Шестиногий балет

Итак, вы прочитали сейчас о еще не объясненных, очень сложных и интересных фактах навигации животных. Вы теперь знаете, что этим сейчас серьезно интересуются ученые во многих странах, и рано или поздно им удастся понять, как навигируют птицы, морские черепахи, дельфины и киты и многие другие животные. И вы поняли, как нелегко, какими сложными путями приходится проводить исследование навигации у животных.

И все-таки ученые уже добились первых успехов. Примером могут служить результаты многолетних исследований пчел, проведенных Карлом Фришем.

Каждого, кто наблюдал за пчелами, неизменно поражала сложность и целесообразность их коллективных действий. Много пришлось потрудиться людям, чтобы узнать, как живет пчелиный рой, как распределяются обязанности между отдельными его членами, какие процессы определяют слаженную работу этих полезных насекомых, которых в рое насчитывается до 50 тысяч.

Долгое время никому не удавалось объяснить очень простой опыт, доступный любому пчеловоду. Наполнив небольшое блюдечко сахарным сиропом, его ставят неподалеку от улья. Нередко сироп остается нетронутым по нескольку дней. Но стоит у блюдечка появиться хотя бы одной пчеле, как вскоре возле него собирается множество пчел.

Как объяснить этот опыт? Не указывает ли он на то, что первая пчела, разведавшая добычу, привела за собой "сотрудниц" из родного улья? А может быть, просто-напросто рассказала им о дороге к блюдечку?

Наблюдателям пчелиной жизни издавна было известно необычное поведение пчел, вернувшихся в улей с взятком. Возвратившись, пчела начинает совершать сложные эволюции. Она либо ползает на полочке перед летком, либо, что бывает гораздо чаще, внутри улья, на вертикальной поверхности сотов. Кто-то прозвал эти эволюции пчелиными танцами. И это название закрепилось, потому что движения пчел и вправду чем-то напоминают хороводы. Но понять смысл и назначение танцев долгое время не удавалось.

У пчел нет балерин-солисток, каждая пчела, вернувшись в улей с добычей, исполняет танец. Иногда это бывает круговой танец: пчела ползет по окружности в направлении против часовой стрелки; завершив круг, она делает узкую петлю и снова начинает двигаться по кругу, но в противоположном направлении. Эти па шестиногая балерина повторяет многократно. Временами пчела-фуражир бывает очень возбуждена, и тогда она быстро и продолжительное время танцует; а временами пчела танцует вяло, без "вдохновения" и вскоре останавливается.

В других случаях фигура танца оказывается совсем иной - возвратившаяся со взятком пчела исполняет так называемый виляющий танец. Начинается он с движения по прямой, в это время пчела-фуражир покачивает брюшком из стороны в сторону, а затем поворачивает и начинает двигаться по дуге окружности к исходной точке. Отсюда она снова начинает ползти по той же самой прямой и снова начинает покачивать брюшком. А дойдя до конца прямой (длина ее остается неизменной), пчела сворачивает на противоположную дугу окружности, по которой и возвращается опять к исходной точке, Эта фигура, напоминающая восьмерку, повторяется многократно, причем ритм танца, как и в круговых фигурах, бывает различным.

Прилетевшая пчела-разведчица начинает танец в одиночку. Но вскоре к ней присоединяются другие пчелы, и танец становится коллективным. Чем темпераментнее танцует разведчица, чем дольше, тем большее число пчел успевает присоединиться к ней.

Вот как танцуют пчелы.

Но что же это за танцы? Быть может, они - некий ритуал, своеобразный танец урожая, который на радостях отплясывают трудолюбивые насекомые?

Ученые, разумеется, понимали, что танцы ничего общего с ритуалом не имеют. Более того, они были убеждены, что танцы играют очень важную роль в жизни роя. Но понять ее, разгадать смысл и назначение танцев не могли. Понадобилось , много лет, чтобы найти правильное объяснение этого удивительного пчелиного балета.

