Термолокаторы змей

На востоке СССР, от прикаспийского Заволжья и среднеазиатских степей до Забайкалья и уссурийской тайги, водятся некрупные ядовитые змеи, прозванные щитомордниками: голова у них сверху покрыта не мелкой чешуей, а крупными щитками.

Люди, которые рассматривали щитомордников вблизи, утверждают, что у этих змей будто бы четыре ноздри. Во всяком случае, по бокам головы (между настоящей ноздрей и глазом) у щитомордников хорошо заметны две большие (больше ноздри) и глубокие ямки.

Щитомордники - близкие родичи гремучих змей Америки, которых местные жители иногда называют квартонарицами, то есть четырехноздрыми. Значит, и у гремучих змей тоже есть на морде странные ямки.

Всех змей с четырьмя "ноздрями" зоологи объединяют в одно семейство - так называемых кроталид, или ямкоголовых. Ямкоголовые змеи водятся в Америке (Северной и Южной) и в Азии. По своему строению они похожи на гадюк, но отличаются от них упомянутыми ямками на голове.

Более двухсот лет ученые решают заданную природой головоломку, пытаясь установить, какую роль в жизни змей играют эти ямки. Какие только не делались предположения!

Думали, что это органы обоняния, осязания, усилители слуха, железы, выделяющие смазку для роговицы глаз, улавливатели тонких колебаний воздуха (вроде боковой линии рыб) и, наконец, даже воздухонагнетатели, доставляющие в полость рта необходимый будто бы для образования яда кислород.

Проведенные анатомами тридцать лет назад тщательные исследования показали, что лицевые ямки гремучих змей не связаны ни с ушами, ни с глазами, ни с какими-либо другими известными органами. Они представляют собой углубления в верхней челюсти. Каждая ямка на некоторой глубине от входного отверстия разделена поперечной перегородкой (мембраной) на две камеры: внутреннюю и наружную. Наружная камера лежит впереди и широким воронкообразным отверстием открывается наружу между глазом и ноздрей (в области слуховых чешуи). Задняя (внутренняя) камера совершенно замкнута. Лишь позднее удалось заметить, что она сообщается с внешней средой узким и длинным каналом, который открывается на поверхности головы, около переднего угла глаза, почти микроскопической порой. Однако размеры поры, когда это необходимо, могут, по-видимому, значительно увеличиваться: отверстие снабжено кольцевой замыкающей мускулатурой.

Перегородка (мембрана), разделяющая обе камеры, очень тонка (около 0,025 миллиметра). Густые переплетения нервных окончаний пронизывают ее во всех направлениях.

Бесспорно, лицевые ямки - органы каких-то чувств. Но каких?

В 1937 году два американских ученых - Д. Нобл и А. Шмидт - опубликовали большую работу, в которой сообщали о результатах своих многолетних опытов. Им удалось доказать, утверждали авторы, что лицевые ямки представляют собой... термолокаторы! Они улавливают тепловые лучи и определяют по их направлению местонахождение нагретого тела, испускающего эти лучи.

Д. Нобл и А. Шмидт экспериментировали с гремучими змеями, искусственно лишенными всех известных науке органов чувств. К змеям подносили обернутые черной бумагой электрические лампочки. Пока лампы были холодными, змеи не обращали на них никакого внимания. Но вот лампочка нагрелась - змея это сразу почувствовала. Подняла голову, насторожилась. Лампочку еще приблизили. Змея сделала молниеносный бросок и укусила теплую "жертву". Не видела ее, но укусила точно, без промаха.

Экспериментаторы установили, что змеи обнаруживают нагретые предметы, температура которых хотя бы только на 0,2 градуса выше окружающего воздуха (если их приблизить к самой морде). Более теплые предметы они распознают на расстоянии до тридцати пяти сантиметров.

В холодной комнате термолокаторы работают точнее. Они приспособлены, очевидно, для ночной охоты. Вооружась ими, змея разыскивает мелких теплокровных зверьков и птиц. Не запах, а тепло тела выдает жертву! У змей ведь слабое зрение и обоняние и совсем неважный слух (хотя и говорят: "Все тело змеи - ее ухо"!). Поэтому на помощь им пришло новое, совсем особенное чувство - термолокация.

