Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность
- -
- 100%
- +
32
Птицы произошли от той группы небольших хищных динозавров, к которой принадлежали такие звезды, как велоцираптор. Просканировав черепа этих животных, палеонтолог Дарла Зеленицки выяснила, что у них были довольно большие для их размеров обонятельные луковицы, как и у их более крупных собратьев вроде тираннозавра (Zelenitsky, Therrien, and Kobayashi, 2009). Скорее всего, динозавры пользовались обонянием для охоты, и современные птицы унаследовали этот древний умвельт от своих предков.
33
Трубконосые не единственные представители животного мира, следящие за уровнем ДМС. Кроме них это вещество привлекает чувствующих его пингвинов, рифовых рыб и морских черепах.
34
Следовать за таким шлейфом труднее, чем ориентироваться по линии прямой видимости. Оптимальная для птицы стратегия – лететь поперек ветра, чтобы максимизировать вероятность наткнуться на случайную молекулу ДМС, а затем галсами следовать за запахом против ветра. Именно так мотыльки улавливают феромоны самок, и именно так альбатросы чуют запах своей добычи. Генри Ваймерскирх вешал на странствующих альбатросов – обладателей самого широкого размаха крыльев среди всех птиц мира – GPS-датчики, чтобы отслеживать их местонахождение, и регистраторы температуры тела, позволяющие фиксировать время кормежки (Nevitt, Losekoot, and Weimerskirch, 2008). Проанализировав эти данные, Габриэль Невитт пришла к выводу, что в ходе такого вынюхивающего полета галсами птицы добывают по меньшей мере половину своего рациона.
35
Ученые очень долго утверждали, что язык змеи доставляет химические вещества к вомероназальному органу, также известному как орган Якобсона, продевая оба своих кончика в два отверстия в нёбе змеиного рта. Это миф. Рентгеновская съемка показывает, что ничего подобного не происходит и язык просто укладывается в небную ложбину. Но, к непреходящему возмущению Швенка, это заблуждение по-прежнему распространено и даже тиражируется в учебниках.
36
Рулон Кларк, с которым мы встретимся в одной из следующих глав, доказал, что даже ни разу не охотившиеся, рожденные в лаборатории гремучие змеи умеют отличать запах предпочтительной добычи (например, бурундуков и белоногих хомяков) от незнакомого запаха лабораторных мышей (Clark, 2004; Clark and Ramirez, 2011). Еще он выяснил – довольно кровожадным способом, – что калифорнийские удавы особенно падки на запах мышиных самок с приплодом (Clark and Gagnon, 2004).
37
В распространенных мифах его часто преподносят как специализированный детектор феромонов, но это явно не так, поскольку он реагирует и на другие пахучие вещества, а основная система обоняния улавливает и феромоны. Возможно, он нужен для распознавания слишком тяжелых молекул, которые из-за своего веса не способны переноситься по воздушным путям основой системы, но эту гипотезу пока надлежащим образом не проверяли. Возможно, он отвечает за инстинктивные реакции на запахи, а основная система – за реакции, которые животные усваивают опытным путем. Но и эта гипотеза пока толком не проверена.
38
У этих двух сенсорных систем разные рецепторы и разные нейроны, связанные с двумя разными областями мозга. У позвоночных система вкуса подключена в основном к нижней части ствола головного мозга, контролирующей базовые жизненные функции. Система обоняния же связана с передней частью мозга, отвечающей за способности более высокого уровня, такие как научение.
39
Швенк объясняет это тем, что змеи едят редко, но помногу. Зачастую они заглатывают добычу, намного превышающую их размером, а затем модифицируют свои внутренние органы, чтобы ее переварить. Когда питон заглатывает свинью или оленя, его кишечник и печень увеличиваются вдвое, а сердце разрастается на 40﹪, и это происходит всего за несколько дней (Secor, 2008). Каждый прием пищи требует массы энергии, поэтому змее нужно как можно раньше убедиться, что добыча стоит таких усилий.
