Действительно, в темноте не существует четкой границы между видимым и невидимым. Поэтому порог нашего зрения становится предметом статистики, чем-то таким, по поводу чего человек может спорить. При любом числе попыток мы обычно опознаéм слабо освещенные объекты реже, чем освещенные сильнее. Это объясняется не тем, что глаз иногда не может сообщить мозгу об увиденном, а скорее физической природой самого света. Лучистая энергия всех видов состоит из дискретных единиц, которые излучаются или поглощаются; распространение же этой энергии имеет волнообразный характер. Вблизи порога зрения число световых единиц (квантов), поглощаемых каждую десятую долю секунды, столь мало, что оно варьирует по законам статистики. Всякий раз, когда эта неизбежная вариация возрастает до такого уровня, при котором соседние палочки адаптированного к темноте глаза за 0,1 секунды поглощают две или более единицы света, происходят химические изменения, достаточные для того, чтобы к мозгу направилась определенная информация. В самых лучших условиях наше зрение стимулируется наименьшим возможным количеством энергии, которое может дать свет.
Чтобы свет в условиях темноты мог вызвать процесс возбуждения в глазе человека, он должен соответствовать физическим характеристикам бледно-розового пигмента палочек. Обесцвечивание этого пигмента является первой ступенькой лестницы химических реакций, приводящих к ощущению света. Этот пигмент (зрительный пурпур) лучше всего поглощает световую энергию на одной определенной длине волны в той части спектра, которую мы при достаточной интенсивности видим голубовато-зеленой. Однако вблизи порога зрения мы не различаем никаких оттенков. Как писал в 1546 году Джон Хейвуд, "когда свечи погашены, все кошки серы". Только одни колбочки позволяют нам различать цвета; но чтобы вызвать в этих клетках процесс возбуждения, требуется в сто раз больше световой энергии той же длины волны, чем для палочек.
Палочки гораздо чувствительнее колбочек почти ко всем цветам видимого человеком спектра. Только в красной области спектра эта чувствительность падает настолько, что палочкам и колбочкам для реакции требуется примерно одинаковое количество энергии. На этой относительно одинаковой чувствительности палочек и колбочек в красной части спектра и несоответствии этих чувствительностей во всех остальных спектральных диапазонах основано поистине магическое воздействие красного освещения приборов, за показаниями которых нужно следить ночью, или использование красных очков для людей, собирающихся на ночное дежурство. Только при красном свете мы можем использовать центральную часть нашего зрительного поля для рассмотрения деталей при чтении печатного текста, карт или индикаторных табло, чтобы при этом существенно не нарушалось неустойчивое равновесие химических реакций, протекающих в палочковых клетках, которое соответствует темповой адаптации. Тот забытый всеми человек, который предложил, чтобы ночью на железнодорожных семафорах сигнализировали об опасности красным цветом, сделал более мудрый выбор, чем предполагал. Если только мы можем вообще заметить красный предупреждающий свет, то распознаем его немедленно. Ни в одной другой части спектра наши колбочки не видят цвет при такой малой интенсивности, при которой наши палочки начинают воспринимать свет.
Красный сигнальный свет в сумерках сильно отличается от красной шапки или куртки охотника, потому что этот сигнальный фонарь создает собственное освещение. Одежда охотника просто отражает последние лучи дневного света. Часто ее оттенок отчетливо виден днем, но совершенно неразличим после захода солнца; одежда кажется черной. Именно поэтому сейчас переходят на ярко-оранжевый цвет, который используется, например, для плотов, а также на многих самолетах. Оранжевый цвет ярче обычных пигментов, так как он флуоресцирует, поглощая энергию в других частях спектра и вновь излучая ее в виде оранжевого цвета. Этот цвет можно увидеть при таком слабом освещении, при котором мы не различаем красного.
Ночной мир, раскрывающийся перед нами благодаря работе палочек, весьма отличается от дневного, видимого с помощью колбочек. Более ста лет назад жаркой летней ночью чешский физиолог Ян Пуркинье, вероятно, впервые установил факт, который легко может проверить каждый. Задолго до рассвета он встал и отправился в сад подышать свежим воздухом. Там он решил поразвлечься и попытался в темноте угадать знакомые цветы. Пуркинье очень удивился, когда сразу же узнал голубые дельфиниумы, зеленую листву и желтую ночную красавицу, а оранжевые маки, которыми он так восхищался днем, оказалось трудно распознать. Цветы этих маков были еще открыты, и Пуркинье мог пальцами ощупать их лепестки.