В опытах Д. Нобла и А. Шмидта показателем того, что змея обнаружила теплую лампочку, служил ее бросок. Но ведь змея, конечно, еще до того, как бросилась в атаку, уже чувствовала приближение теплого предмета. Значит, нужно найти какие-то другие, более точные признаки, по которым можно было бы судить о тонкости термолокационного чувства змеи.

Американские физиологи Т. Буллок и Р. Каулс провели в 1952 году более тщательные исследования. В качестве сигнала, оповещающего о том, что предмет обнаружен термолокатором змеи, они выбрали не реакцию змеи, а изменение биотоков в нерве, обслуживающем лицевую ямку.

Известно, что все процессы возбуждения в организме животных (и человека) сопровождаются возникающими в мышцах и нервах электрическими токами. Их напряжение невелико - обычно сотые доли вольта. Это так называемые биотоки возбуждения. Биотоки нетрудно обнаружить с помощью электроизмерительных приборов.

Т. Буллок и Р. Каулс наркотизировали змей введением определенной дозы яда кураре. Очистили от мышц и других тканей один из нервов, разветвляющихся в мембране лицевой ямки, вывели его наружу и зажали между контактами прибора, измеряющего биотоки. Затем лицевые ямки подвергли различным воздействиям: освещали светом (без инфракрасных лучей), подносили вплотную сильно пахнущие вещества, раздражали сильными звуками, вибрацией, щипками. Нерв не реагировал: биотоки не возникали.

Но стоило к змеиной голове приблизить нагретый предмет, даже просто человеческую руку (на расстоянии тридцати сантиметров), как в нерве возникало возбуждение - прибор фиксировал биотоки.

Осветили ямки инфракрасными лучами - нерв возбудился еще сильнее. Самая слабая реакция нерва обнаруживалась при облучении его инфракрасными лучами с длиной волны около 0,001 миллиметра. Увеличивалась длина волны - сильнее возбуждался нерв. Наибольшую реакцию вызывали самые длинноволновые инфракрасные лучи (0,01-0,015 миллиметра), то есть те лучи, которые несут максимум тепловой энергии, излучаемой телом теплокровных животных.

Оказалось также, что термолокаторы гремучих змей обнаруживают не только более теплые, но даже и более холодные, чем окружающий воздух, предметы. Важно лишь, чтобы температура этого предмета была хотя бы на несколько десятых долей градуса выше или ниже окружающего воздуха. Воронкообразные отверстия лицевых ямок направлены косо вперед. Поэтому зона действия термолокатора лежит перед головой змеи. Вверх от горизонтали она занимает сектор в сорок пять, а вниз в тридцать пять градусов. Вправо и влево от продольной оси тела змеи поле действия термолокатора ограничено углом в десять градусов.

Физический принцип, на котором основано устройство термолокаторов змей, совсем другой, чем у кальмаров.

Скорее всего, в термоскопических глазах кальмаров восприятие излучающего тепло объекта достигается путем фотохимических реакций. Здесь происходят, вероятно, процессы такого же типа, как и на сетчатке обычного глаза или на фотопластинке в момент экспозиции. Поглощенная органом энергия приводит к перекомбинации светочувствительных (у кальмаров - теплочувствительных) молекул, которые воздействуют на нерв, вызывая в мозгу представление наблюдаемого объекта.

Термолокаторы змей действуют иначе - по принципу своеобразного термоэлемента.

Тончайшая мембрана, разделяющая две камеры лицевой ямки, подвергается с разных сторон воздействию двух разных температур. Внутренняя камера сообщается с внешней средой узким каналом, входное отверстие которого открывается в противоположную сторону от рабочего поля локатора. Поэтому во внутренней камере сохраняется температура окружающего воздуха. (Индикатор нейтрального уровня!) Наружная же камера широким отверстием - теплоулавливателем направляется в сторону исследуемого объекта. Тепловые лучи, которые тот испускает, нагревают переднюю стенку мембраны. По разности температур на внутренней и наружной поверхности мембраны, одновременно воспринимаемых нервами, в мозгу и возникает ощущение излучающего тепловую энергию предмета.

Помимо ямкоголовых змей органы термолокации обнаружены у питонов и удавов (в виде небольших ямок на губах). Маленькие ямки, расположенные над ноздрями у африканской, персидской и некоторых других видов гадюк, служат, очевидно, для той же цели.