40
Жало наездника многофункционально, как швейцарский армейский нож. Помимо вкусовых рецепторов на нем расположены обонятельные и осязательные, а еще оно усилено кусочками металла. Это и сверло, и нос, и язык, и рука.
41
У некоторых сомов ядовитый хребет, а некоторые (как мы узнаем в одной из следующих глав) бьются током, поэтому, даже если оставить за скобками вопросы охраны животных, я бы категорически не советовал вам лизать сома иначе как в порядке мысленного эксперимента.
42
Существуют две разновидности аминокислот, представляющие собой зеркальное отражение друг друга. Они обозначаются буквами L и D. В природе распространена преимущественно форма L, а форма D встречается у животных крайне редко. Поэтому Каприо, начав в середине 1990-х гг. эксперименты с твердолобыми морскими сомами, никак не ожидал, что почти половина их вкусовых сосочков будет реагировать на D-аминокислоты (Caprio et al., 1993). «Я думал, что это, наверное, ошибка, – рассказывает он. – Ну где у нас в окружающей среде найдутся D-аминокислоты, которые были бы важны сому?» Однако в конце концов ему удалось выяснить, что некоторые морские черви и моллюски превращают L-аминокислоты в их зеркальную противоположность. Ученые открыли способность морских животных производить D-аминокислоты только в 1970-е гг. «А сомы узнали о ней сотни миллионов лет назад», – говорит Каприо.
43
Не будем, однако, забывать, что вкус предназначен главным образом для грубого улавливания, а не для различения оттенков. Даже если панда распознаёт как горькие больше разных вещей, чем собака, она, скорее всего, воспринимает их как одинаково горькие.
44
Кроме того, Болдуин выяснила, что рецептор умами трансформировался в сахарный и у колибри (Baldwin et al., 2014). У них изменился тот же ген, что и у певчих птиц, но независимо и почти абсолютно иным путем. При этом, как сообщает мне Болдуин, у некоторых видов измененный рецептор по-прежнему распознает умами, то есть «они, вероятно, не различают сладкий и мясной вкусы». Представьте себе, что вы не чувствуете разницы между соевым соусом и яблочным соком.
45
Я интересуюсь у Джейкоб, насколько этот и вправду недюжинный (для паука) интеллект скакунов объясняется их сенсорными способностями. Она отвечает, что тем паукам, которые воспринимают в основном вибрации своей паутины, много данных обрабатывать не приходится. «Тогда как настоящие визуалы имеют дело с гораздо более сложной информацией. Не могу не предположить, что для них было бы ценно уметь ее истолковывать, а для эволюции это вполне себе повод развивать в них все более сложные когнитивные навыки. Но точно сказать не могу. Тут нужно делать скидку на нашу человеческую склонность превозносить зрение».
46
Собственно, у каждого глаза в центральной паре по два хрусталика: один спереди, второй сзади. Передний хрусталик собирает и фокусирует свет, а задний рассеивает. Такая конструкция увеличивает изображение, передаваемое на сетчатку, – именно за счет нее эти крошечные существа видят не хуже мелких собак. По такому же принципу были устроены телескопы, которые в 1609 г. начал использовать Галилей: трубка и линзы с обеих ее концов, позволяющие разглядывать сильно удаленные объекты. Итальянский астроном оказался невольным плагиатором: сам того не ведая, он позаимствовал у пауков-скакунов устройство, которым за миллионы лет до того их наделила эволюция. В ясные ночи они могут рассматривать через это устройство луну.
47
Детеныши у пауков-скакунов прозрачные. При хорошем освещении можно разглядеть, как у них внутри головы поворачиваются глазные трубки.
48
А что делают остальные две пары глаз? Одна, судя по всему, улавливает движение за спиной паука, назначение же другой, совсем слаборазвитой, пока не ясно.
