Кеннет Катания

Искусные адаптации

Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции

Посвящается Лиз – моей идеальной читательнице, лучшей подруге, сообщнице и матери волков

Kenneth Catania

GREAT ADAPTATIONS

Copyright © 2020 by Princeton University Press

Published by arrangement with Princeton University Press and Synopsis Literary Agency

Russian Edition Copyright © Sindbad Publishers Ltd., 2023

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Корпус Права»

© Издание на русском языке, перевод на русский язык, оформление. Издательство «Синдбад», 2023

Пролог

Если вы спросите меня, за что я так люблю свою работу, я сразу вспомню первую сцену фильма «Принцесса-невеста». В ней дедушка (Питер Фальк) навещает больного внука (Фред Сэвидж) и хочет почитать ему книгу. Мальчик скептически спрашивает, есть ли там что-нибудь о спорте. «Шутишь? – отвечает герой Питера Фалька. – Битвы, пытки, месть, погони, великаны, монстры, исчезновения, настоящая любовь, чудеса!» О биологии, которой посвящена эта книга, я могу сказать то же самое. Однако здесь есть и кое-что еще: удары током, зомбирование, хитроумные уловки и древние легенды! С настоящей любовью, правда, трудновато; но я бы сказал, что это упущение сполна компенсируется красотой животных, которых я старательно фотографировал (снимки представляю на ваш суд). Возможно, мне не стоило бы обещать вам и чудеса – в конце концов, я все-таки ученый. И все же, если и существует одно слово, подходящее для описания моих эмоций от процесса открытия и от тех историй, которые я собираюсь рассказать, – это слово «непостижимо».

Я вовсе не преувеличиваю. Я тысячи часов провел за изучением мозга и поведения самых необычных животных и считаюсь специалистом в этой области. И всякий раз, исследуя новый вид и выдвигая предположения, что и как это животное умеет, я ошибаюсь. Ошибаюсь в лучшем смысле слова: животные всегда оказываются способны на нечто гораздо более неожиданное и интересное, чем я думал.

Эта книга – мой личный список неожиданных и интересных открытий, которые мне удалось совершить за свою карьеру. Эти открытия представлены в хронологическом порядке, начиная с моих первых шагов в Смитсоновском национальном зоопарке в Вашингтоне. Я работал там еще в студенчестве: ловил и изучал загадочных кротов-звездоносов – маленьких млекопитающих с мясистыми розовыми отростками вокруг носа. Как и в любой таинственной истории, на пути к отгадке было множество ложных шагов и тупиковых направлений, но все это лишь подогревало мое любопытство. Что представляет собой звезда и для чего она нужна? Как и почему такая экстравагантная структура развилась в процессе эволюции? После множества неудачных попыток ответить на эти вопросы я сдался. Но как детектив, которого не отпускает нераскрытое дело, я вернулся к звездоносу в магистратуре, где мы с моим научным руководителем и другими учеными в итоге разгадали эту тайну. Мы сделали множество потрясающих открытий, связанных с мозгом и поведением звездоноса, не говоря уже о том, что описали вероятные пути и причины эволюции звезды. А попутно я обнаружил, что у нас, людей, есть пара удивительных общих черт со звездоносами.

Благодаря звездоносам я полюбил разгадывать загадки биологии и изучать самые неожиданные адаптации. Эти животные вдохновили меня на исследование других необычных созданий: щупальценосных змей, болотных бурозубок, электрических угрей, а также зомбирующих паразитоидов – и даже людей с их магическими, на первый взгляд, ритуалами. И представьте себе – электрические угри, например, оказались одними из самых недооцененных существ на планете! С учетом того, какими мифами окружены эти рыбы, способные вырабатывать электричество напряжением в сотни вольт для защиты или нападения, казалось бы, что тут можно было недооценить? Веками считалось, что животному с таким смертоносным арсеналом не требуются изощренные уловки, но оказалось, что ток – это только половина уравнения. Вторая его половина – это, скажем так, «способ доставки». Хитроумные действия угря позволяют ему использовать электричество так, что по эффективности оно может сравниться с оружием из научной фантастики. (Поверьте, я испытал это на себе.) Этот пример показывает, что даже животные, которых мы изучаем столетиями, полны сюрпризов. А еще он преподает научный урок: причудливые анатомические структуры дают основания ожидать и причудливого поведения.

Разумеется, в этой книге есть много чего еще. Если вам интересно узнать о хищнике, устраивающем засаду так, будто он способен предсказывать будущее, или о самых эффективных способах спастись от превращения в зомби – читайте дальше. Каждый из описанных здесь видов – удивительное творение эволюции. Но изучение этих животных позволяет не только детально описать их адаптации, хоть они и прекрасны сами по себе. Как одна картина в музее может многое рассказать нам о художнике, так отдельные системы адаптаций позволяют понять общие принципы поведения животных, организации их мозга, а также развития и эволюции. Это важная и зачастую недооцениваемая научная идея.

Объясню эту мысль на примерах. Базовое представление о том, как нервные клетки мозга проводят сигналы, было получено при изучении кальмаров, у которых в процессе эволюции развились гигантские нервные волокна, позволяющие спасаться от хищников бегством с необычайно высокой скоростью. Результатом исследования стал серьезный прорыв в понимании принципов работы мозга всех животных (и Нобелевская премия его авторам[1]). Механизм передачи сигналов между нервными клетками посредством электрических синапсов был выявлен при изучении обычных речных раков. Нейроны этих животных проводят сигналы очень быстро, но из пятой главы этой книги вы узнаете, что такой скорости не всегда хватает для спасения от хищника. В свою очередь, яды хищников, например змей и улиток, стали потенциальными источниками лечебных средств. Лекарства на основе некоторых ядов уже используются для купирования хронической боли, а составы многих других ядов сегодня исследуют для возможного применения при инсульте и онкологических заболеваниях. Даже упомянутый выше электрический угорь уже не раз двигал науку. На рубеже XVIII и XIX веков он вдохновил итальянского ученого Алессандро Вольту на изобретение батарейки, а спустя много лет именно электрический угорь помог выделить ключевую молекулу для практически всей мышечной активности в организме – ацетилхолиновый рецептор. Продолжать можно до бесконечности. Короче говоря, куда ни ткни, всюду найдется важное научное достижение, ставшее результатом изучения самых разных животных, которые приспособились к тем или иным условиям. Дело в том, что все животные играют по одним и тем же правилам эволюции. И в результате нас окружает то, что Ричард Докинз назвал «самым грандиозным шоу на Земле». Одна из моих целей – показать вам несколько потрясающих номеров из этого шоу.

Но у меня есть и другая цель. Я надеюсь, что из этой книги читатель узнает что-то новое не только о ее прекрасных героях, но и о процессе научного открытия. Мой интерес к тайнам не уникален, он – часть человеческой натуры. Не столь важно, где появилась необычная звезда – на небе или на морде крота, – важно то, что все необычное и нестандартное всегда служит своего рода приманкой, заставляющей присмотреться. Со временем я понял, что важна не таинственность или уникальность сама по себе, а именно пристальный взгляд. Я говорю об этом потому, что чаще всего самое интересное в животном как раз не бросается в глаза в начале исследования. Более того, по моему опыту, даже самые простые на первый взгляд виды способны совершать нечто удивительное (помните об этом, когда будете читать о «примитивной» землеройке, «обыкновенном» кроте или рядовом таракане). Каждый эксперимент напоминает мне разглядывание чего-то в бинокль. Вы видите что-то вдалеке и берете бинокль, чтобы рассмотреть получше. Но вы никогда не знаете, что именно окажется в фокусе и что еще попадет в ваше поле зрения.

Сегодня студент-биолог может отнестись к этим рассуждениям скептически: как-никак, ученые уже веками «всматриваются» в биологические системы. Откуда в наши дни взяться новым открытиям? Отчасти ответ заключается в том, что я называю чудесами современных технологий. Иными словами, бинокли стали гораздо совершеннее. Точно так же, как космический телескоп «Хаббл» в прямом и переносном смысле изменил наш взгляд на Вселенную, аналогичные технологии проложили путь к новым открытиям в области нейробиологии, эволюции и поведения животных. Отличное сейчас время, чтобы быть ученым.

И тут мы подходим к еще одной причине появления этой книги. За время исследований у меня было столько приключений! Но вы никогда не узнаете о них из научных статей с описанием результатов. Ученые пишут в стиле Спока из «Звездного пути», излагая факты от третьего лица, используя пассивный залог и не допуская эмоций. Для этого есть веские основания: в научной литературе описание должно быть емким, а стиль – единообразным. Но такой текст создает неверное представление о работе ученых. Он не отражает ни предысторию исследования, ни ощущение чуда, которое испытывает ученый, когда тьма неведения рассеивается и природа раскрывает свои тайны. Поэтому еще одна моя цель – поделиться этими переживаниями. Надеюсь, мне удастся изменить ваше представление о том, как совершаются открытия и каково это – проводить исследование. А еще я очень надеюсь, что, познакомившись с несколькими замечательными животными, вы убедитесь, что природа гораздо интереснее, чем мы можем себе представить, и ею нужно дорожить.

P. S. Я пишу о том, что кажется самым необычным лично мне. Но вы вправе вынести самостоятельное суждение: возле некоторых иллюстраций в книге есть QR-коды, и если вы наведете на них камеру смартфона, то сможете посмотреть снятые мною видео и понаблюдать за поведением животных.

1

Тайна звезды

«Загадка, завернутая в тайну и помещенная внутрь головоломки», – так в 1939 году Уинстон Черчилль описал непостижимые закулисные действия советского правительства. Но этими же словами вполне можно описать и крота-звездоноса, одно из самых необычных животных, которое когда-либо ступало по Земле, а точнее – рыло в ней тоннели. В звездоносе странно буквально все: это крот, но он любит плавать; несмотря на высокую скорость обмена веществ, он обитает в самых холодных областях Северной Америки и не впадает в спячку; всю свою жизнь он роется в грязи, которая совершенно не липнет к его блестящей шерстке; среди его врагов – совы, ласки и другие хищники, но для поддержания популяции ему достаточно производить потомство всего один раз в год. У него необычные для крота зубы, а передние лапы напоминают лопаты с когтями. Но самое удивительное – то, что не дает отвести от него взгляд, – это нос. Если когда-нибудь вам повезет встретиться со звездоносом, не стесняйтесь и разглядывайте в свое удовольствие: все равно он вас не увидит.

Я просто обожаю этих животных, и они сыграли огромную роль в моей научной жизни. Оглядываясь назад, я поражаюсь тому, как часто я преодолевал трудности только благодаря случайным встречам и удаче. Некоторые из таких случаев я опишу в этой книге, поскольку они имеют прямое отношение к моим открытиям в области поведения животных, эволюции и нейробиологии. Ученый должен уметь выводить закономерности из самых необыкновенных частностей, и исследование анатомии звездоноса – яркое воплощение этого тезиса. Крот почти слеп, но его изучение привело к более глубокому пониманию устройства зрительной системы и мозга млекопитающих. И хотя его звездообразный нос кажется совершенно уникальным, он помогает выявить взаимосвязи между развитием и эволюцией и напоминает, что иногда недостающие эволюционные звенья можно обнаружить… прямо под носом. Изучая это удивительное создание, я научился многим вещам. Я научился быть ученым. И нет никаких сомнений, что именно звездонос привил мне любовь к разгадыванию биологических загадок.

Для начала надо бы объяснить, что вообще побудило меня заняться маленьким кротом со странной мордой. Проведу аналогию с математикой. В математике есть легендарные нерешенные задачи. Самые известные из них – так называемые задачи тысячелетия. Если вы первым решите любую из этих семи задач[2], то получите миллион долларов, не говоря уже о славе и признании. В биологии все не так, потому что не всегда понятно, в чем именно состоит задача, и редко бывает только один правильный ответ. И все же звездонос остается нерешенным биологическим «уравнением» с момента его первого описания в начале XIX века. Это живое, дышащее воплощение вопроса – точнее, множества вопросов. Что такое звезда? Дополнительная лапа, рецептор – или и то и другое? Она нужна, чтобы копать, чтобы нюхать – или для каких-то экстравагантных брачных игр? Почему такой звезды нет ни у одного другого млекопитающего? Как она сформировалась в процессе эволюции? Как она формируется в процессе внутриутробного развития? Какие способности она дает кроту, если вообще дает? Биологи задавали эти вопросы на протяжении многих десятилетий. Чтобы найти ответ, не нужны глубокие познания в области математического анализа или дифференциальных уравнений. Но нужен звездонос, а вот его найти не так-то просто.

Магия числа три

Итак, с чего же начались мои отношения со звездоносом? Как это часто бывает, тут нити тянутся из детства. Сколько себя помню, родители поощряли мою одержимость животными всех видов и размеров. Приведу всего два примера из тысячи. Как-то раз пропал мой домашний американский уж, и я не мог его найти, как ни старался. А через несколько дней мы обнаружили его в папином аквариуме поедающим гуппи. Вскоре после этого сбежала и моя крысиная змея длиной больше метра – прямиком под бок отдыхающей маме. Конечно, змея просто искала тепла. Родители оставались совершенно невозмутимы. Вернуть обеих змей в клетки меня попросили тем же тоном, каким напомнили бы поставить молоко в холодильник. Да, мне очень повезло.

Первое знакомство со звездоносом произошло, когда родители купили нам с братом книгу «Странные животные» (Animal Oddities). Мы со смехом рассматривали удивительные морды зверей, особенно носача и молотоголового крылана. Но над звездоносом мы не смеялись – настолько странно он выглядел. Я до сих пор помню иллюстрацию со всеми этими жуткими отростками вокруг носа.

Это раннее воспоминание пригодилось мне, когда я столкнулся со звездоносом во второй раз. Я тогда проходил интенсивное обучение, определившее всю мою карьеру: мне было десять лет, а учебной аудиторией служили леса, ручьи и озера Колумбии, штат Мэриленд. Я постоянно искал живых существ, уже окончил курс по насекомым и переключился на змей с черепахами, а дополнительно специализировался на кристаллах кварца. В тот день я шел в поисках кристаллов по берегу ручья, перепрыгивая на каждый обнаженный участок песка или камней в надежде увидеть сверкающие грани. И вдруг прямо в центре россыпи битого кварца я увидел трупик маленького животного, практически выставочный экспонат. Это был он – самый странный из странных, крот-звездонос со всеми его мясистыми наростами на морде. Я был потрясен. Не мертвым животным – нет, это в лесу обычное дело. Меня поразил тот факт, что существо, занимавшее почетное место среди экзотических обезьян, удивительных летучих мышей и гигантских муравьедов, обитало практически у нас на заднем дворе.

Я рассказал о своем чудесном открытии маме, и мы взяли ее справочник по млекопитающим. Первым делом я проверил ареал обитания звездоноса. Не то чтобы я мог его с кем-то перепутать, но в глубине души я надеялся оказаться первооткрывателем. Только представьте себе новостные заголовки, если бы до этого звездоноса видели лишь в дождевых лесах Амазонии! Оказалось, что этот крот обитает на востоке Северной Америки, от Дымчатых гор в штате Теннесси на юге до восточных районов Канады на севере (это, похоже, было их любимое место). Штат Мэриленд целиком входил в ареал, так что сенсации не вышло. Я очень удивился тому, что это похожее на мышь животное вовсе не грызун: кроты и землеройки относятся к другому отряду – так называемым насекомоядным[3]: они питаются насекомыми и другими беспозвоночными. Я также узнал, что звездоносы предпочитают болотистые места и ведут полуводный образ жизни, то есть плавают и ныряют в водоемах, охотясь за добычей. Вот почему я нашел звездоноса посреди ручья: крот не упал в воду и не утонул, как я сначала подумал. Он жил (и, по-видимому, погиб) в воде. В общем, я добавил это новое существо в свой список наблюдений и с тех пор всегда был начеку, особенно когда осматривал заболоченные участки выше по течению. Но тот звездонос так и остался единственным найденным мною в Колумбии.

Третья встреча произошла, когда я был студентом и изучал зоологию в Мэрилендском университете. При всей очевидности выбора специализации я столкнулся с проблемой: не так много курсов посвящалось разнообразию животных или их поведению – и уж совсем мало было возможностей работать с животными напрямую. Я откровенно скучал. Пытаться сосредоточиться на чем-то скучном – это как сидеть на диете: надолго вас не хватит.

Кроме того, меня отвлекала уж слишком захватывающая подработка. Я скакал на лошадях (и падал с них) на фестивалях Ренессанса, получал 150 долларов за выходные, и это было очень неплохо для 1980-х. Поначалу было забавно, но в этом деле часто случаются травмы, и в какой-то момент я понял, что это не мое. Чем мне действительно хотелось заниматься, так это какими-нибудь настоящими, захватывающими исследованиями в биологии.

Примерно в это время мой отец познакомился с доктором Эдвином Гульдом, главным куратором отдела млекопитающих Смитсоновского национального зоопарка в Вашингтоне. Их встреча была не случайной: мой отец – профессор психологии, специализирующийся на обучении (докторскую степень он получил под руководством известного психолога Берреса Скиннера), и его пригласили на неформальную встречу исследователей поведения животных, где был и доктор Гульд. Тогда он как раз искал волонтера для ухода за животными, а при наилучшем раскладе – и для помощи в проведении исследований в зоопарке. Работать предстояло только с одним млекопитающим – звездоносом.

Львы, тигры и кроты

Представляю, как впечатлился бы студент юридического факультета, будучи приглашенным на собеседование перед стажировкой в величественную штаб-квартиру фирмы с именами партнеров, высеченными над входом. Антураж моего собеседования был совершенно иным, но для начинающего биолога спуск в тайные комнаты зоопарка под вольером с тиграми и львами стал моментом исключительной важности. Меня встретили у входа и по круговому коридору провели в кабинет, расположенный практически под землей, с выходящими в вольер окнами под потолком. Доктор Гульд представился и предложил мне присесть на диван напротив его стола. Я не мог не обратить внимания на то, что окна, за которыми должны были виднеться дикие кошки, были закрыты кусками черного картона. Доктор Гульд верно истолковал мой взгляд и пояснил: «Трудно сосредоточиться на работе, когда вместо этого можно смотреть на зверей».

Возможно, дело и правда было в этом. Но вскоре после собеседования я узнал, что не так давно в Хьюстонском зоопарке амурский тигр пробил окно, вытащил через него смотрителя и убил его^1. Смотритель рано пришел на работу, поэтому нападения никто не видел. Предполагают, что тигр среагировал на движение в окне и атаковал.

Доктор Гульд никогда не упоминал об этом инциденте. Мы сосредоточились на мелких млекопитающих, которые не пытались нас съесть. Они жили в отдельном павильоне. Доктор Гульд гордился тем, что Смитсоновский зоопарк – единственный в мире, где есть звездоносы. Сложность заключалась в том, что звездоносы живут всего несколько лет и не размножаются в неволе, то есть популяцию нужно было постоянно пополнять извне (не только ради коллекции, но и для исследований).

«Я умею их ловить, но у меня нет времени, – объяснил доктор Гульд. – Есть один парень, Билл Макшей, он ловил их в Пенсильвании и привозил сюда, но сейчас он тоже слишком занят. Проблема в том, что найти звездоносов очень сложно. Нужно уметь распознавать места их обитания и находить их тоннели».

Когда я рассказал ему, как нашел мертвого крота, у него тут же загорелись глаза. Он тоже жил в Колумбии и хорошо знал эти места. Мы сравнили наши «полевые заметки», и, хотя мои были всего лишь воспоминаниями десятилетнего ребенка, я точно помнил, где обнаружил звездоноса и как выглядела среда его обитания. А еще я прочесал болота выше по течению и нашел там пятнистых черепах. (Тогда я еще не знал, что в Мэриленде звездоносы и пятнистые черепахи часто живут бок о бок.)

Вероятно, я получил работу именно из-за той истории. Пусть я и не нашел тогда еще одного крота, но точно приложил больше усилий и подобрался ближе к цели, чем любой другой мальчишка десяти лет. Так что при должной тренировке я вполне мог бы его поймать – правда, уже не в Колумбии, потому что так хорошо изученные мною болота попали под застройку. Ближайшим многообещающим местом выглядел север Пенсильвании. Если бы мне удалось наловить там кротов, чтобы потом наблюдать за ними в зоопарке, да еще и проводить исследования, я, так сказать, убил бы одним выстрелом трех зайцев.

Я был взбудоражен не только перспективой работы в поле: намечался еще и исследовательский проект, тема которого звучала как что-то из области научной фантастики. Как специалист по млекопитающим, доктор Гульд всегда интересовался загадочной кротовьей звездой, и у него родилась одна гипотеза. Что, если звезда – нечто вроде радара, распознающего электрические поля? Поначалу мне это казалось невероятным. Но потом он рассказал мне об электрорецепции, и я понял, что у животных существуют особые чувства для восприятия окружающего мира, о которых я не знаю ровным счетом ничего.

Электрорецепция лучше всего изучена у акул^2. Они способны распознавать электрическое поле напряженностью 0,00000001 вольта на сантиметр – это в шесть миллионов раз меньше напряженности поля, которое создает пальчиковая батарейка, если погрузить ее в стакан воды. А человек не ощущает этого поля, даже когда держит батарейку в руках! Зачем же это чувство акуле? Скорее всего, вы уже догадались: чтобы найти вас и съесть. Вспомните обычную сцену из какого-нибудь фильма: пациент лежит в больничной палате (скажем, после нападения акулы), а рядом с койкой пищит кардиомонитор. Издаваемые им звуки – не что иное, как электрокардиосигналы, которые считываются с сердца электродами, прикрепленными к грудной клетке, а затем поступают в усилитель и динамик. И это только один из множества электрических шумов, которые издают животные.

Электрорецепция развита у многих рыб, но сенсацией в свое время стало открытие этого типа восприятия у утконоса^3. Первыми способность утконоса подобно акулам обнаруживать объекты по генерируемым ими электрическим полям описали Хеннинг Шайх и его коллеги. Чтобы выяснить, где именно обрабатывается информация об электрических полях, они записали сигналы мозговых клеток утконоса. Результаты поражали: по сути, исследователи открыли у млекопитающих «шестое чувство». Благодаря этой работе ученые оказались на обложке Nature, самого престижного научного журнала – того самого, в котором Уотсон и Крик описали структуру молекулы ДНК. Новость об этом открытии доктор Гульд услышал по радио, когда ехал в машине и размышлял о звездоносах. Что, если это и есть ответ на давнюю загадку звезды? Гипотеза была смелая, но не лишенная смысла.

В общем, от предложения было невозможно отказаться. Оплаты не предполагалось, но меня это устраивало. Я стал новым «кротосмотрителем» в Смитсоновском зоопарке. Была только одна загвоздка: все зависело от того, удастся ли мне наловить звездоносов. Что могло пойти не так?

Пойди туда – не знаю куда

Предположим, у вас во дворе живут кроты (может быть, даже и предполагать не надо). Сумеете поймать одного? Возможно, хоть это будет и непросто. Кроты слышат даже самые тихие шаги и особенно настороженно относятся к звукам, сопровождающим копание земли. Каждый сантиметр подземных тоннелей они знают как свои когтистые пять пальцев и избегают поврежденных участков. У них подготовлены пути отхода из основных тоннелей и пути эвакуации из путей отхода. Если загнать крота в угол, он прокопает короткий тоннель и засыплет вход. Исчезнет, как фокусник, и вы никогда не догадаетесь, что зверек затаился в нескольких сантиметрах от вас. Кроме того, в крови крота циркулирует особый гемоглобин, который позволит ему продержаться в таком убежище при нехватке кислорода и высокой концентрации углекислого газа до тех пор, пока хищнику (или биологу) не надоест ждать. В общем, крота тяжело поймать, даже если входы в его тоннели четко обозначены на идеальном газоне.

Ну а звездоносы вообще не живут в пригородах. Они обитают в сырой илистой почве болот, и их тоннели могут скрываться в топких зарослях где угодно. Хотя звездоносы обитают на большей части северо-востока США и не находятся под угрозой исчезновения, найти их крайне сложно. Отчасти это связано с тем, что их норы не видны на поверхности. Но есть и еще одна причина: в болотистых местах обитает множество других мелких млекопитающих, и даже если вы обнаружите тоннель, то никогда не узнаете наверняка, кто его вырыл и кто им пользуется.

Я имел лишь смутное представление обо всем этом, когда отправился в Пенсильванию на арендованном фургоне со спальным мешком и холодильником, доверху забитым дождевыми червями (ими я собирался кормить голодных кротов). Я был в том возрасте, когда сон считается пустой тратой времени, а дрянной фастфуд – нормальной едой. Взял пару сумок с продуктами, резиновые сапоги и какую-то старую одежду, которую не жалко было выбросить. Решил потратиться на карманные фонарики – в туманном ночном лесу одних горящих глаз недостаточно. План был прост: познакомиться с Биллом Макшеем и научиться ловить звездоносов.

Мы встретились в очень красивом месте – среди сочной зелени, у небольшого ручья на фоне лесистых холмов. Я выпрыгнул из фургона и сразу представил, как мы поднимемся на этот холм под журчание ручья, озаряемые льющимся сквозь листву солнечным светом… Билл кратко описал признаки присутствия звездоносов, и я понял, что все будет проще, чем мне казалось.

После вводных инструкций Билл велел мне следовать за ним, но направился вовсе не к живописному холму. Вместо подъема в солнечных лучах меня ждал спуск по склону к грязи и кочкам заболоченной низины недалеко от дороги. Я быстро понял, что ловля кротов не предполагает изящные, как у лесных эльфов, прыжки по камням вдоль чистых горных ручьев. Мы больше напоминали толкиновского Голлума: ползали на коленях по грязи и копались в ней голыми руками в компании личинок и дождевых червей. Я был удивлен, но вовсе не разочарован. Мне было все равно, где вести поиски, – ведь я выполнял важное задание Национального зоопарка.

Я ловил каждое слово Билла, но он был на удивление лаконичен. Он объяснил, как выглядят норы звездоносов, где они их роют, как устанавливать и проверять ловушку Шермана (небольшая металлическая коробка с дверцей на пружине), как часто проверять ловушки (каждые три-четыре часа, днем и ночью) и как их очищать (мыть в реке). Сказал еще, что ловушки довольно дорогие, а их было около сотни. Все казалось вполне выполнимым, ведь он уже давно изучил территорию, нашел ходы и успешно ловил звездоносов. Но тут он сообщил мне шокирующую новость: земля эта принадлежит родственникам его жены, и видеть здесь чужих они не хотят. Так что я должен забрать ловушки и поискать себе другое место. Но как найти это другое место?.. Короче говоря, через полчаса после начала урока меня отправили восвояси – с картой Пенсильвании, полным припасов фургоном и ловушками.

Многие любят вспоминать развилки на своем жизненном пути – как правило, в метафорическом смысле. В моем случае развилки были вовсе не метафорическими: я понятия не имел, какая из дорог приведет меня к таинственному звездоносу. Конечно, это не было вопросом жизни и смерти, но все же я оказался на старте невероятного исследовательского проекта в самом начале моей (вожделенной) карьеры. Все зависело от выбора маршрута.

Не буду даже пытаться описать – да и не очень-то помню – те сотни миль, которые я проехал, одним глазом глядя на дорогу, а другим – на пейзажи за окном. Северная Пенсильвания – это восхитительное сочетание холмов и долин, и в каждую долину стекаются многочисленные ручьи и речушки. Идеальная география для формирования обширных болот, а значит, и для жизни звездоноса. И все же существовало множество преград. Самые перспективные места зачастую оказывались слишком далеко от дороги, а пускаться в долгий пеший поход было неразумно. Более доступные территории непременно были утыканы знаками «Проход запрещен». Ну а идеальные принадлежали национальным паркам, где мое разрешение на отлов не действовало.

Наконец я увидел живописную маленькую долину с безупречным на первый взгляд болотистым ландшафтом. Она находилась недалеко от дороги и всего в паре миль от парка, где я мог ночевать в своем фургоне. Была только одна проблема: земля прилегала к частному коттеджу, а смотрители парка предупредили, чтобы я ни в коем случае не приближался к чужим владениям. Они указали только на один опасный участок, но любая история с упоминанием дробовика глубоко отзывается в душе и заставляет соблюдать особую осторожность. Так что на всякий случай я парковался на другом конце долины и начинал свои поиски оттуда, обходя коттедж по большой дуге.

Долина выглядела многообещающе: обилие нор и многочисленные следы обитания мелких млекопитающих в траве. В некоторых тоннелях я даже заметил наложения разных отпечатков миниатюрных лапок. Весь следующий день я рыл ямы, расставлял ловушки и проверял их. Эти слова описывают мой день так же точно, как слова «пару часов поплавал, покатался на велосипеде и побегал» описывают триатлон.

Интересно стало почти сразу. Каждые несколько часов я находил минимум десяток сработавших ловушек и между делом прошел ускоренный курс по мелким млекопитающим. Каждую ловушку я открывал в ведре, надеясь, что в него выпадет звездонос. Других животных я выпускал на волю. Первым уловом были полевки с большими глазами и острыми резцами. За ними последовала короткохвостая бурозубка с серо-коричневыми зубами и ядовитой слюной. Потом водяные бурозубки – с длинными хвостами и пушистыми лапками-веслами. Я выпустил их у воды и поразился тому, как ловко, по-рыбьи, они скрылись в подводных зарослях на другой стороне ручья. Еще были невероятно крошечные масковые бурозубки весом в несколько граммов, как монетка. Они с невероятной скоростью взбегали по моей руке и исчезали в траве, прежде чем я успевал что-то понять.

Одна из ловушек сильно раскачивалась и была тяжелее прочих (сами по себе они чуть меньше кирпича). Приоткрыв дверцу, я разглядел только яростный комок меха. Я аккуратно опустил ловушку в ведро, открыл ее и отступил. Комок раскрылся и оказался прекрасным созданием с озорной и умной мордочкой. Ту ловушку я установил в заросшем травой месте, поскольку увидел там наполовину съеденный трупик полевки; а это, безусловно, был главный подозреваемый – горностай. Зверек изучил ведро, вскочил на ободок, сделал пару кругов, спрыгнул и скрылся в высокой траве.

И вот наконец это случилось. Я поднял очередную ловушку, приоткрыл дверцу и увидел розовую мясистую звезду. Это было чудо – даже два чуда. Во-первых, я поймал это легендарное животное. Во-вторых, он существовал – этот крот, совершенно не похожий на прочих мелких обитателей болот. Я спешно наполнил пластиковый контейнер влажной землей и листьями, щедро насыпал туда дождевых червей. Потом аккуратно открыл ловушку и замер, наблюдая, как движениями мощных передних лап (словно плывя брассом) звездонос за пару секунд зарылся в землю.

Так все и происходило каждые пару часов, с небольшими вариациями, на протяжении нескольких дней. Правда, был еще один неожиданный подарок. Между проверками ловушек оставалось совсем немного времени, поэтому я решил, что нет смысла каждый раз возвращаться в парк: делать там все равно нечего, кроме как сидеть на лавочке. Весь день я проводил у водоемов, наблюдая и прислушиваясь. Возле одного из них я нашел старую спутанную леску, крючок и другие рыболовные принадлежности, и мне впервые за десять лет удалось порыбачить – надо сказать, весьма успешно. Я устраивался поудобнее на больших мягких кочках и засыпал в лучах солнца, а просыпался от шагов оленя по склону холма. Я наблюдал, как лесные черепахи медленно пробираются через кустарник. Время остановилось, и я больше не думал о рутине; о предметах, которые буду изучать осенью; о курсе, который я согласился преподавать; об изматывающих поездках из зоопарка в университет и обратно по пробкам на кольцевой дороге; о грядущих вступительных экзаменах в магистратуру (и о моих скудных познаниях в ботанике). Я просто жил настоящим в окружении природы.

Примерно за неделю я поймал пять звездоносов – больше, чем ожидал доктор Гульд при наилучшем раскладе. Пора было возвращаться в Вашингтон. Я, как обычно, припарковался у дальнего конца долины, собрал все ловушки, промыл их в ручьях и погрузил снаряжение в фургон.

В последний раз я медленно ехал мимо моей долины, оглядывая ее с совершенно новыми мыслями. Одними и теми же подземными ходами здесь пользуются млекопитающие порядка десяти разных видов. Несомненно, они регулярно пересекаются друг с другом. Что происходит, когда крот встречает землеройку? Или когда встречаются разные виды полевок? Я видел кровавые последствия знакомства полевки с горностаем – но стал бы горностай есть землеройку? (Землеройки, как скунсы, при испуге выделяют секрет с резким запахом.) Окидывая долину прощальным взглядом, полным признательности, я пытался представить царящую здесь социальную иерархию и отношения между хищниками и жертвами. А потом я кое-что заметил. Возле того самого коттеджа был припаркован пикап.

