Тогда к каждому окошку павильона прикрепили по зеркалу и повернули их так, что солнечный свет стал падать на клетку под другим углом — не с юго-запада, а с юго-востока; сейчас же на такой же угол отклонилась от прежнего и направленная ориентация скворца. Птица повернулась на юго-запад, хотя только что не могла оторвать взора от северо-запада.
Еще раз и под другим углом повернули зеркала — пересел и скворец на жердочке, повернулся туда, куда и ожидали.
Так просто и бесспорно было доказано, что птицы в выборе нужного направления ориентируются по солнцу. Они должны видеть самое солнце или хотя бы ближайшую к нему часть небосвода в пределах дуги в тридцать — сорок пять градусов. Чистое небо вдали от солнца не может служить ориентиром, потому что в отличие от пчел и других членистоногих птицы не чувствительны к поляризованному свету.
Отчет о своих опытах Крамер опубликовал в 1950 году и сейчас же начал другую серию экспериментов.
Вокруг клетки снаружи прикрепили двенадцать кормушек (совершенно одинаковых и на равном расстоянии одна от другой). Скворцов кормили только в одной из этих кормушек. Они вскоре к этому привыкли и безошибочно ее находили, хотя ничем она не отличалась от одиннадцати других.
Единственным указателем, по которому кормушку можно было отыскать, оставалось солнце, вернее, ее положение по отношению к солнцу. Когда солнце затеняли, скворцы беспомощно метались от одной кормушки к другой. Когда зеркала меняли угол между кормушкой и направлением солнечных лучей, скворцы летели к другой кормушке, отстоящей от первой ровно на такой же угол.
Опыты повторили, заменив естественное солнце искусственным — мощной лампой, снабженной рефлектором, которую перемещали по приделанной к потолку железной рейке. Результаты были те же.
И тут заметили еще одну поразительную черту в умении птицы ориентироваться.
Солнце в течение дня все время ведь перемещается в небе, и, значит, положение кормушки по отношению к нему каждый час бывает разным. А птицы тем не менее всегда безошибочно ее находят, словно бы знают, как от часа к часу меняется положение солнца, и учитывают изменяющийся в связи с этим угол между кормушкой и солнцем.
Даже двенадцатидневные птенцы, выросшие в глубоком скворечнике и никогда в жизни не видевшие солнца, быстро научились ориентироваться по нему, каждый час внося необходимые поправки с учетом движения самого ориентира.
Вывод из этого неожиданного открытия мог быть только один: у птиц есть чувство времени! Очень точный хронометр, эндогенный счетчик времени, как его назвали, или физиологические часы, — называют и так этот феномен.
Тут мы должны немного отвлечься, чтобы поговорить об этих самых часах, без которых солнечная навигация ведь невозможна. Иначе, если мы этого не сделаем, трудно нам будет понимать друг друга, когда речь пойдет о дальнейших опытах и теории солнечной навигации.
Физиологические часы
Пчеловодам давно известно: если подкармливать пчел всегда в одно и то же время, они запомнят часы кормежек и будут прилетать в «столовые» без опозданий. А если случится непогода и дни будут нелетные, пчелы возобновят посещение «столовой» в те же часы, лишь только пригреет солнце. А если быстро на самолете перевезти этих пчел с Украины, скажем, на Алтай, они и тут будут искать корм по местному украинскому времени. Ни для кого также не новость, что многие цветы раскрываются утром, когда вылетают на добычу насекомые, опыляющие их. Раскрываются они незадолго до рассвета, «как будто «зная», — пишет один ученый, — что через несколько часов взойдет солнце». И если даже цветы перенести в помещение, в котором никогда не будет света, они все равно раскроются в положенное время.
И уж, конечно, каждый из нас по своему опыту знает, что и без будильника может проснуться, когда захочет. Нужно только небольшим напряжением воли поставить на определенный час свои «головные часы», как называют исследователи этот неизвестный пока физиологический механизм, пробуждающий наше сознание в нужную минуту. «Головные часы» некоторых людей с такой точностью измеряют время, что эти люди просыпаются за минуту до звонка будильника.