49
В 2012 г. специалист по эволюционной биологии Меган Портер, сравнив почти 900 опсинов разных видов животных, подтвердила наличие у всех этих белков общего предшественника (Porter et al., 2012). Тот изначальный опсин появился у кого-то из древнейших животных и настолько хорошо улавливал свет, что лучшей альтернативы эволюция так и не предложила. Вместо этого она вывела от белка-родоначальника ветвистое родословное древо опсинов, на которых сейчас и строится все зрение. Портер рисует это древо в виде круга, где ветви расходятся во все стороны из центральной точки. Оно похоже на гигантский глаз.
50
Мнение это не общепризнанное. Некоторые исследователи доказывают, что глаз на второй стадии эволюционного развития – фоторецептор с блендой – тоже должен считаться глазом.
51
Перевод А. П. Павлова, М. А. Мензбира, К. А. Тимирязева. – Прим. пер.
52
В 1994 г. Дан-Эрик Нильссон и Сюзанна Пелгер смоделировали на компьютере эволюцию простого глаза третьей стадии в зоркий глаз четвертой (Nilsson and Pelger, 1994). Симуляция начиналась с небольшого плоского диска фоторецепторов. С каждым новым поколением диск понемногу утолщался и становился все более вогнутым. У него появилась грубая линза, которая постепенно совершенствовалась. Если исходить из пессимистичного предположения, что с каждым поколением глаз совершенствуется примерно на 0,005﹪ и новое поколение появляется раз в год, на переход от расплывчатого зрения третьей стадии к чему-то похожему на наше уйдет каких-нибудь 364 000 лет. По меркам эволюции это мгновение ока.
53
Не стоит также считать, будто сложный высокоразвитый глаз непременно принадлежит высокоразвитому существу, а простой – примитивному. У некоторых микроорганизмов, состоящих из одной-единственной клетки, эта самая клетка выступает на удивление сложно устроенным глазом. Возьмем, например, пресноводную бактерию Synechocystis: свет, падающий на эту сферическую клетку с одной стороны, фокусируется на обратной (Schuergers et al., 2016). Бактерия чувствует, откуда поступает этот свет, и движется к нему. Это, по сути, живой хрусталик, а вся ее мембрана – сетчатка. Таким же живым глазом можно считать варновииды – группу одноклеточных водорослей: в каждой их клетке имеются компоненты, напоминающие хрусталик, радужку, роговицу и сетчатку (Gavelis et al., 2015). Но что они видят и видят ли вообще – вопрос открытый.
54
Так зачем же зебрам полосы? У Каро имеется окончательный ответ: чтобы отпугивать кровососущих мух (Caro et al., 2019). Африканские слепни и мухи цеце переносят ряд заболеваний, которые смертельны для лошадей, а зебр с их короткой шерстью эти насекомые донимают особенно сильно. Однако полосатость каким-то образом дезориентирует кровопийц. Снимая на видео настоящих зебр и обычных лошадей, замаскированных под зебр, Каро продемонстрировал, что мухи подлетают к ним как обычно, однако вблизи не могут сообразить, как приземлиться. Почему так происходит, пока неясно.
55
В одном часто цитируемом исследовании 1970-х гг. утверждалось, что у воробьиной пустельги острота зрения достигает 160 циклов на градус, однако другие эксперименты с представителями этого вида выявили гораздо более скромные показатели, сравнимые с человеческими (Fox, Lehmkuhle, and Westendorf, 1976).
56
Фоторецепторы у животных делятся на два основных типа – цилиарные (ресничные) и рабдомерные. Оба используют опсины, однако функционируют совершенно по-разному. Раньше ученые считали, что ресничные рецепторы бывают только у позвоночных, а рабдомерные – только у беспозвоночных. Но это не так: в обоих случаях были обнаружены оба типа рецепторов. И оба они есть у гребешка, одна сетчатка которого состоит из ресничных фоторецепторов, а вторая – из рабдомерных (Speiser and Johnsen, 2008a). Почему так? Неизвестно, хотя, судя по всему, одна сетчатка служит для распознавания движущихся объектов, а другая – для выбора места обитания.