Зайти, познакомиться? У меня были все основания поостеречься. Всегда немного неловко приближаться к незнакомцу на его территории, и тем более странно сначала проезжать мимо по его дороге, а потом оставлять машину и возвращаться обратно через ручей, чтобы оказаться на нормальном для разговора расстоянии (фургон у меня был не полноприводный, так что подъехать прямо к дому я не мог). Мое воображение рисовало и кое-что пострашнее. По меньшей мере один житель этих краев не жаловал незнакомцев, а если вспомнить, что в местных коттеджах обитали сплошь охотники и рыболовы, у этого человека, несомненно, тоже имелось ружье.

1.1. Млекопитающие пенсильванских болот. По часовой стрелке, начиная с верхнего левого изображения: короткохвостая бурозубка, горностай, масковая бурозубка, звездонос в тоннеле, водяная бурозубка и луговая полевка, выбирающаяся из ловушки Шермана

И все же я не мог упустить такую возможность. Я хотел выяснить, смогу ли вернуться сюда, чтобы без опасений исследовать это особенное место. И, раз уж выпал такой случай, я хотел предупредить всех жителей этих уединенных коттеджей (особенно ребят с винтовками), что парень, бродящий с фонариком по ночному лесу, совершенно безобиден. Я притормозил, свернул на грунтовую дорогу и припарковался максимально близко к ручью, отделявшему меня от коттеджа.

Я осторожно перебрался через ручей, стараясь не промочить ботинки, пересек небольшую поляну и предстал перед человеком, выгружавшим из внедорожника рыболовные снасти. По выражению его лица я сразу понял, что кое-чего не учел. Но не того, о чем вы могли бы подумать, а ровно обратного. Я целую неделю жил под открытым небом, спал на склоне холма, не брился и не мылся, на мне были потрепанная одежда и грязные ботинки. За это время я ни разу не смотрелся в зеркало и весь оброс. Я так волновался из-за этого коттеджа, навоображал себе всякого – но теперь именно мой вид был реальным поводом для беспокойства, и тут даже воображения никакого не требовалось. Все это я прочел в широко открытых глазах рыбака.

К счастью, я догадался произнести магическую фразу: «Здравствуйте, я работаю в Национальном зоопарке». Не каждый день такое услышишь – как и то, что зоопарку очень нужны фантастические существа с наростами на морде, которые живут с вами по соседству. Новые вводные превратили меня из сумасшедшего бездомного в переутомленного студента-биолога. Приятнее всего, конечно, было то, что я мог показать хозяину живых «инопланетян» – вот же они, в моем фургоне.

Мужчину звали Кармайн, и познакомиться с ним было правильным решением. Коттедж был рыболовным (и покерным) убежищем Кармайна. Он много знал о местной живности, но никогда не встречал звездоносов и даже не слышал о них. Он считал себя «любителем дикой природы» и поразился тому, что десятилетиями ходил над тоннелями звездоносов, не догадываясь об их существовании. Кармайн был дружелюбен, и ему хотелось побольше разузнать о мелких зверьках, живущих рядом с его коттеджем. Он не только разрешил мне ловить их на его земле, но и предложил останавливаться у него на это время. Эта случайная встреча переросла в долгую дружбу.

Ночь в зоопарке

Мое прибытие в зоопарк с кротами стало одним из самых ярких событий лета, и теперь, когда план сработал, должен признаться, что это событие я слегка срежиссировал. Обратная дорога заняла семь часов, и у меня было время, чтобы заехать домой, переодеться и сменить обувь. Но мне хотелось произвести впечатление. Я был новичком в павильоне мелких млекопитающих и еще не успел вписаться в коллектив. Перед поездкой я несколько недель устанавливал в павильоне клетки для звездоносов, делал записи, изучал процедуры ухода за животными. Все были со мной очень любезны, даже чересчур, но держались отстраненно и формально. И я догадывался почему.

Один из смотрителей как-то спросил, как мне Гарвард. «Гарвард? Я учусь в Мэрилендском университете, недалеко отсюда». И тут он указал на мой блокнот с эмблемой Гарварда на обложке. Я никогда ее не замечал, даже не мог вспомнить, откуда у меня этот блокнот; возможно, из шкафа в захламленной подсобке административного здания зоопарка: мне там выделили небольшой стол под вольером с тиграми (окна тоже были закрыты картоном). В общем, коллеги относились ко мне как к «протеже» из Гарварда и ворчали, что даже волонтером в зоопарке не стать, если ты не из Гарварда. Я посмеялся и ответил: «Да нет, меня не из Гарварда завербовали убирать за кротами». Но все же неприятно было осознавать, что тебя видят чужаком, не готовым пачкать руки.

Я решительно развеял этот миф, явившись в зоопарк со звездоносами, весь в грязи, будто только что из окопа с поля битвы. Конечно, в зоопарки регулярно привозят куда более впечатляющие грузы – львов, тигров или медведей. Но и я получил несколько очков в свою пользу: за успешное ориентирование в лесу, за то, что нашел животных и испачкал руки не зря.

Вскоре я уже чувствовал себя своим – и за ланчем, и на диванчике в холле на первом этаже павильона. Мне страшно повезло: смотрители были влюблены во всех животных без исключения, обладали обширными знаниями, которых не почерпнуть из книг, и рассказывали поразительные истории. Вот, например: «В детстве у меня была гремучая змея, и когда она укусила меня во второй раз, отец отказался везти меня в больницу – сказал, что я должен усвоить этот урок». (Мне показали шрам на кисти, место, где яд разъел мягкую ткань.) Где еще вы услышите что-то подобное? Поразил меня и другой факт: оказывается, смотрителям львов и тигров снятся кошмары об этих хищниках! Я-то думал, что работа с большими кошками и знание их повадок, напротив, придают уверенности. Но несмотря на жутковатые истории из детства и ночные кошмары, все до единого были преданы своему делу – заботе о животных. Именно это нас объединяло. А еще меня предупредили, что если я заведу ядовитую змею (пусть даже у себя дома), то меня сразу уволят.

Затем я впервые пережил воодушевление и разочарование, которые неизменно сопутствуют научным исследованиям. В основе своей идея исследования была проста. Если звездонос способен обнаружить жертву по электрическому полю, нужно сгенерировать такое поле, чтобы обмануть звездоноса. Похоже на игру с котом лазерной указкой: наблюдая за этой игрой, можно заключить, что для обнаружения жертвы коты используют зрение. Более близкий пример – использование электрического поля для того, чтобы заставить акулу атаковать. Самое известное такое исследование провел Адрианус Кальмейн из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Веками ученые пытались определить функцию ямок («ампул») на морде акулы, и именно Кальмейн показал, что эти ямки представляют собой рецепторы, которые улавливают электрические поля, исходящие от потенциальной жертвы под водой^2. Доказал он это, в частности, заставляя акул атаковать «искусственные» электрические поля.

Звучит действительно довольно просто. Проблема в том, что нельзя просто бросить батарейку в воду и наблюдать за реакцией животного: ток будет слишком сильным. Нужно генерировать очень слабые, четко выверенные электрические импульсы – подобные тем, какие исходят в воде от живого существа. Кальмейн достиг в этом совершенства, и он любезно поделился с нами знаниями и оборудованием – самым настоящим «черным ящиком», который мог генерировать нужные электрические поля. Но Кальмейн жил и работал в Сан-Диего, а доктор Гульд был занят своими делами, так что планировать эксперименты, проводить их и фиксировать результаты поручили мне. Поведенческие эксперименты можно было проводить только тогда, когда один из звездоносов в поисках еды выбирался на мелководье аквариума, а происходило это, разумеется, ночью.

Ночь в зоопарке с животными – это ни с чем не сравнимый опыт. В первую ночь я наблюдал за звездоносом из зала для посетителей, пытаясь изучить режим этого животного. Свет в здании автоматически включался и выключался по графику. И вот все погрузилось во тьму, а я остался в коридоре со складным стулом, фонариком и стойким чувством, что за мной наблюдают. Как только ночные млекопитающие привыкли к моему присутствию, здание ожило. Со всех сторон что-то копалось, скреблось, трясло ветками, возилось и периодически кричало (последнее было на счету экзотических обезьян). Это был совершенно уникальный сенсорный опыт.

Ночь набирала обороты, я фиксировал повадки звездоноса, как вдруг началось что-то странное. Повсюду стали раздаваться зловещие щелчки – то в конце коридора, то совсем близко. Дальше хуже. Вглядевшись в темноту коридора, я заметил метнувшуюся прочь тень. Легко стать параноиком в такое время и в таком месте, но спустя некоторое время я сделал действительно неприятные открытия. Щелкающие звуки издавали падавшие с потолка гигантские тараканы, а тень принадлежала огромной крысе, пытавшейся пересечь здание и явно недовольной моим присутствием.

Это был «зоопарк в зоопарке», как его называют смотрители. Приготовление и раздача огромного количества корма для животных – важная часть работы любого зоопарка. Еда привлекает вредителей, но пользоваться ядами и инсектицидами здесь ни в коем случае нельзя. В этой бесконечной битве зоопарки делают все возможное для отлова и локализации бедствия – и всегда проигрывают. Насекомые никогда не казались мне мерзкими, но в ту ночь я сидел на стуле, поджав ноги и опасаясь, что в темноте по моей ноге ненароком пробежит таракан. (Дочитав до седьмой главы, вы узнаете, что тараканам я потом все-таки отомстил.)

После такой разминки бо́льшую часть рабочего времени я проводил в небольшом кабинете в задней части павильона, полностью погрузившись в исследование. Ключевой эксперимент состоял в том, чтобы предоставить звездоносу на выбор два места для поиска добычи: с одной стороны аквариума – с электрическим полем (имитирующим передвижение в воде дождевого червя), а с другой – без. Поле то и дело включалось и отключалось, а я фиксировал результаты на видео. Эксперименты такого типа бывают обманчиво обнадеживающими. Это как подбрасывать монетку: вы можете угадать исход несколько раз подряд и уверовать в свои экстрасенсорные способности, но проверку временем такая удача не пройдет. В случае со звездоносами поначалу все выглядело многообещающе, но чем больше испытаний я проводил, тем очевиднее становилось, что выбор места охоты случаен. Предстояло придумать более хитроумные эксперименты.

Я прочел все работы Кальмейна и выяснил, что под электропроницаемым барьером из желеобразного вещества – агара – можно спрятать настоящую добычу. Кальмейн использовал такой барьер, чтобы не дать акуле почувствовать запах, колебания воды вокруг рыбы или увидеть ее. Но агар не блокирует электрическое поле. Идея заключалась в том, что если акула действительно воспринимает электричество, то она почувствует добычу и атакует. Именно так все и происходило. Акулы пробивали тонкий агар и добирались до жертвы. Результат эксперимента стал главным доказательством того, что акулы обладают электрорецепцией.

Несколько недель я учился строить агаровые барьеры, чтобы прятать в воде дождевых червей, но в итоге никаких признаков восприятия электрического поля звездоносом так и не зафиксировал. Отрицательный результат, однако, имел и положительную сторону: теперь мне еще больше хотелось разгадать тайну звезды и определить ее функцию. Я чувствовал себя детективом, расследующим сложное дело, и уже с совершенно иными чувствами читал научные статьи и книги. Как только у меня возникал вопрос, оказывалось, что какой-нибудь настоящий ученый уже задавался тем же вопросом и зачастую находил на него ответ. Например, мне было интересно, как звезда выглядит под микроскопом, и я обнаружил, что в 1960-е годы некий Дэвид Ван Влек уже рассмотрел отростки под микроскопом и обнаружил на них небольшие куполообразные структуры – органы Эймера^4. Откуда такое название? Дело в том, что еще в XIX веке их открыл ученый по фамилии Эймер – только у европейского крота^5. Так что, получается, они есть и у других кротов. Но другие кроты не плавают, а значит, органы Эймера не могут быть электрорецепторами, ведь для распространения тока вокруг животных нужна вода. Я задумался: есть ли на звезде другие рецепторы, помимо органов Эймера? Этот вопрос оставался открытым, и я отложил его на будущее.

Мне не понадобилось много времени, чтобы прочесть всю имеющуюся литературу о разнообразии кротов и об органах чувств у каждого вида. Это оказалось безумно увлекательно. Я делал все то же самое, что и при работе над какой-нибудь скучной курсовой, но только вопросы теперь задавал я сам – и нестерпимо хотел найти ответы. Ощущения были такими, будто я вновь иду вдоль ручья неподалеку от родительского дома, надеясь найти за поворотом какое-нибудь невероятное существо. Это стало для меня настоящим откровением.

Книга, саламандры и семинар

В 1989 году я не мог воспользоваться интернет-поисковиком или зайти на Amazon.com, так что моя детективная работа состояла в методичном прочесывании университетской библиотеки в поисках трудов, посвященных органам чувств у животных. Там я и нашел недавно опубликованную книгу под названием «Электрорецепция» (Electroreception)6. Да, к моему удивлению, эта область исследований оказалась настолько широкой, что материала хватило на целую книгу, над которой работала, как говорилось в предисловии, «целая армия» специалистов по разным животным, способным воспринимать электрические поля. Каждая глава была написана ученым или группой ученых, специализирующихся на той или иной теме. Я обнаружил настоящую библию электрорецепции – и обратился в эту религию.

Глава 16 моей новой любимой книги, «Электрорецепция у амфибий», дала толчок новым экспериментам. Я узнал, что среди огромного многообразия существ, обладающих электрорецепцией, есть крупная саламандра, похожая на угря и метко названная двухпалой амфиумой[4]. Обитает она на юго-востоке США, и не путайте ее, пожалуйста, с трехпалой амфиумой, которая водится там же и у которой тоже есть электрорецепторы. Есть и еще более странное создание – аллеганский скрытожаберник, весьма крупная плоская саламандра, живущая под камнями в ручьях и реках. Ее английское название – hellbender[5] – претендует на победу в номинации «самое звучное название земноводного».

В книге приводилась подробная таблица, отражающая степень изученности вопроса для каждого из видов, и по ней было легко найти источники, на которые ссылались авторы. Электрорецепторы были обнаружены на коже многих саламандр, а вот как именно они работают, оставалось невыясненным – в таблице стояли вопросительные знаки. Никто не знал, как амфибии используют электрорецепторы! Это было отличное направление для будущих исследований, а значит, и для потенциальной магистерской диссертации. Более того, несколько подходящих саламандр обитали в Смитсоновском зоопарке.

После недолгих уговоров мне дали добро на побочный проект по изучению электрорецепции у амфибий в павильоне рептилий и земноводных. Я начал с аксолотля, поскольку его способность воспринимать электрические поля уже была доказана. И действительно: каждый раз, когда прибор включался, аксолотль атаковал, нападая на источник электрического поля как на добычу. Этот маленький успех придал мне воодушевления подобно живительному эликсиру.

Примерно в это же время в Мэрилендском университете состоялся семинар по эволюции мозга. Его проводил Гленн Норткатт, профессор нейробиологии из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Так у меня появился шанс встретиться с авторитетным ученым, который знает о мозге и его эволюции больше, чем кто-либо другой. Я ужасно боялся подойти к нему. Что я скажу? Я шел на встречу, чувствуя себя примерно как на той проселочной дороге в Пенсильвании, когда хотел познакомиться с незнакомцем, способным взяться за дробовик.

Волноваться оказалось не о чем. Стрельбы (то есть блиц-опроса по нейроанатомии) не случилось. Гленн дружелюбно пожал мне руку и стал расспрашивать о работе в зоопарке. Мне только того и надо было! Я достал из рюкзака книгу об электрорецепции, открыл ту самую главу 16 и выпалил: «Не могу поверить, что никто до сих пор не выяснил, как саламандры реагируют на электричество!» И я в красках описал, как аксолотль атаковал электрическое поле. Чего я не знал, так это того, что Гленн и сам изучал аксолотлей у себя в лаборатории. Его заинтересовало мое исследование, а таблицу из главы 16, как мне показалось, он знал наизусть (справедливости ради, он знал наизусть всю книгу). Он одобрил идею изучать электрорецепцию саламандр для магистерской диссертации и даже предложил мне поступать в Калифорнийский университет в Сан-Диего.

Когда профессор ушел на следующую встречу, я закрыл книгу и задумался о планах на будущее. И только тут я заметил на обложке его имя. Редактор серии! Я был в ужасе от своей оплошности. Неудивительно, что он так хорошо знал книгу, которую редактировал. Позже я немного успокоился и решил, что все сложилось неплохо: ведь знай я об этом раньше, я был бы слишком взволнован, чтобы так непринужденно обсуждать с профессором свои идеи.

И последний факт об этой книге. На ее обложке – три имени: Гленн Норткатт (редактор серии), Теодор Баллок и Вальтер Хайлигенберг (редакторы тома). Все трое впоследствии вошли в совет на защите моей магистерской. Гленн Норткатт стал моим научным руководителем. Неизвестно, как сложилась бы моя судьба, если бы кто-то не решил однажды, что книга «Электрорецепция» должна стоять на полке университетской библиотеки.

Калифорнийское звено

Доктор Гульд написал рекомендацию, и меня приняли в Калифорнийский университет на программу по нейробиологии. Это была осень 1990 года. Обычно студенты магистратуры выбирают тему на втором или третьем году обучения, но я уже знал, что моя диссертация будет посвящена электрорецепторам и нейроанатомии земноводных. Правда, не так-то просто оказалось избавиться от мыслей о звездоносе. Можно сказать, что я был привит «антигеном», вызывавшим отсроченный, но системный иммунный ответ. Время шло, а я не мог перестать думать о таинственной звезде и ее функции. Но все же мне предстояло еще кое-чему научиться.

Начало обучения в магистратуре похоже на восхождение на гору. Ты упорно поднимаешься по крутому склону, с каждым шагом заполняя пробелы в знаниях. Узнать надо столько, что думать о самом подъеме некогда, но когда через некоторое время ты останавливаешься на минутку и оглядываешься назад, то где-то вдалеке видишь крошечную парковку и не веришь, что начал настолько издалека. Мы занимались микроскопией, клеточными культурами, препарировали человеческий мозг. Были семинары, лекции, новые друзья, а для расширения горизонтов можно было даже купить компьютер.

Нам предоставляли большу́ю свободу в выборе предметов и лабораторий, что позволяло получить опыт работы с разными методами и оборудованием. Я уже поднаторел в области поведения животных, так что решил заняться чем-то диаметрально противоположным и выбрал микроскопию. В то время существовало два основных метода микроскопических исследований: световая микроскопия и электронная. Световой микроскоп – это то, что вы видите на столе в любой лаборатории, показанной в кино: прибор размером с кофеварку с двумя окулярами и подставкой для предметного стекла с образцом. Для студента-биолога умение смотреть в световой микроскоп все равно что умение водить машину: этому учатся все.

Другое дело – электронная микроскопия. Электронные микроскопы бывают двух типов: просвечивающие и сканирующие (растровые). Эти приборы обычно огромные и располагаются на консолях со множеством ручек и кнопок, а также с отдельным монитором для просмотра изображения (представьте себе уменьшенную версию обзорного экрана на звездолете «Энтерпрайз» из «Звездного пути»). Такой инструмент позволяет проникнуть в мир очень, очень (очень!) маленьких объектов. Обычный световой микроскоп дает увеличение в тысячу раз. Просвечивающий электронный микроскоп – более чем в миллион. Именно этого – абсолютной четкости – я и искал. Я записался на занятия в недавно открывшийся в Калифорнийском университете Национальный центр микроскопии и визуализационных исследований (National Center for Microscopy and Imaging Research). Под просвечивающий электронный микроскоп там было выделено отдельное большое помещение, а выглядел прибор примерно как ракета-носитель «Сатурн-5», извергающая холодный туман и все такое. Техники с удовольствием поддерживали в нас трепет перед этим грандиозным агрегатом, приглушая свет и включая музыку в стиле нью-эйдж – Вангелиса, например, или Tangerine Dream.

Был там и другой электронный микроскоп – сканирующий, мой любимый. Если световой и просвечивающий микроскопы позволяют рассматривать срезы тканей и изучать их внутреннее строение, то сканирующий микроскоп дает невероятно детальное и зачастую очень красивое изображение всей поверхности неповрежденного образца. Вы наверняка видели такие снимки – настоящие произведения искусства, где блохи и муравьи превращаются в монстров, похожих на Годзиллу. А еще этот микроскоп позволяет идентифицировать все виды рецепторов на коже – вкусовых, обонятельных… и даже электрических.

Научившись пользоваться обоими приборами, я начал работать под руководством Гленна над выявлением электрорецепторов, механорецепторов и вкусовых луковиц на коже аксолотля и других видов саламандр. Мне предстояло составить схему расположения этих рецепторов. Профессор, можно сказать, занимался высшей математикой развития и эволюции органов чувств и мозга животных – он искал ответы на важнейшие вопросы: как и когда эволюционировали разные структуры. Я же всего лишь делал первые маленькие шаги к своей диссертации, посвященной электрорецепции у амфибий.

Однако теперь мне было доступно новейшее оборудование для изучения кожи животных и нервных окончаний в ней. И я все чаще стал вспоминать о звездоносе. Есть ли на его звезде что-нибудь похожее на электрорецепторы? А может быть, там есть какая-то другая структура, которая объяснила бы функцию звезды? Очевидное решение – просто взять и проверить. Я не мог ответить на свой вопрос в Смитсоновском зоопарке, а здесь это было делом нескольких дней. Мне нужно было только связаться с Кармайном и отправиться на болота Пенсильвании.

Гленн не спешил одобрить эту авантюру, и его можно было понять. Кроты обитали в двух тысячах миль от Сан-Диего, так что затея не выглядела простой вылазкой в поле. К тому же крота нужно было усыпить мощным анестетиком – таким, который ветеринары используют для эвтаназии. Контроль над барбитуратами очень строгий, так что это было серьезной проблемой. У университетской лаборатории имелась лицензия на их использование, но если препарат найдут у меня в машине на другом конце страны, эта лицензия мне вряд ли поможет. (Я тогда носил длинные волосы и совсем не был похож на респектабельного ученого.) Я убедил Гленна, что проблем не возникнет: буду соблюдать скоростной режим и не стану нарываться на неприятности. Наконец он уступил, но несколько раз повторил очень строго: «Будь крайне осторожен с этим флаконом – если у тебя возникнут неприятности, они начнутся и у меня».

Я был крайне осторожен. Но спустя несколько недель я все-таки оказался в наручниках, а мэрилендский полицейский изучал флакон из лаборатории с самым строго контролируемым препаратом. Вскоре Гленн получил письмо, извещающее об этом событии, и запрос на внесение залога.

1.2. Мэрилендский полицейский надел на автора наручники и изучает подозрительный флакон

2

Пастер был прав

Помимо фотографии меня в наручниках и наспех нацарапанной записки с просьбой о залоге Гленн нашел в конверте еще один конверт, поменьше. Там содержалась вся правда: просто мой университетский приятель (назову его Том) стал полицейским в штате Мэриленд, и мы всегда с ним видимся, когда я приезжаю. Я верил в чувство юмора своего научного руководителя, а его напутствия были готовым сценарием для розыгрыша. Так что мы с Томом устроили в отделении полиции креативную фотосессию, главным участником которой стал драгоценный флакон Гленна. Я отправил письмо и поехал дальше, к Кармайну.

Я не особенно волновался по поводу предстоящей охоты на звездоноса; за время работы в зоопарке это стало привычным делом. Я звонил Кармайну, и он всегда предлагал мне остановиться у него (уезжая, я прибирался и заполнял холодильник его любимым пивом). Нередко я брал с собой моего старшего брата, Билла, и Кармайн сам к нам заезжал: мы ловили рыбу, играли в покер и ели оленину. В общем, ночевки в фургоне и чипсы на ужин тут и рядом не стояли.

Но в этот раз у меня было совсем мало времени, и я поехал туда один. Я не подумал ни о времени года, ни о погоде, что оказалось большой ошибкой. Уровень воды изменился, а земля была усыпана листьями, закрывавшими привычные следы кротовьих тоннелей. Хуже того: из-за изменения уровня воды тоннели тоже сместились, и я был совершенно растерян. Время поджимало, так что я в панике позвонил брату. Он все бросил, примчался из Мэриленда ко мне на помощь и в итоге сотворил маленькое чудо. Он осмотрелся, отошел метров на сто вдоль другого берега ручья и сказал: «Попробуем здесь». И все сразу получилось.

Вскоре я вновь был в Сан-Диего, за пультом сканирующего электронного микроскопа Cambridge Stereoscan. Наконец-то я увижу загадочную звезду крупным планом! Несмотря на колоссальную разницу в масштабах, загрузка нового образца в этот прибор во многом напоминает отправку космического зонда на далекую планету: ты не можешь сам прогуляться по ее ландшафту, а вместо этого управляешь движущимся электронным пучком с помощью двух ручек, наблюдая за происходящим через мерцающий монитор. Реальность редко оправдывает ожидания: обычно вместо марсиан глазу предстает раскинувшаяся до самого горизонта серая равнина. Но не в этот раз. Я разогрел нить, сфокусировал луч – и замер.

Звезда состоит из 22 отростков, и я увидел, что все они покрыты маленькими «куполами», расположенными по образцу пчелиных сотов. Диаметр каждого из них составлял около 50 микрометров (примерно как толщина человеческого волоса). Геометрический рельеф звезды походил на странную версию фасеточного глаза насекомого. Я знал, что купола – это органы Эймера, поскольку они были кратко описаны в исследовании 1960-х годов. Когда я увеличил изображение и стал перемещать электронный пучок вдоль поверхности звезды, стало ясно, что органы Эймера не просто расположены на звезде – сама звезда буквально состоит из органов Эймера! Но только ли из них? Может быть, там есть и другие сенсорные структуры, подобные электрорецепторам у акул и амфибий? Или, возможно, какие-нибудь химические детекторы? В моих руках был прибор, покрутив одну из ручек которого можно получить вместо десятикратного стотысячекратное увеличение, так что мне удалось внимательно изучить всю поверхность звезды. Затем я рассмотрел еще одну звезду в разрезе – с помощью обычного светового микроскопа и специальных красителей для изучения нервных волокон. Я также исследовал органы Эймера через просвечивающий электронный микроскоп. В общем, в ход пошли все доступные инструменты.

И не напрасно. Прежде всего, я получил ответы на множество давних вопросов. Нет, звезда не нужна для обоняния: ни одного обонятельного рецептора. У крота, как и у человека, такие рецепторы расположены глубоко в полости носа, а не на его кончике. И нет, звезда – это не дополнительная лапа. Здесь нет мышц, а значит, этими отростками звездонос не может ничего двигать или подбирать. На снимке поверхности звезды, сделанном при помощи сканирующего микроскопа, нет ни электрорецепторов, ни вкусовых луковиц, ни каких-либо известных химических рецепторов. Только органы Эймера. Стало быть, чтобы определить функцию звезды, нужно разобраться с функцией органов Эймера.

2.1. Слева: на снимке, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа, видно, что поверхность средней части отростка звезды целиком состоит из органов Эймера. Справа: строение органа Эймера у звездоноса

Итак, что это такое и для чего они нужны? Если рассмотреть поверхность отдельно взятого куполообразного органа Эймера, в центре мы увидим круглый диск – верхушку столбика из клеток кожи (их взаимное расположение напоминает горку блинчиков на тарелке). Внутри столбика находится главный компонент любого органа чувств – нервные волокна. От пяти до десяти отдельных волокон проходят параллельно друг другу по краям столбика, а одно – через его центр. Наверху всей этой структуры, сразу под наружным слоем кожи, нервные волокна образуют холмики, идеально расположенные для распознавания легчайшего прикосновения к коже. Кроме того, в основании столбика имеется механорецептор – клетка Меркеля, улавливающая давление (у человека таких рецепторов очень много на кончиках пальцев). Прямо под клеткой Меркеля – еще один механорецептор, тельце Пачини, реагирующее главным образом на вибрации. Раскрою карты: впоследствии мы подтвердили все эти данные (и не только их), зафиксировав и проанализировав активность нервных волокон1–2. Наш главный подозреваемый – осязание – оказался виновен, как сказали бы в суде, «вне всяких разумных сомнений». Органы Эймера не способны обнаруживать электрические поля, но представляют собой образцовые механорецепторы.

Вам может показаться, что я спустил звезду с небес на землю. Если так, то сейчас подниму ее обратно. Исследование показало, что на звезде более 250 тысяч органов Эймера, и все они сосредоточены на площади менее одного квадратного сантиметра! Выходит, мы имеем дело с биологическим аналогом камеры сверхвысокого разрешения со множеством пикселей, только в случае со звездой эти «пиксели» осязательные. Еще больше впечатляет количество нервных волокон, по которым сигналы передаются от звезды в головной мозг крота.

Путь одного такого волокна от верхушки органа Эймера на кончике отростка до головного мозга напоминает путь ручейка, который впадает в ручей пошире, после чего тот впадает в реку, несущую свои воды в море. В основании органа Эймера нервное волокно объединяется с пятью или шестью другими. К этому небольшому нервному пучку присоединяются десятки, а затем и сотни волокон от соседних органов Эймера. Ближе к основанию отростка нерв состоит уже из тысяч волокон. В основании половины звезды – одиннадцать крупных нервных пучков, по одному на каждый отросток. По мере приближения к мозгу эти пучки сливаются в еще более крупные, и в итоге информацию от каждой половины звезды несут по 56 тысяч нервных волокон. В сумме получается 112 тысяч волокон^3.

Само по себе это число мало о чем говорит. Но вы только подумайте: человеческая рука считается вершиной эволюции во многом благодаря тонкому осязанию, позволяющему нам изготавливать инструменты, метать орудия, кидать бейсбольный мяч и печатать текст про нос крота. Однако кисть нашей руки содержит около 17 тысяч нервных волокон, а у кротовьей звезды их в шесть раз больше, и все они занимают участок площадью с кончик человеческого пальца. Я начал догадываться, что звездонос, вероятно, обладает самой чувствительной системой осязания на планете и воспринимает объекты окружающей среды невероятно детально.

Первый шанс

Итак, идея использовать современные методы микроскопии для прояснения картины себя оправдала: наконец-то у меня появилось множество достоверных данных о звезде, не говоря уже об эффектных снимках. Теперь предстояло тщательно описать результат: подсчитать органы Эймера, измерить их, оценить плотность их распределения на каждом из отростков и составить схему этого распределения. Эта методичная работа может показаться скучной и малозначимой. Но на самом деле это одна из важнейших составляющих научного исследования: именно на этом этапе мы зачастую случайно видим что-то такое, что становится первым шагом на пути к открытию.

Для меня такой случайной находкой стал тот факт, что между всеми отростками звезды имеется полоска кожи, свободная от органов Эймера^4, причем даже там, где отростки отходят от основания звезды вместе. Стало быть, каждый отросток представляет собой самостоятельную сенсорную единицу, своего рода вибриссу. Размышляя над этим, я вспомнил, как в Мэрилендском университете нам рассказывали о вибриссах мышей и особых «картах» в неокортексе.

Новая кора, или неокортекс, – это часть головного мозга всех млекопитающих (и только млекопитающих), которая покрывает полушария и поделена на множество зон с различными функциями. И у каждого млекопитающего соматосенсорная, то есть осязательная, зона представляет собой своеобразную карту его тела. Представьте себе крошечного человечка, вытянувшегося вдоль вашей новой коры вниз головой (его называют латинским словом «гомункулус»). В принципе, так и устроена карта, но, как правило, на каждое полушарие мозга проецируется только одна половина тела (правая половина тела – на левую половину мозга, и наоборот), поэтому вам нужно представить себе половину человека, лежащего вверх ногами. Карикатурное на вид изображение гомункулуса, вытянутого вдоль соматосенсорной коры в средней части головного мозга, есть в каждом учебнике по введению в нейробиологию. Первую карту осязания человека составил нейрохирург Уайлдер Пенфилд. Он точечно стимулировал неокортекс пациентов электрическим током и выяснял, какая часть тела реагирует на стимул.