Помещали человека на несколько дней в башню молчания, где не было никаких часов и никаких звуков и впечатлений из внешнего мира, а «головные часы» по-прежнему отсчитывали время. И если ошибались, то не больше чем на пятнадцать минут в сутки.
Еще точнее работают они под гипнозом. Гипнотизер говорит усыпленному пациенту: «Проснетесь через двести сорок минут и выпьете этот стакан воды». И хоть нет в помещении, где проводится опыт, никаких часов, человек просыпается ровно через двести сорок минут и пьет воду.
Все эти наблюдения, в достоверности которых никто теперь не сомневается, говорят о том, что и у растений, и у животных, и у человека тоже есть в организме какие-то «ходики», какие-то циклические физиологические процессы, совпадающие во времени с движением солнца по небу. Короче говоря, есть солнечные часы.
Суточные ритмы были открыты у растений еще в прошлом веке. Какие это ритмы? Интенсивный рост, выбрасывание спор, открывание и закрывание цветов в определенное время суток. Листья поникают ночью, поднимаются, напрягаясь, днем. И другие подобные изо дня в день и в одни и те же часы повторяющиеся процессы. Вся жизнь птиц, рыб, зверей, насекомых, червей — всего живого на земле в разное время суток протекает по-разному: в определенное время они спят, в определенное время ищут пищу, поют, роют норы, идут на водопой, кочуют в долины или горы. В одни часы опускаются на глубины, в другие плывут к поверхности. Даже вылет из куколок у многих насекомых происходит изо дня в день, из года в год в одно и то же время.
Приходят новые сутки, и тот же дневной и ночной образ жизни повторяется сначала.
Распорядок его врожденный. С первого дня появления на свет все животные и растения живут уже по солнечным часам, которые отсчитывает какой-то внутренний механизм, бессознательно приспосабливая к ним не только свой обмен веществ и физиологию, но и привычки свои и режим, так сказать, дня.
Но если зародышей животных (и семена растений тоже) поместить в полную темноту или, наоборот, содержать при непрерывном освещении, то животные, когда родятся (а растения, когда прорастут), не обнаружат никаких периодических ритмов: словно бы нет у них физиологических часов. Но стоит новорожденных, хоть на мгновение, осветить мимолетной вспышкой света (если развивались они в темноте) или погасить свет на секунду (если при непрерывном освещении их содержали), как сейчас же такой ритм у них объявится.
Отчего так происходит — никто не знает. Наука по- настоящему еще только начала изучать механизм физиологических часов, и очень многое тут не ясно. Объясняют это пока так: по-видимому, у каждой клетки организма есть свои физиологические часы, но все они идут сначала вразнобой. Чтобы привести их к одному ритму, синхронизировать, и необходим внешний толчок-регулятор, который все ходики пускает разом. Роль его у высших растений выполняет красный свет, у грибов и одноклеточных водорослей — синий.
У животных поддерживают в одном ритме работу внутренних хронометров какие-то особые вещества, которые железы выделяют в кровь.
С тараканами делали такие опыты. Отрезали им головы, и сразу насекомые теряли чувство времени. Но жизнь не теряли: бегали и без головы еще много дней. Когда безголовому таракану прирастили кусочек ткани, взятой из головы другого таракана, он сразу стал жить по часам, но по часам того таракана, кусочком головы которого его наделили.
Срастили спинками двух тараканов: одного с головой, другого без головы, и новые сиамские близнецы стали обладателями единого чувства времени, одних общих часов — того таракана, у которого была голова.
У позвоночных животных (и у человека) работой клеточных хронометров заведует, приводя их, что называется, к одному знаменателю — единому времени, центральная нервная система, то есть, попросту говоря, мозг. Но мозг такую регуляцию осуществляет через особые железы, выделяющие в кровь гормоны — вещества-регуляторы. Известно уже более сорока физиологических и психических процессов, суточным ритмом которых управляют гормоны. Адреналин и меланофорный гормон гипофиза, маленькой железки под полушариями мозга, играют, по-видимому, главную роль — роль пружины в наших ходиках. Действие этой пружины представляют себе пока так: день и ночь, свет и темнота, чередуясь со строгой последовательностью, заводят пружину физиологических часов. Свет через глаза побуждает к деятельности симпатическую нервную систему, а она заставляет выделяться в кровь адреналин. Темнота возбуждает парасимпатические нервы и гипофиз, который в больших дозах, чем днем, производит меланофорный гормон.