57
Отсюда не следует, что глаз гребешка можно считать идеалом. Проникая в глаз, луч света должен сперва пройти через сетчатку, и только потом зеркало сможет отразить и сфокусировать его. У сетчатки есть две возможности поглотить этот свет – сначала при первом прохождении, когда он еще рассеян, а затем в сфокусированном виде. Это значит, что глаз видит сфокусированное изображение на фоне расплывчатой мути.
58
Эта гипотеза особенно убедительна, поскольку глаза гребешка – это модифицированные хемосенсорные щупальца. Его зрительная система – это кустарная модификация того, что изначально использовалось для обоняния и осязания.
59
В 1964 г. Майк Лэнд, тогда еще старшекурсник, заглянул в глаз гребешка и увидел собственное перевернутое отражение (Land, 2018). Так он обнаружил, что внутри каждого глаза находится фокусирующее зеркало. Позже он выяснил, что это зеркало состоит из уложенных наподобие черепицы кристаллов, и предположил (совершенно верно), что эти кристаллы состоят из гуанина – одного из азотистых оснований в составе ДНК. Сами по себе кристаллы гуанина не имеют прямоугольной формы, а значит, гребешок должен как-то контролировать их рост (Palmer et al., 2017). Как именно он это делает, неизвестно; остается загадкой и то, каким образом он добивается абсолютно одинаковой толщины всех кристаллов, равной 74 миллиардным долям метра.
60
Гребешки не единственные животные, озадачивающие ученых своим распределенным зрением. Моллюски хитоны выглядят как отделенный от головы лоб клингонца из «Звездного пути» (Star Trek): их тело покрыто панцирной броней, пластины которой усеяны сотнями крохотных глаз (Li et al., 2015). Многощетинковые черви сабеллиды напоминают цветные метелки для пыли, выглядывающие из минеральной трубки (Bok, Capa, and Nilsson, 2016). Эти метелки – щупальца, и они тоже сплошь усыпаны глазами. Гигантская тридакна похожа на огромный гребешок; на ее метровой мантии расположены несколько сотен глаз (Land, 2003). Дан-Эрик Нильссон сравнивает подобные глаза с охранной сигнализацией. Уловив близкое движение или нависшую тень, они оповещают своего обладателя, что пора принимать защитные меры. Хитон вцепляется в камень, сабеллида втягивает метелку в трубку, тридакна закрывает створки. Скорее всего, никто из них, как и гребешок, никаких изображений окружающей действительности при этом не видит.
61
У морских ежей, как и у змеехвосток, роль грубого органа зрения играет, вероятно, все тело целиком (Ullrich-Luter et al., 2011). Морской еж – это колючий шар, который передвигается на сотнях трубчатых ножек. На этих ножках расположены фоторецепторы, затеняемые либо колючками ежа, либо его твердым экзоскелетом. Зрение у него, может быть, и не особенно острое, но перемещаться в сторону более темных очертаний он способен.
62
Почему у сипов в принципе такое узкое поле зрения, не позволяющее им смотреть вперед в полете? Мартин предполагает, что это спасает их большие зоркие глаза от слепящего солнечного света. У птиц с большими глазами, говорит он, слепые пятна тоже обычно больше. У птиц с панорамным обзором (например, уток) глаза меньше и слабее, поэтому яркий солнечный свет они переносят лучше.
63
Куры и многие другие птицы пользуются фронтальным зрением только для объектов, находящихся вблизи, когда нужно не промахнуться, склевывая что-то или подцепляя лапой.
64
Скосить глаз тоже не получится, поскольку повернуть глазное яблоко хищная птица может, по сути, только повернув голову. Глаза у них настолько велики, что почти соприкасаются друг с другом внутри черепа.
65
Зрачок у кита при сокращении не сжимается в булавочную головку, как наш (Mass and Supin, 2007). Он защипывается посередине, образуя что-то вроде очень натянутой улыбки с двумя расширениями в уголках. Каждое из этих расширений выступает отдельным мини-зрачком, который пропускает свет на свою зону острого зрения.
66
Фоторецепторы у мухи-убийцы быстро срабатывают и быстро перезагружаются. Оба свойства очень энергозатратны. В фоторецепторах мухи-убийцы в три раза больше митохондрий (фасолевидных батареек, обеспечивающих животные клетки энергией), чем в фоторецепторах дрозофилы (Gonzalez-Bellido, Wardill, and Juusola, 2011).
