их конкретного вида. Он основан на тех же навигационных сигналах, что и у взрослых птиц, включая солнце, звезды, геомагнитное поле и поляризованный свет на закате солнца. (Сумерки — богатый источник навигационной информации для всех животных. Это единственный период в течение дня, когда птицы и другие животные могут одновременно использовать несколько видов сигналов: паттерны поляризации света, ориентиры звездного неба и магнитные подсказки.)

Трудно представить, как работает эта врожденная программа, особенно у птиц с их чрезвычайно точными и сложными маршрутами путешествий. И однако это факт: эта конкретная для каждого вида информация о направлении и расстоянии каким-то образом кодируется в их генах и надежно передается из поколения в поколение.

В обратном путешествии и в дальнейших перелетах птицы больше не полагаются на унаследованную информацию. Они создают когнитивную карту, которая позволяет им использовать настоящую навигацию для нахождения мест гнездования и мест зимовки и даже корректировать свой маршрут, когда сильные ветры, шторма и другие природные явления сбивают их с курса. Установлено, что у некоторых видов птиц эта ментальная карта просто необъятна: она охватывает целые континенты и даже океаны. Взять, к примеру, белоголовых зонотрихий или малых буревестников. В одном эксперименте с перемещением малые буревестники, которых отвезли более чем за 5100 км от их места гнездования на островах британского Уэльса в Бостон, вернулись домой всего за двенадцать с половиной дней.



НА ЧТО ПОХОЖА эта ментальная навигационная карта? Может быть, на нашу декартову систему координат с различными внешними сигналами, которые предсказуемо меняются вдоль градиентов и обеспечивают точную информацию о широте и долготе? «Чтобы использовать эти градиенты, — говорит Ричард Холланд из Королевского университета Белфаста, — птица должна знать, что интенсивность сигналов меняется предсказуемым образом в зависимости от положения в пространстве (и, возможно, от времени) в пределах знакомой им местности, и уметь экстраполировать эту зависимость за пределы знакомой территории».

Но какие сенсорные сигналы могут быть задействованы в определении координат? И вообще, есть ли на этой карте координаты? Несмотря на огромное количество исследований, проведенных за последние 40 лет, эта таинственная навигационная карта по-прежнему таит в себе массу загадок.

Градиентная карта может быть частично геомагнитной. Холланд и его коллеги недавно сделали любопытное открытие. Они поймали нескольких зарянок, остановившихся на отдых во время перелета на зимовку, и подвергли их воздействию мощных магнитных импульсов, что временно нарушило работу их магниторецепторов. Затем птиц выпустили. Молодые зарянки (совершавшие свой первый перелет и не имевшие опыта навигации) продолжили следовать правильным маршрутом, руководствуясь врожденной программой. А вот старшие птицы полетели в неправильном направлении. Исследователи предположили, что взрослые птицы опирались на геомагнитные карты, сформированные ими в ходе предыдущих миграций. Магнитные импульсы могли вызвать сбой или «перенастройку» этих карт, что запутало птиц.

Еще один недавний эксперимент, на этот раз с участием тростниковых камышовок, ведет нас в том же направлении. Команда исследователей во главе с Никитой Чернецовым и Хенриком Моритценом поймала нескольких птиц на их миграционном маршруте по пути из Калининграда на балтийском побережье России на север — в южную Скандинавию. У половины птиц ученые перерезали так называемый тройничный нерв, который соединяет клюв и мозг и предположительно передает в мозг информацию о магнитных сигналах. Затем они отвезли всех птиц примерно за тысячу километров к востоку от их привычного пути миграции. Камышовки с неповрежденным тройничным нервом быстро сориентировались и двинулись на северо-запад, к своим местам гнездования. А птицы с поврежденным нервом направились на северо-восток, как будто по-прежнему находились на обычном миграционном пути. Примечательно, что птицы знали, где находится север, но потеряли способность локализовать свое положение в пространстве. Другими словами, они перестали ориентироваться по своей ментальной карте.

Мы, люди, очень визуальные существа, особенно когда дело доходит до ориентации в пространстве. Нам трудно представить себе карту, составленную на основе невидимых сигналов, а не зрительных ориентиров.