Более двадцати лет посвятил изучению пчелиных танцев Фриш, работы которого в этой области заслужили мировое признание; Фриш был избран членом Английского королевского общества, Шведской академии наук, Национальной академии наук США, а в 1959 году ему была присуждена премия имени Калинги за лучшую научно-популярную книгу. И эти почести вполне заслуженны, ибо знаменитый ученый внес очень важный вклад в разгадку тайны пчелиных танцев.

Сверху - фигура кругового танца, внизу - виляющего танца

Оказалось, что своеобразные пчелиные хороводы - вовсе не танцы. Скорее, их можно уподобить служебной пантомиме и даже некоему пчелиному языку, при помощи которого пчелы сообщают друг другу информацию о направлении полета к месту сбора и виде медоноса, с которого был собран взяток.

Фриш не только доказал это, но и расшифровал язык пчел.

Круговой танец вернувшаяся в улей пчела исполняет, когда медонос близко и другие пчелы могут отыскать его просто по запаху. Во время кругового танца пчела не сообщает о направлении к месту сбора. Она только говорит своим товаркам, что медонос близко. И чем богаче и обильнее медонос, тем продолжительнее и зажигательнее танец, тем большее число пчел успевает присоединиться к нему и, в конечном итоге, вылететь к месту сбора. Следуя в танце за разведчицей, другие пчелы узнают не только, что медонос близко, но по запаху, исходящему от пчелы, определяют, каков этот медонос. Получив необходимые сведения, они тоже вылетают за добычей и, вернувшись, сами начинают танцевать, привлекая все новых и новых пчел.

Однако место сбора часто оказывается довольно удаленным от улья, и пчелам приходится отправляться в далекие экспедиции. Радиус действия сборщиц может достигать нескольких километров. Отыскать медонос на таком расстоянии только по запаху затруднительно или невозможно даже пчелам с их великолепным обонянием. Быть может, первая пчела-разведчица и отыскивает медонос только по запаху, но на это ей приходится затрачивать столько энергии и времени, сколько непозволительно затрачивать всем остальным пчелам роя. Ведь большая затрата времени резко снижает производительность пчел-сборщиц, а большая затрата энергии приводит к перерасходу роем пищи.

Прилетев со взятком издалека (более чем 100-200 метров), разведчица исполняет уже не круговой танец, а виляющий. Запах, исходящий от нее, и в этом случае указывает вид растений, с которых пчела собирала взяток, а энергичность танца - обилие добычи.

Но, в отличие от кругового, виляющий танец позволяет сообщать и другие важные для успешных поисков данные: направление и расстояние до места сбора. А это, по существу, чисто навигационные сведения. Вот как данные о расстоянии передаются пчелой, уже побывавшей на месте сбора, другим пчелам: когда розетка с сахарным сиропом находилась в 300 метрах от улья, пчела исполняла пятнадцать полных фигур за 30 секунд; когда расстояние увеличивали вдвое, фигуры исполнялись уже медленнее - за 30 секунд всего одиннадцать фигур. О направлении пчелы узнают по прямолинейному участку танца. Оказывается, он всегда точно направлен на место сбора! Это ясно видно в теплую сухую безветренную погоду, когда пчелы танцуют не в улье, а на горизонтальной полочке перед летком. Опыты убедительно показали, что направление определяется пчелами относительно Солнца. Во время полета пчела запоминает положение Солнца на небосводе. Это помогает ей не сбиться с дороги на обратном пути и, кроме того, правильно ориентировать прямолинейный - участок виляющего танца. Перемещаясь по прямой, она движется относительно Солнца в том же направлении, что и во время полета к месту сбора. Точно определять направление на Солнце помогают пчеле ее глаза, так называемые сложные или фасеточные глаза.

