К тому времени Шустер наблюдал за брызгунами уже достаточно долго, чтобы задуматься об их способностях. Какое бы трудное задание он им ни давал, они почти всегда с ним справлялись. Рыбы охотно стреляли в насекомых, а также в геометрические фигуры, и это означало, что их выстрелы не были инстинктивными; они обладали определенной степенью гибкости мышления. При этом они всё делали быстро: и высматривали добычу, и стреляли, и затем хватали ее.
– Я искал именно такое поведение, – признался ученый.
Шустер и его студенты составили список вопросов, ответы на которые их интересовали. Как брызгуны просчитывают свои выстрелы? Ведь они смотрят на свою жертву из-под воды, которая искажает видимость, но, тем не менее, точно рассчитывают выстрел с разных углов и расстояний. Как они планируют свой выстрел? Как они определяют, когда и куда упадет их добыча? Брызгуны виртуозно метко стреляли по неподвижной цели. Могли ли они сбивать летящих насекомых с такой же точностью?
Но самой сложной проблемой было узнать, какие клетки в мозге брызгуна управляют этими решениями. На примере брызгунов Шустер, так же, как и нейробиологи, которые обнаружили нейроны, отвечающие за обучение и формирование долгосрочных воспоминаний у беспозвоночных улиток Aplysia, надеялся продемонстрировать в действии, как у рыб происходит процесс принятия решений. Возможно, брызгун сможет продемонстрировать общие принципы работы мозга позвоночных на клеточном уровне.
Иногда, когда ученые намереваются изучить способности животных принимать решения, их объекты исследования проявляют настолько неожиданные и удивительные умственные способности, о которых ученые даже не подозревали. Шустер и его студенты недавно столкнулись с подобным неожиданным открытием.
– На самом деле это было совсем не то, что мы планировали, – признался Шустер, выйдя из-за стола. – Я вам все объясню позже, а сначала вы должны увидеть этих рыб!
Лаборатория Шустера находилась всего в нескольких метрах от его офиса, на втором этаже современного многоэтажного здания из бетона и стекла. На металлических полках вдоль одной стены стояли десятки аквариумов, повсюду висели какие-то резиновые трубки, электрические провода, запасные фильтры для воды и обогреватели, рулоны пластиковой ленты, металлические полоски и другие механические предметы. В двух небольших смежных комнатах были еще аквариумы, в которых находились тропические рыбы и морские коньки. Брызгунов я заметила, как только вошла в лабораторию: восемь серебристо-черных пятнистых рыб смотрели на меня из квадратного аквариума. Большие блестящие рыбы размером с ладонь были похожи на наконечники стрел времен палеолита – широкие и плоские, с острыми головами. Они не плавали по кругу или из стороны в сторону, как часто делают аквариумные рыбы, а выстроились в ряд в передней части аквариума. Их миниатюрные черные глазки смотрели прямо на нас. В их позе было что-то выжидающее, и я спросила у Шустера:
– Это они вас ждут?
Шустер просиял.
– Да, да. Так и есть, – сказал он, вытянув шею в сторону аквариума. Я заметила, что он не подходит к нему слишком близко. – Они постоянно наблюдают за нами.
– Они еще в нас стреляют, – сказал Марио Восс, один из аспирантов Шустера. – Вот так.
Восс подошел к аквариуму и наклонил голову через край. Рыба повернулась к нему и в следующую секунду выстрелила струей воды прямо в глаза Восса.
– Ой! – воскликнул Восс, убирая голову назад и со смехом вытирая воду. – Хороший выстрел.
Томас Шлегель, который заканчивал диссертацию, не подходил к аквариуму. Он уклонялся от водяных выстрелов в течение четырех лет и устал быть мишенью.
– Они постоянно стреляют нам в глаза и в нос, – сказал он. – После тридцатого раза в день это уже начинает раздражать. Но вы должны попробовать, – добавил Томас.
Я подошла к краю аквариума, наклонилась и постаралась держать глаза открытыми. Какая рыба выстрелит? Все рыбы смотрели на меня, но одна, казалось, смотрела прямо в мой глаз, как охотник, прицеливающийся к своей добыче. Бах! Струя воды ударила прямо в мой зрачок с такой силой, что я дернулась назад, как и Восс до этого. Это было похоже на выстрел из водяного пистолета моего племянника. Смеясь, я вытерла мой левый глаз, но осталась стоять возле аквариума, положив левую руку на край. Другая рыба быстро воспользовалась возможностью и выстрелила в мое обручальное кольцо, в то время как третья нацелилась на красный сердолик в моей серьге, а еще одна выстрелила в мой правый глаз.
