Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли
Шрифт:
Организовать голубиную почту или соревнования среди голубятников на скорость возвращения их питомцев в голубятню тоже было бы невозможно, если бы не удивительные способности этих птиц, и, кстати, многих других, к ориентации на местности. Голуби могут летать по солнцу; с использованием поляризованного света, когда небо затягивают тучи; по звездам в ночное время; по низкочастотным звукам, вроде шума прибоя. Они запоминают наиболее заметные вехи на своем пути, если их увозят от места жилья и кормления по шоссе, и возвращаются, будто следуя дорожному атласу. Компасное чувство голубей поистине удивительно, ведь за неимением других указателей они способны взять верное направление, ощущая особенности магнитного поля. Голуби, даже самые молодые из них, никогда ранее не вылетавшие из голубятни, лишенные на время возможности видеть с помощью особых линз и перемещенные под глубоким наркозом, довольно споро находят кратчайший путь домой, хотя в последний момент и не могут в голубятню залететь — для этого нужны видимые ориентиры. Наоборот, при экранировании магнитного поля (индукционной катушкой или постоянным магнитом) в пасмурную погоду их способности к возвращению заметно ухудшаются, а птицы, увезенные в контейнерах, где создается переменное магнитное поле, просто разлетаются в разные стороны. То же происходит с пернатыми, выращенными в искусственном магнитном поле. В естественных условиях на ориентацию голубей отрицательно влияют сильные магнитные бури, грозовой фронт с частыми разрядами молний, магнитные аномалии.
Когда на пути птиц встречаются такие помехи, биокомпас выключается, и они переходят на ориентацию по звездам (ночью) или солнцу. Биолог Свене Энгельс из Ольденбургского университета и ее коллеги, изучавшие компасное чувство зарянки, установили, что магнитному восприятию препятствуют также радиоволны частотой от 20 килогерц до 5 мегагерц. В таком диапазоне работают амплитудные радиостанции, которые становятся все более популярными благодаря высокому качеству вещания. Пролетая на расстоянии до 5 километров от станции, птицы могут сбиться с пути, пока не переключатся с магнитного ориентира на другие. Способность выключать компасное чувство при появление подобных помех возникла у птиц и, видимо, других организмов не случайно: на тех же частотах ощущается влияние выбросов коронального вещества на Солнце, буквально заставляющих «вибрировать» магнитосферу Земли. Кроме того, организмы время от времени переживали эпохи смены магнитных полюсов, что также влияло на особенности магнитного поля планеты. Так что это одно из давних приспособлений организмов к природным каверзам.
Если пчелы и голуби оказались довольно удобными по своим размерам и количеству объектами для исследований магнитной чувствительности, с китами пришлось гораздо сложнее. Однако Джо придумал остроумный способ проверки чувствительности морских гигантов к магнитным явлениям. Статистический анализ странностей в поведении усатых китов, известных как массовые выбросы целых групп на берег, выявил, что подобные печальные события случаются в областях с минимальным значением магнитного поля. Как раз такие характеристики магнитного поля должны использовать эти млекопитающие, чтобы за тысячи километров переместиться со своих летних пастбищ на зимние, из одного полушария в другое и попасть точно в квадрат размером всего в несколько десятков квадратных километров. Никакие другие параметры земной среды, кроме относительно непрерывных зон со слабым магнитным полем, не могут вывести их прямо на место. Но при малейших ошибках эти же ориентиры губят левиафанов.
В 1992 году я сам оказался в гостях у Киршвинка, точнее, у родителей его жены, проживающих в Осаке, недалеко от Киото, где проходила очередная сессия Международного геологического конгресса. В тонком деревянном домике, с символической сосной во дворе полуметровой ширины, миниатюрным прудиком, где плавали золотые караси, бамбуковыми ширмами и циновками, чтобы спать на полу, мы обсуждали новейшее открытие. Тогда супругам Киршвинк удалось извлечь из человеческого мозга таблитчатые шестигранники биогенного магнетита и маггемита — в огромных количествах: 5 миллионов однодоменных кристаллов из одного грамма мозга в среднем и более 100 миллионов таких частиц из одного грамма мозговой оболочки. Правда, размер большинства магнитиков не превышает 0,07 микрона, реже достигает 0,2 микрона, но и кристаллики в 0,01 микрона — не редкость. Если бы они не образовывали скопления, их бы не удалось распознать ни на какой аппаратуре.
Видимо, из-за незначительного объема магнетита человек не способен воспринимать особенности земного магнитного поля и, как следствие, лишен возможности самоопределяться в пространстве по положению магнитных полюсов или аномалий. Лишь опыты биофизика Робина Бэкера из Манчестерского университета дали положительный результат. Правда, местность, где они проводились, имела заметный уклон к ближайшему озеру, и привлеченные к исследованиям местные жители довольно легко ориентировались по положению знакомого водоема, если, конечно, понимали, что юг находится в противоположном направлении от севера. Множество дальнейших опытов на добровольцах показало, что, если человеку дать хорошенько поплутать, повозив его на автобусе или покрутив на вращающемся кресле, он скорее покажет пальцем в небо, чем в какую-либо определенную сторону света, независимо от того, было экранировано магнитное поле или нет. Ничуть не лучше находили правильную дорогу и слепые с рождения люди, хотя им магнитная чувствительность очень пригодилась бы.