Возможно, есть еще один вид подобных сигналов. По словам Джона Хагстрема, геофизика из Геологической службы США, изучающего навигацию птиц более десяти лет, естественные инфразвуковые сигналы — низкочастотные шумы в атмосфере, находящиеся за пределами нашего слухового диапазона, но, возможно, слышимые для птиц, — также могут быть частью их навигационной системы.

Эти сигналы могут предупреждать птиц и о надвигающихся природных катаклизмах. Эта поразительная способность некоторых птиц была обнаружена случайно. В апреле 2014 г. исследователи из Калифорнийского университета в Беркли решили проверить, получится ли у них прикрепить маячки на популяцию золотокрылых пеночковых певунов, живущих в Камберлендских горах на востоке Теннесси. Птицы прибыли всего пару дней назад со своего места зимовки в Колумбии, пролетев почти 5000 км. Исследователи успели отловить всего нескольких певунов и прикрепить на их крохотные спинки геолокаторы, когда внезапно все птицы поднялись и покинули место гнездования. Как оказалось, туда надвигался «многоячеистый» весенний шторм, который на своем пути породил 84 торнадо и убил 35 человек. Золотокрылые певуны снялись со стоянки за 24 часа до прихода разрушительной бури, разлетевшись во всех направлениях, — некоторые даже долетели до Кубы. После бури они вернулись на место гнездования, причем некоторые из них совершили круг в 1500 км. Ученые предполагают, что птицы узнали о приближении урагана, когда тот находился еще на расстоянии 400–800 км от них, уловив мощные низкочастотные инфразвуки, генерируемые такими торнадовыми штормами. Эти сигналы могут распространяться на сотни и даже тысячи километров вокруг, но они не слышны для людей.

Инфразвуки производятся многими природными источниками, но в основном океанами. Взаимодействие волн в глубоком океане и движение поверхностной воды создает в атмосфере своего рода фоновый шум, улавливаемый низкочастотными микрофонами в любой точке земного шара. Кроме того, изменение давления на морском дне создает сейсмические волны в твердой земной оболочке, которые могут взаимодействовать с атмосферой у земной поверхности и фактически превращать холмы, горы и другие элементы ландшафта в «гигантские акустические колонки», говорит Джон Хагстрем. Они излучают вокруг себя инфразвуковые волны, способные проходить большие расстояния. Каждое место на Земле обладает характерным звуковым профилем, зависящим от его топографии. По мнению Хагстрема, птицы могут использовать эти профили для навигации и находить свои голубятни с помощью инфразвука.

«Подобно тому как мы видим ландшафт, птицы могут его слышать, — говорит Хагстрем. — Издалека они слышат звуки, генерируемые более крупными элементами ландшафта, а по мере приближения различают более мелкие элементы». Другими словами, голубь может знать, как «звучат» окрестности его родной голубятни. «Голуби с матовыми линзами на глазах способны вернуться в родные окрестности радиусом в один-два километра, — говорит Хагстрем, — но чтобы отыскать свою голубятню, им нужно зрение. Я думаю, что один-два километра — это наименьший возможный участок, который может производить достаточно громкие и уникальные инфразвуки, которые голубь способен уловить и распознать».

Конечно, многие отнеслись к этой гипотезе скептически. «Безусловно, этот частный случай любопытен, — говорит Хенрик Моритцен. — Но, во-первых, необходимо ответить на ключевой вопрос: могут ли птицы вообще ощущать инфразвук? Пока этому нет никаких доказательств. Во-вторых, могут ли они определить направление, откуда он исходит? Как правило, это требует большого расстояния между ушами, как у слонов и китов». По мнению Моритцена, гораздо вероятнее, что золотокрылые певуны в Теннесси узнали о приближении урагана не по инфразвуковым волнам, а по изменению атмосферного давления, на которое, как известно, птицы чутко реагируют.

Но если инфразвуковая теория Хагстрема верна, она может пролить свет на исчезновение Белохвостика и 60 000 его сородичей во время гонки над Ла-Маншем почти два десятилетия назад. Заинтригованный одновременным исчезновением стольких птиц, Хагстрем изучил все необычные звуковые происшествия, которые зафиксировали в этом районе во время гонки. И нашел кое-что интересное: как раз в тот день, когда голуби пересекали Ла-Манш, над проливом пролетел сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд», вылетевший из Парижа. При переходе в сверхзвуковой режим лайнер создает «ковер из низкочастотных ударных волн», который может «вырубить» голубиную акустическую навигацию и полностью их дезориентировать.