2.2. Карта человеческого тела в соматосенсорной коре с представлением гомункулуса (лат. «маленький человек»). Подобные карты имеются в первичной соматосенсорной коре (S1) у всех млекопитающих

Мозг – структура, мягко говоря, сложная, и составление таких функциональных карт обычно требует скрупулезной записи нейронной активности или же применения стратегии Пенфилда. Однако в мозге мыши есть особая зона, которая стала настоящим подарком для исследователей неокортекса. Она называется баррельной корой, поскольку состоит из особых бочкообразных структур (баррелей), каждая из которых четко видна на фоне окружающей нервной ткани и состоит из множества отдельных нейронов^5. И каждый из этих баррелей соответствует одной вибриссе на противоположной стороне морды. Проще говоря, карту вибрисс на мозговой ткани мыши можно увидеть своими глазами (если, конечно, правильно подготовить препарат). И это очень важно.

Баррельная кора мыши – хрестоматийный пример соматосенсорной зоны. Но это еще не все. Четко различимая карта вибрисс на неокортексе мышей и крыс стала так называемой модельной системой для изучения функций этой области мозга и позволила сделать множество открытий. Баррельной коре посвящено более тысячи научных публикаций, пара книг и ежегодная конференция, которая так и называется – Barrels.

2.3. Вибриссы и ткань головного мозга мыши. Каждой вибриссе соответствует овал, видимый на неокортексе мыши, а вместе эти овалы составляют точную карту мышиной морды. Эта особенность сделала мышь идеальной моделью для изучения осязания

Признаюсь, когда я только начал рассматривать звезду под микроскопом, то обладал лишь остаточными знаниями об этой особенности мышиного мозга. И все же эти знания, хоть и с натяжкой, позволили мне отнести к себе знаменитое изречение Луи Пастера: «Удача улыбается подготовленному разуму». Но у меня есть и собственный афоризм, который может вам пригодиться: «Не сдавайте свои учебники букинистам!» У меня все еще хранился учебник по нейробиологии («От нейрона к мозгу»[6], второе английское издание, 1984^6). Я отыскал изображение баррельной коры, и пока я в него всматривался, в моей голове забрезжил свет. Что, если на неокортексе крота можно увидеть карту звезды, подобную карте вибрисс у мыши? Вот было бы здорово! К тому же это почти наверняка привело бы к новым открытиям функций и особенностей неокортекса.

Я поделился этой мыслью с Гленном, и он одобрил продолжение исследований. Правда, для визуализации на неокортексе баррелей (или их аналогов у звездоноса) необходима специальная обработка ткани. Это на удивление редкий навык даже среди опытных нейробиологов. Чтобы правильно разрезать кору сверху донизу, для начала ее нужно ловко отделить от подлежащих структур и аккуратно расправить. Мы такими методами не владели. К счастью, Гленн знал, к кому обратиться за помощью: к Джону Каасу из Университета Вандербильта. Он написал о неокортексе столько, что хватило бы на целую книгу. Я отправил бы ему письмо по электронной почте, но такой роскоши у нас тогда не было. Так что я написал ему обычное письмо. В ответ он тоже написал обычное письмо, в котором пригласил меня в свою лабораторию.

Увидеть – значит поверить

Университет Вандербильта расположен в Нэшвилле, примерно в тридцати часах езды по трассе I-40 из Сан-Диего в сторону коттеджа Кармайна. В этот раз, рассчитывая произвести впечатление, я не стал полагаться на удачу, так что снял копии с нескольких статей Джона и начитал их на магнитофон. Получилась своеобразная аудиокнига на кассетах. В дороге я успел прослушать все новейшие неокортексные хиты и немного из классического репертуара. Может, это и был апофеоз занудства, но эффект вышел примерно как у Нео из «Матрицы» с навыками кунг-фу; правда, в моем случае загрузка заняла куда больше времени.

Выяснилось, что волноваться мне было не о чем. Как и Гленн, Джон оказался дружелюбным и отзывчивым человеком, не кичившимся своим статусом. Он видел меня впервые в жизни, однако пригласил остановиться у себя. И вот мы уже сидели у него на кухне, пили пиво, говорили о мозге, о влиянии политики на науку, а потом и о более философских вопросах. В конце концов мы добрались до темы, которой я пренебрегал все студенческие годы: университетского баскетбола.

На следующий день, уже в лаборатории, я рассказал Джону о своем исследовании, показал детальные снимки звезды и едва различимые границы между отростками. Джон сказал, что поиск интересующих меня структур на неокортексе крота – плевое дело, так что я в тот же день отправился на пенсильванские болота, и уже через две недели мы впервые увидели мозг звездоноса.

Этап окрашивания препарированного и расправленного неокортекса полон того же предвкушения, что и загрузка образца в электронный микроскоп, но результат, конечно, сильно отличается по масштабу. Хотя электронный луч и позволяет получить максимально возможное увеличение, плоский срез лучше всего рассматривать по старинке, с помощью диапроектора. Но пусть вас не обманывает простота этого прибора. Если вы все сделаете правильно, то сможете спроецировать на лист бумаги и показать всему миру ткань, которую не увидеть невооруженным глазом.

Первые срезы я просматривал на выходных. Я увидел темные полосы, расположенные в виде звезды, именно там, где мы ожидали их увидеть. Проецирование коркового узора на бумагу особенно удобно тем, что его можно обвести карандашом, что я сразу и проделал с несколькими образцами. Ну а потом я запрыгнул в машину и поехал к Джону, чтобы нахально прервать его субботний отдых. Еще не войдя в дом, я начал показывать ему рисунки. Мы стояли на крыльце и обсуждали увиденное с одинаковым воодушевлением.

Для исследователей мозга это открытие значило очень много. По словам Джона, карта звезды была особенно важна потому, что опровергала давние теории о строении мозга млекопитающих. Многие ученые полагали, что структурной единицей новой коры является колонка неокортекса и что весь неокортекс «вымощен» такими колонками, как плиткой. Баррели, различимые на карте вибрисс у мышей, полностью соответствуют этой концепции (срез колонки – это и есть баррель). Но карта звезды плохо вписывалась в эту теорию, поскольку полосы представляли собой вовсе не круглые элементы. Узор на неокортексе крота скорее подтверждал другую гипотезу, согласно которой на формирование и представление карты тела в первую очередь влияет расположение рецепторов на коже животного.

Вскоре я вновь был в дороге. Я возвращался в Сан-Диего, и у меня было тридцать часов, чтобы, глядя на убегающее за горизонт шоссе, поразмышлять о неокортексе. В начале пути по радио заиграла песня Africa группы Toto, и до сих пор, когда я слышу эту песню, в голове возникает образ звезды в неокортексе. Это была незабываемая поездка – и не только из-за моего увлечения наукой, но и по более прозаичной причине, знакомой всякому магистранту: новое открытие практически гарантировало мне успешную защиту диссертации.

При подготовке к защите я старался предугадать все возможные вопросы диссертационного совета, но оказался не готов к первому же из них. Стараниями Гленна вступление к моему докладу сопровождалось той самой фотографией меня в наручниках рядом с суровым полицейским. Не знаю, удалось ли мне убедить совет в том, что я никогда не сидел в тюрьме, но месть Гленна имела и положительный эффект: после такого начала все прочие вопросы казались совсем простыми.

2.4. Карта звезды на ткани головного мозга, спроецированная с предметного стекла на лист бумаги (слева) и увеличенная для лучшей детализации (справа внизу). На каждую сторону неокортекса проецируется половина звезды (справа сверху), то есть на каждом полушарии видно одиннадцать сегментов (справа снизу). Обратите внимание: одиннадцатый сегмент намного больше остальных

Много лет спустя круг замкнулся. Описание карт мозга в пятом издании учебника «От нейрона к мозгу» теперь сопровождается снимками не только баррельной коры мыши, но и неокортекса звездоноса. Авторы книги и не подозревают, что на открытие меня вдохновило одно из ее предыдущих изданий.

Нейрокомната смеха

Узор на неокортексе крота дал тот же эффект, что и изображения звезды, полученные с помощью электронного микроскопа. Он стал очередной хлебной крошкой на пути к следующему вопросу. И даже не просто крошкой, а целой горбушкой хлеба. Едва взглянув на карту звезды, я заметил кое-что требующее объяснения: один из сегментов занимал непропорционально большую часть карты. Несоответствие было столь явным, что поначалу мы пришли в замешательство. Мы ожидали (или по крайней мере надеялись) увидеть на неокортексе одиннадцать полос – по полосе на каждый отросток на противоположной стороне звезды. Но мы увидели десять примерно одинаковых полос и одну гигантскую – причем на месте самого маленького, одиннадцатого отростка. Что бы это могло значить? Чтобы ответить на этот вопрос, мы зарегистрировали электрическую активность мозга звездоноса, и огромная полоса действительно оказалась проекцией одиннадцатого отростка. То, что мы наблюдали, называется кортикальным увеличением.

Кортикальное увеличение – это, можно сказать, то, как мозг «видит» тело, а видит он его совсем не так, как мы. Это больше похоже на отражение в кривом зеркале, которое значительно искажает пропорции. У человека огромную часть соматосенсорной карты занимают кисти рук, потому что на их коже очень много сенсорных нейронов. А вот на туловище, ноги и предплечья, гораздо менее важные для осязания (никто не может читать шрифт Брайля, например, локтем), приходится куда меньше места. Как вы могли догадаться, в результате регистрации электрической активности мозга звездоноса мы получили «кротункулуса» с гигантской звездой и огромными передними конечностями.

Описанное выше не так уж и удивительно; логично, что мозг отводит больше места для более важных частей тела. Но особое выделение одного сегмента звезды оказалось новой загадкой. Одиннадцатый сегмент занимает 25 % карты, но соответствует самому маленькому из отростков, на котором сравнительно немного органов Эймера^3. Почему же именно этот отросток так важен для кротовьего мозга? Чтобы получить ответ, я внимательнее присмотрелся к поведению звездоноса и добрался до самых основ.

2.5. Пропорции частей тела животных в соматосенсорных картах неокортекса. Увеличение проекций важных для осязания частей тела называется кортикальным увеличением

Звездонос, известный, помимо прочего, своим инопланетным видом и непостижимым образом жизни, делает ровно то, что сейчас делаете вы. Читая эти строки, вы переводите глаза с одного слова на другое. Если вы задержите взгляд, скажем, на точке в конце этого предложения, вы не сможете читать дальше. Попробуйте сделать это несколько раз, и вы абсолютно четко (или абсолютно нечетко) осознаете, что в вашем глазу есть маленький центр с высоким разрешением (центральная ямка сетчатки) и гораздо бо́льшая окружающая его область с низким разрешением. Мы сканируем пространство вокруг нас в низком разрешении и переводим взгляд на то, что хотим рассмотреть повнимательнее, используя высокое разрешение.

То же самое делает звездонос – только вместо зрительной «ямки» у него тактильная. Дотронувшись до чего-то интересного, и особенно съедобного, отростками каждой половины звезды с первого по десятый, он вдруг переключается только на одиннадцатую пару^3. Такие движения звезды очень похожи на движения глазных яблок. У человека на перевод взгляда уходит около одной двадцатой секунды, у звездоноса – примерно столько же.

Вы, наверное, уже догадались, что центральной ямке в нашей зрительной коре отводится гораздо больше места, чем более крупным, но менее важным периферическим областям. Это позволяет эффективнее использовать ресурсы мозга, так что неудивительно, что эволюция пришла к одинаковому решению для людей и кротов (и многих других животных). Вместо высокой разрешающей способности всего органа чувств, что потребовало бы большего объема неокортекса для обработки сигнала, детально анализируется только небольшая зона. Получается своеобразный сенсорный фонарик, ярко и четко освещающий центр и тускло обозначающий периферию.

Как обычно, новое открытие привело к новому вопросу. Как такая маленькая часть тела животного отвоевала такую большую часть соматосенсорной карты? Это вопрос к самой сути нейробиологии, поскольку, ответив на него, можно понять, как то или иное млекопитающее эволюционировало, развивая свои способности. В неокортексе животных, полагающихся на зрение, отводится много места глазам; летучие мыши специализируются на эхолокации – и в их неокортексе доминируют органы слуха; а в неокортексе звездоноса главными стали органы осязания. Но чтобы выяснить, как формируется в новой коре такое распределение, нужно изучить развитие животного на ранних стадиях. Я должен был исследовать эмбрионы звездоноса, и это вывело меня на следующий уровень неизведанного.

Жуткое звездодействие[7]

К тому времени я уже защитил диссертацию и работал научным сотрудником в лаборатории Джона Кааса в Университете Вандербильта, так что располагал всем оборудованием, необходимым для изучения неокортекса. Но для исследования эмбрионов требовался сканирующий электронный микроскоп, который находился в Калифорнийском университете. К счастью, я как раз собирался в Сан-Диего на конференцию, так что позвонил своему приятелю по магистратуре – специалисту по микроскопам Чарльзу Грэму – и спросил, смогу ли я воспользоваться прибором. Технические специалисты лабораторий – это невоспетые герои науки, пусть даже они выполняют столь важную преподавательскую миссию неофициально. Чарльз был моим вторым пилотом, пока я учился обращаться с микроскопом, и он научил меня решать любые проблемы. Но в этот раз проблема была не по технической части: дело в том, что почти все время микроскоп был занят.

«Я тебе доверяю, – сказал он мне по телефону. – Если хочешь, приходи ночью, я дам ключи». Его неоценимая помощь сэкономила мне месяцы, которые могли бы уйти на поиск другого аппарата и на обучение работе с ним.

Когда я наконец приготовил образцы и устроился перед мониторами, было далеко за полночь. В здании было темно, пусто и тихо. Я, как обычно, выключил свет, чтобы лучше видеть изображения. Расположенный рядом прибор, который покрывает препараты золотом, мерцал фиолетовым светом, а из емкости с жидким азотом, охлаждающим микроскоп, то и дело вырывались клубы холодного пара. Все это очень напоминало первые кадры научно-фантастического фильма.

Это может показаться глупым, когда вы сидите в ярко освещенном помещении, но многие взрослые люди боятся темноты (и узнают об этом только в полевых условиях). Мне пришлось преодолеть этот страх еще в зоопарке, и довольно быстро. И я никогда бы не подумал, что испытаю ужас, увидев изображение на мониторе микроскопа. Но именно это произошло, когда я нагрел нить и сфокусировал луч на первом эмбрионе звездоноса. Выше я сравнивал сканирующий микроскоп с космическим зондом. Ну что ж, теперь я встретил инопланетян.

Не хочу, чтобы вы дурно подумали о звездоносе, так что отмечу, что на стадии эмбриона мы все выглядим не лучшим образом. И все же я увидел парочку совсем уж странных вещей. Во-первых, передние лапы, которые аномально велики у взрослого звездоноса, у эмбриона тоже были огромными, как у каменного тролля. Во-вторых, ноздри в центре звезды напоминали глаза пришельца. На самом деле глаза у крота расположены ближе к задней части головы, за формирующейся звездой.

2.6. Жутковатый эмбрион звездоноса под электронным микроскопом. Формирующаяся звезда с двумя ноздрями похожа на голову инопланетянина, тогда как на самом деле голова и глаза крота расположены дальше, в глубине изображения. Обратите внимание на огромные формирующиеся передние лапы, которыми взрослые звездоносы роют тоннели

Но как бы жутко ни выглядел эмбрион, он представлял собой кладезь новых ключей к пониманию того, как одиннадцатый отросток стал главным органом осязания и оккупировал больше всего пространства в неокортексе звездоноса. Оказалось, что не все отростки «созданы равными». Одиннадцатые отростки – самые крупные на раннем этапе формирования звезды. Кроме того, кожа и органы Эймера на них созревают раньше, и то же касается нервных волокон. Как ни крути, на старте развития одиннадцатые отростки опережают все прочие, которые пытаются их догнать и в конце концов обгоняют по размеру^7.

А что насчет неокортекса? Что вполне предсказуемо, первым в развивающейся новой коре появляется сегмент одиннадцатого отростка, и уже на раннем этапе он занимает большую область. Это отлично согласуется с данными других исследований, которые показывают важность ранних событий в мозге, когда закладывается основа его структуры. Конкуренция нервных окончаний за пространство, особенно в развивающемся неокортексе, – доказанный факт, и раннее развитие органа дает преимущество в этой борьбе.

Я не силен как теоретик, но не могу не высказать заманчивое предположение. Что, если один из способов, которым эволюция подправляет карты мозга, – это изменение сроков развития сенсорной единицы? Если хочешь припарковаться поудобнее, надо выехать пораньше. Кстати, при развитии органов зрения у приматов центральная ямка сетчатки тоже закладывается раньше, чем периферические области^8.

Развитие, эволюция и гольф-клуб

Давайте представим, что нам нужно слепить звездоноса из пластилина. Как вылепить его звезду? Если мы работаем с одним куском пластилина, есть два варианта. Можно вытягивать отростки по отдельности из передней части морды, добирая недостающий материал у основания для достижения нужной длины. Или можно вытянуть один большой отросток в форме веера или лопатки, а затем разрезать его на несколько маленьких отростков, удалив лишний пластилин. Оба метода широко используются в лепке и оба близки к тому, как в реальности развиваются самые разные отростки в животном мире. Хороший пример – человеческая рука. В процессе ее развития природа использует обе стратегии: сначала из бугорка на поверхности тела развивается конечность, а затем из кистевой пластины на ее конце формируются пальцы (за счет постепенного отмирания клеток в пространстве между ними).

Эти два основных механизма – отращивание нужной формы и формирование ее за счет удаления материала – кажутся в высшей степени удобными и логичными, и именно так у большинства животных развиваются конечности и отростки. Опять же, как еще? Казалось бы, все разумные варианты исчерпаны. Однако звездоносы пошли своим путем.

На раннем этапе развития у эмбриона нет никаких признаков будущей звезды, и кончик носа представляет собой просто гладкий слой эпидермиса. Затем довольно внезапно появляется «протозвезда», которая выглядит как одиннадцать валиков с каждой стороны морды. Но что это? Звезда в сложенном виде? Или звезда, спрятанная под кожей и формирующаяся внутри носа, чтобы показаться в свое время? Ни то ни другое. Это просто валики – волны на поверхности кожи формирующегося носа. По мере развития валики становятся более выраженными, но по-прежнему не являются отдельными отростками. У них нет нижней части. Они лишь намечены бороздками, как пальцы у Сфинкса. Вскоре под этими эпидермальными волнами вырастает новый слой эпидермиса, и каждый из валиков становится отдельной трубочкой, прикрепленной к носу эмбриона по всей длине. А уже после рождения звездоноса эти трубочки проступают целиком, отделяются от морды и отклоняются вперед, образуя отростки звезды, которые мы видим у взрослой особи^9.

2.7. Развитие звезды «задом наперед». Вместо формирования отдельных отростков на носу крота образуются обращенные назад трубчатые структуры, которые затем отделяются и отклоняются вперед. Этот процесс отличается от развития аналогичных органов у других животных

Получается, что кожа кончика каждого отростка представлена тканью лицевой области, расположенной дальше от носа, чем ткань основания. То есть орган формируется «задом наперед», а такой механизм развития не наблюдается больше ни у одного представителя царства животных. Это, мягко говоря, нестандартный подход, а говоря откровенно – просто нелепо. Думаю, если на уроке лепки из пластилина кто-то решит сформировать звезду таким способом, этот кто-то как минимум закончит работу последним. Положа руку на сердце, я думаю, что такое даже в голову никому не придет. Это совершенно неразумно.

Почему же развитие происходит именно так? Судя по всему, звездонос просто обожает оказываться в центре самых любопытных научных теорий и споров. Сначала речь шла о соматосенсорных картах неокортекса, а теперь – о взаимосвязи между внутриутробным развитием и процессом эволюции. В 1977 году известный палеонтолог и популяризатор науки Стивен Джей Гулд опубликовал свою первую книгу, «Онтогенез и филогенез» (Ontogeny and Phylogeny)10. Она была посвящена именно этой взаимосвязи (и вполне могла бы называться проще – «Развитие и эволюция»). Гулд особо подчеркивал тот факт, что эволюция не может позволить себе роскошь, доступную скульпторам, архитекторам и инженерам, и создавать что-то с нуля. Напротив, эволюция – это мастер, создающий новое, переиначивая пути развития старых форм, да еще и с дополнительным условием: все новое должно работать максимально эффективно. Зачастую это приводит к удивительным решениям, и сама их странность – лучшее доказательство эволюции. Если говорить точнее, Гулд, да и не только он, отмечает, что из-за такого кустарно-экспериментаторского характера эволюции иногда в процессе эмбрионального развития организма «воспроизводятся» стадии эволюционного процесса.

Иными словами, экстравагантное развитие лучей звезды у звездоноса может быть связано с тем, что на носу его предка органы Эймера располагались в виде отдельных полос, направленных назад. И если в процессе эволюции они постепенно приподнимались и отделялись от кожи, то последовательность эволюционных этапов может отражаться в последовательности развития звезды у современного звездоноса.

Эта гипотеза эволюции звезды звучала очень здорово, но ей не хватало доказательств. Я даже не знал, существовал ли у звездоноса такой предок. Ископаемых кротовьих носов не существует, вот в чем проблема. Но надежда оставалась: в мире насчитывается более тридцати видов кротов, и если хотя бы у одного из них обнаружится «протозвезда», это будет даже лучше окаменелости. К тому времени я уже познакомился со многими исследователями кротов и знал, что на Западном побережье США обитает вид, который весьма логично называется тихоокеанским кротом (Scapanus orarius) и с которого стоило начать.

Я немного покопался в литературе, и у меня возникла идея. Оказалось, что тихоокеанский крот наносит огромный ущерб фермам в округе Тилламук штата Орегон. Так что я прилетел в Портленд, арендовал там машину, доехал до Тилламука и заселился в прибрежный отель. Оказавшись в номере, я первым делом открыл телефонную книгу и позвонил в ближайший гольф-клуб.

– Здравствуйте! Скажите, пожалуйста, страдает ли ваше заведение от кротов?

– Разумеется. – В женском голосе слышалось подозрение. – Почему вы спрашиваете?

– Я бы хотел подъехать и поймать парочку особей, если позволите.

– Нет-нет, спасибо, мы уже решаем проблему. Нам не нужны морильщики. – Она явно собиралась повесить трубку.

– Постойте, я биолог. Я не ищу работу, кроты нужны мне для исследования, я их поймаю бесплатно.

Понадобилось еще немного времени, чтобы убедить женщину, что я не мошенник. Оказалось, что кротов здесь столько, что разные компании постоянно навязывают услуги по их отлову и истреблению. Наконец она убедилась в моих честных намерениях и разрешила приехать.

Приехав, я понял, что оказался на поле непрекращающихся баталий между кротами и Джуди, владелицей клуба. Выглядело все в точности как сцена из фильма «Гольф-клуб», где герой Билла Мюррея воюет с сусликами с помощью пластичной взрывчатки и снайперской винтовки. Правда, методы Джуди были куда эффективнее: она предпочитала дробовик 410-го калибра, поскольку у дроби площадь рассеивания больше. В здании клуба висела карта с нанесенными линиями фронта, а для объявления атак использовались рации. Крестиками были отмечены места последних успешных ударов, а стрелками – передвижение вражеских подкреплений. Я думал, что знаю о кротах все, но в лице Джуди я встретил достойного конкурента. Она не только управляла гольф-клубом, но еще и отлично знала привычки и слабости тихоокеанских кротов. И с ней шутки были плохи: любой крот, вздумавший перекопать ее поле, получал пулю, даже если рядом шла игра.

Насколько хорошо работала ее тактика? Что сказать… Хорошо, что мне был нужен только нос крота. Такие методы сбора данных не опишешь в разделе «Материал и методика»[8], но я по крайней мере направил боевые потери на пользу науке. Когда дым рассеялся, я не поверил своим глазам. Вот же он – крот с протозвездой! Короткие валики с органами Эймера на его носу были поразительно похожи на валики у эмбриона звездоноса.

Сам тихоокеанский крот не является предком звездоноса, но по его носу я мог заключить, что существование предка с носом промежуточного типа более чем вероятно. А с учетом данных, полученных при изучении эмбриона звездоноса, процесс эволюции звезды представлялся очевидным. По сути, звездонос оказался воплощением главного тезиса Гулда: стадии эволюционного процесса (иногда) воспроизводятся в процессе эмбрионального развития^10.

2.8. Протозвезда у тихоокеанского крота. Короткие валики с органами Эймера не отделены от носа и направлены назад. На раннем этапе развития эмбриона звездоноса звезда выглядит почти так же

Загадка внутри головоломки

Итак, кусочек эволюционного пазла под названием «как» встал на место, но вопросов стало еще больше. Для чего эволюционировала звезда? Иными словами, какие преимущества она дает кроту? Да, можно ответить, что у звездоноса очень, очень, очень хорошо развито осязание. Но этот тезис ни к чему нас не приводит. Судите сами: в лаборатории мы кормим кротов дождевыми червями, и они, безусловно, обнаруживают их с помощью звезды. Но мы сами легко можем обнаружить червя своими обычными пальцами. Для этого не нужно осязательное «око» из 25 тысяч органов Эймера и 100 тысяч нервных волокон.

Следующие ключи к разгадке я получил, когда уже руководил своей лабораторией на кафедре биологии Университета Вандербильта. Важной зацепкой стала статья Уильяма Гамильтона, написанная в 1931 году^11. Ученый работал в Корнеллском университете и был неравнодушен к звездоносам. В частности, он изучил содержимое их желудка и выяснил, что звездоносы предпочитают мелкую добычу, например личинки насекомых, которые в изобилии встречаются в ручьях и болотах – привычной среде обитания наших кротов. Это совпадало с моими полевыми наблюдениями: я не видел в пенсильванских болотах ни одного дождевого червя, достаточно крупного, чтобы насадить на крючок. Зато там в изобилии водилась добыча поменьше.

Памятуя о работе Гамильтона, я решил проверить, насколько успешно звездоносы используют свою окоподобную звезду для обнаружения очень мелкой еды. Сложность заключалась в том, что звезда двигается слишком быстро, поэтому видео, снятое обычной камерой с частотой 30 кадров в секунду, оказалось совершенно неинформативным. Пришлось купить высокоскоростную камеру с частотой съемки 1000 кадров в секунду.

Я снимал звездоносов, а моя лаборантка Фиона Ремпл просматривала видео и измеряла перемещения звезды при «анализе» разных типов добычи. Сказать, что крот действовал быстро, – значит ничего не сказать. Звездонос находил еду одним прикосновением звезды, ощупывал ее одиннадцатыми отростками, решал, что ее можно съесть, съедал, начинал искать новую – и все это примерно за 230 миллисекунд. И это еще в среднем, а самым коротким зафиксированным временем стало 120 миллисекунд, то есть чуть больше одной десятой секунды! За такое время человек в буквальном смысле не успеет моргнуть глазом.

Скорость просто невероятная, и это не преувеличение: я действительно не мог поверить своим глазам. Я даже проверил настройки камеры, но, разумеется, все было в порядке. Просто звездоносы чрезвычайно быстрые.

Мне удалось поразмышлять над этим феноменом во время ежегодной конференции Нейробиологического общества в Вашингтоне. Пять дней, 30 тысяч участников, бесконечные ряды стендовых докладов, дискуссии, лекции, всего и не перечесть. Вы, наверное, думаете, что на этом фоне на меня снизошло озарение, но на самом деле все было не так. Уже через пару дней мне понадобилась передышка, а ближайшим относительно тихим местом в районе Дюпон-Сёркл оказался букинистический магазин Second Story Books через дорогу от моего отеля. Для меня он был вдвойне привлекателен, поскольку когда-то магазином Second Story в Балтиморе управлял мой брат, и однажды летом я там даже работал – делал полки.

Изучая шкафы с биологической литературой, я наткнулся на книгу «Теория фуражирования» (Foraging Theory)12 и начал читать. Первые главы были посвящены тому самому вопросу: на что указывает скорость фуражирования, то есть поиска и добычи пищи, в рамках общей картины биологии животного мира? Существовало целое направление исследований, посвященных анализу и моделированию принятия решений хищником с учетом различных переменных, и я случайно нашел главную книгу по этой теме. В точности как это было с книгой «Электрорецепция» много лет назад. Я читал и понимал, что звездоносы с их странными повадками снова уводят меня в самое сердце новой для меня научной области.

Основная переменная для моделирования решения хищника – «рентабельность» добычи, то есть ее калорийность, поделенная на «время обработки» (то есть время, затраченное хищником на охоту и поедание добычи). Представьте, что вы очень-очень голодны. В этой ситуации разумнее съесть гамбургер, а не добывать мясо краба из клешней с помощью молоточка. Даже при равной калорийности гамбургер выгоднее – не зря же «Макдоналдс» зовется рестораном быстрого питания. В современном мире людям редко приходится всерьез раздумывать над такими решениями, но для диких животных, живущих в условиях конкуренции, а также недостатка пищевых ресурсов и времени, рентабельность добычи очень важна.

Рентабельность стремится к бесконечности, если затрачиваемое на охоту и поедание добычи время стремится к нулю. Но такой вариант, кажется, никто никогда не рассматривал: «нормальным» считается время, затрачиваемое белкой на разгрызание желудя, чайкой – на вскрытие раковины моллюска, пчелой – на выбор цветка. В этих случаях время обработки исчисляется в секундах или минутах. А для звездоноса оно исчисляется в миллисекундах, и это дает кроту огромное преимущество. Если он потратит на охоту и поедание всего секунду, мелкая добыча «не окупится». Но звездонос тратит гораздо меньше времени, и в результате даже самая мелкая добыча оказывается для него рентабельной.

2.9. Слева: передние зубы необычной формы, образующие «пинцет» для извлечения мелкой добычи из земли. Справа: сертификат «Книги мировых рекордов Гиннесса»

Разумеется, чтобы питаться мелкой добычей, нужно уметь находить ее в больших количествах. Иными словами, нужен очень хороший сенсор… Например, звезда, покрытая 25 тысячами органов Эймера. Тот факт, что звездонос предпочитает очень мелкую пищу, объясняет и странную форму его передних зубов (см. фото), которые образуют пинцет, позволяющий мгновенно схватить крошечную добычу. Сзади на челюстях звездоноса имеются крупные зубы, которыми при случае можно пережевать и дождевого червя. Но при недостатке червей звезда и зубы-пинцеты дают преимущество в поиске более мелких беспозвоночных, которыми так богаты болота и обнаружить которых не способен никто из лишенных звезды конкурентов.

После публикации исследования^13 меня атаковали репортеры и блогеры: все хотели написать об удивительном скоростном кроте-звездоносе. Один из звонивших, по-видимому, обладал особыми полномочиями, поскольку через пару недель я обнаружил в почтовом ящике бандероль, в которой оказался сертификат «Книги мировых рекордов Гиннесса». Это было официальное признание звездоноса самым быстрым собирателем пищи среди млекопитающих.

Очень странные дела

На этом наши отношения со звездоносом не закончились. Его следующий трюк я раскрыл совсем случайно. Как вы помните, эти кроты обитают во влажной почве. Это полуводные животные, которые часто плавают и охотятся в воде. Пищу они добывают на мелководье вдоль берегов прудов и ручьев или в затопленных норах. Учитывая феноменальную эффективность их охоты на суше, я задумался, насколько хорошо они находят добычу под водой.

Я без труда заснял их охоту в аквариуме, но так и не замерил ее скорость. Меня отвлекло кое-что совсем другое. Ныряя в поисках червей и насекомых, звездоносы использовали звезду так же, как и на суше, только в процессе постоянно выпускали пузырьки воздуха. Этому пусканию пузырей мы удивлялись еще много лет назад в зоопарке. Это было очаровательно, и тогда мы гадали, не попадает ли кроту в нос вода, когда он плывет, и не выбрасывает ли он ее с пузырьками воздуха. Конечно, это был антропоморфизм: вряд ли полуводное животное могло быть так плохо приспособлено к подводному дыханию. Теперь же я смотрел в замедленном режиме, как звездонос ищет под водой еду, и картина понемногу начала проясняться.

Крот не просто выдыхал пузырьки. Он выдыхал и вдыхал большинство из них обратно – примерно 10–12 пузырьков в секунду, – и в этих действиях была явная закономерность: звездонос выдыхал и вдыхал пузырьки воздуха, когда касался разных объектов. Не такая уж явная, если мыслить как человек, поскольку человек нюхает не так, как мыши, крысы, собаки и кроты. Чтобы почувствовать запах, мы вдыхаем несколько раз подряд, не выдыхая. Однако большинство млекопитающих выдыхает сразу после вдоха, и так много раз. Приложите руку к груди собаки (если у вас под рукой есть собака) – и вы почувствуете, как грудь вибрирует, когда собака что-то обнюхивает. Это диафрагма быстро втягивает воздух в легкие и выталкивает его обратно во время «припадка обнюхивания». Но даже если собаки у вас нет и вы не можете почувствовать движения ее диафрагмы, вы всегда поймете, когда собака что-то нюхает: она останавливается и фокусирует все свое «нюхательное внимание» на определенном объекте, например на каком-нибудь столбе.

