Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность

Маршалл предположил, что с помощью этих цветных пузырьков рак-богомол отфильтровывает свет, поступающий к единственному классу фоторецепторов. Таким образом он получает возможность видеть цвета с помощью глаза, который в противном случае оставался бы невосприимчивым к цвету. Чтобы проверить свою гипотезу, Маршалл отправился из Англии в США – к Тому Кронину, у которого имелись и нужное оборудование, и растущий интерес к ротоногим. За несколько недель напряженной работы они вдвоем исследовали этот глаз вдоль и поперек, анализируя все попадавшиеся фоторецепторы. И, к своему изумлению, обнаружили не один их класс, а как минимум одиннадцать{260}. «Мы ничего не понимали, – вспоминает Кронин. – В каждой части глаза мы находили свой, отдельный класс фоторецепторов. Наше с Джастином совместное открытие было самым большим чудом за всю мою научную карьеру». Рак-богомол «может располагать системой цветового зрения, превосходящей все до сих пор описанные», – заключили Кронин с Маршаллом в своей статье 1989 г. Или, как говорит Маршалл, «факов должно было быть еще больше».

Средний пояс состоит из шести рядов фокусирующих свет ячеек{261}. О двух нижних пока забудем, поскольку для цветового зрения используются лишь четыре верхних. В каждом ряду имеются три расположенных ярусами уникальных фоторецептора. В первом ряду – фиолетовые и синие, во втором – желтые и оранжевые, в третьем – оранжево-красные и красные и в четвертом – сине-зеленые (циан) и зеленые; выше всех в каждом ряду располагаются свойственные лишь ему УФ-фоторецепторы[90]. Итого получается 12 типов фоторецепторов, включая четыре ультрафиолетовых[91]. То есть у рака-богомола для одного только ультрафиолетового диапазона имеется больше типов фоторецепторов, чем у нас их насчитывается всего{262}. Что же они делают с таким богатством? Может быть, они додекахроматы и у них 12-мерное цветное зрение? Или у них четыре разновидности трихромазии – по одной на каждый ряд среднего пояса? В любом случае уж они-то явно должны разбираться в цвете как никто, различая даже едва уловимые переходы между практически идентичными тонами. Если коралловый риф потрясает своим великолепием даже нас, каким же он должен представляться ротоногому? Воображения не хватает, фантазия идет вразнос. Как предполагал автор онлайн-комикса «Овсянка» (The Oatmeal), «там, где мы видим радугу, рак-богомол видит целый термоядерный гриб света и красоты»{263}.

Каждая кривая соответствует одному из 12 типов фоторецепторов в глазе рака-богомола. Пик кривой соответствует длине световой волны, к которой данный тип наиболее чувствителен

Как выяснилось, нет. Не видит. В 2014 г. ученица Маршалла Ханна Тоен провела революционный эксперимент, низвергнувший ротоногих с их пьедестала{264}. Тоен приучила их нападать на одну из двух цветных лампочек за вознаграждение в виде лакомства. Затем она постепенно меняла цвета, доходя до почти одинаковых оттенков, которые раку уже не удавалось различить. Если человек различает полутона с разницей в длине волны от 1 до 4 нм, то рак-богомол сыпался на разнице от 12 до 25 нм – это примерно как разрыв между чистым желтым и оранжевым. Обладатели жутко навороченной оптики кошмарно плохо различали цвета, оказавшись не в силах тягаться в этом умении ни с человеком, ни с пчелами, ни с бабочками, ни с золотыми рыбками.

Теперь Маршалл считает, что раки-богомолы различают цвета по-своему, не так, как все остальные. Вместо того чтобы искать разницу между миллионами оттенков, глаз рака-богомола делает, по сути, прямо противоположное, сводя все эти полутона в спектр из 12 основных цветов, как в детской книжке-раскраске. Любой оттенок красного возбуждает нижний фоторецептор в третьем ряду. Все оттенки фиолетового возбуждают верхний рецептор в первом. Сетчатка не противопоставляет сигналы от этих 12 рецепторов по принципу оппонентности, а посылает их мозгу как есть. Мозг же на основе этих сочетаний узнает определенный цвет, как если бы видимый спектр был штрихкодом, а средний пояс глаза – магазинным сканером для его считывания. Упрощенно это можно представить так: если срабатывают рецепторы 1, 6, 7 и 11, мозг распознает эти сигналы как добычу, и рак-богомол атакует. Если срабатывают рецепторы 3, 4, 8 и 9, есть вероятность, что это брачный партнер, и тогда… ну, это все-таки ротоногие, так что «ухаживание проходит очень осторожно», говорит Маршалл. Не исключено, что у рака-богомола в принципе нет понятия о цвете.