Попутно в этих опытах «пострадали» лозоходцы, поскольку именно у них подозревали наличие особого чутья, если и не к магнитным параметрам, то хоть к чему-нибудь. Сами они считают, что способны улавливать подъем грунтовых вод или прорыв водопровода по резкому опусканию расщепленного на конце прутика или проволочки в руке. Тщательно проведенные исследования показали, что они не только не обладают каким-либо шестым чувством, но и ошибаются в своих прогнозах не реже нормальных людей. Лозоходцам явно не стоит идти в саперы… «Секрет» же их заключается в том, что вода — это горная порода и, как всякая горная порода, залегает пластами, поэтому в каком месте пальцем ни ткни, рано или поздно до водяного пласта докопаешься.
Миллиарды магнитных кристаллов, обнаруженные в человеческом мозге, оказались не более чем свалкой металлолома, то ли доставшейся людям в наследство от предков, подобно другим атавистическим признакам, то ли необходимой для разгрузки излишков железа…
Орган восприятия магнитного поля у животных долго продолжал оставаться неопознанным. Все органы чувств состоят из принимающих сигнал клеток (обычно нейронов), связанных с центральной нервной системой, и всегда внешний сигнал вызывает изменение проницаемости клеточной мембраны, что приводит к электрическому ответу. Например, в зрительной системе пигмент, реагирующий на свет, воспринимает кванты света, и этот процесс меняет проницаемость клеточной мембраны для ионов (как правило, натрия), что, в свою очередь, меняет электрический потенциал на мембране светочувствительной клетки. Так энергия света превращается в электрический ответ клетки, который передается в нервную систему, где и подвергается обработке.
Понятно, что нечто подобное должно происходить в магниточувствительном органе. Но где он сам? Лишь в XXI веке подобный орган был открыт группой Киршвинка у радужной форели. Ее, как и других лососевых, пристально изучали не только из-за отменного вкуса икры и мяса, но и из-за способности распознавать среди тысяч ручьев место нереста своих родителей и выдерживать компасный курс в течение нескольких суток. Специализированные клетки, воспринимающие магнитное поле, расположены в глазной ветви тройчатого нерва. С клетками связаны цепочки магнитных кристаллов — точно таких же, как у бактерий, магнитосом. Каждая цепочка закреплена в нескольких порах клеточной мембраны. Изменения в направлении движения рыбы вызывают переориентацию магнитных цепочек в зависимости от направления вектора поля и его напряженности, поры открываются, позволяя ионам проскакивать сквозь них, и через десятые доли миллисекунды возникает электрический сигнал, передающийся по тройчатому нерву в мозг.
Магнитные явления сопряжены с явлениями электрическими: их связывает единое электромагнитное поле. Практически любое многоклеточное животное с мускульной системой использует электрические сигналы для передачи информации по нервной системе и к мускулам. Но способностью накапливать и высвобождать электрические заряды обладают немногие. Электрические рыбы были известны уже в конце XVIII века. Им посвятили свои труды величайшие физики — Генри Кавендиш, Майкл Фарадей, Ганс Эрстед, Алессандро Вольта и Луиджи Гальвани. Гальвани экспериментально показал, что любая мышца и любой нерв способны генерировать электрические импульсы, а вольтов столб, построенный из собранных в столбик контактных пар металлов, разделенных влажными матерчатыми дисками, стал моделью электрического органа рыбы. Один из самых знаменитых опытов того времени провел племянник Гальвани, Джованни Альдини: он присоединил источник электричества к голове только что казненного в Лондоне преступника и мертвое лицо исказила страшная гримаса… Этот эпизод натолкнул Мери Шелли на идею готического романа «Франкенштейн», герой которого пытается воскресить мертвеца с помощью мощных электрических разрядов.
Как именно устроен электрический орган рыб, очень похожий на гальванические батареи и представляющий собой преобразованную мускульную ткань с особыми клетками — электроцитами, ученые открыли много позже. Чтобы батарея сработала, нужно правильно расположить ее элементы, не путая полярность (как, скажем, в зарядном блоке любой фотокамеры): в момент разряда все электрощиты должны быть обращены в одну сторону. Эти мускулы утратили способность сокращаться, и волокна в них расположены так, чтобы электрическое напряжение накапливалось. Накопиться может немало: 2,5-метровые электрические угри (Electrophorus electricus), обитающие в бассейне Амазонки и Ориноко, поражают врага сильным разрядом — до 500 вольт (в воде), — отражая его атаку. Для этого угрю требуется последовательно включить более 3 тысяч электроцитов, ведь напряжение в каждом из них не превышает 0,15 вольта.