– Какие они меткие! – удивилась я, отходя назад. – Но неужели они думают, что мои глаза и серьги – это насекомые?
– Я думаю, что они различают, где глаза, нос или серьги, – сказал Шустер. – Не похоже, что они ждут, когда эта "добыча" упадет в воду. Но наши глаза и нос их действительно интересуют.
– Может быть, им просто нравится наша реакция, – добавил Шлегель. – Большую часть времени им скучно, поэтому они с нетерпением ждут, когда мы начнем проводить эксперименты.
Мы все вчетвером стояли и смотрели на брызгунов, которые снова выстроились в ряд, чтобы посмотреть на нас.
О чем они думают?
Один из брызгунов пошевелил головой, потом затих и снова пошевелил.
– Я так и не смог этого доказать, но мне всегда казалось, что он таким образом пытается заставить меня покормить его, – произнес Шлегель, чей ноутбук стоял на столе рядом с аквариумом. Обычно он там работал, сидя спиной к рыбам. – Иногда мне кажется, что они следят за мной, – сказал он. – Когда же я поворачиваюсь, чтобы посмотреть на них, они выстраиваются вот так в ряд и ждут, как собаки своих хозяев. Так они пытаются привлечь ваше внимание.
– Большинство людей считают, что рыбы не способны чему-то научиться, они не умеют ни играть, ни думать, ни что-то чувствовать, – продолжал Шустер. – Они думают, что это просто, ну, понимаете, мокрые овощи. Морковки или кочаны капусты с плавниками. А потом они встречаются с нашими брызгунами. Рыбы смотрят на них и стреляют им в глаза, и люди сразу думают: "Ладно, это умные рыбы". И они действительно умные.
Действительно ли рыбы умные? Есть ли у них мысли и могут ли они манипулировать своими хозяевами? Очень сложно представить, что рыбы способны на такое, поэтому Шустеру и другим исследователям, изучающим сознание рыб, часто приходится обороняться. Но еще хуже, признается ученый, когда их полностью игнорируют. В большинстве учебников по когнитивной психологии рыбы даже не упоминаются, и поэтому три эксперта по рыбам – Кевин Лаланд, Кулум Браун и Йенс Краузе – в 2008 году выпустили первый учебник, посвященный исключительно рыбам. В 1950 году психологи доказали, что рыбы тилапии, так же как крысы и голуби, способны успешно пройти стандартный тест "стимул – реакция", нажимая на рычаг (они толкали его своими ртами) в обмен на кусок пищи. Несмотря на этот успех, рыбы по-прежнему считаются такими же глупыми, как очаровательная рыбка Дори из диснеевского мультфильма "В поисках Немо", память которой могла хранить события лишь трехсекундной давности. Люди настолько уверены, что от рыб нельзя ожидать многого, что восприняли как данность и то, что у них нет социальных навыков, они проявляют минимальные способности к обучению и не понимают, где они были и что делали в тот или иной момент. Да, они такие же позвоночные, как и мы, и могли бы претендовать на звание первых позвоночных, которые появились более пятисот миллионов лет назад, но они были "низшими позвоночными". Это старомодное определение опустило рыб на дно мнимой эволюционной лестницы, и поэтому в течение XX века культивировалась мысль, что у них нет разума.
На самом деле рыба, несмотря на то что у нее по отношению к размеру тела самые маленькие мозги среди всех позвоночных животных, способна на осмысленное поведение, что доказывает постоянно растущее количество исследований. Исследования колюшки, гуппи, данио рерио и других видов доказали, что у рыб есть долговременная память. У них есть индивидуальности, – некоторые из них застенчивы и скромны, другие смелы и агрессивны – и они способны принимать решения. Их память позволяет им создавать и обновлять образы их постоянно меняющегося водного мира и отслеживать социальные отношения. Они могут быть расчетливыми, как шимпанзе или люди, способны манипулировать, наказывать, обманывать и даже заводить друзей, чтобы получить то, что они хотят. Бойцовые рыбы помнят самца, который проиграл последний бой, и относятся к нему как к проигравшему. Умные самцы атлантической моллинезии, ухаживая за пухлыми плодовитыми самками, каждый раз, когда появляется соперник, делают вид, будто их интересует более стройная дама, так как самцы часто пытаются отбить чужую избранницу. Брызгун, например, в качестве орудия использует воду, скумбрии охотятся группами, загоняя свою добычу, а два вида морских окуней охотятся совместно с гигантскими муренами. Морские окуни приводят мурен к добыче, прячущейся в горных породах, и затем позволяют хищникам выгнать оттуда рыбу, обеспечив таким образом еду как для себя, так и для мурен. Два вида сотрудничают почти так же успешно, как люди и охотничьи собаки.