Это наблюдение привело Пуркинье в такое замешательство, что он поспешил в свою лабораторию и включил несложный аппарат, с помощью которого спроецировал на белую стену полный световой спектр большой интенсивности. Уменьшив интенсивность до такой степени, что он едва мог различать все цвета радуги, Пуркинье совершенно явственно увидел, что самой яркой частью была область желтовато-зеленых оттенков, лежащая недалеко от оранжевого. Когда же ученый сделал интенсивность еще меньше и дал возможность глазам снова привыкнуть к темноте, все цвета стали нейтральными, серыми, а самая яркая точка переместилась поближе к концу, где раньше была фиолетовая область. Отметив это место карандашом, он опять увеличил интенсивность, пока вновь не появились все цвета. Теперь его карандаш находился в области голубовато-зеленого цвета - совсем не в том месте, которое казалось ему самым ярким, когда он пользовался колбочками. Пуркинье понял, что именно этим явлением можно объяснить, почему ему так легко было различить красные и оранжевые цветы днем, а голубые ночью.
При ночном зрении больше всего заметны голубовато-зеленоватые цвета, причем чувствительность к зеленому и к голубому примерно одинакова. Хуже воспринимаются фиолетовый и желтый, почти не виден оранжевый и совсем не заметен красный цвет. Дневное зрение, напротив, лучше всего различает желтовато-зеленые цвета, обладает несколько меньшей чувствительностью к голубовато-зеленому и оранжевому и еще меньшей, но все-таки достаточной - к голубому и красному. А фиолетовый и темно-красный цвета можно заметить лишь при их большой интенсивности.
Ночью животные различают не больше цветов, чем Пуркинье в своем саду. Более того, редко у кого из них глаза содержат большое количество колбочек; вот почему животные не замечают красный и другие цвета. Зная об этом, мы пытались проследить за ручной белкой-летягой: повесили над ее клеткой лампу с темно-красным светом и стали дожидаться, когда она отправится на ночную прогулку. В доме погасили свет и опустили занавеси на окнах. Белка ничего не видела. Если бы из других комнат через дверь проникал рассеянный свет, наша любимица тут же заметила бы нас и прыгнула к нам на платье или на вытянутую руку. Она, несомненно, была самым ласковым из всех известных нам маленьких зверьков. Однако при красном освещении она ничего не видела и, когда мы прикасались к ней, отскакивала в испуге и начинала кусаться.
Даже самой темной ночью родной лес белки-летяги очень слабо освещен тусклым светом неба, звезд и, возможно, луны. Длинные усики, чувство обоняния и вкуса могут пригодиться белке для ближайшей ориентации. У нее, должно быть, хороший слух. Но только глаза могут дать крылатому животному необходимую и точную информацию, когда она находится высоко над землей или пытается одним прыжком перескочить на другое, далеко отстоящее дерево. Несмотря на то что белки-летяги ведут исключительно ночной образ жизни, им так же необходимы глаза, как и нам.
Ночью при самом благоприятном освещении громадные глаза совы видят немногим лучше наших. Однако и сова не различает красного света. Этим воспользовался доктор X. Н. Саузерн из Оксфордского университета. Он повесил темно-красную лампу над входом в совиное гнездо, где пара рыжевато-коричневых сов растила своих детенышей. Ночь за ночью он спокойно просиживал в кресле, направив на гнездо бинокль, и при красном свете подсчитывал добычу, которую родители приносили совятам. Что касается сов, то они вели обычный образ жизни. Но Саузерн обнаружил совершенно неожиданное блюдо в меню сов - земляных червей! Позднее орнитологи всего мира подтвердили, что эти ночные ползающие существа - действительно любимая пища сов.
Рыбаки, которые ловят червей в те же часы, что и совы, хорошо знают, что эти ползуны совсем не чувствительны к красному цвету. Пользуясь красным фонарем, рыбаки могут подойти на достаточно близкое расстояние к червям, которые по ночам выползают из своих нор. Всякий другой свет подействовал бы на микроскопические чувствительные органы в коже червя. Действительно, у этих животных есть два различных типа светочувствительных клеток. Одни из них, наиболее чувствительные к голубому свету, заставляют червя уползать назад в свои подземные туннели, как только забрезжит рассвет. Другими он пользуется при слабом освещении.