67
У других хищных насекомых, таких как стрекозы и ктыри, глаза большие, с высоким разрешением и четко выделенными зонами острого зрения. Преследуя жертву, они поворачивают голову, чтобы не выпускать потенциальную добычу из самой зоркой части своего поля зрения. Мухам-убийцам «нужно внимательно смотреть сразу во все стороны», говорит Гонсалес-Беллидо, поэтому зоны острого зрения у них нет, а разрешение не особенно высоко. Несмотря на это, их охотничья стратегия, судя по всему, более требовательна к качеству зрения. Если стрекозы высматривают силуэт добычи над головой, на фоне неба, то мухи-убийцы совершают, по словам Гонсалес-Беллидо, «невозможное, охотясь сверху». Они замечают добычу, которая движется на сложном фоне, а затем преследуют ее в листве и прочих загроможденных объектами пространствах.
68
Обычные люминесцентные лампы мерцают с частотой 100 Гц, то есть 100 раз в секунду (Evans et al., 2012). Человеческий глаз это мерцание не различает, но многих птиц, таких как скворцы, оно может раздражать и вводить в стресс.
69
Способов избавиться от глаз существует немало, и эволюция перепробовала их все (Porter and Sumner-Rooney, 2018). Линзы-хрусталики атрофируются. Зрительный пигмент пропадает. Глазное яблоко западает в глазницу или зарастает кожей. Один только вид рыб – мексиканская пещерная тетра – утрачивал глаза несколько раз за свою историю, когда разные зрячие популяции переселялись из пронизанных солнцем рек в темные пещеры и независимо друг от друга отказывались от зрения. Как заметил Эрик Уоррант, «огромные глаза Голлума в "Хоббите" противоречат всякой естественно-научной логике».
70
Ночное зрение галикта обеспечивается чем-то еще помимо этих хитростей. «Я не могу объяснить, как им это удается, – говорит мне Уоррант. – У меня есть некоторые догадки насчет механизмов, позволяющих усилить зрение при слабой освещенности, но в общую картину они пока не складываются».
71
Именно из-за отражения в тапетуме глаза собак, кошек, оленей и других животных светятся в лучах фар и на фото со вспышкой. В темную полярную зиму структура тапетума у северных оленей меняется, позволяя ему отражать еще больше света (Stokkan et al., 2013). Совершенно случайно при этом меняется и цвет тапетума, поэтому золотисто-желтый отсвет глаз становится зимой ярко-голубым.
72
Судя по всему, гигантский кальмар – это общемировой вид, то есть он обитает во всех океанах. Однако очень долго о его существовании человек узнавал только по останкам, которые волны выбрасывали на берег. Первые фотографии этого создания в природе были сделаны лишь в 2004 г. Первая видеосъемка в естественной среде обитания появилась в 2012 г., когда Виддер с коллегами опробовали тогда еще совсем новую «Медузу» у побережья Японии (Schrope, 2013). Семь лет спустя невидимая камера еще раз продемонстрировала свою полезность всего в 180 км к юго-востоку от Нового Орлеана. «Эта часть залива забита нефтедобывающими платформами, там тысячи телеуправляемых подводных аппаратов, – рассказывает Йонсен. – Но их операторы не видели гигантского кальмара ни разу, а мы – уже с пятого погружения. Либо мы самые везучие люди в мире, либо дело в том, что мы выключили свет». (Вообще-то, везения им не занимать. Через полчаса после просмотра кадров с кальмаром ударившая в судно молния сожгла массу оборудования, но жесткий диск «Медузы» каким-то чудом уцелел. Некоторое время спустя судно благополучно проскочило мимо водяного смерча.)
73
Строго говоря, если действительно называть колбочки по длине волны, которая возбуждает их опсины лучше всего, длинные и короткие колбочки нужно было бы именовать не красными и синими, а желто-зелеными и фиолетовыми.