Все это, впрочем, пока лишь предположения, пусть и обоснованные. Никто из исследователей ротоногих, с которыми я беседовал, не берется утверждать наверняка, что именно видит рак-богомол. Вполне возможно, что для разных задач он использует разные виды цветового зрения. Для распознавания пищи, как в эксперименте Тоен, вполне достаточно справочной таблицы из 12 цветов, а вот чтобы опознавать себе подобных, может использоваться более традиционная система, различающая схожие цвета. Как-никак многие ротоногие окрашены очень колоритно и при встрече демонстрируют свою раскраску друг другу. «Возможно, в поиске партнера полутона и вправду важны, – говорит Кронин, – однако проверить это экспериментально очень трудно».

Изучать поведение животных всегда непросто, но исследование поведения раков-богомолов граничит с мазохизмом. В лаборатории Маршалла Эми Стритс в рамках нового эксперимента пытается научить павлиньих раков-богомолов атаковать пластиковые хомутики определенных цветов. Но когда она демонстрирует мне этот процесс, испытуемые раз за разом выбирают неправильно. В какой-то момент один из раков-богомолов бьет в стенку аквариума. Другой лупит в пустоту (точнее, в воду). Я интересуюсь у Стритс, трудно ли их обучать. Она качает головой: «Не то слово». Пищевое вознаграждение не работает, потому что есть им нужно не очень часто. Интерес они теряют в два счета, поэтому тестировать их можно лишь раз в день.

– Богом клянусь, они понимают, чего от них хотят, но издеваются и делают все мне назло! – уверяет Стритс.

– Вам нравится ими заниматься или они вас бесят?

– Когда как, – сознается она. – Поначалу ты на седьмом небе – обалдеть, я изучаю ротоногих! Это же мечта, модная тема. Но стоит с ними поработать, и вот ты уже сидишь и думаешь: «Как же меня угораздило».

Но мы, как и Стритс, все-таки повозимся еще с ротоногими, потому что их глаз скрывает в себе гораздо больше, чем можно разглядеть невооруженным… – ну, вы поняли. Собственно, их глаза оказались настолько необычными, настолько сложными, настолько непостижимыми, что к их исследованию подключается все больше ученых в разных странах мира. Николас Робертс и Мартин Хау, работающие в английском Бристоле, ведут меня в помещение, где содержатся такие же, как у Стритс, павлиньи раки-богомолы – восемь экземпляров, каждый в отдельном аквариуме, чтобы не поубивали друг друга. Аквариумы размещены на уровне моих глаз, поэтому, чтобы увидеть, насколько любознательны их обитатели, даже нагибаться не приходится. Наше приближение явно не остается незамеченным, и несколько раков-богомолов смотрят прямо на нас. Я прижимаю палец к одному из аквариумов, и к нему подплывает рак-богомол по имени Найджел. Я веду пальцем по стеклу, Найджел следует за ним. Кажется, будто я таскаю его на поводке.

Глаза Найджела постоянно поворачиваются во всех мыслимых направлениях{265}. Вверх, вниз, вправо, влево, по часовой стрелке и против[92]. При этом почти всегда не синхронно и в разные стороны. В некоторых экспериментах Робертс снимает раков-богомолов на камеру сверху, пока они смотрят на экран. «И они частенько одним глазом выполняют задание, а второй направляют вверх, на камеру», – рассказывает он. Как я уже упоминал в предыдущей главе, мы привыкли считать подвижный взгляд признаком активного ума. Однако мозг у рака-богомола крошечный и маломощный. Гипермобильность их глаз вовсе не означает пытливого сознания, но подсказать, что и как эти глаза видят, она способна.