Гипотеза Хагстрема также позволяет объяснить существование «голубиных Бермудских треугольников» — мест, где гоночные голуби безнадежно теряются или вообще исчезают. Геометрия ландшафта в этих местах может создавать так называемые «зоны молчания», где голуби не получают никаких звуковых сигналов и сбиваются с пути.

Конечно, гипотеза остается весьма спорной. По словам Ричарда Холланда, «эти корреляции убедительны, но это всего лишь корреляции», например как совпадение между инфразвуковой пертурбацией (звуковым ударом при переходе «Конкорда» на сверхзвук) и нарушением пространственной ориентации у птиц (потерей 60 000 голубей). «Это слабые доказательства, — говорит Холланд. — Ни один эксперимент пока не показал какого-либо влияния инфразвука на навигацию у птиц».



ЕЩЕ ОДНА ГИПОТЕЗА, которая требует хорошего воображения и вызывает горячие споры, но при этом подтверждена существенными экспериментальными данными, — это гипотеза «обонятельной карты». Предположение о том, что обонятельные сигналы могут играть роль в птичьей навигации, было выдвинуто более 40 лет назад итальянским зоологом Флориано Папи в Тоскане. Папи и его коллеги перерезали обонятельные нервы у нескольких голубей и выпустили их в незнакомом месте. Птицы так и не вернулись в родную голубятню, хотя их собратья с неповрежденным нервом были дома уже через пару дней. Примерно в то же время немецкий орнитолог Ханс Вальрафф обнаружил, что голуби, которым прикрепили ветрозащитное стекло, не могли найти путь домой. Так родилась обонятельная навигационная гипотеза, которая предполагает, что голуби учатся соотносить разносимые ветром домашние запахи с направлением ветра и использовать эту информацию для нахождения пути домой.

Навигация на основе обонятельной карты может объяснять странный эволюционный парадокс, над которым ученые ломают голову больше десяти лет. Это касается необычной геометрической особенности мозга животных. Если посмотреть на мозг позвоночных разных отрядов, классов, семейств и видов, можно увидеть своего рода универсальный закон масштабирования. Почти у всех позвоночных отдельные компоненты головного мозга, от мозжечка и продолговатого мозга до переднего мозга, предсказуемо увеличиваются в размерах по отношению к размеру всего мозга. Чаще всего величину того или иного компонента можно предсказать исходя из общего размера мозга. И, как правило, структуры мозга, эволюционировавшие позже других, бывают крупнее более древних.

Да, порой природа любит такие красивые закономерности.

«Но у принципа „чем новее, тем крупнее“ есть одно важное исключение, — говорит Люсия Джейкобс, психолог из Калифорнийского университета в Беркли. — Это обонятельная луковица. Она отступает почти от всех правил».

Обонятельная луковица — это древняя часть мозга, которая присутствует у всех позвоночных и отвечает за восприятие запаха. Во многих случаях она недотягивает до ожидаемого размера или, наоборот, превосходит его (крупный размер особенно странен, учитывая ее древний эволюционный возраст). Причем размер обонятельной луковицы может заметно варьироваться в рамках одного отряда, класса или семейства. Это же верно и для птиц. У буревестников и других морских видов, таких как тупики и альбатросы, обонятельные луковицы примерно в три раза больше, чем у певчих птиц. У американской вороны длина луковицы составляет всего 5 % от длины мозгового полушария, тогда как у снежного буревестника она превышает 35 %.

Ученые никак не могли объяснить столь крупный размер обонятельной луковицы у некоторых птиц. В головном мозге «большой», как правило, означает «важный». Это называется принципом «соответствующей массы» — чем больше места головной мозг выделяет под данную функцию, тем больше ее значение для биологии этого животного. Но долгое время ученые считали, что запахи не играют большой роли в жизни птиц. Птицы не демонстрируют ни одного очевидного примера поведения, связанного с восприятием запахов, — они не обнюхивают друг друга, не ищут еду по запаху. Мы считали, что птицы обладают очень развитой и сложной зрительной системой и воспринимают мир преимущественно визуально. «Необычайное развитие одного органа чувств всегда достигается за счет недостаточного развития другого, — написал один орнитолог в 1892 г. — В данном случае обоняние было принесено в жертву зрению».