Любая тень, уменьшающая это освещение, заставляет червя насторожиться, причем он проявляет наибольшую чувствительность к желтому цвету. Может быть, это и защищает его от сов в лунные ночи.
Совсем недавно, когда Бронксовский зоопарк получил из Африки пару обезьяноподобных обитателей кустарников, издающих звуки, которые очень напоминают крики маленьких детей, сотрудники зоопарка попытались показать их публике в иных условиях. Они устроили специальную клетку в подвале домика львов, где даже днем приходилось пользоваться искусственным освещением. В 10 часов утра автоматически выключался белый свет, который горел в клетке всю ночь, и включенной оставалась лишь одна 15-ваттная красная лампочка, которую животные не могли видеть. Уже через несколько минут обитатели этой клетки начинали носиться по ней и совершать невероятные прыжки, выставляя напоказ свои тридцатисантиметровые пушистые хвосты, которые были в полтора раза длиннее туловища. Тут же родилась идея создать условия для искусственной ночи и ночной дом, в котором можно было бы при красном свете наблюдать за кустарниковыми младенцами, белками-летягами и совами в самый разгар дня.
Теперь нам хочется вновь побродить по тем местам, где мы по ночам натыкались на очень интересных животных, видя их всего лишь мгновение в луче белого света от нашего фонаря. Если бы в ту ночь на Натальском побережье, когда мы шли за местным проводником в поисках морских лисичек, у нас был мощный красный фонарь! Сколько быстрых и проворных африканских кустарниковых младенцев могли бы мы увидеть в естественных условиях вместо двух сжавшихся в ужасе зверюшек на верхушке тонкого ствола, которых выхватили из темноты яркие лучи нашего фонаря! Со всех сторон мы слышали их пронзительные крики, подобные детскому плачу. А какое зрелище предстало бы в Панаме, где нам лишь на миг удалось увидеть старого медведя-медоеда - кинкожу (цепкохвостого медведя) и двух идущих по следу тапиров весом в четверть тонны! Насколько больше мы могли бы увидеть, освещая животных красным фонариком, который нисколько не потревожил бы их! Может быть и не нужно уезжать так далеко, чтобы использовать красную лампу? Интересно, видит ли козодой красный свет?
В темноте мы можем сыграть немало шуток с ночными животными. Но и нас могут обмануть собственные глаза, даже когда мы смотрим на ярко освещенные и хорошо видимые предметы. Кто из нас не обращал внимания на большую полную Луну, оранжевую, как тыква, когда она только появляется над тонким черным узором деревьев на горизонте? Однако, когда эта же Луна спустя пять-шесть часов светит почти над нашей головой, нам кажется, что она уменьшилась. А если мы смотрим, как Луна исчезает после восхода Солнца, то она уже совсем не кажется нам большой. На самом же деле Луна на горизонте отстоит чуть дальше от наших глаз, чем когда она высоко в небе. Подумать только, что Луна в небе кажется нам меньше!
Наше неверное представление о размере Луны отчасти объясняется тем, что мы не привыкли оценивать величину предметов, находящихся у нас над головой, отчасти же тем, что мы не способны понять, как далеко за горизонтом находится наш спутник. Мы пытаемся судить о Луне с тех же позиций, с которых мы определяем яблоко как предмет, имеющий "размеры яблока", независимо от того, находится ли оно у нас в руках или на расстоянии шести метров. С возрастом мы начинаем правильнее оценивать размеры Луны, однако нам так никогда и не удается составить об этом совершенно правильное представление. Если нас попросят в темноте из нескольких освещенных дисков различных размеров, находящихся на уровне глаз, выбрать такой, который соответствовал бы размеру диска, расположенного над нашей головой на том же расстоянии, то мы обязательно выберем диск, диаметр которого на /6 меньше требуемого.
Ночь изменяет реакцию на свет у многих животных, но как это происходит - мы пока еще не можем объяснить. Почему мотылек спокоен в равномерно освещенной комнате, но стоит зажечь свечу, как он сразу же полетит на свет и станет кружить вокруг пламени по спирали, пока не попадет в огонь? Почему маленькие ракообразные и многие виды рыб облепляют лампу, спущенную с лодки на небольшую глубину? Если равномерно осветить под водой пространство объемом с плавательный бассейн, ни одно из этих водных животных, как правило, не появится в освещенной зоне.