Многие виды рыб способны приобретать социальные навыки, и это означает, что они учатся, наблюдая друг за другом, а значит, то, что они изучили, влияет на их взаимоотношения с другими особями. С помощью социального обучения рыба получает знания о том, где найти корм, как избежать хищников и каких партнеров нужно выбирать. Дарвин назвал этот вид обучения "подражание", но сегодня исследователи предпочитают термин копирование. Настоящее подражание, как следует из определения, данного когнитивистами, требует от наблюдателя точного повторения именно тех действий, которые показывает демонстратор, а именно это большинство животных делает очень редко. Поэтому, когда Шустер со своими учениками обнаружил, что их брызгуны научились стрелять в трудные и новые цели, наблюдая, как это делают другие более опытные рыбы, они поняли, что столкнулись с потенциальной проблемой. Это выглядело так, будто брызгуны подражали.
– Никто и предположить не мог, что рыба способна на такое, – признался Шустер. – Это было не то, что мы искали, и мы не знаем, какой психологический механизм они использовали.
Ученые действительно не знают, какой психологический механизм используют люди, когда они повторяют действия другого человека. Нейробиологи предположили, что у нас, как и у некоторых приматов и у дельфинов, за этот процесс скорее всего отвечают зеркальные нейроны – набор специализированных клеток в коре головного мозга, которые активизируются, когда мы подражаем или копируем. Они наблюдали за мозгом макаки-резус (на ней была шапка с электродами) в то время, когда обезьяна сама что-то делала, например брала какой-то объект, и когда животное наблюдало, как кто-то другой выполнял эти же действия. В обоих случаях зеркальные нейроны обезьян активизировались. Но поскольку обезьяны не являются идеальными подражателями, в отличие от нас, клетки зеркальных нейронов не могут прояснить весь процесс. Вполне возможно, что эти нейроны выполняют более общие функции в процессе социального обучения в целом, как считают некоторые ученые.
Ни один ученый еще не сообщил о выявлении зеркальных нейронов в мозге рыб, на данный момент они были обнаружены только у млекопитающих.
Существует давнее правило для всех исследователей, которые изучают разум животных, и называется оно "канон Моргана". Это правило названо в честь британского психолога К. Ллойд-Моргана, который предложил его в конце ХIХ века как способ обуздать некоторые дикие антропоморфные заявления о когнитивных способностях животных. Учитывая его влияние, это правило скорее разочаровывает (оно не простое и не очень элегантно сформулировано), но все же приведем его полностью: "Ни в коем случае нельзя интерпретировать то или иное действие как результат проявления какой-либо высшей психологической функции, если это действие можно объяснить на основе наличия у животного способности, занимающей более низкую ступень на психологической шкале". Иными словами, ученые должны были искать самое простое объяснение поведению животных.
Поэтому, хотя поведение брызгунов в точности соответствовало определению термина подражания, Шустер придерживается канона Моргана и не использует это спорное слово. Он и его соавторы просто сказали, что рыбы "копируют" более аккуратных исполнителей.
Но Шлегель все же добавил:
– Это на самом деле невероятно.
И Шустер согласился:
– Мы не ожидали этого.
Свое удивительное открытие Шустер сделал благодаря серии экспериментов с брызгунами, которые он проводил в течение семи лет. Он всегда предполагал, что животные с небольшим мозгом не просто имеют встроенные инстинкты, а способны принимать гибкие решения, и пытался проверить это с помощью своих экспериментов. Для начала он решил выяснить, влияет ли процесс принятия решений на быстрые и точные выстрелы брызгунов.
Старая поговорка "Поспешишь – людей насмешишь" применительна и к животным. Ученые доказали, что существа, которые принимают поспешные решения, чаще совершают ошибки. Но только не брызгуны. Они так редко промахиваются, что их видео на YouTube пользуются постоянной популярностью. До исследований Шустера считалось, что брызгунам всегда удается поразить свою добычу, потому что у рыб встроенные инстинкты, а значит, у них нет никаких когнитивных навыков и они не могут обучаться или принимать решения. Шустер со своими студентами доказали, что это не так. Брызгуны учатся совершать все свои выстрелы, и для того, чтобы попасть в цель, им приходится принимать много решений, причем некоторые из них в считаные миллисекунды.
Чтобы показать, как именно брызгуны поражают свою добычу, Шустер пригласил меня в свой кабинет, где мы посмотрели замедленное видео на компьютере. На экране появился брызгун, гребя плавниками и исследуя зеленую ветку, висящую над водой на метровой высоте. На ветке отдыхал жук.