Но сегодня это мнение радикально изменилось. Качественный переход начался еще в 1960-е, когда эксперименты показали, что у голубей, подвергающихся воздействию потока ароматизированного воздуха, резко учащается сердцебиение. Чтобы их сердце реагировало подобным образом, они должны чувствовать запах. Когда ученые имплантировали в обонятельные луковицы птиц электроды, к своему удивлению, они обнаружили точно такой же паттерн активизации нейронов в ответ на обонятельную стимуляцию, который возникает в обонятельных луковицах и нервах млекопитающих.

С тех пор почти все протестированные виды птиц продемонстрировали ту или иную степень обонятельного таланта, от какапо и скворцов до уток и прионов. Киви, нелетающие ночные птицы из Новой Зеландии, находят беспозвоночных по запаху, который они вдыхают через ноздри на своих длинных клювах. Стервятники способны улавливать запах разлагающихся трупов животных за много километров и находить их, летя против ветра. Голубые буревестники — морские птицы, которые рыщут над океанской гладью в поисках криля, рыбы и кальмаров, — способны воспринимать запах добычи в минимальных концентрациях, причем еще будучи птенцами. Буревестники гнездятся в норках, вырытых в мягком прибрежном грунте, и темными безлунными ночами находят путь через густонаселенную колонию в родную нору исключительно по запаху.

Все птицы, которые в своей жизни в значительной мере полагаются на запахи, обладают большей обонятельной луковицей. Но даже виды с гораздо меньшей по размеру луковицей, такие как певчие птицы, используют запахи, присутствующие в воздухе, почве и растительности, для обнаружения хищников, поиска растений с бактерицидными свойствами и многого другого. Обыкновенные лазоревки, выкармливающие птенцов, никогда не залетят в скворечник, если почувствуют запах ласки. Они по запаху находят молодой тысячелистник, круглолистную мяту и лаванду и приносят их в гнездо, чтобы защитить птенцов от патогенных бактерий и паразитов. Морские птицы, называемые большими конюгами, наделены весьма скромными обонятельными луковицами, что, однако, не мешает им каждое лето предаваться обонятельному социальному ритуалу — погружать свои носы в перья на загривке своих потенциальных партнеров и вдыхать их запах. Говорят, что этот запах напоминает аромат свежеочищенных мандаринов и в сезон размножения настолько силен, что его улавливают даже человеческие носы на расстоянии до одного километра с подветренной стороны. Зебровые амадины с микроскопическими обонятельными луковицами распознают своих родственников по запаху, как и млекопитающие, что позволяет избежать инбридинга и способствует кооперативному поведению среди членов семьи.

Но как объяснить столь значительные вариации в размере обонятельных луковиц? Возможно, такие расхождения просто отражают разные требования к остроте обоняния, предъявляемые разными условиями жизни, включая кормодобывательное поведение и социальную среду?

У Люсии Джейкобс есть другое объяснение. Специалист по эволюции когниции и головного мозга, она считает, что обонятельная луковица изначально могла развиться у всех позвоночных, включая птиц, вовсе не для охоты, кормодобывания, обнаружения хищников, общения и поиска партнеров, а «для пространственной навигации на основе ольфакторных сигналов». Мир запахов очень динамичен, его сигналы очень изменчивы и находятся в постоянном движении. «Чтобы выучить все эти сложные паттерны, требуется развитая нейронная архитектура, способная к обучению», — объясняет Джейкобс. На самом деле именно это могло послужить первичным движущим фактором, запустившим эволюцию ассоциативного обучения — способности устанавливать и запоминать взаимосвязи между несвязанными объектами, например между запахом определенного минерала или дерева и местонахождением дома. Сегодня размер обонятельной луковицы у птиц гораздо больше коррелирует с их навигационными способностями, чем с их способностью использовать запахи для поиска еды или обнаружения хищников. Например, у почтовых голубей просто огромная обонятельная луковица по сравнению с другими породами голубей, ведущими сходный образ жизни, но не обладающими таким же навигационным талантом.