Под водой звездонос останавливается, подобно собаке, чтобы изучить тот или иной объект. При этом из его ноздрей выходят пузырьки воздуха, которые окутывают этот объект, но не отплывают от носа, и крот снова их вдыхает. Чем дольше я изучал видео, тем больше убеждался, что во время плавания звездоносы принюхиваются и чувствуют запахи. Так что я провел эксперимент, такой же, какой провел бы для испытания охотничьей собаки: оставил запаховый след, ведущий к вознаграждению – еде^14. И действительно, кроты уверенно обнаруживали этот след под водой и, принюхиваясь по пути, доплывали до добычи.

Считалось, что у млекопитающих обоняние под водой отсутствует, поскольку для него нужен воздух. Гениальное решение звездоноса заключается в том, что он использует воздух из своих легких. Подводное обоняние звездоноса, как и развитие его звезды задом наперед, оказалось поистине революционной находкой (по крайней мере, на мой взгляд).

Я понимал, что это открытие произведет фурор среди исследователей обоняния, но подозревал, что большая часть пазла все еще не собрана. Необычное животное необычным образом обнюхивает объекты под водой. Участвует ли в этом звезда? Я так не думал. Это казалось трюком, который может использовать любое мелкое млекопитающее, добывающее пищу под водой. И у меня на примете был идеальный подопытный – водяная бурозубка. Я уже упоминал, что это удивительное млекопитающее обитает в болотах Пенсильвании и часто пользуется теми же ходами, что и звездоносы. Для большинства лабораторий заполучить водяную бурозубку было бы непосильной задачей, но в наши ловушки они попадали каждый год, так что провести эксперимент с подводным обнюхиванием не составило труда. Что же мы выяснили? Оказывается, водяные бурозубки тоже так умеют! И так же хорошо выслеживают добычу под водой по запаху^14. Вот так причудлив путь к открытию: изучая звездоноса, мы обнаружили тип обоняния, которым обладают лишенные звезд полуводные животные. Более того, на эти результаты обратили внимание российские ученые: они проверили их на русской выхухоли^15 и показали, что это распространенная способность среди мелких полуводных млекопитающих. Подводное обоняние – отличный пример общей закономерности, выведенной из частного случая. Самого странного из частных случаев.

Визуально считываемая карта на неокортексе, тактильная ямка, развитие звезды задом наперед, сверхбыстрое добывание пищи, подводное обнюхивание – трудно даже уследить за всеми невероятными открытиями, связанными со звездоносом. И это только вершина айсберга, ведь исследования продолжаются. Говоря о пути к открытию, невозможно не пуститься в философствования. Человеку свойственно увлекаться тайной, но тайна – это только дверь. Никогда не знаешь, что за ней найдешь.

2.10. Справа: звездонос в середине цикла подводного обнюхивания. Слева: серия подводного обнюхивания у водяной бурозубки. Все кадры получены во время съемки снизу, через стекло

3

Афера

Название этой главы я позаимствовал у фильма 1973 года с Полом Ньюманом и Робертом Редфордом в главных ролях[9]. Посмотрите его, если еще не видели: все-таки фильм получил семь премий «Оскар», победив в номинации «Лучший фильм». Это история двух жуликов, Джонни и Генри, провернувших сложную аферу и выманивших у мафиози полмиллиона долларов. Мафия не расстается с деньгами просто так, но схема работает, а фильм увлекает, потому что афера спланирована невероятно искусно. Обман, но блистательный.

Змеи мошенничеством не промышляют – если только это не щупальценосная змея. Она проворачивает аферу в вечной схватке между хищником и жертвой, и это представление достойно отдельного «Оскара». Атаки щупальценосной змеи спланированы так же искусно, как афера Генри и Джонни, только в этом случае планированием на протяжении миллионов лет занималась эволюция. Для начала я представлю вам двух главных героев этой драмы: щупальценосную змею и ее единственную жертву – рыбу. А еще расскажу, каким странным путем я пришел к изучению этой змеи (прежде всего потому, что это прекрасный пример неожиданных поворотов, подводящих к новым вопросам).

Щупальценосные змеи, или герпетоны, обитают в пресных водоемах Таиланда, Камбоджи и Вьетнама, в течение жизни практически не покидая воду (даже детенышей змея рожает под водой). Герпетона часто называют змеей-рыболовом, поскольку этот вид змей питается только рыбой. При приближении добычи щупальценосная змея причудливо изгибается в виде буквы J, замирает в этой позе и терпеливо ждет, пока рыба не окажется в нужном месте. Молниеносная атака – и… происходит что-то странное. Все выглядит так, будто рыба совершает суицид.

3.1. Охотящаяся щупальценосная змея терпеливо замерла в форме буквы J

Я не задавался целью объяснить самоубийство рыбы. Честно говоря, я даже не знал о существовании герпетонов, да и по большому счету никто толком не вникал в их методы охоты. К щупальценосной змее меня привела черепаха. Это была огромная грифовая черепаха, способная отхватить человеку пальцы или даже кисть, если человек достаточно самонадеян, чтобы подойти к ней близко. Но я ничем не рисковал, поскольку встретился с ней не в диких условиях. Да, эта история не приключенческая, а ностальгическая: я приехал в Смитсоновский зоопарк навестить старых друзей. Бо́льшую часть времени я провел в павильоне мелких млекопитающих, где когда-то работал со звездоносами. Поболтав со смотрителями и узнав последние новости, я отправился в павильон рептилий.

При каждом посещении зоопарка я обязательно заглядываю к грифовой черепахе. Я никогда не встречался с этим древним великаном по работе, но так долго любовался им через стекло, что считал нас большими друзьями. Еще в детстве, в Мэриленде, я заинтересовался каймановыми черепахами. Мне было девять, когда я поймал и притащил домой свою первую черепаху – крупную взрослую особь с панцирем длиной сантиметров тридцать. По дороге меня сопровождала небольшая свита из соседских ребят. Каймановая черепаха – не лучший домашний питомец, и родители не разрешили держать ее дома. Я попытался устроить для нее вольер на заднем дворе, но внезапный ливень загнал нас под крышу, а когда мы наконец вышли, черепахи и след простыл. Я сделал выводы и с тех пор приносил домой только детенышей размером не больше четырех сантиметров. Я выращивал их и некоторых даже показывал в школе. (Выращенная в домашних условиях каймановая черепаха не укусит, если, конечно, случайно не примет вас за еду.)

Вскоре мы с друзьями увидели в справочнике грифовую черепаху, бок о бок с каймановой. Блеск каймановой тут же померк. Грифовая черепаха – настоящий монстр; взрослая особь может весить больше сорока пяти килограммов, а ее гигантский панцирь покрыт грядой жутковатых шиповидных выростов. Картину довершают заостренные наподобие клюва челюсти и мясистые складки вокруг глаз. Эти драконы в черепашьем обличье способны привести в восторг любого одержимого черепашками ребенка. Но главный их козырь – хитроумная тактика охоты. Голодная черепаха маскируется и замирает, широко раскрыв пасть, в которой извивается фальшивый червь, сформированный из разноцветной сосудистой ткани. Никакой другой вид черепах так не умеет! Я мечтал поймать хотя бы одну (не слишком большую), как другие дети мечтают стать пожарными или космонавтами. Но грифовые черепахи живут на юго-востоке США – далековато от мест моих детских экспедиций.

С годами мое восхищение не ослабло, и работать в зоопарке рядом с предметом обожания было истинным удовольствием. Но благодаря удивительному повороту судьбы много лет спустя эта черепаха привела меня к еще более искусным рыболовам. Они скрывались прямо за углом, в новом аквариуме с табличкой «щупальценосные змеи». Я никогда раньше не слышал об этих экзотических существах и был сильно разочарован, увидев за стеклом только какие-то растения и палки. Но потом оптическая иллюзия рассеялась и палки превратились в змей, каждая с парой коротких чешуйчатых щупалец на морде.

Этакая змеиная версия звездоноса. Могли ли эти щупальца выполнять роль приманки, как язык-червь грифовой черепахи? Или это рецепторы, облегчающие поиск добычи? И если это рецепторы, что именно они воспринимают? Наверняка кто-то уже задавался этими вопросами и определил функцию отростков. Вернувшись в Университет Вандербильта, я прочел все доступные публикации на эту тему. Оказалось, гипотез о назначении щупалец было множество, а вот доказательных данных маловато. Воспользовавшись связями моих друзей из зоопарка с заводчиками по всему миру, я при первой возможности приобрел змей для своей лаборатории.

Дежавю

Новая загадка подходила мне идеально. Если бы существовала картотека биологов по специализациям, я бы к тому времени значился там как «исследователь странных отростков». Звездоносы обучили меня лучшей для этой области тактике: никакой предвзятости, максимум внимания к деталям и постепенное отсеивание «подозреваемых».

Самое популярное среди исследователей объяснение заключалось в том, что герпетон использует щупальца в качестве приманки. Мне это казалось маловероятным. Щупальца не похожи на червя или любую другую наживку. Давайте сравним их с кончиком языка грифовой черепахи – подлинным шедевром эволюции. Когда черепаха поджидает добычу, «червь» наполняется кровью и выделяется на фоне замаскированной пасти рептилии. При появлении рыбы черепаха соблазнительно им покачивает – подобно тому, как рыбак подтягивает блесну. Как и любая приманка, фальшивый червь срабатывает не всегда, но в большинстве случаев рыба соблазняется. Она замирает, подплывает ближе, отступает и подплывает снова. Самая большая ошибка для черепахи – атаковать слишком рано: ведь рыбы быстро учатся. В искусственной среде небольшого аквариума первые несколько рыб достаются хищнику, зато потом на приманку уже никто не ведется. Вероятно, это важный фактор отбора и развития терпения у засадных хищников. Если у вас всего один патрон, лучше поберечь его до того момента, когда шансы на успех будут максимальными.

А как насчет щупалец? Я наблюдал множество встреч герпетонов с рыбами разных видов, и рыбы редко реагировали на щупальца. При охоте змея замирает, сливаясь с окружающей средой, причем совершенства маскировке добавляет налет из водорослей на чешуе. Я не замечал, чтобы змея шевелила щупальцами для привлечения внимания рыбы. Более того: в тех редких случаях, когда рыба начинала пощипывать щупальце, змея как раз не атаковала. Кажется нелогичным, однако, если подумать, этому можно найти объяснение. Грифовая черепаха поджидает добычу с широко открытой пастью, так что когда приманка срабатывает, жертва уже в ловушке. А щупальценосной змее нужно еще успеть раскрыть челюсти и броситься на рыбу. Учитывая, что атака начинается из состояния покоя, змея должна набрать определенную скорость – как человеку нужно замахнуться, прежде чем ударить. Ситуация напоминает боксерский клинч: чем ближе рыба к голове хищника, тем в большей она безопасности. Змея редко атакует рыбу, подплывающую к ней вплотную, иллюстрируя все ту же заповедь: не трать силы впустую, не распугивай добычу. Суммировав все эти наблюдения, я отверг гипотезу о щупальцах-приманках без дополнительных экспериментов.

Следующей в списке была гипотеза о щупальцах-рецепторах. В ее пользу говорил тот факт, что у других змей органы чувств располагаются там же, где отростки у щупальценосной змеи (например, термочувствительные ямки у гремучих, или ямкоголовых, змей). Это могло быть совпадением, а могло объясняться, например, тем, что эта область головы у змеи обильно иннервируется и потому лучше подготовлена к развитию сенсорных структур в процессе эволюции. Предстояло разобраться, действительно ли там много нервных окончаний. Если да, можно будет по крайней мере предположить, что щупальца выступают своего рода рецепторами.

К этой работе я привлек своего магистранта Дункана Лейча. Мы начали с изучения анатомии щупалец, и результаты сказали нам о многом. Оказалось, что щупальца буквально испещрены нервными волокнами, но эти волокна вовсе не оканчиваются в наружных чешуйках. Напротив, волокна образуют многочисленные тончайшие нити, которые пересекаются в центре каждого щупальца подобно натянутым вантам, удерживающим мачту корабля.

Картина была прямо противоположна той, что наблюдалась у звездоноса: у того нервные окончания располагались непосредственно под поверхностью кожи. Маловероятно, чтобы «вантовая» организация нервных волокон у змеи повышала точность распознавания объектов при касании, поскольку рецепторы (нервные окончания) отделены от внешней среды плотными чешуйками. Зато такая структура идеальна для обнаружения изменений в сопротивлении воды – даже при малейшем отклонении щупальца. Иными словами, щупальца могли служить датчиками движения воды. Эта гипотеза имела смысл, поскольку любое движение рыбы вызывает колебания воды, а герпетон поистине одержим рыбой.

Мы проверили чувствительность к движению, зарегистрировав активность нервных окончаний у змей под наркозом. В точку! Даже при микроскопическом движении щупалец нейроны возбуждались и генерировали импульсы, называемые потенциалами действия. Чувствительность оказалась настолько высокой, что нам так и не удалось определить нижний порог возбуждения. Что еще важнее, реакция наблюдалась и в ответ на движение близкого объекта в воде^1. Складывалось впечатление, будто в процессе эволюции у змей развился особый тип сверхчувствительных вибрисс. (Тюлени, например, используют свои вибриссы более привычного вида именно для улавливания колебаний воды, вызванных рыбой.)

Но нужно было рассмотреть и другие гипотезы, чтобы исключить прочие возможные функции щупалец. В конце концов, было бы ужасно глупо не заметить щупальца-электрорецепторы у змеи после долгого безуспешного поиска таковых у крота. Но нервные окончания герпетона никак не реагировали на электрические поля. Наконец, чтобы точно ничего не упустить, я внимательно изучил каждую чешуйку щупалец на предмет поверхностных чувствительных клеток или пор, которые указывали бы на скрытые сенсоры, но ничего не обнаружил.

Идея о том, что щупальца предназначены для улавливания колебаний воды, набирала очки. Но требовалось больше доказательств. В случае со звездоносом главным доказательством нашей гипотезы стал мозг. А как насчет мозга герпетона? Тут мы подходим к принципиальному различию между млекопитающими и другими классами животных. Внешний шестислойный неокортекс (как часть коры головного мозга) и соответствующие кортикальные карты есть только у млекопитающих. У змей этой структуры попросту нет. Однако есть другие, и в них тоже содержатся сенсорные карты. Одна из важнейших структур мозга змеи – оптический тектум.

Смешанные чувства

Практически вся воспринимаемая картина окружающего мира у человека, как и у змеи, – результат совместной работы разных органов чувств. Так, у человека тесно связаны зрение и слух. Всё вокруг нас – машины, птицы, люди, домашние животные, самолеты, фильмы – производит огромное множество комбинаций визуальных и звуковых стимулов. Эта информация сводится воедино в оптическом тектуме, который у млекопитающих называется верхним двухолмием. Там она представляется в виде сенсорных карт, во многом похожих на карты неокортекса, о которых говорилось выше. Отличие состоит в том, что в неокортексе карты разных органов чувств разделены: например, у человека зрительная кора (оптическая карта) отделена от соматосенсорной коры (соматосенсорной карты). Но в оптическом тектуме рептилий и в верхнем двухолмии млекопитающих карты накладываются друг на друга, как слои в торте. Роль глазури на этом торте выполняет оптическая карта, а прочие карты содержатся в слоях ниже.

Такая организация позволяет нейронам оптического тектума воспринимать комбинации сигналов разного типа и формировать более точную картину окружающего мира^2. Представьте себе, что вы пытаетесь опознать птицу, которая находится далеко от вас. Будет здорово, если вам удастся увидеть ее в полете или услышать ее пение. Но еще лучше, если вы сможете и увидеть ее, и услышать. А теперь представьте, что вы не орнитолог-любитель, а охотник или даже потенциальная жертва. Внезапный шелест в кустах у лесной тропы – и все ваше внимание, ваши глаза и уши сосредоточены на источнике звука: это белка или недружелюбно настроенная медведица с медвежатами? Объединяя зрительную и слуховую информацию, нейроны верхнего двухолмия генерируют сигналы, необходимые для фокусировки зрения и слуха на объекте. Это возможно именно за счет наложения друг на друга оптической, слуховой (в нашем примере) и других карт, включая карту осязания. Таким образом, сигналы, поступающие из одной точки, будь они слуховые или зрительные, представлены в одной области тектума.

Но вернемся к нашим герпетонам. Мы изучили их оптический тектум и предсказуемо увидели оптическую карту. Кроме того, мы увидели карту осязания, а на ней – обширную зону, связанную со щупальцами^1. Карты пространственно совпадали и были ориентированы в одном направлении. Иными словами, мы обнаружили новую вариацию стандартного принципа; в тектуме герпетона соединялись зрительная информация от глаз и информация о колебании воды от щупалец.

Это позволило предположить, что щупальца помогают змее охотиться. Для подтверждения или опровержения гипотезы нужно было снять змеиную охоту в таких условиях, при которых герпетон не сможет использовать зрение. Мы выключили свет, а для освещения аквариума использовали инфракрасное излучение, которое не видит змея, но улавливает камера. Запись показала, что герпетон действительно способен поймать рыбу вслепую.

Здесь я должен сделать оговорку, которая может показаться странной после всех этих рассуждений о щупальцах. Основное чувство у змей – зрение. У этих животных очень чувствительные глаза и крупный зрительный нерв, и при невозможности использовать зрение их атаки гораздо менее точны. Так к чему же эта суета вокруг щупалец?

3.2. Комбинация сенсорных сигналов в оптическом тектуме щупальценосной змеи. От щупалец передается сигнал о колебании воды, а от глаз – зрительная информация. Оба сигнала объединяются в оптическом тектуме, что позволяет змее точно определить местоположение рыбы

Давайте снова сравнивать с собой. У человека зрение тоже основное чувство, и когда мы переходим дорогу, то всегда смотрим по сторонам. Это важнейший навык, который родители прививают детям с ранних лет. Но это вовсе не значит, что нам не нужен слух. Мне даже не придется доставать примеры из глубины веков и говорить о пещерных людях и затаившихся саблезубых кошках – сегодня есть нечто другое, что может подкрасться к вам бесшумно и убить среди бела дня: электромобиль. Неожиданная и серьезная угроза для пешеходов и велосипедистов, для которых жизненно важно слышать звук приближающегося автомобиля. И эта угроза настолько серьезна, что Национальное управление безопасности дорожного движения США выпустило требование об имитации шума для автомобилей с электродвигателем. Так что даже в большом современном городе возможность получать сигналы обоих типов – вопрос жизни и смерти. То же относится и к герпетонам – правда, в их случае жизнь и смерть все-таки рыбьи, а не змеиные. Герпетон воспринимает колебания воды вместе с визуальной информацией, что позволяет ему атаковать с предельной точностью. Но, как вы убедитесь далее, атаки щупальценосной змеи примечательны не только точностью.

Рыба-самоубийца

Учитывая, что в арсенале герпетона имеется сразу два типа рецепторов, неудивительно, что снайпер он непревзойденный. Его атаки даже слишком хороши, чтобы быть правдой: свою скользкую и изворотливую жертву змея атакует с головы, иногда почти целиком заглатывая ее в процессе охоты. Сверхъестественная способность.

Но я был не первым, кто заметил эту способность. Герпетолог Джон Мёрфи, специалист по щупальценосным змеям и их ближайшим родственникам, написал прекрасную подробную книгу о семействе Homalopsidae (пресноводных змей), к которому эти змеи принадлежат (Homalopsid Snakes: Evolution in the Mud 3). В ней он пишет, что, просматривая видео кормления щупальценосных змей, заметил кое-что странное. Время обработки добычи было «очень коротким или практически нефиксируемым», а «при некоторых удачных атаках рыба исчезала за один кадр – 1/30 секунды».

Время обработки – это время, затрачиваемое хищником на преследование, поимку и поедание добычи, и мы уже знаем, кто здесь мировой рекордсмен (среди млекопитающих) с показателем 120 миллисекунд. Но кадр видео с частотой 1/30 секунды – это 33 миллисекунды. За такое время звук преодолевает примерно девять метров. Как же змеям удается такой трюк? Атака змеи, как и многие другие действия животных, слишком стремительна для человеческого глаза и для обычной видеокамеры. Пришло время съемки на высокоскоростную камеру.

3.3. Кадры съемки высокоскоростной камерой. Рыба поворачивается в сторону атакующей змеи, устремляясь прямо в ее приближающуюся пасть

Видео в режиме замедленного воспроизведения объяснило сверхкороткое время обработки: рыба как будто сама помогала себя заглатывать, поворачиваясь в сторону змеи, а иногда даже заплывая прямиком в открытую пасть. Это пример открытия, несущего больше вопросов, чем ответов. Почему рыба так себя ведет? На лекциях я рассказывал студентам об устройстве нервной системы рыб, и у меня были некоторые догадки. Похоже, змеи «взламывали» рыбий мозг.

Беги без оглядки

Рыбы – наггетсы животного царства. Сотни миллионов лет они занимают верхние строчки в рейтинге самых популярных блюд. Медленные и рассеянные особи канули в Лету; вероятно, им не удалось сохраниться даже в виде окаменелостей, хотя это было бы слабым утешением. А у быстрых и осторожных больше шансов спастись от хищников и оставить потомство. Этот простой принцип, помноженный на поколения, привел к развитию одной из самых быстрых и эффективных реакций бегства среди животных. Эту реакцию называют «C-старт», потому что сначала рыба изгибается в форме буквы C, а затем резко стартует с места, быстро двигая хвостом. Со стороны кажется, будто рыба телепортируется.

Совершенные и эффективные модели поведения всегда обеспечиваются совершенными и эффективными нейронными цепями. C-старт не исключение. Эту реакцию изучали десятилетиями^4, но ее базовые элементы удивительно просты – во всяком случае, в общих чертах, чего достаточно для нас и явно достаточно для змей. По нейронной цепочке можно понять, как активность нейронов вызывает то или иное действие. У рыб все начинается с простого выбора: налево или направо? Решение зависит от того, с какой стороны атакует хищник: логично сбежать в противоположную сторону. Что может пойти не так?

Да, в этом не было бы ничего сложного, если бы решать не приходилось очень быстро. Мелкая рыба должна начать уворачиваться от хищника всего за 6–7 миллисекунд. Для сравнения: на олимпийском спринтерском забеге от выстрела до старта бегуна проходит около 175 миллисекунд. Рыба быстрее в 25 раз. И вот что здесь интересно и довольно неожиданно: когда счет идет на миллисекунды, вы не можете полагаться на зрение. Реакции от глаз вы будете ждать на 25 миллисекунд дольше, чем от органов слуха или осязания5–6. Но что решает лишняя сороковая доля секунды? Всё, если вам нужно увернуться от змеи или если вы неосмотрительно купились на фальшивого червя в пасти грифовой черепахи. Итак, что же делать рыбе?

У рыб есть необычная поговорка: верь своим ушам. Пока зрительный сигнал «вязнет» в сетчатке рыбьего или человеческого глаза, слуховые сигналы обрабатываются с минимальной задержкой; то есть слуховые рецепторы (волосковые клетки) преобразуют звук в нервное возбуждение быстрее и эффективнее. Но для рыб всё еще лучше! Вода плотнее воздуха, так что при атаке хищник не может не вызывать выраженных акустических волн, которые распространяются в воде гораздо быстрее, чем в воздухе (1500 против 340 метров в секунду). Схлопывающиеся челюсти грифовой черепахи вызывают «ударную волну», которая почти мгновенно достигает рыбы. Благодаря этому рыбе иногда удается вовремя среагировать и избежать ловушки.

Возможно, вы удивлены тем, что рыбы так хорошо слышат: у них ведь даже нет видимых ушей. На самом деле уши у рыб спрятаны в голове, но отлично функционируют, поскольку в воде звук проходит непосредственно через рыбу и его воспринимают рецепторы внутреннего уха. А ударная волна, возникающая при атаке хищника, – это самое важное (и зачастую последнее), что слышит рыба. Ударная волна механически стимулирует сенсорные клетки внутреннего уха, в результате чего нейроны возбуждаются и по сотням нервных волокон посылают сигнал тревоги в особую клетку мозга – маутнеровский нейрон, названный так в честь своего первооткрывателя. Это гигантская клетка, а как правило, чем нейрон крупнее, тем быстрее передача сигнала (об этом я подробнее расскажу в пятой главе). Как и ушей, маутнеровских нейронов у рыб два, по одному с каждой стороны^7. Единственный нервный импульс от любого из этих нейронов – это сообщение первостепенной важности, реакция на которое – вопрос жизни и смерти.

Длинный «биологический провод» (аксон) маутнеровского нейрона проходит поперек хребта и далее вниз по позвоночнику на противоположную сторону тела, где возбуждение передается нервам, вызывающим мощное сокращение мышц. Это и приводит к изгибу тела в виде буквы C. Переход аксона на другую сторону тела может показаться лишним усложнением, но в этом есть смысл: стартовать рыба должна в противоположную от хищника сторону, а значит, сократиться должны мышцы на противоположной стороне.

Теперь вы понимаете, что происходит во время атаки. Звук достигает ближайшего уха, и ближайший маутнеровский нейрон возбуждается, посылая сигнал на противоположную сторону тела. Рыба изгибается и уплывает (за плавательную часть операции отвечают другие структуры).

Все вроде бы просто и ясно. Однако я не упомянул об одной сложности, которую вы, быть может, заметили. Поскольку звук проходит через все тело рыбы, его должны услышать оба уха. Звук распространяется в воде настолько быстро, что между возбуждением рецепторов с разных сторон проходит совсем мало времени. Что произойдет, если активируется второй маутнеровский нейрон? В этом случае сигнал пойдет по обоим аксонам и нейроны на стороне атаки тоже активируются, то есть мышцы туловища сократятся с обеих сторон. Рыба застынет на месте, и, в довершение всего, съедена она будет с больной спиной. Однако у этой проблемы есть решение, и оно представляет собой хороший пример того, как сеть нейронов определяет поведенческую реакцию. Эта реакция всегда зависит от двух типов сигналов: возбуждающих (активирующих нейроны) и тормозящих (не позволяющих нейронам активироваться).

3.4. Схема нейронных связей, отвечающих за реакцию бегства у рыбы. Изображены уши, пара маутнеровских нейронов и направления передачи информации. В этом примере звук, вызванный атакой хищника, поступает слева, активируя рецепторы левого уха, а затем левый маутнеровский нейрон, который передает сигнал (потенциал действия) на противоположную сторону тела, вызывая сокращение мышц и изгиб тела рыбы в сторону от угрозы. При этом тормозной нейрон посылает на другую сторону стоп-сигнал, чтобы мышцы со стороны угрозы не сокращались. Все это позволяет рыбе быстро уплыть (но не всегда)

Представьте себе двух конкурирующих за лидерство командиров: кто первым отдает приказ, тому и подчиняется войско. Это сравнение приходит на ум, поскольку каждый маутнеровский нейрон активирует еще и тормозные нейроны, которые «отменяют» команды второго маутнеровского нейрона. В результате мышцы туловища со стороны атаки «отключаются» и не могут сократиться и помешать бегству. Тормозные нейроны находятся в спинном мозге на противоположной стороне от мышц, которые они блокируют. На первый взгляд странно, но на самом деле логично: ведь сигнал они получают по пересекающему позвоночник аксону маутнеровского нейрона. Их так и называют – перекрестные тормозные нейроны, поскольку они передают сигнал обратно поперек хребта, отключая мышцы на стороне возбужденного маутнеровского нейрона.

Вот теперь вы точно понимаете, что происходит во время атаки. Хищник нападает; звук достигает ближайшего внутреннего уха и активирует соответствующий маутнеровский нейрон. Нейрон посылает сигнал на противоположную половину тела, вызывая изгиб туловища в сторону от хищника и одновременно активируя перекрестные тормозные нейроны. Эти нейроны передают сигнал обратно, блокируя сокращение мышц (расслабляя их) со стороны атаки и тем самым не допуская срыва всего мероприятия вторым маутнеровским нейроном.

Ну всё, разобрались! Хотя погодите… Вся эта система симметрична: с обеих сторон есть тормозные нейроны, активируемые маутнеровскими нейронами. Если оба маутнеровских нейрона пошлют командный сигнал на другую сторону тела, а оба набора тормозных нейронов направят сигналы обратно по телу, то мышцы рыбы с обеих сторон окажутся расслаблены. В этом случае спина у рыбы, конечно, не заболит, но и уплыть от хищника она не сможет.

Как же быть? Есть только один выход: заставить тормозные нейроны тормозить тормозные нейроны на другой стороне! Именно это, по сути, и происходит. Аксон каждого маутнеровского нейрона активирует мышцы и тормозные нейроны на противоположной стороне рыбы. Последние посылают сигнал обратно поперек хребта, чтобы затормозить не только мышцы, но и тормозные нейроны, которые иначе могли бы быть активированы другим маутнеровским нейроном. Если все это напоминает вам комедийный скетч «Кто на первой базе» Эбботта и Костелло, посмотрите на схему нейронных связей на рисунке.

Система тонко сбалансирована, и побеждает только один маутнеровский нейрон, даже если он опередил партнера на тысячную долю секунды. Таким образом, успех побега зависит не только от сокращения нужных мышц, но и от расслабления «ненужных». Без баланса нет спасения.

Смертельный страх

Теперь, став экспертами по маутнеровской реакции бегства (совсем как щупальценосная змея), вы сможете по достоинству оценить степень змеиного коварства. Насколько известно, герпетон – единственная в мире змея, научившаяся использовать рыбий C-старт в своих интересах. Сначала змея устанавливает ловушку: принимает J-образную позу, при которой между головой и шейным отделом образуется «карман». Змея сливается с пространством и не движется до тех пор, пока в центр «кармана» не заплывает рыба. Рано или поздно рыба одним боком поворачивается к шее хищника, а другим – к голове с челюстями. В этот момент, вместо того чтобы просто напасть, змея выполняет ложный маневр – сокращает мышцы шеи. Этот финт исполняется за пару миллисекунд до настоящей атаки и порождает звуковую волну, которая моментально достигает рыбы, возбуждая не тот маутнеровский нейрон и давая ему преимущество в принятии критически важного решения о направлении бегства. Затем начинается настоящая атака: змея с раскрытой пастью, полной острых зубов, нападает на повернувшуюся к ней рыбу. Эта атака, конечно, вызывает мощную ударную волну, но уже слишком поздно. Первым был активирован не тот маутнеровский нейрон рыбы, и теперь все решает только он. Тормозные нейроны отключают нужные для бегства мышцы. Вдобавок ко всему изогнутое в виде буквы C туловище рыбы буквально само устремляется в надвигающуюся пасть.

3.5. Щупальценосная змея в свободное время

Впервые увидев все это в замедленном режиме, я был ошеломлен. По шкале подлости щупальценосная змея на голову обошла грифовую черепаху с ее ловушкой. В конце концов, сыграть на желании животного поесть – известный трюк, а вот использовать механизм спасения жертвы для облегчения охоты на нее… Что-то новенькое! Увиденное объясняло и невероятно быстрое время обработки, о котором писал Джон Мёрфи^3. Еще бы: когда рыба заплывает в пасть сама, это значительно ускоряет процесс. Конечно, охота бывает и неудачной. Как и у любого хищника, атака герпетона не всегда точна, а иногда, несмотря на змеиный «финт шеей», рыба все же разворачивается и уплывает. Но как бы то ни было, эффективность потрясает.

Тут вспоминается назойливая телереклама одного кухонного ножа. Этот нож сам по себе выглядел весьма впечатляюще, особенно после того, как им сначала разрезали консервную банку, а потом помидор. Однако затем следовала неизбежная фраза: «Но подождите, это еще не всё!»

Предсказывая будущее

Когда дело доходит до бегства от хищника, выбор у рыбы небольшой: налево или направо. Так работает C-старт, запускающий весь процесс. Поэтому щупальценосная змея может использовать свой обманный маневр только в том случае, когда рыба расположена параллельно ее челюстям. Но что произойдет, если рыба подплывет к пасти змеи перпендикулярно челюстям, как показано на рисунке справа?