– Теперь смотрите, что он будет делать, – сказал Шустер. Брызгун едва высунул морду над поверхностью воды и выстрелил струей воды, попав точно в цель. – У брызгуна есть паз или щель над его ртом и язык очень странной формы, – объяснил Шустер. – С их помощью он образует трубку, похожую на паяльную трубку или на ствол пистолета. Рыба засасывает воду в эту трубку, хлопая жабрами. Вообще, они стреляют очень метко и быстро и точно знают, сколько сил должны приложить, чтобы сбить свою добычу.
На экране в это время брызгун одного за другим сбивал пауков, бабочек, кузнечиков и муравьев. Рыбы были похожи на персонажей из видеоигр, действуя удивительно быстро и точно, поэтому наблюдать за ними было очень интересно. Но почему Шустер был так уверен, что их навыки были не просто проявлением инстинктивного поведения?
Шустер улыбнулся, услышав мой вопрос, и, сохраняя на лице выражение "просто-посмотрите-на-это", открыл еще одно видео. На нем в замедленной съемке было записано, как брызгун стреляет в паука. Струя воды, вылетевшая изо рта рыбы, летит по воздуху как мокрый снаряд и сбивает паука в бассейн.
– Чтобы сделать этот выстрел, рыба должна просчитать все: расстояние до цели, силу, которую ей нужно приложить, чтобы сбить его, место, куда он приземлится, и скорость, с которой он будет падать, чтобы успеть поймать его, – объяснил Шустер. Так как молодые брызгуны плохие стрелки, они должны научиться все это делать, – добавил он. – А это, в свою очередь, означает, что этот процесс носит когнитивный характер.
В лаборатории Шустер со своими учениками записывал на видеокамеру выстрелы рыб по различным целям: стационарным, движущимся, горизонтальным, вертикальным, большим и маленьким. А уже после этого исследователи анализировали высокоскоростные изображения кадр за кадром. Из проведенных экспериментов ученые узнали, что большинство рыб могут управлять горизонтальными выстрелами, но должны практиковаться, чтобы научиться выполнять вертикальные выстрелы. Большинство брызгунов также очень хорошо справляются со стационарными целями, но даже самые лучшие стрелки не могут поразить движущуюся добычу, пока не отработают этот навык в течение нескольких дней. По словам Шустера, каждое увеличение высоты цели или скорости мгновенно останавливает рыб, заставляя их "скорректировать свои выстрелы и сделать новые расчеты".
У брызгунов есть "общие правила", которые лежат в основе их расчетов. Вместо того чтобы просто выбрасывать струю воды наугад, рыба прицеливается, но при этом ориентируется не на размер добычи, а на то, насколько крепко насекомое держится за ветку. Другие исследователи доказали, что эта сила сцепления прямо пропорциональна размеру животного.
– Именно эта сила сцепления является целью брызгуна, – пояснил Шустер. – Они сбивают свою жертву струей воды, которая примерно в десять раз сильнее той силы, с которой насекомое цепляется за ветку.
После того как брызгун сбил свою жертву, он должен просчитать, куда упадет добыча и с какой скоростью ему нужно плыть, чтобы схватить ее. Рыба не следит за полетом своей добычи, как делают бейсболисты, когда вычисляют, где нужно ловить летящий мяч. Это было бы напрасной тратой времени. Вместо этого Шустер и Шлегель обнаружили, что как только добыча начинает падать, брызгун вычисляет, куда она упадет, и определяет, насколько быстро ему нужно плыть, чтобы попасть туда и схватить добычу, когда она только соприкоснется с водой. Стрелок не может долго думать, ведь в дикой природе брызгунам, живущим стаями, за каждого сбитого насекомого приходится конкурировать друг с другом, а также со многими другими крупными рыбами. Им приходится принимать моментальные решения.
– Брызгуны делают эти расчеты за сорок миллисекунд, т. е. за доли секунды, – сказал Шустер. – Сейчас некоторые люди критикуют нас и говорят, что они не могут думать, потому что всё это слишком быстро. Значит ли это, что если бы рыба делала это медленнее, то тогда она могла бы думать? – Шустер засмеялся и покачал головой. – Мы иногда принимаем решения так же быстро. Но никто не ставит под сомнение наши мыслительные способности. На самом деле брызгун может охотиться на свою добычу медленнее, но делает это только тогда, когда он находится в аквариуме один. В конце концов, зачем тратить энергию, если не с кем соревноваться?
– Брызгуны принимают свои решения и делают расчеты, используя свой мозг, – подчеркнул Шустер. – Из сравнительных анатомических исследований нейробиологи узнали, что мозг всех позвоночных, и у рыб в том числе, работает одинаково, передавая химические и электрические сигналы между клетками.