74
Исключение составляет кальмар-светлячок (Seidou et al., 1990). Это единственный из головоногих, у которого обнаружено три разных типа фоторецепторов, и поэтому он вполне может обладать цветовым зрением.
75
Оба гена – и среднего, и длинного опсина – находятся на X-хромосоме. Если ошибочную копию любого из этих генов унаследует обладатель двух X-хромосом, у него остается «резервная копия». Если же ошибочную копию унаследует обладатель одной X-хромосомы и одной Y-хромосомы, ему придется довольствоваться тем, что есть. Именно поэтому красно-зеленый дальтонизм, обычно обусловленный утратой либо средней, либо длинной колбочки, у мужчин встречается гораздо чаще, чем у женщин.
76
Исследователь цветового зрения Кентаро Арикава впервые понял, что не различает красный и зеленый, в шесть лет, когда мама попросила его набрать в саду клубники на завтрак. У него ничего не получилось, и мама была недовольна. В нескольких лабораторных экспериментах трихроматы действительно лучше дихроматов справлялись с поиском фруктов.
77
Кроме того, зрение у приматов необыкновенно острое, возможно, именно здесь нужно искать ответ на вопрос, почему трихромазия не развилась у других млекопитающих, питающихся плодами и листьями. «Ну, будет у мыши трихромазия, какая от нее польза не особенно зоркому ночному млекопитающему?» – спрашивает Мелин. А вот остроглазые приматы благодаря трихромазии могут высматривать плоды и молодые листья издалека, добираясь до них, прежде чем конкуренты узнают об их существовании.
78
Исключение тут составляют обезьяны-ревуны (Saito et al., 2004). Они живут в Новом Свете, но, в отличие от остальных нечеловекообразных соседей по континенту, трихроматы у них не только самки, но и самцы. Объясняется это тем, что трихромазия у них развивалась так же, как у их собратьев в Африке и Евразии, – за счет дублирования гена длинного опсина. Причем шел этот процесс независимо.
79
На самом деле все еще сложнее, поскольку у многих американских обезьян имеются три возможных варианта одного и того же гена. Самка может унаследовать два из трех вариантов или пару одинаковых, а значит, у таких обезьян существует шесть разновидностей цветовосприятия – три дихроматические и три трихроматические (Jacobs and Neitz, 1987).
80
Видимый свет – это лишь небольшая часть огромного электромагнитного спектра, и мы не случайно улавливаем только ее. Очень короткие электромагнитные волны, такие как рентгеновские и гамма-лучи, в основном поглощаются атмосферой. Очень длинным, таким как микро- и радиоволны, не хватает энергии, чтобы уверенно возбуждать опсины. Поэтому ни одно живое существо не видит ни микроволн, ни рентгеновских лучей. Для зрения подходит только очень узкий диапазон световых волн «не слишком большой, не слишком маленькой» длины от 300 до 750 нм (Dusenbery, 1992). Наши глаза, воспринимающие волны от 400 до 700 нм, уже охватывают почти весь этот потенциальный промежуток. Однако по краям еще многое может случиться.
81
Почему же для большинства людей ультрафиолет невидим? Скорее всего, это издержки зоркости. Когда свет проходит через наш хрусталик, более короткие волны преломляются под более острыми углами. Если хрусталик пропускает ультрафиолет, волны такой длины фокусируются в точке, вынесенной сильно вперед по сравнению с остальными, что размывает изображение на сетчатке. Это называется хроматической аберрацией. Маленькому глазу или глазу, которому не требуется особая зоркость, она не мешает, а вот для животного с большими глазами и острым зрением это серьезная проблема. Возможно, именно поэтому приматы не различают ультрафиолет, а хищные птицы видят его гораздо хуже, чем остальные пернатые.
82
Некоторые ученые полагают, что первой разновидностью цветового зрения была дихромазия на основе зеленого и ультрафиолетового фоторецепторов (Marshall et al., 2015). Если эта гипотеза верна, то животные видят УФ с тех самых пор, с каких видят цвет.