Эта ситуация принципиально отличается от описанной выше, когда исходная расстановка сил соответствует рисунку слева. В этом случае C-старт не направит рыбу вперед, в раскрытые челюсти змеи. А если герпетон откажется от уловки и незатейливо атакует в лоб, рыба благодаря все тому же С-старту гарантированно сбежит влево или вправо. В какую бы сторону рыба ни повернула голову – непосредственную мишень змеи, – она окажется вне траектории выпада. Учитывая высокую цену нарушения маскировки, змея могла бы пропустить такую неудобную рыбу и не нападать, но она поступает иначе. Решая эту задачу, змея выходит на качественно новый уровень коварства.

3.6. Два способа, которыми рыба может приблизиться к змее. В каждом случае змее нужна особая стратегия

Слагаемые не меняются: обманное движение шеей, C-старт рыбы в сторону от мнимой угрозы, атака. Однако на этот раз змея целится не в голову рыбы, а в пространство у ее дальнего бока^8. Иными словами, челюсти змеи оказываются там, где еще только предстоит оказаться голове спасающейся жертвы. Герпетон снова обыгрывает систему, не полагаясь на случайность. На этот раз он заставляет жертву повернуть в предсказуемом направлении и заранее оказывается в нужном месте. Следуя команде маутнеровского нейрона, рыба в самоубийственном порыве покорно кладет голову в челюсти хищника. В замедленном режиме это похоже на идеально выверенную пляску смерти.

Вы можете задаться вопросом: способен ли герпетон отслеживать траекторию бегства рыбы, используя зрение или даже щупальца, и на лету корректировать атаку? Учитывая скорость движения головы, которое начинается еще до реакции рыбы, это попросту невозможно. Вспомним, что зрительные реакции довольно медленные^6 и сетчатка не успевает мгновенно обрабатывать быстро меняющуюся картинку. У человека это можно наблюдать на примере движения глаз: подойдите к зеркалу и попробуйте поочередно посмотреть на левый глаз, потом на правый, а потом снова на левый. Вам не удастся заметить движение ваших глаз. При движении глазных яблок нервная система подавляет зрительные сигналы, поэтому мир не проносится перед нашими глазами как размытое пятно. (А теперь попробуйте повторить опыт, глядя не в зеркало, а во фронтальную камеру телефона. Небольшая задержка изображения наверняка позволит вам увидеть движения глаз.) Щупальценосные змеи подавляют зрительные сигналы еще эффективнее: они втягивают глаза, чтобы защитить их во время выпада.

3.7. Щупальценосная змея предсказывает будущее положение головы рыбы во время атаки. На верхних кадрах белый силуэт рыбы обозначает ее исходное положение в начале атаки змеи. По мере приближения челюстей герпетона жертва разворачивается в спрогнозированном хищником направлении и попадает в ловушку. На нижних кадрах рыба поворачивает в невыгодную для герпетона сторону, но змея все равно делает выпад в (неверно) предсказанном направлении. Это доказывает, что непосредственно во время атаки змея не отслеживает перемещение рыбы

Что касается щупалец, в момент выпада они рассекают воду с такой скоростью, что не могут распознавать еще и колебания воды от движений рыбы. Так что во время атаки и щупальца, и глаза бесполезны. Чтобы в этом убедиться, давайте рассмотрим случай неудачной охоты. Когда обманный маневр не срабатывает и рыба поворачивает не в том направлении, голова змеи все равно оказывается там, где оказалась бы голова рыбы, если бы все шло по плану. Очевидно, это означает, что герпетон не отслеживает добычу в движении, а целится в то место, где с наибольшей вероятностью окажется голова жертвы.

Рыба как иллюзия

Снимаю шляпу перед герпетоном: предвосхищающая атака – это вершина хитрости и коварства. Но все становится еще интереснее, если поразмышлять над тем, как герпетон воспринимает реальность. Давайте представим, как змея видит рыбу, подплывающую к ее челюстям под прямым углом. Змея замерла в форме буквы J и изо всех сил притворяется корягой. Ее острое зрение и щупальца, улавливающие колебания воды, определяют точное положение приближающейся головы жертвы. Ловушка срабатывает, змея атакует. Во время атаки змея на мгновение слепнет. Стало быть, она никогда не видит движение рыбы во время C-старта! И хотя герпетон тщательно отслеживает положение жертвы перед атакой, во время атаки жертва всегда оказывается в другом месте. Иными словами, с точки зрения змеи рыба находится вовсе не там, где кажется.

Представьте себе, что каждый раз, когда вы тянетесь за каким-нибудь очень нужным вам предметом, он всякий раз оказывается не там, где должен: скажем, чашка кофе стоит на пятнадцать сантиметров правее, чем кажется. Ближе всего к этому ощущению можно подойти, надев очки, искажающие пространственное восприятие. Эксперимент на людях показал, что со временем человек учится учитывать искажение и даже в таких очках находит милую его сердцу чашку кофе там, где она стоит на самом деле.

Рыба невероятно мила сердцу герпетона, и он, можно сказать, видит ее через очки C-старта. Змея приходит к тому же метафорическому решению: не верь глазам своим – и считает местоположение головы рыбы оптической иллюзией. «Помни, что на самом деле рыба изогнута в форме буквы C, и целься с учетом этого». Разумеется, змея не размышляет о местонахождении рыбы – как и человек, привыкнув к искажающим очкам, не размышляет о местонахождении чашки кофе. Это просто аналогия между тем, чему можем научиться мы, и тем, чему могла бы научиться змея.

Но можно ли сказать, что змея учится отвечать на реакцию бегства, как человек учится ориентироваться в искажающих очках? Или герпетон рождается с умением атаковать рыбу с учетом C-старта? Война щупальценосных змей с рыбами длится миллионы лет, так что времени для естественного отбора и появления змей с «врожденными настройками» было предостаточно.

Этот вопрос воплощает типичную для множества научных изысканий двойственность. С одной стороны, трудно представить себе более странную область исследований, чем выяснение того, как новорожденный герпетон атакует рыбу. С другой стороны, это часть гораздо более общего вопроса о пределах, до которых эволюция может дойти в стремлении приспособить свое детище к окружающему миру. В тандеме природы и воспитания – точнее, инстинктов и научения – при формировании поведенческих моделей животных адаптация к движениям оппонента обычно полностью зависит от научения. Если смотреть шире, именно научение позволяет животному приспособиться к изменчивой окружающей среде. Но у этого есть недостаток: научение требует времени. Новорожденная змея – крайне уязвимое создание, для которого первая в жизни еда означает спасение от голодной смерти или перспективы быть съеденным другим хищником. Обиднее всего, конечно, стать легкой добычей для крупной рыбы. Позорная участь для одного из лучших рыболовов.

О преимуществах и недостатках инстинктивного поведения по сравнению с выученным я мог бы рассуждать бесконечно. Я мог бы привести аргументы в пользу врожденного умения герпетонов предсказывать положение рыбы или, напротив, в пользу необходимости учиться этому трюку. Это мой любимый тип вопросов: есть веские основания ожидать любого исхода – и есть очевидный путь к ответу. Мне лишь требовались новорожденные герпетоны, которые никогда в жизни не имели дела с рыбьим C-стартом.

Врожденный навык?

Казалось, прошла целая вечность, прежде чем одна из крупных самок стала выглядеть особенно пухлой. Еще какое-то время в предвкушении (как же долго!) – и однажды, заглянув в аквариум, я увидел среди растений пучок тоненьких веточек. Эти веточки оказались новорожденными щупальценосными змеями. Всего на свет появилось семнадцать змеек из двух пометов, и ни одна из них никогда не видела рыбы и не прикасалась к ней.

Но была одна проблема: как снять змей, атакующих рыб, не позволив им в процессе узнать о С-старте? Схема «одна особь – один эксперимент» не позволит получить полноценные данные. Моя первая идея состояла в том, чтобы создать анимированную рыбку, которая будет перемещаться по экрану. Мы установили монитор с таким видеороликом экраном вверх и поставили на него прозрачный контейнер со змеей, то есть рыба «плавала» по дну контейнера. Чтобы змея оказалась максимально близко к фальшивой рыбе, дно контейнера мы заменили тонкой прозрачной пленкой, выиграв несколько миллиметров между змеей и монитором.

Казалось, все должно получиться. Однако после долгих часов создания ролика и размещения контейнеров с водой и змеями на дорогих компьютерных мониторах выяснилось лишь одно: цифровые рыбы змей не интересуют. Это настолько типичная для исследователя неудача, что я тут же выбросил ее из головы. Рассказываю об этом эксперименте только потому, что впоследствии он оказался ключом к успеху.

В следующем эксперименте я поместил контейнер с дном из тонкой прозрачной пленки в неглубокий аквариум с настоящей рыбой – так, чтобы она могла плавать только в пространстве под пленкой. Такая расстановка показалась змеям более убедительной, и они активно пытались атаковать рыбу, хотя и не могли к ней прикоснуться.

В этот момент мне на помощь пришел лучший друг ученого – счастливый случай. Если бы не первый неудачный опыт с мониторами, я бы не заменил дно контейнера пленкой. А теперь, благодаря тонкой пленке, передающей малейшие колебания, ударная волна от подергивания змеиной шеи достигла рыбы, и рыба отреагировала C-стартом. Удачное стечение обстоятельств – и мы получили идеальный эксперимент. Теперь мы могли наблюдать в замедленном режиме поведение атакующей змеи и спасающейся рыбы, хотя они даже не контактировали между собой. (Позднее, когда мы использовали вместо пленки стекло, C-старт в ответ на атаку змеи не запускался. Это лишний раз подтверждает, что для запуска реакции бегства рыбе недостаточно одних лишь зрительных сигналов^9.)

Итак, что же мы увидели? Мы увидели, как новорожденные змеи успешно используют все «взрослые» трюки и прогнозируют будущее положение жертвы^9. Мы провели по десять экспериментов с каждой змеей, а затем убрали пленку, и детеныши, ничего не знавшие о C-старте, успешно наловили себе еды.

Трудно подобрать слова, чтобы описать мой восторг. Щупальценосные змеи так долго эволюционировали бок о бок с рыбами, что теперь обладают врожденным умением использовать их реакцию бегства в своих интересах: делать обманное движение телом и прогнозировать направление бегства рыбы. Это как если бы бейсболист учился не только принимать мяч, но и определять траекторию его полета еще до броска питчера, или даже лучше: рождался бы с этим умением. Если рыбы видят сны, совершенно очевидно, кто является им в самых страшных кошмарах.

Почему же, спросите вы, рыбы не выработали свою стратегию, чтобы не попадаться в ловушку? Здесь я напомню о том, что Ричард Докинз назвал «эффектом редкого врага»10. Редкие хищники наносят настолько незначительный ущерб популяции, что контрадаптация попросту не развивается. До тех пор, пока лучшая стратегия для рыб – уплыть от угрозы, среагировав на ударную волну, щупальценосные змеи будут преуспевать, используя хитрость и коварство, которыми их наделила эволюция.

Однако если герпетон вдруг станет для рыбы доминирующим хищником, его афера будет раскрыта и рыба наверняка выработает механизм защиты. Возвращаясь к аналогии с мошенниками: хорошо известные уловки не срабатывают. Вряд ли многие сейчас отвечают на письма нигерийского принца и жаждут помочь ему вывести из страны миллионы долларов. Некогда свежий, сегодня этот прием настолько приелся, что вызывает только улыбку. Но я ни разу не слышал о щупальценосной змее, пока не увидел ее своими глазами, и подозреваю, что это относится и к среднестатистической рыбе.

4

Тайна заклинания червей

Начну с того, что заклинание червей – это не то, что придумали черви, а то, что делают с червями люди. Когда заклинатель червей отправляется со своими инструментами в лес, он страшно напоминает охотника на вампиров. В одной руке у него большой деревянный кол с темными пятнами на заостренном конце и следами от ударов молотка на тупом. В другой руке – железная пластина, например старая автомобильная рессора. С восходом солнца заклинатель углубляется в лес и обшаривает землю в поисках тайных знаков. Наконец, найдя нужное место, он опускается на колени и с помощью железной пластины забивает кол острым концом в землю. Однако за этим не следует ни леденящего душу крика, ни жутковатого тумана, поднимающегося из забытой могилы. По крайней мере, пока. Взяв железную пластину за оба конца, заклинатель кладет ее поверх кола и начинает тереть ею кол в одном направлении. Кол вибрирует, издавая глубокий, похожий на гортанный звук, который разносится по лесу, как брачный зов какого-нибудь первобытного хищника. Заклинатель продолжает наигрывать эту странную мелодию, ритмично поднимая и опуская пластину. Вот здесь и начинается что-то невероятное – если не сказать сверхъестественное. Вокруг заклинателя из почвы появляются сотни огромных дождевых червей. Заклинатель или его напарник собирает их в банку, которая наполняется уже через пару минут.

Этот феномен интриговал меня годами. Почему черви в ответ на вибрацию выползают из земли? В этом нет никакого смысла. Я уже говорил, что рыба – главное блюдо для множества хищников, но дождевыми червями питаются практически все. На дождевых червях держатся целые экосистемы! Какой нормальный червь добровольно вылезет на поверхность среди бела дня только из-за вибрации грунта? Ведь здесь его поджидают многочисленные хищники. Не логичнее ли при малейшем признаке опасности зарыться еще глубже в спасительную почву?

Я обожаю тайны и загадки, так что больше всего боялся, что рассказы об эксцентричных заклинателях червей на поверку окажутся всего лишь художественными преувеличениями. Но чем больше я изучал вопрос, тем более интересно и странно все это выглядело. Обряд существует на юго-востоке США на протяжении многих поколений. В разных регионах он называется по-разному – «выманивание», «заклинание», «охмурение» и тому подобное. В одной из версий вместо деревянного колышка используется молодое деревце: его срубают, а затем трут металлической пластиной по пеньку. В этом случае вибрации распространяются в земле более эффективно, по всей корневой системе. Но есть один недостаток: в каждой новой точке сбора дождевых червей приходится рубить новое деревце. Этот метод будоражил мое воображение. Какова история его открытия и дальнейшего усовершенствования? Я представлял себе поселенцев, которые расчищают лес пилами и видят, как из-под земли выползают сотни огромных дождевых червей. Такую странную картину забыть непросто, особенно когда один из ваших главных источников пропитания – рыбалка.

В конце 1960-х и начале 1970-х годов, с развитием местной экономики, наживку стали продавать в магазинах и добыча червей превратилась в способ заработка. Это была эпоха расцвета заклинателей червей с ежегодной «червячной лихорадкой», когда многие брали отпуск, чтобы заняться делом более прибыльным, чем основная работа: сбором дождевых червей. Для некоторых семей заклинание червей вообще было главным источником дохода. Считалось, что лучшие черви для наживки обитают в национальном лесу[10] Апалачикола во Флориде. Этот лес стал местом паломничества заклинателей червей, а близлежащий городок Сопчоппи – распределительным узлом, откуда червей развозили по всей стране. По мере развития индустрии росла и слава этого странного ритуала, пока им наконец не заинтересовался корреспондент CBS Чарльз Куральт^1.

В то время Куральт как раз ездил по стране в поисках интересных людей и необычных практик для серии репортажей «В дороге», которая впоследствии была отмечена наградами. Обряд заклинания червей подходил ему как нельзя лучше. В августе 1972 года он приехал в Сопчоппи и сделал репортаж, который привлек внимание всей Америки и к самому занятию, и к местному бизнесу. Как и другие работы Куральта, этот эпизод был полон любви к уникальной стороне американского быта. Для заклинателей червей это стало поводом для гордости, но их пятнадцать минут славы имели непредвиденные последствия^2. Практикой заинтересовалось (и обеспокоилось) Федеральное лесное управление США. Дождевые черви – важный элемент лесной экосистемы, и возможное сокращение их численности из-за слишком активного сбора могло нанести этой экосистеме серьезный ущерб. Процесс было решено регулировать: отныне для заклинания червей требовалось ежегодно получать лицензию. Были установлены и другие ограничения – например, все действия теперь нужно было выполнять вручную (к тому моменту некоторые заклинатели додумались использовать для создания вибраций бензопилы). Вдобавок ко всему неучтенными доходами заклинателей заинтересовалась налоговая служба. Пристальный интерес чиновников и меняющиеся экономические условия привели к постепенному затуханию практики. Сегодня профессиональных заклинателей осталось совсем немного^3.

Весьма любопытная история, однако внятного объяснения того, как работает этот метод, похоже, никому найти не удалось^4. Многие заклинатели получали удовольствие от процесса, но совсем не интересовались, почему дождевые черви выползают на поверхность. Одни считали, что вибрации «щекочут» чувствительную кожу червей и им приходится выползать, когда щекотка становится совсем невыносимой. Другие – что вибрации чаруют червей, как флейта гамельнского крысолова зачаровывала крыс. Третьи – что вибрации имитируют звуки дождя и черви выползают, чтобы не утонуть. Но самая заманчивая гипотеза принадлежала не кому иному, как Чарльзу Дарвину.

Помимо самой известной своей книги, он написал и другие. Спустя годы после выхода «Происхождения видов» Дарвин занялся изучением дождевых червей. Результаты он изложил в своей последней книге, «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей и наблюдения над их образом жизни», опубликованной в 1881 году^5. Это исследование считают еще одним доказательством гения Дарвина: его эксперименты показали, что дождевые черви с огромной скоростью перерабатывают почву, повышая ее плодородность. До этого люди практически не задумывались о том, какую важную роль играют дождевые черви в сельском хозяйстве и экологии почвы. Кроме того, Дарвин изучал органы чувств этих животных, давая им слушать музыку в разных условиях. О музыкальных пристрастиях червей он узнал немного, однако сделал некоторые заметки о восприятии червями звуков: «Говорят, если громко топать или другим способом заставлять землю дрожать, червь думает, что его преследует крот, и покидает свои ходы». Представляете, как у меня отвисла челюсть, когда я это прочитал? В червях я был не силен, а вот в кротах уже немного разбирался.

Проведя серию простых опытов, Дарвин записал: «После нескольких ударов лопатой по земле я выяснил, что дождевые черви не обязательно покидают свои ходы при дрожании земли. Возможно, я бил слишком сильно». Дарвин предпринял нечто похожее на заклинание червей и не преуспел. Этого было достаточно, чтобы я оказался на крючке. Какой биолог не захочет найти ответ на вопрос, заданный (и кратко освещенный) самим Дарвином? Конечно, вопрос о том, как черви реагируют на кротов, не вызывал такого благоговейного трепета, как вопрос о происхождении жизни на планете. Однако поиск ответа на него я смело мог бы назвать событием потрясающим… почву под моими ногами.

Чтобы изучить процесс заклинания червей, мне требовались заклинатели. И не какие-нибудь, а опытные профессионалы, знающие, как и где этот метод работает лучше всего. Казалось, найти такого партнера будет самой сложной частью исследования. И тут я узнал о необычном мероприятии.

Начиная с 2000 года во вторые выходные апреля в Сопчоппи проходит ежегодный Фестиваль заклинания червей – уникальный праздник местной истории с детскими состязаниями по заклинанию червей, балом заклинателей и венчанием королевы заклинателей, с живой музыкой, ярмаркой и забегом на пять километров. К каждому фестивалю даже делают особые футболки! Но меня больше всего интересовала живая демонстрация ритуала заклинания, которую год от года проводит Гэри Ревелл.

Супруги Гэри и Одри Ревелл – профессиональные заклинатели червей и зарабатывают на жизнь их продажей. Они настоящие знаменитости. Им посвящено множество статей, телепередач и документальных фильмов, а за популяризацию методики и сохранение культурного наследия они удостоены награды Florida Folk Heritage Award. Эта семья – не только кладезь знаний о заклинании червей и национальном лесе Апалачикола, но и невероятно щедрые и гостеприимные люди. Когда я связался с Ревеллами и рассказал о своем желании изучить ритуал, они пригласили меня к себе.

Главный подозреваемый

Я с нетерпением ждал встречи с Гэри и Одри, но прежде мне предстояло провести небольшое детективное расследование. У мучившего меня вопроса было две составляющие: хищник и жертва. Вычисляя хищника, который мог вынудить жертву к формированию в процессе эволюции определенной модели поведения, нужно понимать, что подозреваемый, скорее всего, жил бок о бок с жертвой тысячи или даже миллионы лет. В случае с заклинанием червей это особенно важно, поскольку многие виды дождевых червей появились в Северной Америке только с приходом европейцев, то есть всего несколько веков назад. Интересующее нас поведение червей могло сформироваться очень давно и на другом континенте (в другой почве, в окружении других видов животных), и в этом случае объяснить его происхождение было бы непросто.

Но оказалось, что червей, которых добывают заклинатели (по крайней мере, червей из Апалачиколы), эта проблема не касается. Крупные особи, обитающие на этой территории, совершенно уникальны – это скажет вам любой заклинатель. Чаще всего здесь собирают вид Diplocardia mississippiensis (слово diplocardia указывает на сдвоенные «сердца»[11] дождевого червя). Этот вид хорошо известен биологам, специализирующимся на дождевых червях (то есть довольно узкому кругу лиц), как эндемичный для песчаных почв Флориды. А значит, раскрыть тайну заклинания червей вполне возможно, и объяснение, по-видимому, стоит искать в национальном лесу Апалачикола.

Возник очевидный вопрос: обитает ли там главный подозреваемый – крот? Первый шаг здесь, как и при наблюдении за птицами и при идентификации любого животного, – заглянуть в справочник и выяснить, замечен ли интересующий нас вид в этом регионе. Всего в мире существует около тридцати видов кротов, из них семь водятся в Северной Америке, но только у одного ареал обитания охватывает территории, на которых промышляют заклинатели червей. Вид этот незатейливо именуют восточноамериканским кротом (по-научному Scalopus aquaticus) и иногда обыкновенным кротом[12].

Обыкновенный крот не пользуется большим уважением, поскольку частенько безобразничает во дворах и садах. Даже в среде почитателей кротов (чей круг еще более узок, чем круг любителей дождевых червей) этот вид не вызывает особого интереса. Если он чем-то и примечателен, так это наименее специализированными среди кротов органами чувств. У других видов нос покрыт чувствительными органами Эймера, обеспечивающими непревзойденное осязание (эти органы подробно описаны во второй главе). Но у восточноамериканского крота их нет: его нос покрыт относительно толстой и гладкой кожей. То есть на шкале осязания, где на самом верху – звездонос с его непревзойденной чувствительностью, восточноамериканский крот занимает место в самом низу. Это малоизвестный факт, о котором никогда не спросят в телевикторине. Обнаружил я его, когда сравнивал носы разных видов кротов, пытаясь понять механизм эволюционного развития звездоноса. Теперь же нос обыкновенного крота неожиданно оказался даже интереснее: зачем ему на морде толстая, малочувствительная кожа? Возможно, дело в том, что он предпочитает – или по крайней мере выдерживает – более абразивную почву, чем прочие виды кротов. Стало быть, он вполне может обитать в песчаных почвах, где охотятся на червей заклинатели.

Согласно имевшемуся у меня справочнику, национальный лес Апалачикола входил в ареал обитания восточноамериканского крота, но это вовсе не означало, что этот крот действительно там распространен (если верить справочникам, в штате Теннесси живут сиалии[13], но у себя во дворе я не видел ни одной). Поэтому моей первой задачей стала приблизительная оценка популяции кротов в лесу. К сожалению, там нет полей для гольфа, так что я приготовился положить себя на алтарь науки и искать кротовые норы в длительных походах по кишащему комарами лесу. К счастью, этого не понадобилось. Кротов я обнаружил не выходя из автомобиля с кондиционером.

Немного поясню: национальный лес Апалачикола изрезан множеством нанесенных на карту и пронумерованных грунтовых дорог, и по многим из них ежедневно ездят машины. Только за один день я обнаружил прямо на дороге тридцать девять ходов. Такие поверхностные тоннели – вскопанные гряды почвы, как будто крот прополз под ковром, – знакомы всем жителям пригородов. Их число указывало на то, что в лесу обитает очень много кротов и они весьма активны: ведь тоннель приходится восстанавливать после каждой проехавшей по нему машины.

Зачем кроты прорывали ходы через дорогу? Вопрос не праздный: ведь то, что я увидел на лесных дорогах, могло дать ключ к разгадке поведения дождевых червей. Восточноамериканские кроты крайне редко покидают тоннели, если вообще покидают. Чтобы «перейти дорогу», крот будет медленно прокапывать ход под землей, не выходя на поверхность. Это объясняется тем, что, как и любое мелкое млекопитающее, крот – желанный обед для целого ряда хищников. Крупные лопатообразные передние лапы затрудняют бегство, к тому же крот слеп. На поверхности земли эти животные беззащитны, почти как рыба, вытащенная из воды, и становятся легкой добычей. Важный вывод, который следует из этих наблюдений, состоит в том, что обыкновенный крот не охотится за червями на поверхности земли.

4.1. Свежий кротовый ход через песчаную дорогу в национальном лесу Апалачикола

Вы спросите: почему я решил, что тоннели прорыл именно обыкновенный крот? Я мог бы сослаться на свои экспертные знания и поклясться, что готов съесть свою шляпу, если это не он. Но для рецензентов научного журнала этого было бы недостаточно. Нужно было поймать и описать несколько особей. Но я в любом случае собирался это сделать – не сидеть же в машине, когда вокруг такой интересный лес.

Только вот как? Уверен, что Джуди или Билл Мюррей нашли бы решение сразу, однако я не собирался стрелять в кротов, даже если бы это было разрешено. Проблема в том, что, в отличие от звездоносов, обыкновенного крота невозможно поймать в готовую ловушку. Это чрезвычайно осторожные зверьки, что, вероятно, связано с их образом жизни: они одиночки и не делят свои тоннели с другими животными. К любому новому объекту они относятся настороженно, а прямоугольная металлическая ловушка на месте круглого земляного тоннеля точно будет чем-то новым. Представляю себе недоумение крота: «Хм, я это сюда не ставил!» Чтобы соорудить подходящую ловушку, я должен был мыслить как крот.

Что кроты не воспринимают как угрозу, так это корни деревьев и кустарников: ведь они постоянно на них натыкаются и просто убирают с дороги. Рассуждая таким образом, я вставил в тоннели тридцатисантиметровые деревянные палочки – строго вертикально, на равном расстоянии друг от друга. Двигаясь по тоннелю, крот без раздумий выталкивал эти палочки. Со стороны это напоминало сумасшедшие поплавки. Так я смог определить положение крота в тоннеле и загнать его в западню, заблокировав проход совками. После этого оставалось только выкопать животное из рыхлой почвы. В общем, шляпу мне есть не пришлось.

4.2. Восточноамериканский (обыкновенный) крот, Scalopus aquaticus

Ранняя пташка

Лучшие заклинатели червей встают рано. Вот и мне, чтобы встретиться с Гэри и Одри, пришлось подняться задолго до рассвета. Они повели меня на один из своих любимых участков, в самую лесную глушь. Стало понятно, почему они так любят свое дело. Лес Апалачикола прекрасен в лучах рассветного солнца и, по словам Гэри, не испорчен ни машинами, ни начальниками, ни вообще людьми. Гэри работает в лесу с детства, и ему знакома каждая травинка; идти рядом с ним – все равно что отправиться на сафари с опытным гидом. Супруги знают названия каждого дерева и животного – правда, иногда только местные названия. Гэри научил меня определять влажность почвы и рельеф по разным типам растительности. Это очень важный для заклинателей навык, поскольку он позволяет находить места с наиболее плотными популяциями дождевых червей.

4.3. Гэри Ревелл заклинает червей ранним утром

Гэри достал металлическую пластину, которую заклинатели называют rooping iron («рычащий утюжок» или «рычащая железка»), и деревянный кол, а Одри приготовила четырехлитровое ведро для сбора червей. Было трудно поверить, что такая большая емкость действительно наполнится; при этом в машине оставалось еще множество таких же ведер. Выбрав участок, Гэри пластиной вбил кол сантиметров на двадцать в землю, попутно объяснив, что от глубины зависит высота звука. Затем он опустился на колени и начал поглаживать верхушку кола «рычащим утюжком», создавая глубокие вибрации, которые резонировали в почве и распространялись по лесу. Звук был похож на брачный зов крупного самца аллигатора. Он проделывал это снова и снова, прислушиваясь к звуку, а потом вбил кол поглубже, чтобы тон стал выше. Прямо как музыкант, настраивающий инструмент. Я был заворожен, но никаких червей не видел. Гэри еще несколько раз потер верхушку кола, и Одри начала ходить широкими кругами, периодически наклоняясь и поднимая что-то с земли. Я снова огляделся и наконец увидел их – огромных дождевых червей, выползших на поверхность. Они как будто материализовались из воздуха. Я никак не мог понять, откуда они берутся, но чем внимательнее я смотрел, тем больше их становилось, и они расползались в разные стороны. Я тоже стал их собирать, и очень скоро ведро в руках Одри было переполнено. Это казалось маленьким чудом. Я и раньше верил в истории о заклинателях червей: в конце концов, люди не смогли бы зарабатывать на жизнь подобным занятием, если бы их метод не работал. Но увидеть процесс своими глазами – совсем другое дело.

Еще пара финальных аккордов, и Гэри расшатал кол, постучав по нему сбоку, вытащил его из земли, перешел на следующий участок и начал все заново. В этот раз я знал, чего ждать, и был внимательнее. Я разглядел, как черви один за другим выползают из маленьких отверстий в почве. Некоторые выползали очень быстро, другие нерешительно: покажется и остановится, пока Гэри не сыграет еще и еще, и тогда уже выползет целиком. На каждом участке Одри набирала ведро за ведром, и всего за пару часов мы собрали тысячи червей. К этому моменту солнце уже встало, и вместе с теплом появились тучи комаров. Пришло время возвращаться, чтобы выгрузить улов.

Дома у Ревеллов Одри угостила меня своим фирменным чаем со льдом, и я расспросил хозяев об истории заклинания червей и о том, как навыки передавались из поколения в поколение в семье Гэри. Гэри не знал, как работает этот метод, но пересказал гипотезу об имитации дождя: якобы черви выползают, чтобы не утонуть. Однако сам он в это, похоже, не особо верил. Я поделился с ним мыслью о кротах, и он заинтересовался. Мы вышли во двор, и я показал ему кротовый тоннель, который в песчаной почве леса Апалачикола не так легко заметить, если ищешь не на укатанной дороге. Пожалуй, это была единственная вещь, которую я о лесе знал, а Гэри нет. И я понял, как он стал таким лесным экспертом и лучшим в своем деле: он сразу же захотел узнать о кротах все. Услышав, что я собираюсь вернуться, чтобы более тщательно изучить поведение дождевых червей и выяснить, как работает заклинание, он сразу вызвался помочь. Я не мог не вспомнить Кармайна, его дом и то, как часто на моем пути встречались великодушные люди, восхищавшиеся возможностями науки.

Геофоны и черви-спринтеры

В следующий раз я ехал во Флориду загруженным под завязку. Я вез маркировочную ленту, дальномеры, компасы, геофоны для измерения вибраций, видеокамеры, ноутбуки, устройства GPS и очень, очень, очень много спрея от комаров. Гэри, у которого, похоже, иммунитет к комариным укусам, был в восторге от количества техники, с помощью которой я собирался изучать его старинное ремесло. Итак, пока Гэри вбивал кол, тер его пластиной, извлекал кол и начинал все заново, перемещаясь с места на место, я измерял силу и частоту вибраций на разных расстояниях, считал червей, смотрел, в каких направлениях они расползались, и составлял карту, отмечая положение каждого червя. Я собирался использовать эти данные позже, чтобы сопоставить участки, где мы собирали червей, с кротовыми тоннелями. А пока интересно было просто наблюдать процесс с абсолютно новой точки зрения. Обычно увидеть полную картину распределения червей вокруг заклинателя практически невозможно. Но я всякий раз отмечал флажками местонахождение каждого дождевого червя. В результате флажками был утыкан весь участок вокруг Гэри в радиусе двенадцати метров. Многократно повторив процесс, я подсчитал общее количество червей, собираемых на одном участке (около 250), и их плотность в зависимости от расстояния от заклинателя. Я начал осознавать то, что давно знали заклинатели: дождевые черви – крайне чувствительные существа.

Я был удивлен, услышав вдалеке звуки, которые производил какой-то другой заклинатель червей. По словам Гэри, кто-то или следовал за нами с самого начала, или пришел на звуки нашей охоты. Итак, мы стояли в глубине леса, увлеченные таинственным и слегка эзотерическим ритуалом, и при этом мы были не одни. Видимо, опытных заклинателей часто преследуют любители, неспособные самостоятельно найти подходящий участок, а мы в тот день не соблюдали меры предосторожности. Без сомнения, все из-за того, что я серьезно тормозил Гэри и Одри. Но Гэри был невозмутим. Он указал на ямки, оставленные в земле предыдущими охотниками. По их форме он мог определить, из какого округа приехал заклинатель. Сам Гэри, будучи уроженцем округа Уакулла, предпочитал использовать кол с круглым сечением.