НЕКОТОРЫЕ ПТИЦЫ с большими обонятельными луковицами, похоже, опираются на довольно подробные ольфакторные карты. Анна Гальярдо и ее коллеги из Пизанского университета установили, что пестрые атлантические буревестники, пелагические птицы Атлантического океана, предположительно, используют карту запахов для навигации над океаном. Эти буревестники рыщут над обширными океанскими просторами в поисках корма, но с поразительной точностью находят свой крошечный «домашний» остров, на котором выращивают потомство. Чтобы узнать, как они это делают, Гальярдо и ее коллеги забрали две дюжины буревестников из их гнезд на Азорских островах и посадили на грузовое судно, направляющееся в Лиссабон. К одним птицам исследователи прикрепили маленькие магнитные стержни, чтобы нарушить их геомагнитную чувствительность; другим промыли ноздри сульфатом цинка, чтобы временно лишить их обоняния. Когда судно удалилось от острова гнездования на несколько сотен километров, птиц выпустили. Птицы с магнитиками на спинах вернулись домой, а их сородичи с нейтрализованным обонянием были полностью дезориентированы и блуждали над океаном в течение нескольких недель. Некоторые так и не вернулись на свой остров.



ОЛЬФАКТОРНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ КАРТА мало похожа на привычные нам двухкоординатные карты. Опираясь на исследования Папи, Вальраффа и других, Джейкобс предполагает, что карта ольфакторного пространства может состоять из двух уровней. Первый уровень — это карта с низким разрешением, где все пространство разделено на сетку субрегионов, или областей. Этот ольфакторный профиль состоит из смешанных в различных соотношениях летучих органических соединений и химикатов в атмосфере — одорантов. Когда Вальрафф взял пробы воздуха на 96 участках в радиусе 200 км от одной из голубятен на юге Германии, он обнаружил, что эти соотношения одорантов увеличивались или уменьшались во взаимосвязи с довольно устойчивыми пространственными градиентами. Голуби улавливают изменения в соотношениях, что для них означает изменение запаха. Проще говоря, в разных местах пахнет по-разному, и птицы это чуют.

Например, находясь в родной голубятне, голубь может чувствовать аромат лимонных деревьев, идущий с одной стороны, и аромат оливковых — с другой. Если он полетит в направлении лимонных деревьев, лимонный запах будет усиливаться, а оливковый — ослабевать. Если выпустить голубя где-то в окрестностях, где лимонный запах составляет 20 %, а оливковый — 80, по этому конкретному соотношению запахов и градиенту его изменения он определит направление дома.

Второй уровень обонятельной карты — это коллекция наземных ориентиров с уникальными или характерными ольфакторными профилями. Представьте себе, например, ароматический портрет статуи Свободы или лондонского Тауэра.

Концепция обонятельной карты по-прежнему остается предметом горячих споров, и тут поднимается немало вопросов. У запахов летучая природа, и они переносятся с ветром. Поэтому представляется маловероятным, чтобы запахи могли сформировать более или менее стабильную двухкоординатную карту. «Очевидно, ключевым здесь остается вопрос о воздушных потоках, — говорит Джейкобс. — Но птицы и другие животные довольно хорошо справляются с расшифровкой таких потоков». Кроме того, при более пристальном изучении оказалось, что распределение, по крайней мере, некоторых запахов в атмосфере довольно стабильно и характеризуется предсказуемыми пространственными градиентами, которые могут служить полезными ориентирами для птиц, перемещающихся на расстояния в сотни километров, но не более того.

Чтобы усложнить дело, рассмотрим вероятность того, что запахи могут действовать больше как мотивационные, чем как навигационные сигналы. Одно исследование показало, что у молодых голубей запахи активируют другие навигационные процессы. Если это исследование верно, говорит Ричард Холланд, восприятие «не домашних» запахов может служить триггером, заставляющим птицу задействовать навигационную систему на основе других сигналов.

Между тем недавний эксперимент Холланда и его коллег показал, что взрослые кошачьи пересмешники, лишенные чувства обоняния и перемещенные из Иллинойса в Принстон, не смогли скорректировать свой маршрут так же, как их сородичи с нормальным обонянием. Более того, когда ученые заглянули в мозг перелетных птиц в период «перелетного беспокойства», они обнаружили активность как в визуальной, так и обонятельной области мозга, что предполагает, что запах действительно может играть роль в миграционном поведении. Но пока неясно, что это за роль.