Но обычно пчелы танцуют не на горизонтальной полочке, где можно видеть Солнце, а внутри улья, впотьмах, на вертикальной поверхности сотов. Тем не менее и в этом случае танец выполняет свое назначение. Пчелы, принявшие участие в нем, вылетают точно в направлении места сбора. Как же в этом случае передается информация о курсе?

Оказывается, в темном улье танцующая пчела ориентируется относительно направления силы тяготения, которая заменяет ей солнечные лучи. Так, например, если пчела движется по прямолинейному участку сверху вниз, это означает, что лететь надо точно в направлении, противоположном солнечным лучам.

Но ведь Солнце не остается на месте и за время, пока пчела возвращается с дальнего места сбора, успеет переместиться. За час, как мы уже знаем, оно передвигается по небосводу на 15°, При расстоянии до места сбора в 2 километра отклонение от курса даже на 3° приведет к тому, что пчела пролетит на 100 метров левее или правее цели. Но пчелы не ошибаются. Исполняя виляющий танец, пчела сдвигает направление прямолинейного участка ровно на столько, на сколько переместилось во время полета Солнце. Учитывают изменение положения Солнца пчелы и во время самих полетов. Делают они это автоматически. А помогают им в этом очень точные хронометры - биологические часы. Биологические часы пчел дают им, помимо всего прочего, возможность составлять график распускания цветов различных видов. Это тоже помогает экономить время и энергию: пчелы посещают те или иные цветы не когда попало, а только в те часы, когда цветы данного вида выделяют наибольшее количество нектара.

Когда пчела танцует на полочке перед летном, она ориентирует фигуру танца по Солнцу; если те она танцует в улье, в темноте, направление на Солнце заменяется направлением силы тяготения

Говоря о биологических часах пчел, стоит упомянуть об одном опыте, который прямо показывает, что они ориентируются по Солнцу и учитывают изменения его положения с помощью биологических часов.

Однажды северных пчел перевезли в Южное полушарие, где, как известно, Солнце по небосводу движется в направлении против часовой стрелки. И северянки не смогли правильно выбирать направление. Биологические часы под сказывали им, что Солнце переместилось на столько-то градусов в том направлении, в каком это бывает в Северном полушарии, а на самом деле Солнце перемещалось на те же самые градусы, но в направлении противоположном. Иначе говоря, поправка, которую давали биологические часы, не уменьшала ошибку до нуля, а, наоборот, удваивала ее. Даже потомки пчелиной матки-северянки, родившиеся за экватором, продолжали делать все ту же ошибку.

Маршрут

Вот, вкратце, что узнал Фриш со своими сотрудниками о пчелиных танцах, о пчелиной навигации. И многим казалось, что выяснил он почти все и остается лишь уточнить детали.

Но на деле получилось гораздо сложнее. И теперь, хотя большинство основных выводов, сделанных Фришем, остаются непоколебленными, продолжатели его работ совсем недавно открыли новые интереснейшие факты.

В удивительном искусстве французского мима Марселя Марсо нас, пожалуй, более всего поражает то, что его движения, его мимика подчас бывают яснее всяких слов. Но потому и поражают, что Марсо - лишь гениальное исключение из правила. Мы знаем: точнее и полнее всего любая информация передается словами и числами. Ученые, изучавшие пчелиные танцы после открытий Фриша, понимали, что точно передать сведения о направлении к месту сбора возможно и пантомимой - прямолинейным участком виляющего танца. Но сообщить только движениями точные данные о расстоянии значительно труднее, ведь это должны уметь делать все пчелы-сборщицы без исключения, явно не обладающие ни талантами Марсо, ни свободным временем для балетных репетиций.