«Посмотри сюда, – сказал Гэри. – Дырка квадратная, значит, этот из округа Либерти».

4.4. Флажки вокруг Гэри Ревелла показывают распределение дождевых червей на участке

Илл. 1. Взрослый звездонос вылезает из своего тоннеля.

Илл. 1. Молодой звездонос изучает свое гнездо

Илл. 2. Подкрашенный снимок звезды крота-звездоноса и его жертвы (насекомого) из естественной среды обитания, полученный при помощи сканирующего электронного микроскопа

Илл. 3. Подкрашенный снимок эмбриона звездоноса с большими передними конечностями, крошечными глазами и необычным развитием звезды «задом наперед»

Илл. 4. Атака щупальценосной змеи

Илл. 5. Щупальценосная змея в своей характерной позе в ожидании жертвы (вверху) и сразу после атаки на попавшуюся в ее ловушку рыбу (внизу)

Илл. 6. Гэри Ревелл заклинает червей в национальном лесу Апалачикола.

Илл. 6. Восточноамериканский крот показывается из своего тоннеля

Илл. 7. Водяная бурозубка ныряет в поисках пищи

Илл. 8. Речной рак защищается от водяной бурозубки.

Илл. 8. Бурозубка перепрыгивает с коряги на корягу

Илл. 9. Электрический угорь показывается из каменного укрытия

Илл. 10. Слева: электрический угорь смотрит сквозь стекло аквариума. Справа: электрический угорь атакует искусственную голову крокодила, и светодиоды на ней загораются от высокого напряжения

Илл. 11. Вверху слева: таракан защищается от атаки изумрудной осы, принимая оборонительную стойку и нанося удар задней ногой. Вверху справа: таракан проигрывает битву, и оса жалит его прямо в мозг. Внизу: подкрашенный снимок изумрудной осы, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа

Становилось ясно, что популярность обряда и конкуренция среди заклинателей гораздо выше, чем я думал. Тогда у меня возникла идея. Все это время я ломал голову, как же сопоставить места обитания кротов с местами охоты заклинателей, но никакого последовательного метода придумать не мог. И вот я получил ответ: можно измерить расстояние от произвольно выбранных дырок из-под кольев до ближайших кротовьих тоннелей и выяснить, насколько пересекаются пути заклинателей и кротов.

Я сделал еще несколько замеров, и тут Гэри ушел к машине. Вернулся он с еще одной пластиной и колом, которые вручил мне: «Твоя очередь».

Я был только рад попробовать. Я опустился на колени и пластиной вбил кол в землю. С этим никаких сложностей не возникло. Но когда я попытался наиграть нужный мотив, все пошло наперекосяк. Я или чересчур сильно давил на пластину и вообще не мог ее сдвинуть, или давил слишком слабо, и тогда пластина внезапно (и беззвучно) соскальзывала с кола. Уверен, мои добродушно посмеивавшиеся наставники видели такое миллион раз. Но я не сдавался. Пока Гэри продолжал ритуал, а Одри собирала червей, я пробовал давить на пластину с разной силой и под разными углами и в конце концов, к большому удовольствию Ревеллов, извлек несколько сдавленных утробных звуков.

Тренировался я не только ради забавы. Гэри и Одри были очень великодушны, но я понимал, что сильно замедляю их работу, лишая их средств к существованию. Кроме того, следующий этап исследования должен был проходить даже не с черепашьей, а в буквальном смысле с червячьей скоростью: я хотел выяснить, что произойдет, если выползших червей не собирать. Так что Гэри одолжил мне кол и пластину, и я продолжил обучение. Через пару дней я достаточно освоился и подал заявку на получение лицензии на сбор дождевых червей. Вскоре я стал полноправным заклинателем и очень этим гордился.

Никогда бы не подумал, что буду стоять в лесной чаще с секундомером в руках, замеряя скорость ползущего дождевого червя. Однако это замечательное занятие привело меня к пониманию двух важных вещей. Во-первых, черви реагируют на вибрации спринтерским забегом, но спустя некоторое время замедляются и через несколько метров зарываются обратно в землю. Во-вторых, выползая на поверхность, черви рискуют жизнью. И им грозит не только перспектива оказаться в ведре, а потом на рыболовном крючке. Не собранные заклинателями черви часто становятся добычей хищников. Я видел, как их поедали муравьи, ящерицы и плотоядные жуки, – и это еще мое присутствие отпугивало животных покрупнее, например птиц. Несколько червей, выползших на сухую, горячую землю под солнце, погибли от жары, не успев зарыться обратно. Всего погибло около 1 % особей, подавляющее большинство выжили, и на первый взгляд шансы неплохи. Но задумайтесь: что, если, скажем, за день в воздух поднималось бы 100 тысяч самолетов и тысяча из них разбивалась? Подозреваю, что в этом случае вы бы вряд ли выбрали для путешествий самолет. Так что риск, на который идут дождевые черви, выползая на поверхность, и скорость, с которой они это делают, указывают на то, что они бегут от реальной опасности. С каждым новым наблюдением мое исследование становилось все интереснее и интереснее.

Кроты, колья и дождь

Следующие несколько дней я провел в лесу. Я отмечал следы от кольев заклинателей и ближайшие к ним кротовые ходы. Половина отверстий оказалась в пределах пяти метров от тоннелей, а среднее расстояние между ними составило всего 21 метр. Очень полезные цифры для научной статьи, но на самом деле мне хотелось сказать вот что: в Апалачиколе куда ни ткни, всюду кроты.

С учетом плотности их популяции казалось, что кроты здесь действительно представляют угрозу для дождевых червей. Но насколько в реальности опасен крот для червя? Хорошо бы узнать, сколько местных червей съест крот, если предоставить ему такую возможность. Это было легко: я ведь работал с одним из лучших в мире сборщиков наживки, у которого на продажу припасены тысячи червей. Использовав свой проверенный метод с деревянными палочками, я поймал крота и посадил его на десятидневную диету, состоявшую исключительно из собранных в лесу дождевых червей. В среднем крот съедал за день 23 червя общей массой 42 грамма. За год получается больше 8000 червей, около 15 килограммов. Это очень много: если один крот за год съедает 15 килограммов червей, то десять кротов съедают 150 килограммов. Жуткая статистика, если вас угораздило родиться дождевым червем.

А что насчет вибраций, возникающих, когда крот роет тоннель? Удручающие последствия выхода крота на охоту многие из нас видели у себя во дворе. При этом вспаханный дерн и бесчисленные кучи земли появляются как бы сами собой – как, например, растут растения или образуются горы. Эта иллюзия связана с тем, что сами кроты очень чувствительны к вибрациям. Как только на газоне появляется счастливый домовладелец или персонал гольф-клуба, крот перестает рыть тоннель. Если проявить терпение и затаиться, он начнет копать снова. И тогда вы сможете оценить силу его передних лап и стремительность самого процесса. Под негромкий треск рвущихся корней почва вздымается, как будто ее вскапывают невидимой лопатой.

Благодаря терпению и стратегическому планированию мне удалось расположить по траектории копания несколько геофонов, с помощью которых я записал вибрации, сопровождавшие разрушительные действия кротов. Я сравнил вибрации от кротов и вибрации от заклинателей и обнаружил, что они схожи. Еще один аргумент в пользу моей гипотезы.

Оставалось рассмотреть расхожее мнение о том, что поведение дождевых червей обусловлено дождем. Дождь давал кротам довольно надежное алиби, и его надо было подтвердить или опровергнуть. К счастью, мой брат работал постановщиком спецэффектов в кино, так что он мог быстро достать оборудование для чего угодно. Одним из самых популярных трюков в его ремесле была как раз имитация дождя. Он сразу же предложил организовать мне водовоз и симулятор, а я задумался, куда бы этот водовоз поставить. Но тут случилось нечто упростившее задачу: пошел дождь. Я немедленно отправился в лес и с того дня следил за погодой и возвращался в лес при малейшей вероятности дождя, часто даже среди ночи. Каждый раз я искал червей, но так и не увидел ни одного, даже во время сильных ливней.

Обычно для подтверждения гипотезы я предпочитаю использовать данные, полученные в реальных условиях, но в этот раз требовалось нечто более убедительное, чем мои наблюдения. Вдруг я искал там, где дождевых червей мало? Чтобы убедиться в достоверности выборки, я построил большой деревянный загон без крыши и наполнил его землей с дождевыми червями из запасов Гэри. В первый же ливень с грозой я непрерывно наблюдал за своими подопытными в течение всего первого часа. Из трехсот червей на поверхность выползли два. Затем я выкопал их собратьев: все они выглядели здоровыми, счастливыми и изрядно увлажненными. Тогда я сделал емкости поменьше, чтобы было удобно исследовать поведение червей при обильном поливе. Однако червям было совершенно все равно, настоящий льет дождь или искусственный.

Почему же тогда после дождя на земле можно увидеть множество дождевых червей? Этот феномен был изучен, и оказалось, что для некоторых видов червей опасность утонуть действительно существует и они выползают на поверхность. Но они не делают это в первые же секунды дождя, а появляются спустя несколько часов, например утром после ливня. Свидетельств того, что во время дождя на поверхность выползают черви вида Diplocardia mississippiensis из национального леса Апалачикола, было мало, но они однозначно указывали на то, что черви не вылезают в самом начале дождя. Я понял еще кое-что. Если бы заклинание червей было простой имитацией дождя, в нем не было бы никакой нужды. Сбор наживки – занятие сугубо практичное и конкурентное, но заклинатели превратили его в искусство. Однако никаких кольев и «рычащих утюжков» не понадобилось бы, если бы можно было просто дождаться ливня и собрать уйму червей за один раз.

Неопровержимая улика

Алиби крота трещало по швам, и наконец после всей подготовительной работы пришло время активных действий, то есть непосредственной проверки моей гипотезы. Я планировал запустить крота в большой загон с червями, а еще сделал контейнер поменьше, но с динамиками – чтобы проигрывать звуки роющего крота, записанные геофоном, и наблюдать реакцию червей. Я собирался зафиксировать все на видео и подробно изучить все взаимодействия крота и червей.

Так вышло, что еще до начала этих изысканий я оказался в доме Гэри со свежепойманным кротом, а Гэри оказался там же с ведром, полным земли и дождевых червей. К тому времени мы уже довольно долго вместе работали и обсуждали исследование, так что было весьма сложно не поддаться искушению запустить крота в ведро и посмотреть, что будет. Так мы могли вместе наблюдать момент истины. Я аккуратно опустил крота в ведро, и он тут же зарылся в почву. Практически с той же скоростью из земли начали появляться черви. Как заправские спринтеры, они пытались выбраться из ведра. Они в ужасе бежали. Невероятное зрелище.

Но еще больше меня впечатлила реакция Гэри: он был поражен. Похоже, мы одновременно пришли к общему заключению: заклинание червей несомненно представляет собой имитацию роющего землю крота. А еще я понял, что результаты моего исследования только что были одобрены главным из судей. Гэри всю жизнь изучал червей, метод их заклинания и национальный лес Апалачикола; он разбирался в этой системе лучше любого научного рецензента.

Затем я провел и снял на видео множество контролируемых экспериментов, и все результаты были однозначными. Все подтверждало гипотезу Дарвина: черви выползают на поверхность при приближении кротов. Риски выхода на поверхность не перевешивают перспективу быть съеденным здесь и сейчас. Еще один кусочек экологического пазла был найден. И все же для меня самой интересной частью загадки оставались заклинатели. Они обманывают свою добычу в точности как щупальценосная змея – используя модель поведения, развившуюся в процессе эволюции как механизм спасения. Герпетон заставляет рыбу сбегать в неверном направлении, и то же самое, но другими средствами, проделывают с червями заклинатели. И то и другое – примеры «эффекта редкого врага», который я уже упоминал^6. Постоянный враг дождевых червей – это огромная популяция голодных кротов, которые круглый год днем и ночью охотятся на них по всему лесу. Вибрации, которыми сопровождается рытье тоннелей, вызывают у червей ту же реакцию, что у нас – торчащий над водой акулий плавник. Мы выпрыгиваем из воды, а черви – из земли. Заклинатель же – враг редкий, и особи, которые выбрались на поверхность, спасаясь от гипотетического крота, и закончили свою жизнь на рыболовном крючке, – всего лишь единицы, которым не повезло.

Однако проектирование и проведение экспериментов – только половина детективной работы ученого. Чтобы выявить более глубинные связи и найти больше подтверждений той или иной гипотезе, нужно штудировать доступные статьи и книги. Мне удалось найти две работы, посвященные тактике охоты на червей, которую использовали заклинатели; вот только охотниками там были вовсе не люди. В 1953 году, через семьдесят лет после выхода работы Дарвина о дождевых червях, Николас Тинберген опубликовал аналогичную книгу о чайках под названием «Мир серебристой чайки»7. Тинберген так описывает странное «топтание» чайки: «Однако, наблюдая эту повадку у других чаек, я пришел к выводу, что топтание может иметь двоякое назначение. Во-первых, оно имеет своей целью выгонять на поверхность земляных червей, у которых, по-видимому, существует врожденная реакция на вибрацию почвы, помогающая им спастись от заклятого врага – крота»[14]. Второй функцией топтания, когда оно происходит на мелководье, автор посчитал выманивание добычи из ила. Гораздо позже, в 1986 году, Джон Кауфманн из Флоридского университета писал, что лесные черепахи легко добывают червей, выманивая их топотом^8. Он даже сравнил это с действиями заклинателей.

Итак, опираясь на полученные мною данные экспериментов и свидетельства Дарвина, Тинбергена и Кауфманна, я написал статью, в которой предложил разгадку давней загадки заклинания дождевых червей. Статья вышла в журнале PLOS One в 2008 году. К ней прилагаются видео: как Гэри и Одри охотятся на червей и как черви сбегают от крота^9. Это одно из моих любимых исследований. Нечасто удается поработать сразу в нескольких областях – биологии, истории, культурологии, – да еще и встретить таких интересных людей. И я был особенно тронут, когда для очередного Фестиваля заклинания червей были сделаны футболки с принтом, обобщавшим результаты исследования: с гипотезой Дарвина, чайкой, черепахой, кротом и дождевыми червями.

4.5. Принт на футболке Фестиваля заклинания червей, обобщающий результаты исследования в Сопчоппи. Воспроизводится с разрешения правообладателя – Sopchoppy Preservation and Improvement Association Committee

Завершение истории

Казалось бы, тайна раскрыта – дело закрыто. Но в науке пазл никогда не бывает собран до конца. Вопрос в том, сколько кусочков вы хотите вместить в картину. В моей картине оставался несобранным довольно важный кусок: как восточноамериканский крот находит дождевых червей? Прежде чем ответить на этот вопрос, стоит поместить его в более общий контекст, обратившись к теме, на первый взгляд, никак не связанной с нашей, а именно – к вечным ночным боям и гонке вооружений летучих мышей и мотыльков. Летучие мыши считаются одними из самых эволюционно успешных млекопитающих. Существуют тысячи видов летучих мышей, и своим успехом они во многом обязаны уникальному для млекопитающих умению летать, а значит, получать доступ к огромному ассортименту ночных насекомых. Но не только умение летать дает летучим мышам преимущество. В процессе эволюции их голосовой и слуховой аппараты развились в одну из самых примечательных сенсорных систем – эхолокацию. Летучая мышь громко кричит в ультразвуковом диапазоне и по отражению звуковых волн находит насекомых. Примерно так же эсминец при помощи гидролокатора обнаруживает подводные лодки противника. Как и кроты, летучие мыши способны каждый день съедать пищу весом примерно в треть своего тела, так что за один вечер колония летучих мышей может съесть в буквальном смысле тонну насекомых.

Но насекомые не сдаются без боя. У многих видов органы слуха эволюционировали так, что их единственной функцией стало улавливание ультразвуковых сигналов летучих мышей. Особенно в этом преуспели мотыльки. Обнаружив летучую мышь, они пикируют в траву, где от эхолокации толку мало. Совместная эволюция летучих мышей и насекомых – это увлекательная, богатая на события и поучительная биологическая история^10. У летучих мышей и кротов есть кое-что общее: и те и другие обитают в особой среде, богатой пищевыми ресурсами, недоступными большинству других млекопитающих. Поделюсь еще одним своим наблюдением: когда восточноамериканский крот роет землю, на поверхность выползают не только дождевые черви, но и другие беспозвоночные, которыми тоже питаются кроты. Очевидно, что кроты представляют серьезную угрозу для всех почвенных беспозвоночных, и те, как и летающие насекомые в ответ на эхолокацию летучих мышей, выработали свои механизмы спасения. Удивительно, что эволюция таких разных животных, как кроты и летучие мыши, и их столь же разных жертв шла по таким похожим схемам: приближение каждого из этих хищников сопровождается специфичным сигналом, который потенциальные жертвы научились распознавать, чтобы реагировать бегством.

Вот та часть, которую я упустил при изучении заклинания червей: летучие мыши обнаруживают добычу с помощью эхолокации, а какова же стратегия крота? В земле об эхолокации и думать не приходится, к тому же уши у кротов крошечные. Основное действо происходит под землей, так что представить себя в шкуре крота для меня было проблематично. Долгое время я думал, что крот случайно натыкается на червей, пока копает ходы. Такая незамысловатая гипотеза не учитывает важнейший момент: на рытье тоннелей крот тратит огромное количество энергии. Любое средство, хоть немного повышающее точность наведения на жертву, позволит сэкономить и время, и энергию. В конце концов ответ мне подсказал сам крот.

Обнаружив, что на носу восточноамериканского крота отсутствуют органы Эймера, я был очень удивлен. Но у меня возникла идея эксперимента: я решил устроить состязание по поиску, добыванию и поеданию пищи между звездоносом и восточноамериканским кротом. Я был уверен, что звездонос намного превзойдет несчастного, обделенного звездой обыкновенного крота, у которого на морде нет даже специальных механорецепторов. В общем, получится наглядное сравнительное исследование эффективности охоты двух видов.

Но не тут-то было. Вместо того чтобы хаотично натыкаться на еду, восточноамериканский крот методично и кратчайшим путем собирал все кусочки пищи, как будто заранее знал, как я их разложил. Еще одна уникальная способность, в которую было трудно поверить. Крот оказался так хорош в прокладывании прямого пути к еде, что я решил снять видео в инфракрасном освещении. Я хотел убедиться, что он не пользуется зрением, что, конечно, было маловероятно: глаза у кротов крошечные и спрятаны под мехом и кожей. В инфракрасном освещении восточноамериканский крот обнаруживал пищу столь же успешно. Я довольно быстро понял, что крот использовал обоняние, причем использовал эффективнее, чем какое-либо из известных мне животных.

4.6. Восточноамериканский крот прокладывает кратчайший путь к пище, используя обоняние (между кротом и пищей нет готовой «запаховой дорожки»)

Чем больше я наблюдал за кротом и изучал его обоняние, тем больше оно меня удивляло, пока наконец мне не пришлось рассмотреть гипотезу, которую я считал нереалистичной: стереообоняние. Концепция объемного восприятия запаха уже была предложена ранее, но, откровенно говоря, я считал, что у млекопитающих такое обоняние невозможно. Суть стереообоняния в том, что обонятельные рецепторы носовой полости сравнивают концентрацию молекул с запахом в обеих ноздрях, позволяя животному за один вдох определить направление к источнику этого запаха. Теоретически в этом есть смысл, поскольку примерно так же работают зрение и слух. Зрительное восприятие трехмерности пространства возможно при объединении информации от обоих глаз, а чтобы определить источник звука, нужна информация от обоих ушей. В случае с обонянием проблема заключается в том, что разница в концентрации молекул в разных ноздрях крайне мала и ее сложно определить, поскольку ноздри, в отличие от глаз и ушей, расположены очень близко друг к другу. И все же проверить гипотезу можно: нужно лишь заткнуть одну ноздрю.

Результаты всех опытов, которые я провел с кротами, используя затычку для ноздри, подтверждали гипотезу стереообоняния. Пользуясь только одной ноздрей, каждый крот ошибался и двигался немного не в том направлении, отклоняясь в сторону свободной ноздри, – это ровно то, что и должно происходить при стереообонянии. Когда я удалял затычку, крот уверенно шел к пище по кратчайшему пути. Добавлю, что я также использовал ускоренную съемку и датчик давления, чтобы зафиксировать каждый вдох крота по мере его движения к еде. Анализ полученных данных показал, что для восприятия запахов кроты пользуются несколькими стратегиями, и стереообоняние – сравнение интенсивности запаха в разных ноздрях – лишь одна из них^11. Кроты также прибегают к стратегии последовательного принюхивания, производя серию быстрых вдохов, подобно человеку, пытающемуся понять, где горит. Человек будет ходить из комнаты в комнату, принюхиваясь, пока не определит место с самым сильным запахом и не найдет его источник (именно так я однажды обнаружил искрящую розетку). Обыкновенный крот делает то же самое, только намного быстрее и эффективнее, и добавляет стереокомпонент, оказываясь, таким образом, лучшим в обнаружении источника запаха среди всех млекопитающих, исследованных с этой точки зрения^11.

Вот таким большим оказался недостающий кусок пазла. У летучих мышей – эхолокация, у восточноамериканских кротов – стереообоняние. И если вы родились потенциальной жертвой летучей мыши или крота, не стоит полагаться на то, что хищник вас не заметит. Надо спасаться. Поскольку и мотыльки, и дождевые черви в изобилии водятся в национальном лесу Апалачикола, нет никаких сомнений, что они ежедневно встречаются на земле: мотыльки спасаются, пикируя вниз, а дождевые черви – выползая на поверхность. Здесь мотыльки в безопасности, потому что эхолокация не помогает обнаружить объект на твердой почве, а черви – потому что крот не преследует добычу на земле.

Конечно, бывают и исключения. На одной ферме в Великобритании был обнаружен жутковатый результат охоты, которая пошла не так^12: мертвая окровавленная чайка, из плеча которой торчал мертвый крот. Находку изучили в Королевской школе ветеринарных исследований Эдинбургского университета. Специалисты заключили, что «чайка заглотила живого крота и, по-видимому, не поранила его. Крот разодрал верхнюю часть пищевода птицы (рана 2 см); из пищевода он попал в растяжимый зоб. Крот разодрал его стенку и через свод вилочковой кости наполовину выбрался из тела чайки (его голова и передние лапы оказались снаружи), а затем погиб». Странная, кажущаяся невероятной смерть двух животных. Однако теперь, когда мы знаем, что чайки топчут почву для выманивания дождевых червей, на которых в подземных тоннелях охотятся кроты, столкновение этих животных выглядит вполне закономерно. Это странный урок о непредсказуемых поворотах любого научного исследования. Есть и другой, более очевидный урок: всегда тщательно пережевывайте пищу.

4.7. Находка из Великобритании: мертвая чайка с торчащим из ее плеча мертвым кротом. Воспроизводится с разрешения Национальных музеев Шотландии

5

Крошечный тираннозавр

Нет на планете более загадочного зверька, чем землеройка. Только взгляните на это очаровательное пушистое существо, задравшее мордочку в ожидании лакомства! Наверняка это какой-то грызун, боязливо выискивающий зернышки или, если повезет, кусочек сыра. Землеройка очень похожа на мышь: усы, мех, длинный хвост и острый нос. Но землеройка – вовсе не грызун. Это совершенно другой зверь. Ни много ни мало – тигр в миниатюре.

Не верите? Понимаю. Поэтому призываю в свидетели двадцать шестого президента США Теодора Рузвельта. Задолго до прихода в политику Рузвельт был страстным натуралистом. Однажды он поймал короткохвостую бурозубку (тот самый вид семейства землеройковых, который чаще всего попадался в наши ловушки в Пенсильвании) и стал держать ее дома. Рузвельт предложил бурозубке сначала мышь, а потом небольшую змею, и обеих она убила и съела^1, оказавшись, таким образом, «определенно самым кровожадным существом такого размера, которое я [Рузвельт] когда-либо видел». Натуралистом Рузвельт был серьезным и искушенным, так что неудивительно, что его наблюдения позднее подтвердили биологи, один из которых отметил: «Нет такого мяса, которое не стала бы есть голодная землеройка»2.

Всего в мире существует чуть меньше четырехсот видов землероек, и почти все они плотоядные, что довольно удивительно, если учесть их размеры (некоторые виды весят не больше одноцентовой монетки). Для нас это хорошая новость. Человек может не опасаться нападения этих животных – если только он не герой фильма 1959 года «Землеройки-убийцы», где они вырастают до размеров собаки, обладают ядовитой слюной и вечно голодны. В этом фильме ученые из лучших побуждений пытаются использовать биологию землероек, чтобы уменьшить людей, – такой вот креативный (хоть и странноватый) способ решить проблему с продовольственными ресурсами. Не буду говорить, чем дело кончилось: вдруг вы решите посмотреть этот блокбастер. И все-таки правда о землеройках гораздо интереснее вымысла.

Обычно землеройки появляются на свет в конце весны или начале лета и быстро достигают размера взрослой особи. Но с приходом зимы у некоторых видов землероек кости (включая череп) и внутренние органы действительно уменьшаются в размерах, причем значительно. Головной мозг, например, может потерять 25 % массы^3. Еще более удивительно то, что весной землеройки снова отращивают череп и мозг, – правда, к прежним показателям они не возвращаются. Этот поразительный способ сэкономить энергию в непростые зимние месяцы (землеройки не впадают в спячку) был обнаружен в 1940-х годах и в честь своего первооткрывателя назван феноменом Денеля.

Это не единственный кусочек правды в голливудском представлении этих животных. Слюна у некоторых землероек действительно ядовитая, что крайне нетипично для млекопитающих. В частности, ядовит укус короткохвостой бурозубки. У человека он вызывает боль и локальный отек, но для жертвы поменьше, например мыши, такой укус может оказаться смертельным. Это объясняет, как крошечному хищнику удается одолеть весьма крупную для него добычу. (К счастью, в период моей работы в зоопарке я пребывал в блаженном неведении относительно ядовитости бурозубок.)

Питаются землеройки в основном беспозвоночными: насекомыми, дождевыми червями и тому подобным. Но как показали наблюдения Рузвельта (и как я сам не раз убеждался), землеройки всеядны и рады любой добыче, с которой способны справиться. Аппетит у них отменный: за день они нередко съедают количество пищи, массой превышающее массу их собственного тела. Землеройки с самым быстрым метаболизмом (а значит, и с самым зверским аппетитом) широко распространены в Северной Америке и называются бурозубками. У Рузвельта, например, жила короткохвостая бурозубка вида Blarina brevicauda. Своим названием бурозубки обязаны отложениям железа в кончиках зубов, которые повышают их прочность и придают зверькам зловещий вид. Повышенная прочность зубов, по-видимому, понадобилась бурозубкам в связи с бесконечной потребностью в еде.

Подозреваю, что своей репутацией свирепых хищников бурозубки тоже обязаны высокому метаболизму. Большинство испытывают голод уже через пару часов после приема пищи. Как и голодные львы и тигры, при наличии выбора бурозубка скорее поймает более слабую и мелкую добычу, однако в случае необходимости нападет на жертву крупнее и сильнее. Причем у бурозубки такая нужда возникает быстрее и чаще, чем у любого другого хищного млекопитающего. Можно сказать, что бурозубки – живое воплощение понятия «злой от голода».

Вариации на тему

Возможно, землеройки – экстраординарные хищники, но не стоит ставить это им в вину. Их название и так уже стало оскорблением, и совершенно напрасно[15]. В конце концов, их плотоядность сводится в основном к поеданию насекомых, многие из которых являются вредителями и наносят ущерб зерновым и плодовым культурам. Землеройка никогда не заберется в поисках еды на вашу кухню – если, конечно, у вас в шкафчиках не завелись насекомые (но тогда вы будете только рады такому гостю). Что касается плотоядности как явления, так ведь и наши любимые кошки и собаки – еще какие хищники. И это подводит нас к следующему нюансу.

Землероек называют миниатюрными тиграми^4, однако дикие кошки очень разные – и землеройки тоже. Выше я говорил о короткохвостой бурозубке – питомце Рузвельта и одном из самых распространенных в Северной Америке млекопитающих. Это медведь гризли среди землероек: крупный и не слишком проворный вид. Этакий качок в семействе землеройковых. Меня же гораздо больше восхищает крошечная и изящная болотная, или водяная, бурозубка (Sorex palustris) – создание, похожее скорее на миниатюрного гепарда, к тому же умеющего плавать. Это самое маленькое из водоплавающих млекопитающих (ее масса всего около 12 граммов). А еще этот зверек ведет столь же затворнический образ жизни, что и звездонос, и найти его очень сложно.

В период работы в Смитсоновском зоопарке я слышал рассказы студентов, пытавшихся поймать болотных бурозубок для своих проектов. Один едва не плача рассказывал, как после нескольких недель палаточной жизни, походов по лесным тропам и изнурительных поисков он с надеждой заглянул в ловушку и наконец увидел там болотную бурозубку… которая прошмыгнула в чуть приоткрытую дверцу и была такова. Вспоминая эту историю, я всегда чувствую себя немного виноватым – сколько болотных бурозубок я поймал и отпустил на волю с единственной мыслью: «Черт, опять не звездонос!» Однажды я отпустил одну из них возле ручья – не зря же ее зовут водяной. Когда я открыл дверцу, бурозубка, прежде чем опустить лапку в воду, помедлила и осторожно изучила место вокруг ловушки. А потом нырнула в поток, ушла на глубину, отталкиваясь мощными задними лапами, и плыла по руслу, пока не исчезла в подводных зарослях у противоположного берега. Было во всем этом что-то потустороннее. Такие водные млекопитающие, как тюлени, выдры и морские львы, созданы для плавания, и это понятно по их внешнему виду. Но с болотными бурозубками все не так. Как же они плавают?

Для плавания у водяной бурозубки есть две важные, но малозаметные адаптации. В волосках, покрывающих ее тело, имеются особые микроскопические структуры, которые удерживают воздушный слой. Пузырьки воздуха препятствуют намоканию шкурки под водой и обеспечивают теплоизоляцию, что крайне важно для не впадающего в спячку и охотящегося в ледяной воде зверька. Это свойство также придает серебристый блеск шкурке бурозубки под водой. Вторая адаптация – это бахрома из тысяч особых волосков на ее стопах и пальцах. Когда бурозубка плывет, с каждым мощным толчком лап волоски расправляются, удерживая воду, как тысячи маленьких весел, а затем снова опускаются. По сути, волоски выполняют функцию перепонок, помогая бурозубке грести.

5.1. Стопа водяной бурозубки во время плавания (слева) и под электронным микроскопом (справа). Внушительные когти и волоски (указаны стрелкой) расправляются во время плавания для увеличения площади соприкосновения с водой

Во второй главе я уже упоминал, что подводное обоняние звездоноса и болотной бурозубки основано на общем принципе. Но охотятся эти млекопитающие по-разному. Если звездонос питается маленькими, медленными и мягкотелыми беспозвоночными, то у бурозубки нет никаких пищевых предпочтений: главное – суметь справиться с добычей. По крайней мере, именно так о ней принято думать.

Я решил проверить справедливость этого тезиса. Меня особенно заинтересовало одно наблюдение, сделанное Теодором Рузвельтом. В своей книге «Охотник дикой глуши» (The Wilderness Hunter)6 он пишет:

Я сидел на огромном валуне на берегу ручья, рассеянно наблюдая за неожиданно появившейся камышницей. Вдруг в воде у моих ног проплыло мелкое животное, размером меньше мыши. Оно быстро гребло под водой, туловище выглядело плоским, как диск, и было усеяно крошечными пузырьками, похожими на крупицы серебра. Это была водяная бурозубка, редкий зверек. Через минуту или две я снова увидел ее на мелководье. Она поймала рыбешку, вытащила ее на торчащий из воды камень и жадно пожирала дергающуюся в лапках добычу.

Увидеть водяную бурозубку в деле в естественных условиях практически невозможно, и удаче Рузвельта можно только позавидовать. Я провел в «краю землероек» огромное количество времени и никогда не видел их вне ловушки. Но я привожу этот отрывок по другой причине. Как и запись о поедании короткохвостой бурозубкой мышей и маленьких змей, рассказ Рузвельта о бурозубке-рыболове – ценное свидетельство, поднимающее важный вопрос. Как бурозубке удалось поймать рыбу? Это очень проворная и изворотливая жертва, умеющая, как мы теперь знаем, мгновенно запускать реакцию бегства. Ответ на этот вопрос раскрывает ключевые преимущества млекопитающих и даже может пролить свет на появление нас с вами (об этом позже).