Согласитесь, это интригующая идея: навигационная карта, состоящая, по крайней мере частично, из мозаики ароматов и дорожек запахов. Джейкобс считает, что птицы могут использовать ольфакторную сетку субрегионов (первый уровень обонятельной карты) для определения своего примерного местоположения и направления полета. Изучение конкретных ольфакторных ориентиров (второй уровень) требует времени, но в конечном итоге обеспечивает птицам карту более высокого разрешения. Если гипотеза Джейкобс верна, то обоняние поставляет два вида навигационной ольфакторной информации, которые гиппокамп в ходе эволюции мог научиться обрабатывать и интегрировать. В конце концов, гиппокамп мог «научиться» интегрировать и другие виды сенсорных сигналов, таких как геомагнитные и звуковые. Это может объяснять, почему обонятельная луковица нарушает универсальный принцип геометрии мозга. У тех видов, которые в процессе эволюции перешли к использованию другой сенсорной информации для навигации, обонятельная луковица значительно уменьшилась в размерах.



Я НАХОЖУ СТРАННЫМ и одновременно захватывающим, что ментальные карты птиц до сих пор остаются «некартографированными». Ученые не нашли одного ключевого сенсорного сигнала, который бы полностью отвечал за уникальную птичью навигацию. Какие сигналы конкретная птица использует в каждом конкретном случае, может зависеть от дальности перелета, удобства, внешних условий (как и оказавшийся в тумане каякер, птица может полагаться на вспомогательные сигналы, когда основные недоступны) и даже от ее индивидуальных предпочтений.

Например, почтовый голубь может выбирать сигналы на основе своего жизненного опыта и специфических предпочтений. В своем исследовании Блазер обнаружила, что голуби никогда не летят к цели прямиком, но каждый раз следуют немного другим путем — это «результат комбинации таких факторов, как направление, указываемое их внутренним компасом, топографические ориентиры и их индивидуальные стратегии полета». Многое зависит от того, где и как вырос голубь. По словам Чарльза Уолкотта, голубь, выросший в голубятне, где нет выраженных внешних ольфакторных сигналов, использует другие сигналы и не дезориентируется, будучи лишенным чувства обоняния. Аналогично голуби из одного выводка, выросшие в разных голубятнях, по-разному реагируют на магнитные аномалии: один находит путь, несмотря на искаженные геомагнитные сигналы, другой полностью дезориентируется и сбивается с пути.

Некоторые птицы просто эксцентричны сами по себе и вырабатывают собственный оригинальный навигационный стиль. Уолкотт рассказывает об одном голубе, выросшем в голубятне у подножия высокого холма в Массачусетсе. Когда его выпускали в незнакомом месте, первым делом он всегда летел к ближайшей горе, после чего направлялся в сторону дома, чего, однако, не делали другие голуби, выросшие в той же голубятне. Еще один голубь, профессионал дальней навигации, однажды приземлился в десяти километрах от своей голубятни — по словам Уолкотта, он просто сдался и сел в первом попавшемся саду. Как и люди, птицы могут быть подвержены идиосинкразии и оппортунизму.

Как руководитель, которому нравится иметь под рукой два сотовых телефона и ноутбук с каналом погоды, голубь может полагаться на все доступные типы навигационных систем. Он может использовать обилие множественных сигналов, а также ментальные карты, совершенно не похожие на человеческие. Его пространственная сетка может быть не двухкоординатной, а многокоординатной, состоящей из нескольких тесно интегрированных слоев таинственных солнечных, звездных, геомагнитных, звуковых и обонятельных информационных потоков.



ЭТА КОНЦЕПЦИЯ ласточкиным хвостом (да простит меня читатель за такое выражение) цепляется за новую теорию, описывающую общую организацию птичьего мозга. И человеческого тоже.