И тогда было решено записать на магнитофоне звуки, издаваемые танцующей пчелой. Эта идея, кажущаяся необыкновенно простой, после того как до нее кто-то сумел додуматься, сразу позволила выяснить очень интересный новый факт: во время движения по прямолинейному участку виляющего танца пчела издает особые звуки, частота колебаний которых составляет 250 в одну секунду. Анализ этих звуков с помощью специальных приборов показал, что они имеют весьма сложную структуру и представляют собой последовательность кратковременных импульсных звуковых сигналов. Длительность этих групп импульсов, а также число импульсов в каждой группе прямо пропорциональны расстоянию до места сбора.

Требовалось, однако, доказать, что это не случайное совпадение, а закономерное явление, действительно связанное с сигнализацией о расстоянии до места сбора.

Была проведена новая серия опытов. Ученые старались узнать, влияет ли ветер на сообщения о расстоянии. Как и в первом опыте, звуки, издаваемые пчелой-сборщицей, записывали на магнитной ленте и анализировали с помощью специальных анализаторов звука. Когда были обработаны результаты достаточно большого числа наблюдений, стало ясно, что ветер оказывает влияние. Так, при полете к месту сбора против ветра пчела указывала расстояние, больше фактического; при попутном ветре - меньшее.

Но кажущиеся изменения расстояния были не столь велики, как можно было бы ожидать. И, чтобы объяснить, почему так получается, пришлось поставить опыты по измерению скорости полета пчел. Эти опыты позволили выяснить еще один удивительный факт: пчела в полете стремится сохранять неизменной скорость полета относительно Земли, то есть сохранять неизменной путевую, а не воздушную скорость. Так, при встречном ветре 5 метров в секунду скорость пчелы уменьшается всего лишь на 1 метр в секунду. Ученым уже известно, что сложные глаза некоторых насекомых не только позволяют им видеть окружающее, но и выполняют роль измерителей скорости. Видимо, глаз пчелы тоже способен на это. Чтобы уменьшить влияние ветра, пчела стремится летать как можно ближе к земле. Если же скорость ветра слишком велика, пчелы вовсе не покидают улья.

Почему же пчелы навигируют так, чтобы поддерживать неизменной путевую скорость?

В этом тоже можно видеть великую изобретательность природы. Люди измеряют расстояние в единицах длины: микронах, метрах, километрах, милях и многих других единицах. Все подобные единицы базируются на одном - в качестве основы для измерений выбирается некий эталонный отрезок. Но есть и другая мера длины: световой год. В данном случае расстояние выражается через время и означает расстояние, которое пройдет луч света за один год. Такую единицу оказалось возможным применять, потому что скорость света в пустоте строго постоянна. Наши предки, еще не имея мер длины, чаще всего выражали расстояние тоже через время, да и мы все еще частенько говорим: "До школы десять минут ходьбы", "До парка двадцать минут езды троллейбусом". У пчел нет эталонов длины. Но так как скорость пчелы в полете остается более или менее постоянной, то мерой расстояния вполне может служить не само расстояние, а время полета до цели. Так не сообщает ли пчела в своих сигналах о времени, не пользуется ли она своими биологическими часами и для измерения расстояний?

Пока еще нельзя с полной определенностью ответить на этот вопрос, хотя и очень соблазнительно сказать: да, пользуется; да, измеряет. Чтобы окончательно выяснить это, потребуется еще провести немало опытов и более глубоко изучить звуковые сигналы пчел. Так, последние опыты дают основание предполагать, что эти сигналы содержат сведения не только о расстоянии. Исследователи, хотя и с большой осторожностью, сообщают, что характер звуков, издаваемых пчелой во время танца, меняется и в зависимости от концентрации сахарного сиропа, который пчелы брали из кормушек.

Вопрос о звуковом общении пчел вообще очень сложен. Здесь еще многое неясно. Пока даже не установлены ни наличие органов слуха у пчел, ни способы, с помощью которых они издают сигнальные звуки. В настоящее время предполагают, что пчела не слышит звуков, распространяющихся по воздуху, а лишь воспринимает вибрации лапками и усиками-антеннами.