Тебе не убежать и не спрятаться

Зная, как непросто встретить водяную бурозубку в дикой природе, я очень удивился любознательности и общительности этих зверьков. Они быстро учатся, и, перестав видеть во мне угрозу (а точнее, начав видеть во мне источник вкусной еды), бурозубки принялись изучать свое новое место жительства с такой самоуверенностью, что я даже задумался, как этот вид вообще выжил в естественной среде. Думаю, если бы люди держали водяных бурозубок в качестве домашних питомцев, появилась бы поговорка «любопытство бурозубку сгубило» (они даже спаривались и выращивали детенышей у нас на виду). Это очаровательные создания, несмотря на совершенно ненасытную хищную натуру. Накормить их было действительно непросто: дело в том, что инстинкт побуждает бурозубку охотиться, даже когда она уже насытилась. Зверьки убивали и прятали добычу по всей клетке. Очень полезный для выживания в диких условиях навык, но в случае с бурозубками в неволе он сбил нас с толку: какое-то время мы думали, что зверьки постоянно голодны, пока не раскрыли их трюк. Пришлось провести в клетке генеральную уборку. С другой стороны, непрерывное состояние охоты стало отличным подспорьем для изучения и видеосъемки повадок этих животных.

5.2. Водяная бурозубка с раскрытой пастью проворно преследует уплывающую рыбу. Пойманную добычу бурозубка съедает на суше

Когда я впервые запустил мелкую рыбешку в аквариум к водяной бурозубке, произошло нечто невероятное. Нырок, всплеск, неясное яростное движение – и бурозубка вынырнула с рыбой в зубах. Слишком быстро, чтобы что-то разглядеть, так что пришлось обратиться к ускоренной съемке. Бурозубка обнаруживала, догоняла и ловила юркую рыбу менее чем за две секунды, а иногда даже менее чем за одну^5.

Звучит как чуть более медленная версия рекордсмена-звездоноса, но здесь речь о скорости другого типа. Звездонос быстро обнаруживает и поедает крошечную и неподвижную добычу. О преследовании и поимке быстрой и проворной жертвы в его случае говорить не приходится. Я много раз ставил опыты и с рыбами, и с речными раками – и звездонос всякий раз терпел с ними неудачу. А вот водяная бурозубка сразу оправдала мои ожидания: она оказалась настоящим гепардом в миниатюре. Это сравнение уместно еще и потому, что один из отличительных признаков водяной бурозубки – длинный хвост. И гепардам, и водяным бурозубкам хвост служит для балансировки при резких поворотах во время погони за ускользающей жертвой. Бурозубка преследовала рыбу, чтобы при малейшей возможности схватить ее своими рыжими зубами. Пойманную добычу она поедала на суше. Но как она ее обнаруживала и преследовала?

Здесь сравнение с гепардом уже не подходит: у всех диких кошек острое бинокулярное зрение, а у землероек зрение откровенно плохое. Судите сами: у домашней кошки каждый зрительный нерв состоит из более чем 100 тысяч нервных волокон, у мышей их около 50 тысяч, а у водяной бурозубки – какие-то жалкие шесть тысяч^7. Для млекопитающих это очень низкий показатель, так что отслеживать жертву визуально бурозубка явно не может. Но мы все равно проверили эту гипотезу: как и ожидалось, бурозубки так же хорошо охотятся и в полной темноте, и при инфракрасном освещении (инфракрасного зрения у них нет). Но если не зрение, то что?

Если бы вам пришлось по одному внешнему виду угадывать, как находит еду звездонос, вы бы предположили, что в этом наверняка замешана звезда. И оказались бы правы. Давайте проделаем то же самое с водяной бурозубкой. У нее крошечные глаза и уши, зато есть многочисленные длинные вибриссы, которые образуют вокруг мордочки впечатляющий геометрический узор. Может ли бурозубка использовать их для обнаружения и преследования рыбы? Усы – не первое, что приходит в голову при мысли о подводной охоте, но среди млекопитающих самые выраженные вибриссы как раз у тюленей, морских львов и моржей. В частности, способность преследовать рыбу, улавливая вибриссами турбулентный след в воде, хорошо развита у обыкновенного тюленя^8. Видеозаписи охоты водяных бурозубок, снятые в ускоренном режиме, позволяют предположить, что у этих животных вибриссы выполняют ту же функцию. Например, приступая к охоте, бурозубка опускает вибриссы в воду, иногда даже рядом с рыбой.

Разумеется, рыба не размышляет над тем, голоден ли приближающийся хищник; она всегда старается улизнуть. Обычно такая стратегия позволяет рыбе быстро спастись, но у нее есть обратная сторона: рывок сопровождается мощным движением воды. При просмотре видео возникало впечатление, что преследующая рыбу бурозубка полностью сосредоточена именно на движении воды. Оставалось только проверить эту гипотезу.

Стимуляторы вибрисс водяной бурозубки в продаже отсутствуют, но мы без труда сконструировали гидравлическую систему с компьютерным управлением, которая генерировала всплески, похожие на завихрения воды при движении рыбы. Вот что мы увидели. Бурозубки ныряли в аквариум и двигались по нему в тех направлениях, где генерировались всплески. Затем они яростно атаковали «фантомную рыбу», хватая зубами пустое место. При этом они с помощью вибрисс изучали отверстия, откуда поступала вода, и часто обнюхивали их, используя прием с выдуванием пузырьков^5. В общем, бурозубки оказались адептами коварной охотничьей стратегии «заметил движение – сначала атакуй, вопросы потом».

5.3. Слева: водяная бурозубка ныряет в воду, ее чувствительные вибриссы расправлены; рыба пытается улизнуть. Справа: бурозубка атакует всплеск (указан стрелкой), имитирующий завихрение воды при движении рыбы. Обратите внимание на темные, укрепленные железом зубы

Мое воображение тут же нарисовало предупреждающий знак для рыб: «Внимание! В случае атаки бурозубки оставайтесь неподвижны!» Здесь возникает новый вопрос – во всяком случае, для жертвы. Что же лучше: замереть или попытаться сбежать? Неподвижность хороша тем, что позволяет избежать предательских колебаний воды. Однако исследования показывают, что мыши и крысы умеют с помощью вибрисс обнаруживать и неподвижные объекты, определяя их форму и рельеф. Способны ли на это водяные бурозубки? Должны бы, учитывая впечатляющий комплект вибрисс на морде. Мне уже удалось одурачить их имитацией движения рыбы, так что, возможно, форму и рельеф тоже получится успешно подделать. Пришло время создать фальшивую рыбу.

Существует множество специальных материалов для детального, микроскопически точного воспроизведения биологических образцов, так что я легко создал целую коллекцию маленьких рыбок и был готов к новому эксперименту. Кроме рыбок, я опустил в аквариум и силиконовые предметы случайной формы, чтобы посмотреть, как бурозубка будет использовать вибриссы для выбора жертвы (если вообще станет выбирать). Результат эксперимента был однозначным: всякий раз водяные бурозубки атаковали только фальшивую рыбу, игнорируя все прочие предметы. Зачастую они пытались ее съесть. Даже если среди пятидесяти силиконовых фигурок была только одна рыбка, бурозубка обнаруживала ее всего за пару секунд^5.

Только подумайте, какая дилемма встает перед жертвой. Попытаешься сбежать – и в ответ на движение воды будешь немедленно атакован. Замрешь – и бурозубка все равно тебя найдет, используя вибриссы и подводное обоняние. Что же выбрать? Для рыбы бегство остается лучшей стратегией: нет смысла оставаться на месте, если не можешь принять бой. Но как быть тому, кто способен постоять за себя?

Бегство или бой?

Строение речного рака олицетворяет два варианта действий, которые есть у животного в случае опасности: вступить в схватку или убежать. Устрашающие клешни спереди, безусловно, предназначены для битвы, а задняя часть (хвост) – для бегства. Как только рак чувствует ударную волну, которую создает атакующий хищник или ребенок, пытающийся поймать его в сачок, мощные мышцы хвоста рефлекторно активируются. Если вы когда-нибудь пытались поймать рака, то видели, с какой почти сверхъестественной скоростью он удирает. Это во многом похоже на реакцию бегства у рыбы. Нейробиологи десятилетиями изучали этот механизм, как и C-старт у рыб, что привело ко множеству важных открытий, актуальных и для других видов^9. Приведу лишь один пример: электрический синапс – место соединения нервных клеток, через которое передается электрический импульс, – был впервые обнаружен именно у речных раков^10, но представляет собой один из фундаментальных способов взаимодействия нейронов у многих животных, включая человека. У речного рака электрические синапсы обеспечивают быструю передачу нервного импульса для стремительного бегства. Вот только водяная бурозубка еще быстрее; она способна догнать и поймать рака в воде, но съесть его может только на суше. А на суше рак не может использовать свой поразительный хвост и сбежать. Поэтому он точно будет сражаться.

Оборонительная поза речного рака – внушительное зрелище, вызывающее в памяти образ готового к перестрелке ковбоя на Диком Западе. У рака нет револьвера, но есть мощные заостренные клешни. При этом рак может быть размером с треть бурозубки, а клешни, способные раздробить кости, сравнимы с ее лапами. Вдобавок ко всему спина рака покрыта толстой броней. Казалось бы, водяной бурозубке остается только отступить и поискать добычу поменьше. Однако этого не происходит. Несмотря на броню и клешни, всего через пару секунд рак оказывается повержен, опрокинут на спину и убит теми самыми армированными зубами. Почему же исход этой битвы предопределен?

5.4. Схватка водяной бурозубки и речного рака будет короткой

5.5. Водяная бурозубка ловко побеждает более медленного речного рака

Победа бурозубки свидетельствует о ключевом преимуществе млекопитающих. До сих пор я говорил о быстром метаболизме землероек как об их слабой стороне. В каком-то смысле это верно, ведь голод мучает их уже через пару часов после еды. Но во время охоты этот недостаток становится преимуществом. Как и все млекопитающие, водяные бурозубки – теплокровные животные. А значит, температура их тела всегда оптимальна для быстрых движений, даже суровой зимой на севере Канады. Это настолько важно, что перед погружением тело бурозубки дополнительно нагревается, чтобы не переохладиться в воде. Рак же существо холоднокровное, и температура его тела соответствует температуре воды, в которой он обитает. С точки зрения физиологии чем ниже температура тела животного, тем ниже скорость проведения сигналов (потенциалов действия) по его нервным волокнам, а значит, тем медленнее его реакции.

Второе и менее очевидное преимущество водяной бурозубки – нервные волокна, быстрее проводящие сигналы. В отличие от рака, у бурозубки нервные волокна окружены миелиновой (жировой) оболочкой, обеспечивающей электроизоляцию. Эта оболочка ускоряет передачу сигнала по сигнальным путям (миелиновая оболочка окружает нервы у всех млекопитающих и придает цвет белому веществу головного мозга). В совокупности теплокровность и миелиновая оболочка нервных волокон дают бурозубке значительное преимущество в скорости. Конечно, у речного рака есть свое тайное оружие: электрические синапсы и крупные нервные волокна в рефлекторной дуге, отвечающие за реакцию бегства. Но до водяной бурозубки ему далеко.

Насколько быстра водяная бурозубка? Измерить скорость реакции у человека легко: достаточно попросить его максимально быстро выполнять какое-то действие в ответ на сигнал. Мне вряд ли удалось бы заставить водяную бурозубку следовать указаниям, зато у меня уже была отлично себя зарекомендовавшая гидравлическая система. Для измерения скорости реакции она подходила идеально. Я закрыл выходное отверстие для воды небольшой резиновой заслонкой, которая открывалась при выпуске струи. Так я легко мог измерить время задержки между стимулом и реакцией бурозубки.

Время от начала движения заслонки до атаки бурозубки составило всего 20 миллисекунд, или одну пятидесятую секунды. За 50 миллисекунд (одну двадцатую секунды) бурозубка достигла источника струи и открыла пасть для атаки^5. Результат более чем поразительный, особенно с учетом того факта, что это не рефлекторная реакция, как C-старт у рыбы, а точно нацеленная атака хищника. Судите сами: на обнаружение добычи и атаку у бурозубки уходит вдвое меньше времени, чем у рака на смыкание клешни. Если звездоносы – самые быстрые едоки, то водяная бурозубка – хищник с самой быстрой атакой, когда-либо зафиксированной у млекопитающих. Понятно, почему у речного рака нет шансов. С точки зрения бурозубки он движется в замедленном режиме.

Все это весьма впечатляет в контексте резюме водяной бурозубки, но как насчет более широкой картины? Выше я намекнул, что изучение землероек может приоткрыть тайну происхождения нас, людей. Серьезная заявка для такого крошечного млекопитающего.

Гондвана головного мозга?

Над расшифровкой основных схем, по которым функционирует новая кора (неокортекс), работает множество нейробиологов. Напомню, что неокортекс – это внешняя область головного мозга, которая есть только у млекопитающих. Он составляет львиную долю мозга человека (и, если уж на то пошло, львиную долю мозга льва). По сути, именно неокортекс дает нам способность к мышлению и познанию – то, что делает нас людьми. Неудивительно, что мы хотим разобраться, как он устроен. Но вполне логично задаваться и другим вопросом: как все начиналось? Иными словами, как выглядел головной мозг первых млекопитающих, бродивших по Земле бок о бок с динозаврами, и на что был способен этот мозг?

Эти вопросы могут показаться неподъемными, но на самом деле у нас есть множество палеонтологических подсказок. Лучше всего в качестве окаменелостей сохраняются зубы и челюсти, и большинство таких находок говорит о том, что млекопитающие юрского периода в основном питались насекомыми и другими беспозвоночными – прямо как современные землеройки. И на этом аналогии не заканчиваются. Первые млекопитающие тоже были мелкими, как землеройки, и головной мозг у них был маленьким, а доля неокортекса – незначительной^11. Мы знаем это потому, что при благоприятных условиях головной мозг древнего животного доходит до нас в виде окаменелости – во всяком случае, его отпечаток. Отпечаток формируется, когда минералы накапливаются в полости черепа, принимая точную форму мозга, а затем со временем затвердевают. Это очень редкий и ценный вид ископаемых, и именно благодаря таким находкам мы знаем, что новая кора у наших далеких предков, обитавших в юрском периоде, была того же размера, что и у землероек.

Как же выглядит неокортекс у землероек? С помощью студентов и коллег, среди которых был и мой магистрант Дункан Лейч, я составил карты мозга землероек и смог определить количество и расположение кортикальных зон12–13. Оказалось, что землеройки – обладатели простейшего неокортекса среди всех описанных с этой точки зрения млекопитающих. Но простейшего в очень интересном смысле. Мы идентифицировали всего пять кортикальных зон; все они тесно соприкасаются, без каких-либо разделителей. Все эти пять зон есть и у человека, и почти у каждого изученного млекопитающего. Но у всех млекопитающих эти зоны разделены вклинивающимися участками новой коры, а у землероек неокортекс выглядит чем-то вроде Гондваны (суперконтинента, когда-то объединявшего несколько нынешних континентов Земли). То есть кортикальные зоны составляют однородную массу.

Четыре из пяти неокортикальных зон, обнаруженных у землероек, оказались так называемыми первичными. Мы выявили первичную соматосенсорную кору (S1), которая представляет собой карту механорецепторов противоположной стороны тела (в точности как у кротов). Мы также нашли первичную зрительную кору (V1) и первичную слуховую кору (A1). Как понятно из названий, это самые важные и обширные зоны неокортекса, отвечающие за обработку зрительных и слуховых сигналов. Мы обнаружили и крупную вторичную соматосенсорную кору (S2), которая также имеется у всех изученных млекопитающих. И наконец, мы использовали данные, полученные в ходе предыдущего исследования^14 землероек, и идентифицировали первичную моторную кору – область, без которой невозможен контроль мышечных сокращений, а значит, и управление произвольными движениями.

Необычайная простота неокортекса землеройки становится очевидна при сравнении с мозгом человека. Это сравнение однозначно показывает, что большой головной мозг – это не просто увеличенная версия маленького мозга. У млекопитающих с крупным мозгом, к которым относятся и приматы, в процессе эволюции добавлялись новые кортикальные зоны. Считается, что у человека кортикальных зон более ста, а может быть, даже более двухсот – ученые до сих пор находят новые^15. Не исключено, что в передней части коры мозга землероек есть еще несколько зон, но уж точно не сотня.

Здесь я должен сделать оговорку. Землеройки – не предки современных млекопитающих. Это живые зверьки, прекрасно себя чувствующие в нынешних экосистемах. И, конечно, современные млекопитающие не могли произойти от землероек. Однако, изучив окаменелости, палеонтологи заключили, что древние млекопитающие полагались в первую очередь на обоняние и осязание посредством волосков на теле^16. А это более чем похоже на восприятие мира землеройками, что позволяет считать головной мозг землероек наиболее близким к мозгу нашего предкового млекопитающего.

5.6. Головной мозг человека в сопоставлении с головным мозгом землеройки (для сравнения я положил мозг землеройки на монетку). Неокортекс есть и у человека, и у землеройки, как и основные кортикальные зоны, имеющиеся у всех млекопитающих. К ним относятся первичные зоны – моторная (M1), соматосенсорная (S1), зрительная (V1) и слуховая (A1), а также вторичная соматосенсорная зона (S2). У землероек эти зоны непосредственно прилегают друг к другу, тогда как у человека между ними вклиниваются другие участки новой коры (не показаны на рисунке)

Все гениальное просто

Увидев огромный человеческий мозг рядом с мозгом землеройки, вы можете ощутить некоторое самодовольство. Мы прошли славный путь; только взгляните на все это неокортикальное богатство! Сотни отдельных зон новой коры позволяют нам говорить на разных языках, создавать произведения искусства, использовать различные инструменты и вдобавок ко всему изучать эту новую кору. По сравнению с нашим мозгом мозг землеройки – образец простоты. Но эта простота обманчива: ведь поведенческие навыки этого млекопитающего можно назвать какими угодно, но только не примитивными. Водяные бурозубки способны мгновенно принимать решения лишь на основании текстуры, формы, запаха и движения, одновременно преследуя и атакуя небезобидную добычу. При этом они, как и звездоносы, используют подводное обоняние, чтобы обнаруживать жертву по запаху. Кроме того, бурозубки – превосходные навигаторы и не сбиваются со следа даже во тьме болот, не полагаясь на зрение. Как же они достигают такой скорости и эффективности со своим крошечным мозгом, слабо выраженным неокортексом и столь небольшим числом кортикальных зон?

Однозначного ответа на этот сложный вопрос нет. Но я выдвину довольно парадоксальную гипотезу о том, что своим успехом они обязаны именно простой структуре и малому размеру мозга. Чем крупнее мозг, тем больше возникает сложных инженерных задач. Вспомним о важной для последних десятилетий задаче ускорения работы процессоров – сначала в компьютерах, а теперь и в телефонах и часах. Мало что вызывает такое раздражение, как старый медленный компьютер, который не справляется с вашими программами, а иногда даже с простым набором текста. Хотя мозг не компьютер, существует реальная и хорошо изученная инженерная проблема, связанная с увеличением мозга и аналогичная проблеме ускорения процессора^17. Дело в том, что ответвления нервных клеток – аксоны и дендриты, то есть «биологические провода» мозга, – проводят электричество не как металлические провода. Сигналы, или потенциалы действия, передаются по ним в миллионы раз медленнее. Скорость зависит от многих факторов, два из которых я уже упоминал: это температура (теплокровным быть выгоднее) и миелиновая изоляция. Еще один ключевой фактор – диаметр аксона. Как правило, чем тоньше волокно, тем медленнее передается сигнал, и наоборот.

Давайте посмотрим, что происходит при увеличении площади неокортекса, как это случилось в ходе эволюции млекопитающих. По мере появления новых зон различные области отдаляются друг от друга. Чтобы скорость обработки сигнала не падала, диаметр аксонов должен расти вместе с увеличением их длины. Но если аксоны становятся толще, мозг тоже увеличивается, а структуры еще больше отдаляются друг от друга, то есть проблема усугубляется. Разумеется, проблему можно решить не только увеличением диаметра аксонов. Как и в случае с компьютерами, можно обрабатывать сигналы параллельно или сосредоточить решение отдельных задач в одной выделенной области мозга, а не задействовать распределенные структуры. Однако крупный мозг все равно расплачивается за размеры падением скорости и эффективности передачи сигнала. А вот крошечные землеройки с их крошечным мозгом и сетью прилегающих друг к другу крошечных кортикальных зон этим «налогом» не обременены, а прибыль вкладывают в скорость и ловкость.

Пища для размышлений

Думаю, теперь вы понимаете, почему я считаю землероек загадочными и недооцененными млекопитающими. Что, если так же недооценены ранние млекопитающие юрского периода? Напомню, что, согласно ископаемым находкам11, 15, первые млекопитающие, так называемые синапсиды, были маленькими (как землеройки), питались в основном насекомыми (как землеройки), полагались на осязание и обоняние (как землеройки) и обладали маленьким мозгом с небольшой долей неокортекса (как землеройки). Тут вроде бы все ясно.

В этом сравнении можно пойти и дальше. Можно предположить, что, как и землеройки, первые млекопитающие были довольно примитивными и пугливыми созданиями, выходившими из укрытий только в темноте, чтобы осторожно поискать вокруг спящих динозавров объедки и насекомых. Если следовать этой логике, мелкие млекопитающие юрского периода не занимали важного места в экосистеме и находились под постоянной угрозой быть съеденными гигантскими зубастыми хищниками. Это кажется настолько очевидным, что даже я начинаю склоняться к такой мысли, когда читаю подобные рассуждения. Но затем я вспоминаю о своих полевых наблюдениях и прихожу в себя. Если древние млекопитающие были похожи на современных землероек и внешним видом, и повадками, их крошечный неокортекс едва ли беспокоился о динозаврах.

Объясню на примере из личного опыта. В нашей лаборатории мы работаем с аллигаторами, крокодилами, электрическими угрями, змеями, черепахами, пауками-птицеедами, осами, кротами, хорьками и множеством других видов. Мы с моей женой Лиз гордимся тем, что можем найти и поймать почти любое из этих животных (кстати, Лиз специализируется на водяных бурозубках). Обыграл нас только один зверек: масковая бурозубка (Sorex cinereus). Чтобы вырастить их колонию, нам нужно было поймать самку и самца. Мы потратили уйму времени и сил, но нам так и не удалось заполучить обоих в одно лето. В конце концов мы посвятили целое лето исключительно охоте на масковых бурозубок, разъезжая с полевыми экспедициями из штата в штат. Иногда нас даже сопровождали другие специалисты по землеройкам. Но все эти титанические усилия оказались тщетными. Я травмировал колено, Лиз заболела, и мы вернулись домой ни с чем. А ведь я – примат с большим неокортексом, отличным бинокулярным зрением, доступом к накопленным знаниям о повадках землероек, способностью использовать речь для организации коллективной охоты и целым арсеналом всяких сложных устройств: фонариков, GPS-навигаторов, средств радиосвязи и сотен металлических ловушек. И все же, несмотря на огромные популяции масковых бурозубок на обследованных территориях (что мы знаем из исследований с использованием почвенных ловушек), мы потерпели неудачу.

Вы могли бы предположить, что наша неудача связана с ночным образом жизни землероек (что верно и для предков современных млекопитающих). Такое предположение неизменно забавляет любого ученого, имеющего за плечами большой опыт полевой работы с землеройками. Особей большинства видов мы ловим и ночью, и днем, что полностью согласуется с частотой приема пищи у землероек и данными об их активности18–19, 2. Справедливости ради, существует более трехсот видов землероек, и у некоторых из них пик активности действительно приходится на ночное время. Но даже эти виды игнорируют биологические часы, когда голодны. И все же увидеть землеройку в дикой природе практически невозможно. Млекопитающим вроде землероек, обитающим под покровом растительности, нет нужды вести ночной образ жизни, чтобы не быть замеченными. Иными словами, вы можете оказаться в солнечный день в самом сердце леса, кишащего сотнями активных мелких млекопитающих, и не увидеть ни одного зверька. И даже если вам посчастливится заметить землеройку, поймать ее вы вряд ли сможете. И динозавры тоже не могли.

Возможно, мы никогда не узнаем о повадках млекопитающих юрского периода, но я сомневаюсь, что эти животные были примитивной моделью «Форда Т», какими их часто представляют. Теплокровность и компактные сети кортикальных зон могли сделать их настоящими «Феррари» своего времени. И если так, то нет ничего удивительного в том, что именно они оказались лучше подготовлены к взрывной эволюционной радиации новых и более крупных форм, чем эти несуразные динозавры.

6

500 Вольт – и я весь твой

Самое удивительное в электрическом угре – то, что он вообще существует. Представьте себе альтернативную реальность, в которой такого животного на Земле нет и я пытаюсь доказать вам, что теоретически в процессе эволюции оно могло бы появиться. «Нет, серьезно, – говорю я. – Его тело состояло бы из тысяч модифицированных мышечных волокон, которые не сокращались бы, а генерировали электричество. Эти волокна были бы выстроены в ряд, как батарейки в длинном и мощном фонарике, и с их помощью угорь при желании мог бы вырабатывать ток напряжением в сотни вольт. Электрические разряды угорь испускал бы непосредственно из своей головы, не причиняя себе ни малейшего вреда, но поражая током других животных». Вы бы наверняка решили, что я сошел с ума. И я бы вас не винил, ведь звучит все это и вправду дико. К счастью, доказывать возможность существования электрического угря мне не придется: на нашей планете действительно обитает настолько фантастическое существо.

Теперь представьте себе, каким монстром казался электрический угорь сотни лет назад, если даже сейчас он кажется странным. В XVIII веке не существовало батареек, а были только простые конденсаторы вроде лейденской банки – стеклянной емкости, покрытой внутри и снаружи листовым оловом. Банку можно было зарядить статическим электричеством с напряжением в тысячи вольт, что позволяло любопытным ученым изучать на себе последствия сильного удара током. Те немногие из них, кому довелось встретиться с электрическим угрем и испытать его таинственные «удары», утверждали, что ощущения крайне похожи. Но как это возможно? Лейденская банка под водой не действует, да и как вообще животное может вырабатывать ток? И все же, если живое существо и лейденская банка способны производить одну и ту же странную энергию, может быть, эта энергия – незаменимый компонент жизни как таковой?

Вопрос весьма фундаментальный, а фундаментальные вопросы всегда привлекали честолюбивых ученых. Так электрический угорь стал своего рода наваждением^1. Сложность заключалась в том, что найти это животное очень непросто. Электрические угри вовсе не близкие родственники обычных угрей, во множестве обитающих в пресных и соленых водах. Они ближе к слабоэлектрическим рыбам, живущим в бассейне Амазонки и прилегающих областях Южной Америки (такие рыбы не бьют током, а электричество используют для ориентации в пространстве). Рыболовная экспедиция на Амазонку представляется рискованным предприятием даже сегодня, и уж тем более была таковым в начале XIX века.

Пришло время познакомиться с величайшим натуралистом своего времени Александром фон Гумбольдтом. В эпоху, когда изучение растений и животных по большей части носило характер переписи, Гумбольдт рассматривал мир живого как сложную паутину взаимосвязанных и взаимозависимых экосистем^2. Его труды вдохновляли Чарльза Дарвина, Генри Дэвида Торо, Ральфа Эмерсона и даже Эдгара По. Но Гумбольдт стал известен задолго до публикации своих главных работ благодаря захватывающим приключенческим очеркам. И самым грандиозным и невероятным из них был рассказ о встрече с электрическими угрями.

6.1. Слева: портрет Александра фон Гумбольдта, написанный в 1806 году. Справа: изображение знаменитой «битвы» электрических угрей с лошадьми

В марте 1800 года, всего через несколько месяцев после начала легендарной, заново открывшей Южную Америку экспедиции, Гумбольдт и его напарник Эме Бонплан решили изучить электрических угрей. Но большинство местных рыбаков боялись этих легендарных рыб и отказывались их ловить. В конце концов одна группа индейцев вызвалась помочь, но план у них был довольно изощренный, если не сказать варварский. Они собирались «рыбачить на лошадей». Гумбольдт даже не представлял, что его ждет, когда эти индейцы ускакали в саванну^3. Вернулись они с табуном из тридцати необъезженных лошадей, которых с большим шумом загнали в ближайшее болото, полное угрей. Результат был впечатляющим, хоть и предсказуемо плачевным для лошадей. Угри выпрыгивали из мутной воды и атаковали их со всех сторон, раз за разом поражая током бьющих копытами и визжащих животных. Через пять минут две лошади скрылись под водой. Гумбольдт был уверен, что погибнут и остальные, однако вскоре угри устали, и их стало можно выловить без какого-либо риска (в этом и заключался план). Так натуралист наконец получил особей для экспериментов. Эта история прославила и Гумбольдта, и электрических угрей.

Гумбольдт – не единственная историческая личность, кого интересовали электрические угри. В 1832 году опыты с угрем проводил не кто иной, как Майкл Фарадей^4, один из величайших ученых, автор ряда революционных открытий, связанных с электричеством. Результаты его экспериментов положили начало современным исследованиям физиологии.

Над эволюцией электрического угря ломал голову сам Дарвин. Этот вопрос он поднимает в главе «Трудности теории» книги «Происхождение видов». Наконец, словно перечисленного мало для включения электрического угря в учебники истории, физик Алессандро Вольта вдохновлялся строением электрических органов угря, соединяя разные металлы при создании первой в мире батарейки^5. Но и это еще не все. В 1970-е годы эта рыба помогла выделить ацетилхолиновый рецептор^6. Этот белок является ключевым для реализации мышечной функции: он образует миниатюрную молекулярную «дверцу», благодаря которой заряженные молекулы могут проходить через клеточные мембраны. А не так давно электрические угри вновь помогли сконструировать батарейку – на этот раз гибкую, мягкотканную^7. Когда-нибудь такие батарейки можно будет использовать для питания искусственных водителей ритма и других медицинских имплантов. Вкладу электрических угрей и других электрических рыб в наше понимание электричества и биологии посвящены целые книги. Как же я был изумлен, обнаружив, что эти легендарные животные, которых так активно изучали, все еще серьезно недооценены!

Чудеса современных технологий

В моем курсе по сенсорным системам и поведению животных электрические угри всегда занимали особое место. Годами я знакомил студентов с этими животными по фотографии, на которой огромную особь держит Кристофер Коутс, бывший директор Нью-Йоркского аквариума. Если бы не резиновые перчатки, через его грудь в этот момент проходили бы электрические импульсы напряжением 500 вольт. Впечатляет, но фотография черно-белая, сделана в 1950 году – в общем, немного устарела. В какой-то момент я захотел осовременить лекцию и решил, что лучше всего (или веселее всего) будет мне самому сфотографировать и снять на видео электрических угрей. Поэтому я заказал несколько особей для своей лаборатории.

6.2. Директор Нью-Йоркского аквариума Кристофер Коутс с электрическим угрем, 1950 год

Мои планы на фотосессию могут показаться довольно самонадеянными: нельзя же усадить электрического угря в кресло и приказать ему сидеть смирно. Но у высших хищников есть некоторые особенности, играющие ученым на руку. Электрических угрей можно назвать «контактными». Они из тех немногих электрических рыб, которые охотятся днем. Кроме того, как и многие хорошо знакомые нам домашние хищники, угри готовы на все ради еды, то есть путь к их сердцу лежит через желудок. А еще нет ничего приятнее, чем долгое и тесное взаимодействие с животным, которое вы хотите понять, – не важно, подготовка ли это собаки к аджилити или электрического угря к фотосессии. Эта прописная истина в равной степени применима и к фотографированию, и к изучению поведения. Есть и еще один актуальный для обеих задач тезис: современное оборудование позволяет делать то, о чем раньше не приходилось и мечтать.

Фотографировать я начал еще в 1980-х, и моим первым фотоаппаратом был обычный Nicon FM. Пленки хватало на 24 фотографии, а до проявки нельзя было понять, верно ли настроены вспышка, фокус и кадрирование. Чтобы фотографию напечатали за один час, нужно было доплатить, и все это требовало бесконечных походов в фотоателье и стояния в очередях. Для получения фотографии звездоноса, приведенной в первой главе, мне понадобились десятки таких походов и стояний. Это было в 1993 году. Такой вот аналог хождения в школу босиком по снегу в соседнее село, только из мира фотографии.