Если мы не видим существенной разницы между большой освещенной областью и маленьким ярким пятном света подводной лампы или пламени свечи, это еще не значит, что ракообразные и насекомые реагируют на свет подобным же образом. Почти наверняка они реагируют иначе уже по той простой причине, что у них сложные глаза. Ракообразных или насекомых в какой-то мере можно сравнить с близоруким человеком, который не способен отчетливо видеть Луну. Поскольку угловой диаметр полной Луны или Солнца составляет полградуса, то их изображение может не заполнить зрительного поля любой светочувствительной единицы сложного глаза. Свет Луны или Солнца на воде и на суше может возбуждать животное, хотя сами по себе эти небесные тела остаются для него совершенно невидимыми.
Связь между размером предмета и интересом к нему животного со сложными глазами становится очевидной, когда мы наблюдаем за бабочкой в темной комнате с черными стенами. Если включить электрическую лампочку, бабочка полетит к ней. Даже если крылья насекомого скрепить вместе, чтобы помешать ему лететь, оно поползет по направлению к лампе. Но стоит поблизости положить лист белой бумаги, освещаемый светом лампочки, как бабочка повернется и направится к листу. Лампочка гораздо ярче, однако бумага, которую она освещает, имеет большую площадь и поэтому возбуждает больше элементов сложного глаза. Вот чем руководствуется животное в своем поведении, вот что является причиной многих парадоксов, которые мешают нам смотреть на мир такими глазами, как три четверти обитателей животного царства.
По-видимому, не менее загадочно явление, которое создает реальную опасность для летчиков, с секретным заданием пилотирующих затемненный самолет во время ночных полетов. Если у них нет освещенной приборной доски или каких-либо иных устройств, обеспечивающих летчикам определенное количество информации (а, может быть, и развлечений), они могут так долго вглядываться в яркую звезду или огонек выхлопных газов летящего рядом самолета, что им начинает казаться, будто это пятнышко света перемещается само по себе. Такое же ощущение может испытать человек, который неподвижно сидит в кресле в совершенно темной комнате и пристально смотрит на единственное пятно света величиной со звезду. В чем причина этого необыкновенного "автокинетического" явления, которое заставляет опытного пилота ночного истребителя производить ненужную корректировку полета, ведущую к катастрофам и столкновениям? Что делает темнота с человеческим сознанием и глазами?
Мерцание тусклой звезды и сигнального огонька светлячка дает одно из практических решений вопроса, позволяющее авиационным физиологам подступиться к этой проблеме. Теперь у самолетов на концах крыльев устанавливают мигающие лампочки, тем самым рассеивая колдовские чары. Приборные доски освещаются красными лампочками, которые не нарушают темновой адаптации летчика и даже позволяют ему видеть за пределами кабины пилота. Однако ночное зрение все еще ставит перед наукой множество нерешенных проблем.
Чтобы лучше оценить собственное зрение, кое в чем ограниченное, но в то же время удивительное по своим возможностям, мы можем сравнить наши глаза с глазами животных. Предположим, что мы могли бы "даже поменяться" с кем-то из них глазами. С каким животным нам хотелось бы поменяться? Может быть, с лошадью, которая хорошо видит и днем и ночью, а может быть, со львом, тюленем или совой? Совершая такой обмен, нам пришлось бы отдать цветное зрение, и к тому же мы бы уже не могли прочитать, что написано мелким шрифтом в конце контракта. Может быть, поменяться со страусом, орлом или осьминогом? Все они обладают цветным зрением, зато плохо видят в темноте. Если же нам обязательно хочется сохранить все преимущества нашего глаза - ночное зрение, различение цветов и прекрасную разрешающую способность днем, - единственным подходящим для нас кандидатом будет горилла. Но станет ли нам лучше после такого обмена?
Глава 20
Животные с фонариками
При передвижениях ночью человек полагается на чувствительность собственных глаз или на свет, который разгоняет тьму. Однако почти все его братья - животные - проводят половину жизни в темноте. Обладающие исключительной чувствительностью глаза и люминесцентные органы имеются лишь у животных морских глубин, где нам редко приходится с ними встречаться. Не потому ли летними ночами в поле мы с таким восторгом наблюдаем за светлячком?