И тем не менее ученые с большой уверенностью говорят о том, что пчелы общаются с помощью звуков не только во время танцев. Уже сейчас известны несколько различных специфических звуков, издаваемых пчелами: во время роения, в случае повреждения улья или нападения; специфические звуки издают рабочие пчелы и пчелиная матка. Но они пока не расшифрованы, и об их роли еще предстоит узнать.

Прежде чем закончить рассказ о навигации пчел, хочется сделать еще одно небольшое добавление.

Однажды в один из теплых дней раннего лета, гуляя по лесу, я засмотрелся на шмелей. Сперва казалось, что на глаза мне каждый раз попадается новый шмель. Но вскоре я пригляделся внимательнее и понял, что возле меня летает не так уж много этих ближайших родственников пчел. Тогда я решил проследить за одним из них. Я выбрал крупного медлительного шмеля, похожего на боярина в бобровом воротнике, и стал неотступно следовать за ним, стараясь не спугнуть его. Иногда он почти совсем скрывался за кустами, и тогда я шел за ним, вслушиваясь в басовитое жужжание, похожее на гул далекого бомбардировщика. А когда шмель выводил меня на полянку, я видел, как он вьется, петляя над травой: то зависает почти неподвижно, то резко бросается вбок. Было так интересно следить за ним, что я не замечал, как идет время. Наконец шмель опустился на землю, забрался под бурый прошлогодний листок, и мне стал виден только конец его опушенного белыми волосками брюшка. Шмель повозился, повозился и затих. И в тот же миг превратился в засохшую ольховую сережку. Я даже засомневался - шмель ли лежит под листком или сережка? Что он делал под листком, не знаю. Прятался ли от будущего дождя, хотя солнце лишь изредка закрывали пухлые летние облака, или под листком было его гнездо, или он просто спал? Но я все еще сомневался, не обманул ли меня шмель, не ольховая ли сережка лежит под листком. Я сорвал былинку и легонько дотронулся ею до белого пушистого комочка. И в тот же миг шмель молниеносно взвился в воздух и пулей пролетел мимо меня.

Зачем я рассказал о шмеле?

Сейчас отвечу. Шмели находят дорогу не хуже пчел, и, скорее всего, навигация шмелей и навигация пчел мало чем отличаются друг от друга. Читая об опытах Фриша, мы легко могли представить себе, как навигируют пчелы, полагая, что от улья до места сбора и обратно пчелы летят строго по прямой. Но всегда ли это так? Понаблюдайте сами за пчелами, посмотрите, как перелетают они с цветка на цветок. В это время они вовсе не движутся по прямой. Что же касается шмеля, то, следя за ним минут двадцать, я прошел по лесу довольно большое расстояние и ни разу не видел, чтобы он пролетел по прямой хотя бы метров десять. Как же в таком случае он не забывает направления к своему гнезду? Как он вообще может в этом случае отыскать дорогу домой! Этого еще никто не объяснил.

Вот почему я и рассказал о шмеле. Этот пример показывает, сколь много еще предстоит выяснить даже в такой, казалось бы, простой и довольно хорошо изученной области, как навигация пчел и шмелей.

Воспользовались ли инженеры чем-нибудь из того, что стало известно в последние годы о навигации животных?

О навигации птиц и других позвоночных животных сейчас известно слишком мало, и уж совсем не известны какие-либо органы навигации этих животных. Поэтому инженерам попросту нечем воспользоваться, нечего позаимствовать у природы при разработках новых навигационных систем.

Несколько более ясны некоторые стороны навигации насекомых. Мы вскользь упоминали о сложных, или фасеточных, глазах насекомых, о том, что у некоторых насекомых они являются своеобразными измерителями путевой скорости. Тут уже кое-что известно и можно кое-что позаимствовать. Сейчас инженеры работают над созданием измерителя скорости движения, воспроизводящего работу двух фасеток (только двух из сотен!) глаза жучка хлорофануса.