В терминах нейронауки мозг представляет собой «распределенную, массово-параллельную систему контроля и управления». Грубо говоря, это означает, что мозг состоит из колоссального количества крошечных «процессоров» (нейронов), каждый из которых обрабатывает свой фрагмент информации — действует параллельно с другими, но независимо от них. Чтобы решить конкретную задачу (например, навигационную) или отреагировать на непредсказуемые обстоятельства (например, ураган), мозг должен быть способен объединить все эти распределенные ресурсы — совокупность всего того, что знает индивид.

Это называется когнитивной интеграцией. На это способен мозг пчелы, состоящий всего из одного миллиона нейронов. И мозг человека с его ста миллиардами нейронов. «Люди превосходно справляются с когнитивной интеграцией, — говорит Мюррей Шанахан, специалист по вычислительной нейробиологии в Имперском колледже Лондона. — Хотя, надо признать, сбои случаются довольно часто. Например, недавно я снял из-под раковины засорившийся сифон и вылил его содержимое в ту же раковину. В результате вся грязная вода оказалась на полу». (Или вот похожий случай из нашей семейной истории: однажды перед началом нашей традиционной ежегодной рождественской вечеринки моя мать решила процедить глинтвейн. Она поставила в раковину дуршлаг и вылила в него целый котелок напитка, рассчитанный на 50 персон, после чего долго и недоуменно смотрела на оставшуюся в дуршлаге горку сырой гвоздики, перца и лавровых листьев, которые ей предстояло предложить гостям.)

Четкая навигация — это триумф когнитивной интеграции, говорит Шанахан. Для этого требуется определенная структура связности в мозге. Информация о наземных ориентирах, расстояниях, пространственных отношениях, прошлом опыте, звуках и запахах должна поступать в главные области мозга и разветвляться между ними. «Благодаря этому реакция птиц на текущую ситуацию носит интегрированный характер», — объясняет Шанахан.

Желая выяснить, как может быть устроена эта система связности в типичном птичьем мозге, Шанахан собрал команду нейроанатомов, чтобы детально проанализировать мозг голубей. (Благодаря своему выдающемуся навигационному таланту голуби — самый подходящий вид для такого анализа когниции.) Опираясь на результаты более чем 40 лет исследований, изучавших нервные пути между разными отделами мозга у голубей, ученые составили первую полную карту, или «коммутационную схему», голубиного мозга, показывающую, как соединены между собой различные области мозга в процессе обработки информации.

Хотите сюрприз?

Полученная карта оказалась очень похожей на карту нервных связей в мозге млекопитающих и даже людей. Хотя архитектура мозга у птиц радикально отличается от нашей, с точки зрения связности их мозг во многом организован так же, как наш. Шанахан видит в этом сходстве то, что он называет общим признаком высокоуровневой когниции. Человеческий мозг нередко представляют в виде так называемой микросети, вполне подобной Facebook. Различные отделы — или регионы — мозга связаны между собой относительно небольшим числом нейронов, известных как узлы-концентраторы. Эти узлы соединены со множеством других нейронов, обеспечивающих кратчайшее соединение между любыми двумя узлами сети, иногда на больших расстояниях. (Их можно сравнить с пользователями Facebook, у которых несколько тысяч друзей.) Эти узлы-концентраторы соединяют важные части мозга, участвующие в когниции, такие как долговременная память, пространственная ориентация, решение проблем, а вместе они образуют мозговое «соединительное ядро».

Команда Шанахана установила, что узлы-концентраторы в гиппокампе голубей — отделе мозга, играющем ключевую роль в навигации, — тесно связаны с другими отделами птичьего мозга.

Механизм таков: если мигрирующий чибис или тростниковая камышовка на полпути сбиваются с курса из-за каких-то природных катаклизмов, вся сенсорная информация, поступающая из всех доступных источников, — запахи земли и моря, магнитные сигнатуры и аномалии, косые солнечные лучи и звездный узор ночного неба — собирается в соединительном ядре и интегрируется, помогая птице проложить правильный курс в родные земли.

Таким образом, в мозге птицы сети микромира могут создавать карту очень большого мира — чтобы весной колибри могли найти путь к кормушке в саду Дэвида Уайта. Чтобы полярные крачки могли совершать кругосветные путешествия от одного полюса к другому. И чтобы одним апрельским утром, спустя пять лет скитаний, Белохвостик наконец-то сумел найти дорогу домой.

 

Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.