Ритмические, совпадающие во времени с движением солнца по небу колебания концентрации веществ-регуляторов — то адреналина больше, то меланофорного гормона — задают тон всем другим процессам в организме, подчиняя их одному двадцатичетырёхчасовому циклу. На механических часах каждый отрезок суток обозначен цифрой. В физиологических часах такой цифрой служит определенная доза веществ-регуляторов.
А сама эта доза — мы уже знаем — зависит от чередования света и темноты. Свет — тот внешний источник энергии, который заводит внутренние часы обитателей подсолнечной планеты. Это не лишне повторить, — так важна роль света в процессах, о которых идет речь.
Если нормальное суточное чередование света и темноты изменить, то эндогенные часы животных (и растений тоже) начнут отмечать время по-новому.
Подобные опыты делали сотни раз. Например, крыс, тараканов, мух, голубей или… фасоль освещали, скажем, десять часов подряд, а потом на десять часов помещали в полную темноту — их физиологические часы уже через день-два такой обработки, в крайнем случае через неделю-две, полностью перестраиваются и приспосабливаются к двадцатичасовым суткам.
Часто даже не нужно все десять часов освещать содержащихся во тьме животных, а достаточно каждый раз в одно и то же время включать свет хотя бы на час и даже всего на несколько минут, и физиологические часы подопытных «кроликов» приобретут новый завод.
Делали и так: не нарушая нормального двадцатичетырехчасового ритма, лишь на шесть часов раньше включали освещение, еще когда на дворе была темная ночь или, наоборот, уже наступал рассвет, а животных еще шесть часов держали в темноте. Их физиологические часы уже через несколько дней показывали новое время — спешили или отставали на шесть часов. И сон, и пробуждение, и поиск пищи, и все другие внешние и внутренние проявления жизнедеятельности животного начинались на шесть часов раньше или позже прежнего.
Физиологические часы можно отвести назад и действием низкой температуры.
Возьмите пчел, обученных прилетать в полдень за сахарным сиропом к кормушке, и подержите их несколько часов на холоде при температуре около 0–5 градусов. Когда они обретут свободу, обязательно вспомнят о сиропе. Но вспомнят с запозданием ровно на столько часов, сколько вы их продержали в холоде, и только к вечеру прилетят к кормушкам.
«Опыты показали, — пишет Эрвин Бюнинг в книге, подводящей итог всем таким экспериментам, — что после длительной обработки холодом организм ведет себя так, как будто в течение этой обработки физиологические часы находились в состоянии покоя».
Не шли, значит, «замороженные».
«Замораживание» быстрее достигает цели, чем многодневная перестройка внутренних ритмов ненормальным чередованием света и тьмы, и к нему часто прибегают ученые, когда экспериментируют с растениями или с холоднокровными животными, температура тела которых быстро повышается или понижается, когда вокруг становится теплее или холоднее.
Должен предупредить читателей, что в науке нет еще достаточно ясного представления ни о природе, ни о работе физиологических часов. Поэтому беглый обзор на предыдущих страницах следует рассматривать лишь как весьма схематичное и приблизительное описание действия очень сложной механики природных хронометров.
Но тем не менее к чтению следующих глав мы приступаем теперь более подготовленными.
Солнечная навигация
Итак, вернемся к скворцам.
Когда опыты Крамера стали известны орнитологам, некоторые ученые захотели их повторить. К этому времени и изучение физиологических часов значительно продвинулось вперед. Немец Гофман решил использовать эти достижения в своих опытах со скворцами.