На нашей сетчатке имеется плотно набитая колбочками центральная ямка, фовеа – зона наибольшей остроты зрения и наилучшего цветовосприятия. Мы направляем ее на разные участки окружающего мира, стреляя глазами туда-сюда. Заметив что-то интересное периферическим зрением, мы переводим взгляд в эту сторону, чтобы присмотреться и проанализировать видимое в подробностях и полном цвете. Примерно так же поступает и рак-богомол{266}. Средний пояс его глаза воспринимает цвет, но его обзор ограничен узкой полосой. Полушария, скорее всего, видят только в черно-белых тонах, зато панорамно. Вращая глазами, рак-богомол высматривает движение или интересующие его объекты с помощью полушарий. Заметив что-то, он переводит взгляд и исследует эту область средним поясом, словно ведя двумя сканерами вдоль полки с товарами{267}. Значит ли это, что сперва у рака-богомола возникает монохромная картина, которую он затем постепенно раскрашивает? «Сомневаюсь», – отвечает Маршалл. Он предполагает, что в мозге ротоногих «не создается полноценного двумерного цветного отображения». Они просто сканируют пространство средним поясом своего глаза, пока не наткнутся на то, что возбудит нужную комбинацию фоторецепторов.

Представьте, что вы рак-богомол. Вы должны настоятельно нуждаться в груше для битья, такова общепризнанная истина. Ваши глаза непрерывно вращаются каждый в своем направлении: правый обследует одну часть рифа, левый смотрит куда-то еще. Зрение у вас монохромное, поскольку вас интересует движение, а не цвет. И вот справа что-то мелькает – вы тут же скашиваете оба глаза направо. Теперь они сканируют загадочный объект вместе, ведя по нему средними поясами. И вдруг, бинго! – срабатывают рецепторы 3, 6, 10 и 11. Мозг распознает в объекте рыбу. Передние конечности молниеносно выстреливают и поражают цель.

Это очень эффективный способ зрения, позволяющий не особенно загружать крохотный мозг рака-богомола[93]. Но тут есть подвох. Крайне трудно уловить движение глазом, который сам при этом движется. Когда мы идем по улице или смотрим из окна машины, глаз на самом деле фокусируется на определенных точках впереди, быстро перескакивая с одной на другую. Эти перескоки, которые называют саккадами, – одни из самых стремительных наших движений, и спасибо им за эту стремительность, поскольку на время саккад зрительная система блокируется. Наш мозг заполняет эти миллисекундные паузы, создавая у нас ощущение непрерывности зрения, однако это лишь иллюзия. То же самое происходит и у ротоногих, когда они медленно сканируют пространство своим средним поясом. «Вполне может быть, что на это время им приходится отключать детекцию движения, – говорит Хау. – Глаз движется, окружающий мир расплывается, и, вероятно, так труднее засечь приближение врага». Но вне режима сканирования зрение у рака-богомола в основном черно-белое. У паука-скакуна, с которым мы познакомились в предыдущей главе, разные зрительные задачи – улавливание движения и цветовые подробности – распределены между разными парами глаз. У рака-богомола они распределены между разными частями одного и того же глаза и разведены во времени. Чтобы заметить движение, нужно отказаться от цвета. Чтобы увидеть цвет – отказаться от движения. «Эдакий таймшер, – поясняет Кронин. – Специально такую систему вряд ли стоит создавать, но ротоногие дошли до нее случайно, и она у них работает».

Подозреваю, дорогой читатель, что ты уже сыт по горло всеми этими фоторецепторами, полушариями, средними поясами и прочими нелепыми наворотами, обеспечивающими зрение раку-богомолу. А может, они, наоборот, что-то для тебя прояснили и тебе кажется, что ты вот-вот постигнешь умвельт ротоногих? И в том и в другом случае у меня есть для тебя печальная новость: это еще не все.

Как мы помним, свет – это волна. И она колеблется, когда движется. Эти колебания могут происходить в любом направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, но иногда они ограничиваются лишь одной плоскостью: представьте себе, что вы прикрепили конец каната к стене и качаете его вверх-вниз или из стороны в сторону. Такой свет называется поляризованным, и он часто встречается в природе. Поляризация возникает, когда свет рассеивается в воде или воздухе либо отражается от гладких поверхностей – стекла, глянцевитых листьев, водоемов. Человек обычно не замечает поляризации, но большинство насекомых, ракообразных и головоногих различают ее не хуже, чем цвет{268}. Их глаз, как правило, содержит два типа фоторецепторов, один из которых стимулируется горизонтально поляризованным, а другой – вертикально поляризованным светом. Сравнивая сигналы от этих двух рецепторов, они воспринимают свет, поляризованный в разной степени или под разными углами. Таких животных можно назвать диполятами[94].