Он начал с того, что проделал эксперимент Крамера: выдрессировал двух скворцов находить по солнцу корм в одной из двенадцати однотипных кормушек. Потом скворцов около двух недель продержали в помещении, в котором были созданы искусственные день и ночь, на шесть часов отстающие от нормальных суток. «Часы» скворцов тоже отстали. Когда их посадили снова в клетку под открытым небом, они, проголодавшись, полетели к кормушке, в которой привыкли находить пищу, но кормушку не нашли, хотя день был ясный. Ошиблись ровно на девяносто градусов: кормушка помещалась на юге, а искали ее на западе. Было три часа дня, а так как их «часы» отставали на шесть часов, скворцы «решили», что сейчас только девять часов утра, потому и отклонились сильно вправо. Ведь солнце за шесть часов продвигается на девяносто градусов к западу, то есть вправо, если смотреть на его путь по небосводу.
И еще двадцать три дня, пока скворцов содержали и днем и ночью при свете, «часы» их шли неправильно и они ошибались в своих поисках. Посадили затем скворцов под открытым небом, и недели через две «часы» их нагнали потерянные шесть часов, снова пошли в ногу с солнцем.
Птицы, у которых внутренние хронометры отводили на шесть часов вперед, ошибались в поисках нужного направления, отклоняясь на девяносто градусов влево.
Эти опыты — проделаны они были и с голубями, и со славками, и с сорокопутами — ясно показывают, что солнце в птичьем обиходе — главный ориентир. Но ориентир этот не стоит на месте. Найти дорогу по нему нельзя, если не знаешь, в какой части неба в каждый час дня он располагается. Птиц тут выручают хорошая память и «карманные часы», которыми природа наделила все живое на земле.
«Это удивительно, — пишет доктор Мэтьюз, один из ведущих специалистов в науке об ориентации птиц, — что люди, веками определявшие свое местоположение по солн- цу, всего лишь несколько лет назад узнали, что и птицы поступают так же».
Теперь сомнений нет, что пернатые навигаторы пользуются той же координатной системой, что и люди: по солнцу находят дорогу. Но как они это делают — не ясно. Наиболее разработанная гипотеза Мэтьюза представляет дело примерно так.
Если птицу судьба забросила к югу от дома, то солнце в тех широтах перемещается в небе по более высокой дуге и в зените стоит выше над землей, чем дома. Значит, лететь надо на север — туда, где в полдень солнце не так высоко возносится в небеса. «Автопилот» срабатывает, и птица летит на север.
Дорога с севера на юг находится тем же путем, только в обратном плане: зенит здесь ниже и лететь надо туда, где он выше.
Не всегда, конечно, случается, что птица стартует в полдень. Не ждет она также, когда солнце достигнет высшей точки орбиты, чтобы определить свое местоположение. Мэтьюз полагает, что птица экстраполирует перемещение солнца по небольшому отрезку дуги на всю орбиту, яснее говоря, обладает каким-то чувством, которое позволяет ей. понаблюдав минуту за движением солнца, безошибочно судить о высоте его зенита.
Так, предполагается, идет поиск нужной широты. Долгота определяется проще — совсем уж штурманским методом.
Известно, что солнце в один и тот же час стандартного времени (то есть времени по Гринвичу) в разных точках земли стоит на разной высоте. Если нам известно, который сейчас в Гринвиче час, то положение солнца в небе подскажет нам, к западу или к востоку от Гринвича мы находимся. Гринвичем для птицы служит ее дом родной, а стандартным временем — показания ее природного хронометра, настроенного в один ритм с движением солнца над ее домом. Значит, если в местности, откуда ей нужно найти дорогу домой, солнце запаздывает — стоит ниже в первой половине дня, а после полудня выше, чем дома в эти же часы по ее хронометру, то неизвестная местность лежит, следовательно, к западу от дома и лететь надо на восток. Если же солнце опережает ход физиологических часов птицы, значит, на западе они заводились, туда и лететь надо.
Такова теория, пытающаяся осмыслить поразительные факты, добытые экспериментальной биологией. Изложена она мной, конечно, очень примитивно, с учетом только общих принципов. Насколько же верна эта теория, покажут будущие исследования.