У раков-богомолов соответствующие рецепторы находятся в верхнем полушарии глаза. В нижнем же полушарии рецепторы, улавливающие поляризацию, развернуты на 45º. А в пятом и шестом ряду среднего пояса имеется нечто совершенно уникальное. Обычно поляризованный свет колеблется в какой-то одной плоскости, но иногда эта плоскость может вращаться, и тогда свет как будто закручен винтом. Это называется круговой поляризацией. Так вот, как выяснил сотрудник Маршалла Цзыр-Хуэй Цю в 2008 г., раки-богомолы единственные из всех животных способны такую поляризацию различать{269}. Два нижних ряда среднего пояса содержат фоторецепторы, чувствительные к круговой поляризации, закрученной либо по часовой стрелке (правая поляризация), либо против (левая). Таким образом, всего у раков-богомолов имеется шесть классов поляризационных рецепторов – вертикальный, горизонтальный, два диагональных, правый и левый. Оригиналы во всем. Что ж, будем называть их гексаполятами[95].

Я рассказываю о поляризации и цвете отдельно, и в учебниках им тоже обычно посвящены две разные главы. Но это не значит, что раки-богомолы должны расценивать их по-разному. Они вполне могут воспринимать сигналы о шести видах поляризации точно так же, как сигналы о цветах, то есть как дополнительные потоки информации для распознавания объектов окружающей среды. Но зачем им еще шесть, если у них уже есть целых двенадцать? Зачем им все эти необыкновенные сложности? «Мы знаем животных с гораздо более простыми, но очень эффективными для жизни в условиях кораллового рифа зрительными системами», – говорит Том Кронин. Таким образом, по поводу ротоногих «вопрос остается открытым: зачем это все? Ответа не знает никто».

Так, стоп, минуточку. Вернемся немного назад. А почему, собственно, рак-богомол может видеть круговую поляризацию?

В отличие от линейно поляризованного света, круговая поляризация встречается очень редко – возможно, именно поэтому больше ни у кого из живых существ не развилась способность к ее восприятию. Единственные элементы в окружении ротоногих, от которых исходит устойчивая круговая поляризация… – это сами ротоногие. Один вид отражает такой свет крупным хвостовым килем, которым самцы пользуются во время брачных игр{270}. Другой – частями тела, которые особь демонстрирует соперникам во время битвы. Так может быть, для ротоногих это способ коммуникации – разновидность света настолько эзотерическая, что никто, кроме них, ее не улавливает? Увы, с такой гипотезой мы тоже будем ходить по кругу, причем безо всякой пользы. Сигналы в форме круговой поляризации имеют смысл, только если у ротоногих уже есть глаза, способные их воспринимать. Но зачем глазу развивать эту способность, если ее не к чему применить? Что было раньше, глаз или сигнал?

Том Кронин считает, что глаз{271}. Фоторецепторы в двух нижних рядах среднего пояса выстроены таким образом, чтобы раскручивать спираль круговой поляризации, превращая ее в линейную. Именно так рак-богомол ее и ощущает. Возможно, такое устройство возникло случайно – анатомический счастливый билет, причуда фасеточного глаза, наделившая своих владельцев способностью улавливать свет с круговой поляризацией, когда и света такого вокруг практически не было. Древние раки-богомолы случайно получили новое чувство и поставили его себе на службу, постепенно развив на своем панцире структуры, отражающие поляризованный по кругу свет, и выработав тем самым подходящие для своих глаз сигналы. Такое происходит сплошь и рядом. Сигналы предназначены для того, чтобы восприниматься, и поэтому окрас меха, чешуи, перьев или экзоскелетов складывается из цветов, которые способны различать глаза их владельца. Палитру шедевров, создаваемых природой, определяет глаз.

У приматов, например, трихромазия развилась, чтобы они могли лучше отыскивать молодые листья и спелые плоды. И только после того, как их умвельт пополнился красным цветом, у них начали появляться участки безволосой кожи, способные передавать сигналы, наливаясь кровью, то есть краснея. Красные морды макак-резусов, красные зады гамадрилов, потешные красные головы лысых уакари – все это брачные сигналы, использование которых стало возможным благодаря трихромазии{272}.

Трихромазией обладает и большая часть рыб, которые водятся в коралловых рифах. Но поскольку красный свет в значительной мере поглощается водой, воспринимаемый ими диапазон сдвинут к синему краю спектра. Именно поэтому среди рифовых рыб так много желто-голубых – как голубой хирург (Paracanthurus hepatus), звезда пиксаровского мультфильма «В поисках Дори» (Finding Dory). В их варианте трихромазии желтый сливается с цветом кораллов, а синий растворяется в воде. Человеку, плавающему с маской и трубкой, эти рыбки кажутся невероятно яркими и заметными, поскольку наше трио колбочек великолепно различает желтый и синий. Но в глазах друг друга – и хищников – эти рыбки замаскированы лучше некуда{273}.

Цветовое зрение хищников подтолкнуло к диверсификации расцветки обитающую в Центральной Америке лягушку под названием «маленький древолаз». Это один вид, который имеет 15 поразительно разнообразных форм. Одна – лаймово-зеленая с бирюзовыми чулками. Другая – оранжевая в черную крапинку. Цвета настолько непохожие, что кажутся почти случайными, однако в этом визуальном безумии есть своя логика. Маленькие древолазы ядовиты, и чем они ядовитее, тем более броская у них окраска. Но, как выяснили Молли Каммингс и Мартина Маан, броская она только для птиц, а для змей и других хищников – нет{274}. Вполне вероятно, что эволюцию фантастических расцветок у лягушки-древолаза двигало тетрахроматическое зрение птиц. Это совершенно понятно: яркие цвета должны предостерегать, поэтому из поколения в поколение наибольшие шансы избежать расправы получали те лягушки, чья окраска лучше всего соответствовала особенностям зрения хищника. Каммингс и Маан показали, что выяснить, кто именно тут хищник (в данном случае это птицы), можно, проанализировав окрас добычи. Поскольку палитру природы определяет глаз, палитра конкретного животного подскажет, чей взгляд она должна цеплять.

Та же логика применима и к цветковым растениям. В 1992 г. Ларс Читтка и Рэндольф Менцель проанализировали 180 их видов и вычислили, какой глаз лучше всего будет распознавать их окраску{275}. Ответ – глаз с зеленой, синей и ультрафиолетовой трихромазией, то есть именно тот, которым смотрят на мир пчелы и многие другие насекомые. Ну да, все правильно, возможно скажете вы: у опылителей сформировался глаз, хорошо видящий цветы. Но нет, все происходило ровным счетом наоборот: этот тип трихромазии развился за сотни миллионов лет до появления первых цветковых, а значит, именно растения подстраивались под него{276}. Цветы вырабатывали оттенки, приковывавшие взгляд насекомого.

Мне эти взаимосвязи кажутся очень важными и глубокими – настолько, что я начинаю по-другому смотреть на сам акт восприятия. Он кажется нам пассивным, как будто глаза и другие органы чувств – это просто впускные клапаны, через которые животные принимают и поглощают стимулы окружающей среды. Однако с течением временем это простое действие расцвечивает мир новыми красками. Благодаря эволюции глаз – это живая кисть художника. Цветы, лягушки, рыбы, перья и плоды наглядно свидетельствуют: зрение влияет на то, что оно видит. Почти все восхищающие нас природные красоты сформировались за счет подстройки под зрение наших собратьев по животному царству. Красота не просто существует в глазах смотрящего. Она возникает из-за этих глаз.

На дворе солнечный мартовский день 2021 г., и я выгуливаю Тайпо, своего корги. Вот мы подходим к машине, которую сосед как раз окатывает из шланга, и Тайпо останавливается, а потом усаживается и смотрит. Я тоже смотрю – в брызгах воды сияет радуга. В глазах Тайпо она желто-бело-синяя. В моих – красно-оранжево-желто-зелено-сине-фиолетовая. Для воробьев и скворцов, рассевшихся на дереве за нашими спинами, она меняется от красного до ультрафиолетового с еще большим числом промежуточных оттенков.

В начале этой главы я сказал, что цвет по сути своей субъективен. Фоторецепторы нашей сетчатки улавливают световые волны разной длины, а мозг на основании сигналов от них выстраивает ощущение цвета. Первый процесс изучать легко, второй – чрезвычайно трудно. Это противопоставление между воспринимаемым и ощущаемым, между тем, что животные улавливают и что они, собственно, переживают, важно не только для зрения, но и для большинства других чувств. Мы можем препарировать глаз рака-богомола и выяснить, что делает каждая его составляющая, и все равно не понять, как и что он все-таки видит. Мы можем определить точную форму вкусовых рецепторов на лапках мухи и все равно не знать, что она ощущает, когда садится на яблоко. Можно расписать, как животное реагирует на то, что ощущает, но гораздо труднее выяснить, что оно при этом чувствует. Это различие особенно глубоко – и особенно важно, – когда мы задумываемся о боли.