6.3. Электрический угорь мгновенно парализует рыбу ударом тока высокого напряжения (начиная с отметки 60 мс)

Сегодня я подключаю цифровой Nicon к компьютеру, за пару секунд получаю 24 цветных снимка в высоком разрешении и тут же их просматриваю. Вооружившись этим чудом техники, я без труда сделал несколько цветных фотографий угря, по качеству значительно превосходящих снимок 1950 года. Что верно для современных фотоаппаратов, верно и для видеокамер. Так что я сделал нечто совершенно недоступное ученым прошлого: запечатлел охоту электрического угря в режиме ускоренной съемки. Просматривая полученное видео в замедленном режиме, я заметил нечто странное – в хорошем смысле слова. Настолько странное, что я не мог объяснить это ни студентам, ни даже себе.

Атакуя рыбу, угорь генерирует серию электрических импульсов высокого напряжения, а затем, продолжая испускать электричество, набрасывается на жертву пастью вперед. Тут нет ничего удивительного. Что меня поразило, так это действия рыбы – точнее, их отсутствие. Всего три миллисекунды под действием электрического тока – и жертва застывает в воде, переставая шевелить хвостом и плавниками. Как будто мгновенно замерзает во льду.

Можно решить, что угорь просто убивает свою добычу. Но это не так. Как и любой хищник, электрический угорь иногда промахивается, и тогда, стоит ему прекратить генерировать импульсы, рыба оживает и снова начинает двигаться. Выходит, угорь каким-то образом полностью обездвиживает рыбу всего за три миллисекунды (то есть три тысячные доли секунды). Для сравнения: атака электрического угря достигает цели быстрее, чем пуля 45-го калибра пролетает метр. Понятно, что электрический ток, вырабатываемый угрем, достигает жертвы практически мгновенно, но как он настолько быстро парализует мышцы? Эта загадка положила начало моим исследованиям электрических угрей.

Набирая заряд

Фарадей и Гумбольдт проверяли испускаемый электрическим угрем ток руками. Но в наши дни отслеживать электрическую активность угря можно гораздо менее болезненным способом. Исследователю нужны лишь динамик и пара проводов, опущенных в аквариумную воду. Электрические импульсы преобразуются в звуки, а те же провода можно подсоединить к регистратору данных, чтобы детально зафиксировать процесс. Очень похоже на более привычную картину, которую я описал в первой главе, – с пикающим в тишине больничной палаты кардиомонитором, который регистрирует импульсы, испускаемые электрически активными клетками.

Кардиомонитор – хорошее напоминание о том, что мышечная ткань генерирует солидные электрические импульсы, а значит, именно из мышечной ткани в ходе эволюции мог развиться электрический орган. И электрический орган угря действительно состоит из модифицированных мышечных клеток – электроцитов. Они утратили способность сокращаться, а взамен оснастились дополнительными ионными каналами, которые обеспечивают транспорт ионов через клеточные мембраны и выработку электрических разрядов (у крупных угрей сила тока достигает одного ампера). Механизм аналогичен выработке тока сердечными водителями ритма.

6.4. Результаты регистрации электрических импульсов из аквариума: два разных типа электрических разрядов, испускаемых угрем. Слабые разряды, генерируемые с низкой частотой, представляют собой компонент системы электрорецепции и не наносят вреда другим животным. Импульсы высокого напряжения испускаются с гораздо более высокой частотой и парализуют жертву

Сначала развились маленькие электрические органы, испускающие слабые разряды. Впоследствии у предков электрических угрей они эволюционировали в мощные аккумуляторы. Если вы сейчас гадаете, какие преимущества давала рыбе выработка слабого и безобидного электрического тока, вы в хорошей компании: Дарвин тоже задавался этим вопросом и так и не нашел ответа. Сегодня известно, что небольшие электрические органы – это часть сложной сенсорной системы, которую называют активной электрорецепцией. Этим типом восприятия обладают сотни слабоэлектрических рыб, обитающих в Африке и Южной Америке^8. Когда орган активен, рыба окружена электрическим полем, и при попадании в это поле каких-либо объектов возбуждаются электрорецепторы на коже рыбы. Предками электрического угря были именно южноамериканские слабоэлектрические рыбы. Можно сказать, что угорь взял мирную сенсорную систему и постепенно превратил ее в оружие массового поражения, сохранив при этом низковольтный сенсорный компонент.

Этот краткий экскурс в эволюцию электрического угря помогает объяснить природу испускаемого им тока. У каждого угря есть две – и только две – настройки мощности, и у каждой особи их значения фиксированы, как у электрического фонарика с двумя режимами (хотя, разумеется, по мере роста особи и ее электрического органа мощность возрастает). Импульсы низкого напряжения используются исключительно для получения информации об окружающей среде, как описано выше. Эти безвредные зондирующие импульсы электрический угорь испускает с частотой 5–10 в секунду, когда плавает, охотится и сканирует окружение. Как только животное обнаруживает потенциальную добычу (или хищника, или назойливого натуралиста), оно переходит в режим высокой мощности, выдавая серию высоковольтных импульсов с частотой до четырехсот в секунду. Именно эти разряды парализуют рыбу. Непонятно только, как именно. Но у меня возникла догадка.

Плавучий электрошокер?

Забавно было бы подсчитать, сколько раз мы изобретали что-то, что у животных развилось в процессе эволюции миллионы лет назад. Среди очевидных примеров – аэродинамический профиль крыла птицы и самолета, а также использование эхолокации у дельфинов и на подводных лодках. Я задумался: что, если в этот ряд можно поставить и электрического угря? Я вспомнил о предмете, знакомом практически всем (хотя, надеюсь, не слишком близко знакомом), – полицейском электрошокере. Я имел общее представление о принципе его работы, но что мне было действительно нужно, так это информация из первых рук и немного личного опыта.

Задача непростая, но мне повезло: мой друг Том все еще служил в полиции, теперь в должности инструктора по тактической и огневой подготовке. Об устройстве электрошокеров он знал буквально все, а знакомство с его коллекцией оружия напоминало экскурсию по очень страшному музею. Для наглядной демонстрации Том приготовил несколько разных моделей. Еще (мне) повезло, что на учениях Том не раз испытывал удар электрошокера на себе и мог подробно описать ощущения. Вдобавок ко всем полученным сведениям я немного поэкспериментировал. В общем, уехал я с отличным пониманием того, как работает электрошокер.

При правильном использовании электрошокер вызывает временный нейромышечный паралич. Два выстреливаемых им электрода присоединены к тонким проводам, передающим короткие высоковольтные электрические импульсы от прибора к мишени (звучит знакомо, не правда ли?). Электрические разряды призваны «отключить» мышцы объекта путем активации его нервной системы. Казалось вполне вероятным, что электрический угорь парализует добычу примерно тем же способом.

Но как изучить воздействие тока, испускаемого угрем, на мышцы? Я безуспешно бился над этим вопросом, когда моя жена Лиз (тоже нейробиолог) предложила взять мертвую рыбу, у которой отдельные мышцы еще сохраняют активность. Действительно, с другими видами подобные опыты уже проводились. Например, экспериментаторы веками используют мышцы задних лап лягушки, поскольку они функционируют некоторое время после смерти особи (так, Гумбольдт изучал на лягушачьих лапках роль электричества в контроле движений тела). Если этот феномен наблюдается у целой, но мертвой рыбы – дело в шляпе.

Решение оказалось идеальным. Я закрепил рыбу на дне аквариума и прочной леской соединил ее с расположенным над водой датчиком усилия, который должен был зафиксировать силу сокращения мышц. Еще одной задачей было разделить хищника и жертву электропроницаемым барьером, чтобы не позволить угрю превратить мой эксперимент в свой обед.

В тот момент мне очень пригодился опыт работы в зоопарке. Я уже рассказывал, как много времени посвятил созданию электропроницаемых барьеров из желеобразного вещества (агарозы), опираясь на эксперименты Кальмейна с акулами, описанные в первой главе. Эксперименты с кротами в зоопарке результата не дали, зато я стал мастером по агаровым барьерам. В этот раз, чтобы угорь не пробил барьер, я укрепил желеобразное вещество нейлоновой сеткой. Оставалось самое простое: заставить угря сгенерировать высоковольтный импульс. Для этого достаточно было запустить в аквариум дождевых червей, ведь электрический угорь все-таки рыба. Угорь поразил их током и съел, а я в это время зафиксировал ответное сокращение мышц мертвой рыбы.

6.5. Схема эксперимента по оценке сокращения мышц рыбы в ответ на высоковольтный импульс, генерируемый электрическим угрем. Агаровый барьер электропроницаем, но не позволяет хищнику съесть рыбу. Датчик усилия используется для измерения силы сокращения мышц

Результат был достоин архимедовского возгласа «Эврика!» Уже через три миллисекунды после того, как угорь начал испускать электрические импульсы, я зафиксировал мощное сокращение всех мышц мертвой рыбы. Это время в точности соответствовало времени наступления паралича живой рыбы на видео в режиме замедленного воспроизведения. Более того, простой способ измерения силы сокращения мышц позволил провести и другие испытания. В итоге выяснилось, что разряды активируют мышцы не напрямую. Каждый из высоковольтных импульсов активирует нерв, который иннервирует конкретную мышцу^9. Это означает, что электрические разряды представляют собой систему высокоточного дистанционного управления! Вода, являясь проводником, заменяет собой антенну: по ней электрический ток выходит из тела угря, достигает тела другого животного и перехватывает управление его мышцами.

6.6. Электрический угорь дистанционно активирует мышцы рыбы

Как и многие другие научные открытия, в ретроспективе этот вывод кажется очевидным. При этом результат, безусловно, выглядит круто. Но еще важнее то, что новое знание позволяет нам сменить угол зрения. В большинстве случаев исследования электрических угрей были, что совершенно логично, сфокусированы на электрических угрях. А теперь, когда мы знаем, что высоковольтные импульсы используются для проникновения в нервную систему находящегося рядом животного, мы можем узнать нечто совершенно новое, рассмотрев воздействие серии разрядов с точки зрения жертвы.

Интрига нарастает

В 1970-х годах ученый по имени Рихард Бауэр описал странное поведение электрических угрей во время охоты^10. Он писал: «Появление жертвы в аквариуме возбуждает угря. Он начинает плавать кругами, но часто замирает в определенном углу аквариума. Во время этих пауз он испускает два высоковольтных импульса с интервалом в две миллисекунды». Бауэр описал эти отдельные «дуплеты». Их можно рассматривать как короткие разряды тока высокого напряжения, которые угорь генерирует для оценки среды, в частности во время охоты. Я наблюдал это поведение у всех электрических угрей, которых изучал, и понятия не имел, какие из этого следуют выводы. Наткнувшись на описание Бауэра, я решил изучить этот феномен более тщательно.

Что происходит с рыбой, когда электрический угорь генерирует высоковольтный дуплет? Для ответа на этот вопрос достаточно было провести измерения на мертвой рыбе с работающими мышцами (как описано выше). Оказалось, что, в отличие от длительной серии высоковольтных импульсов, парализующих мышцы, дуплет вызывает лишь краткое, но выраженное подергивание всего тела. На самом деле такое подергивание намного мощнее, чем любое намеренное сокращение мышц, поскольку ни рыба, ни человек не могут намеренно сократить сразу все мышцы тела. А вот электрический угорь способен вызвать это неестественное сокращение у любого находящегося рядом животного, погруженного в воду. Размер животного при этом не важен, что наглядно продемонстрировали лошади из знаменитого очерка Гумбольдта.

Пришло время добавить еще один кусочек пазла. Тело угря покрыто нейромастами – рецепторами, которые крайне чувствительны к колебаниям воды. Легкое постукивание по стенке аквариума или нарушение водной глади всего одной каплей воды обычно приводит к выработке полноценной серии высоковольтных импульсов и атакующему выпаду угря. Иными словами, если голодный электрический угорь ощущает в воде какое-либо волнение, его политика такова: «сначала бей током, вопросы потом». Следовательно, высоковольтные дуплеты могут быть для электрического угря способом спросить: «Ты живой?» – что на его языке означает: «Ты съедобный?» И на этот вопрос жертве приходится отвечать мощной судорогой всего тела.

Но насколько правдоподобна такая гипотеза? Угорь вполне мог бы использовать трюк с дистанционным управлением, чтобы заставить невидимую для него добычу двигаться и выдать свое местоположение. В конце концов, в природе электрические угри не золотых рыбок в аквариуме поедают. Дикие угри охотятся ночью, в темных водах Амазонки… Итак, я смог найти смысл в высоковольтных дуплетах электрического угря, но это вовсе не значило, что сам угорь вкладывал в них тот же смысл. Как говорил знаменитый астроном Карл Саган, «экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств». Сбор данных, которые подтвердили бы или опровергли бы гипотезу о применении дуплетов в охоте, выглядел сложной экспериментальной задачей.

6.7. Высоковольтный дуплет, генерируемый электрическим угрем, вызывает сокращение всех мышц тела находящегося рядом животного. Помогает ли это угрю обнаружить жертву?

Я уже фиксировал «атаки дуплетами» и мог сделать вывод, что иногда электрический угорь генерирует двойной импульс, после чего скрывающаяся жертва дергается, а угорь атакует ее полноценной серией высоковольтных разрядов. Но как убедиться, что угорь реагирует именно на судорогу своей жертвы? Может быть, иногда угри просто атакуют дуплетом, за которым следует серия импульсов, независимо от наличия судорог. Пришло время для следующего эксперимента.

О каждом новом эксперименте можно сказать вот что: всегда велик шанс сделать неожиданное открытие. Это как смотреть в телескоп: приступая к наблюдению, вы рассчитываете увидеть что-то одно, но, настроив телескоп, вполне можете обнаружить нечто неожиданное. Так случилось в 1610 году, когда Галилео Галилей повернул телескоп, чтобы разглядеть Юпитер, а в результате разглядел его спутники. Случайное открытие перевернуло взгляд на устройство Вселенной, ведь до этого люди считали, что небесные тела вращаются вокруг Земли. Конечно, в наши дни трудно сделать выдающееся открытие, имея в арсенале только телескоп. И все же каждый новый эксперимент может сделать ученого Галилеем, обнаружившим нечто такое, чего никто и никогда прежде не наблюдал. Сначала я опишу свой эксперимент – то есть как я собирался «разглядеть Юпитер», – а затем расскажу, какие случайно обнаружил «спутники».

Эксперимент во многом зависел от чудес современной техники. Я снова использовал мертвую рыбу, но на этот раз соединил ее не с датчиком усилия, а с миостимулятором, вызывающим сокращение мышц. Я решил воспроизвести мощное сокращение сразу всех мышц, которое обычно вызывают дуплеты угря (если, конечно, слово «обычно» применимо к тому, что вытворяет электрический угорь). Ключевым новшеством было помещение рыбы в пластиковый пакет со струнным замком (зиплок), чтобы полностью изолировать ее от тока, генерируемого угрем. Теперь угорь не мог дистанционно управлять ее мышцами. Далее начинаются «чудеса современной техники». Миостимулятор, вызывающий у рыбы судорогу, управлялся регистратором данных, который фиксировал высоковольтные импульсы, генерируемые электрическим угрем. Я мог запрограммировать миостимулятор так, чтобы он моментально вызывал сокращение мышц рыбы в ответ на дуплет угря, по сути позволяя угрю управлять рыбой посредством миостимулятора. Или же я мог отключить миостимулятор, чтобы дуплеты угря никак не влияли на рыбу (поскольку она изолирована в пластиковом пакете).

6.8. Схема эксперимента по изучению реакции электрического угря на сокращение мышц находящейся рядом жертвы. Мертвая рыба с еще работающими мышцами помещена в пластиковый пакет. Сокращение мышц контролируется с помощью электрических проводов, подсоединенных к лабораторному миостимулятору. Агаровый барьер не позволяет угрю добраться до рыбы, но не блокирует колебания воды, вызываемые судорогами

Такие сложные декорации оказались идеальным решением, так как позволили провести множество экспериментов и контрольных испытаний, показавших, как и когда угорь реагирует на судороги рыбы. Не буду описывать каждый эксперимент, который я проводил для сбора «экстраординарных доказательств» гипотезы об удивительной тактике охоты. Но мне удалось воспроизвести в искусственных условиях обычную тактику угря с выработкой высоковольтных дуплетов и выяснить, что хищник атакует только тогда, когда тело жертвы дергается.

Иными словами, у электрического угря есть два режима дистанционного управления жертвой. Если хищник не знает точно, жив ли и съедобен ли находящийся рядом с ним объект, он заставляет его мышцы сократиться, тем самым определяя его пригодность в пищу. Через секунду после разоблачения вступает тяжелая артиллерия: длительная серия парализующих электрических разрядов высокого напряжения, позволяющих угрю подобраться ближе и проглотить добычу целиком.

Невозможно удержаться и не представить это как сцену из фильма ужасов. Герой прячется в шкафу, не издавая ни звука и прикрываясь ворохом одежды, а по комнате рыщет голодный монстр. В гробовой тишине монстр наконец сдается и поворачивает к выходу. Но тут он останавливается у двери и обращается к своей суперспособности: выпускает два электрических разряда. Тело героя сводит судорога, и он с грохотом падает в шкафу. Ужасно несправедливо.

Спутники Юпитера

Задумайтесь на секунду, насколько странен мой эксперимент. Никто в здравом уме не стал бы просто так помещать мертвую рыбу с работающими мышцами в пластиковый пакет, прикреплять ее проводами к миостимулятору, настраивать оборудование так, чтобы его активировал электрический угорь, да еще и снимать это все на высокоскоростную камеру. Сцена будто из лаборатории доктора Франкенштейна – и все ради метафорического телескопа для анализа поведения электрического угря. Но раз уж я все это сконструировал, было бы глупо не обращать внимания на каждую мелочь, попадающую в поле зрения. Так я и заметил кое-что неожиданное.

Прежде чем поведать о своей находке, расскажу о трех этапах атаки электрического угря. Они всегда одинаковы, независимо от того, атакует ли угорь сразу или после проверки жертвы двойным импульсом. На первом этапе угорь генерирует серию парализующих высоковольтных разрядов. На втором поворачивает голову – разумеется, вместе с пастью – в направлении жертвы. Это быстрое движение, так что назовем его выпадом. На третьем, финальном этапе угорь всасывает добычу. Происходит все быстро и при постоянной генерации электрического тока высокого напряжения. Даже если ток не парализует рыбу, хищник всегда завершает последний этап, всасывая жертву. Не заметить его невозможно, ведь когда электрический угорь втягивает рыбу в пасть, из его жаберных щелей резко выходят пузырьки воздуха.

6.9. Три этапа атаки электрического угря (слева) и кадр из видео, на котором виден выходящий на третьем этапе воздух (показан стрелками). Третий этап (всасывание добычи) отсутствует, когда рыба изолирована в пластиковом пакете

Вот так все и происходит: разряд, выпад, всасывание – один, два, три. Но я заметил исключение из правила. Если рыба изолирована в пластиковом пакете, угорь вырабатывает ток, делает выпад, но к третьему этапу не переходит. Он даже не пытается втянуть добычу в пасть и проглотить ее. Почему?

На тот момент я предполагал, что атака электрического угря сродни запуску баллистической торпеды с подводной лодки. Лодка может сменить курс, но на траекторию выпущенной торпеды это уже не повлияет. Другой вариант – что угорь каким-то образом отслеживает перемещение рыбы во время выпада – казался маловероятным по целому ряду причин. Так, в момент выпада бесполезны чувствительные рецепторы колебаний воды (нейромасты), поскольку угорь ускоряется и потоки воды вдоль его тела гораздо мощнее любых колебаний от движения рыбы.

А как насчет зрения? Вспомним третью главу: при слишком быстром движении зрительная система не может функционировать полноценно, а во время выпада оно очень быстрое. Как бы то ни было, зрение у электрического угря неважное и оно мало помогает в мутной речной воде.

Теперь об активной электрорецепции. Низковольтная электросенсорная система досталась электрическим угрям от предков, слабоэлектрических рыб. Я рассматривал эту систему как самый очевидный механизм обнаружения добычи на лету, во время выпада. Загвоздка была в том, что во время выпада эта система полностью отключена. Была и проблема посерьезнее: во время выпада угорь продолжает генерировать высоковольтные импульсы.

Как правило, когда животное самостоятельно испускает некий мощный сигнал, ему необходимо отключить собственные рецепторы, чтобы не перегрузить их. Так поступает летучая мышь, когда издает громкие звуки для эхолокации: краткое отключение рецепторов позволяет защитить ее чувствительные органы слуха. Для восприятия ответных волн рецепторы снова включаются, и это безопасно, поскольку отраженный сигнал во много раз слабее^11. Но вернемся к электрическому угрю. Пожалуй, нет ничего более отвлекающего от охоты и даже болезненного, чем удар самого себя серией разрядов в 500 вольт, способных дистанционно активировать нервную систему всех находящихся поблизости животных. Воздействуя на нервы других животных, вы рискуете навредить себе. Перебирая в уме самых разных животных и модели их поведения, я не могу придумать более ответственный момент для отключения периферических рецепторов. Это кажется совершенно очевидным. Вот только электрического угря никто об этом не спрашивал.

Что, если вместо отключения рецепторов угорь использует высоковольтные импульсы одновременно и как оружие, и как часть сенсорной системы? Что, если он парализует, обнаруживает и отслеживает жертву при помощи одних и тех же импульсов? Это было бы уже слишком. Примерно как обладать лазерным зрением, позволяющим и увидеть жертву, и поджарить ее. Но я должен был придумать, как проверить гипотезу высоковольтной электрорецепции.

Что мне больше всего нравится в электрорецепции, так это ее экзотическая природа. Мы вполне можем представить себе, как воспринимает мир звездонос: ведь на наших руках тоже есть чувствительные нервные окончания. Чтобы понять, как работает эхолокация у летучих мышей, требуется больше воображения, однако у нас, как и у мышей, есть органы слуха, и большинство из нас хотя бы раз слышали эхо. Эхолокацию даже используют некоторые незрячие люди, издавая щелчки языком^12. Но восприятие мира посредством электричества человеку совершенно чуждо.

Как вы уже знаете, первый компонент электрорецепции – электрический орган, с помощью которого рыба окружает себя электрическим полем. Представьте себе это поле в виде множества линий, которые начинаются в одной точке тела рыбы, а заканчиваются в другой. Эти силовые линии представляют собой путь, по которому проходит разряд при активации электрического органа.

Второй компонент – сенсорная система, которая отслеживает это электрическое поле. Можно сказать, что система обнаруживает линии поля и малейшие сдвиги в их положении и густоте^13. По сути, все электрические рыбы покрыты так называемыми электрорецепторами. Иногда их называют «электрочувствительной сетчаткой» – из-за грубого сходства между обнаружением поступающего света и поступающих электрических сигналов. Это действительно грубая аналогия, потому что электрическое поле действует не так, как свет. Принцип больше похож на работу радиолокационной станции, которая тоже использует излучение (радиоволн). Но и это сравнение не совсем верное, поскольку электрорецепция не предполагает восприятие отраженного сигнала. Вы, наверное, уже поняли, что электрорецепция отчасти похожа на многие хорошо изученные механизмы, но не повторяет ни один из них, что и делает ее изучение таким увлекательным.

Что же электрическая рыба на самом деле обнаруживает с помощью электрорецепции? Одно из самых важных свойств объекта, позволяющих обнаружить его с помощью электрорецепции, – это электропроводность, то есть способность пропускать через себя электричество. Если объект проводит электричество лучше, чем окружающая его вода, то силовые линии концентрируются на нем и на ближайших к нему электрорецепторах угря (рис. 6.10, справа). Если же объект не проводит электричество, то силовые линии отклоняются в сторону от него и ближайших электрорецепторов угря. Как нетрудно догадаться по эффективности атаки электрического угря, рыбы являются проводниками: в ином случае высоковольтные импульсы не могли бы проникать в их тела и активировать нервные волокна. Следовательно, в теории электрический угорь может принять за рыбу и атаковать любой объект, обладающий высокой электропроводностью.

6.10. Линии электрического поля, возникающего вокруг электрического угря во время генерации импульсов. Отмечены положительный (голова) и отрицательный (хвост) полюса. Проводник (например, рыба) концентрирует линии на ближайшем к нему участке тела электрического угря

Опираясь на эти рассуждения, я придумал довольно простой эксперимент, чтобы проверить, корректирует ли угорь свои атаки с помощью высоковольтных импульсов: я просто добавил проводник к опыту с пластиковым пакетом. В качестве проводника я взял угольный электрод с высокой электропроводностью. Длинный и тонкий электрод в общих чертах походил на рыбу или дождевого червя. В качестве «контрольной группы» я использовал шесть таких же на вид пластиковых палочек. Все семь объектов выглядели одинаково и были одинаковыми на ощупь, но только угольный электрод проводил электричество.

Итак, что же я увидел? Когда при погруженных в аквариум семи палочках стимулятор вызывал у рыбы судорогу, угорь демонстрировал все три этапа атаки. Что еще важнее, он всякий раз выбирал угольный электрод: то есть яростно прорывал электропроницаемый агаровый барьер и пытался съесть электрод. Иногда угорь даже вырывал электрод из пластикового держателя и мне приходилось отбирать у него «добычу», чтобы он ее не проглотил (я был в резиновых перчатках). В некоторых случаях угорь сначала двигался в сторону сведенной судорогой рыбы, но затем менял направление и атаковал только угольный электрод (напомню, что рыба находилась в пластиковом пакете и была «электрически невидима»). Все это происходило на фоне генерации серии высоковольтных импульсов^14.

Так я получил убедительное доказательство существования высоковольтной электрорецепции. Но я хотел изучить пределы возможностей электрического угря. Поэтому я построил своеобразную мини-карусель – только вместо лошадок я поместил на вращающийся диск один маленький углеродный диск и пятнадцать точно таких же на вид пластиковых дисков. На этот раз мне не нужно было вызывать колебания воды, чтобы заставить угря атаковать. Угорь обнаруживал движущийся проводник при помощи низковольтных импульсов (движение – главный признак настоящей добычи) и атаковал. А затем, непрерывно генерируя высоковольтные импульсы, угорь точно отслеживал положение движущегося углеродного диска и атаковал его без промаха: разряд, выпад, всасывание.

6.11. Схема эксперимента для проверки высоковольтной электрорецепции. Единственный угольный электрод помещен в ряд из пластиковых палочек. Когда мышцы изолированной в пакете рыбы сокращаются, электрический угорь атакует, а затем мгновенно переключается на обладающий электропроводностью электрод, то есть угорь принимает проводник за добычу

6.12. Впечатляющая демонстрация возможностей высоковольтной электрорецепции. Электрический угорь отслеживает перемещение маленького, быстро движущегося проводника – углеродного диска, который выполняет роль добычи (отмечен маленькой стрелкой), а затем атакует его точным выпадом

Для нас все диски выглядят одинаково, но для воспринимающего электрический ток угря электропроводный углеродный диск выделялся на фоне пластиковых примерно как пестрый реющий флаг – или, точнее, как кекс в яркой обсыпке. Эксперимент показал возможности активной электрорецепции. Безусловно, высоковольтные электрические импульсы позволяют угрю «видеть» – причем видеть лучше, чем я с моим хваленым зрением примата.

Итак, еще один кусочек пазла: ток высокого напряжения для электрического угря – не только оружие, но и неотъемлемая часть сенсорной системы^14. Вы спросите: зачем угрю определять и отслеживать положение рыбы, если он уже ее парализовал? Причины две. Во-первых, рецепторы, воспринимающие колебания воды, не помогают определить точное местоположение жертвы, а высоковольтные разряды помогают. Во-вторых, блокировка активных мышечных движений не означает блокировки пассивного перемещения. Во время экспериментов я не раз наблюдал, как парализованная рыба отклоняется от траектории выпада угря, повинуясь движению воды.

Тут самое время вспомнить о том, что общие закономерности порой можно обнаружить в самых уникальных частностях (как, например, мы выявили сходство тактильной ямки у звездоноса и центральной ямки у человека). Что же может быть похожим на высоковольтную электрорецепцию? На ум приходит максимально далекое от электрического угря существо – летучая мышь с ее эхолокацией. В четвертой главе я упоминал, что для сканирования пространства в поисках добычи летучая мышь издает ультразвуковые сигналы. В режиме поиска мышь кричит с большими интервалами. Но обнаружив жертву и начав преследование, она переходит в режим «кормовой трели» – испускает серию эхолокационных импульсов с частотой более двухсот в секунду^15 (в ответ на эти звуки мотыльки начинают двигаться по непредсказуемой, резко меняющейся траектории). Вырабатываемые с высокой скоростью сенсорные импульсы словно бы «подсвечивают» цель. И электрический угорь, и летучая мышь получают с их помощью максимально точную информацию о положении и скорости жертвы во время ключевого этапа атаки. Если кормовую трель летучей мыши и серию высоковольтных импульсов электрического угря преобразовать в воспринимаемые человеком звуки, они окажутся невероятно похожими. И хотя я никогда не слышал об использовании эхолокационных импульсов в качестве оружия, я перестал считать, что знаю все о пределах возможностей животных. Как бы то ни было, с каждым новым открытием я проникался все большим уважением к электрическим угрям. И очень кстати, поскольку следующий их трюк я испытал на себе.

Рыбалка Гумбольдта

Я уже рассказывал вам про рыбалку на лошадей, описанную Гумбольдтом. Гумбольдт опубликовал свой очерк в 1807 году, и до конца века считалось, что эту историю должен знать «каждый образованный человек». Она даже пересказывалась в немецких школьных учебниках^16. Однако многие считали ее не просто удивительной, а в прямом смысле слова невероятной. С историями о рыбалке так бывает часто.

В 1877 году, через восемь лет после смерти Гумбольдта, немецкий ученый Карл Закс решил своими глазами увидеть место знаменитой «битвы электрических угрей с лошадьми». Он организовал затратную и изнурительную экспедицию в Южную Америку и в конце концов добрался до небольшой деревни Эль-Растро, где и произошла та «битва». За прошедшие 77 лет деревня сильно изменилась: чума выкосила два трети ее населения, а большинство диких лошадей и мулов были забиты. Что еще хуже, когда Закс наконец собрал местных жителей и попросил показать ему охоту на угрей с помощью лошадей, его высмеяли как сумасшедшего (впоследствии ученый все-таки добыл угрей в другом месте, наловив их сетями). Он покинул деревню в убеждении, что «совершенно невозможно, чтобы в льяносах [на тропических равнинах] когда-либо существовал обычай ловить гимнотов [электрических угрей] на лошадей, загнанных в воду»17.

Подозреваю, что, учитывая богоподобный в то время статус Гумбольдта, мало кто обратил внимание на результаты экспедиции Закса. Книги Гумбольдта известны всему миру. Книгу Закса с описанием его экспедиции проще всего приобрести на сайте www.ForgottenBooks.com. И все же сомнения выражал не только он. Историю о рыбалке на лошадей считал «вздором» директор Нью-Йоркского аквариума Кристофер Коутс^18. Более поздние исследователи электрических рыб (включая меня) тоже относились к ней с недоверием и называли «легендой».

Что касается меня, то я не сомневаюсь, что электрические угри стали бы защищаться и бить током подошедших слишком близко лошадей. В Южной Америке это испытывают на себе и скот, и лошади, и оказавшиеся в неудачном месте люди. Вопросы вызывают слова Гумбольдта о том, что угри переходили в наступление: выскакивали на поверхность и решительно атаковали напуганных, бьющих копытами лошадей. Зачем им приближаться к лошадям и атаковать их, рискуя быть затоптанными, если можно отступить и спрятаться в болоте? Расценивать такие действия как нападение хищника нет никаких оснований: у электрических угрей крошечные зубы, и добычу они проглатывают целиком. В рассказе Гумбольдта виделось, мягко говоря, преувеличение. Возможно, на самом деле лошадей использовали как своего рода приманку, помогающую обнаружить угрей и заставить их приблизиться к берегу, где их проще поймать. В течение последующих двухсот лет никто не описывал агрессивные нападения угрей на крупных животных. Пришло время с этим разобраться.

Это забавно

Говорят, самые яркие научные открытия сопровождаются не возгласом «Эврика!», а простой констатацией: «Это забавно». Честно говоря, придумать заголовок к этому разделу было непросто, поскольку на сей раз открытие сопровождалось непечатными выражениями. К тому моменту для перемещения угрей во время экспериментов я приобрел новую сеть с металлическим ободком и очень прочной рукояткой, которая могла выдержать самых крупных особей. Во время работы я всегда надевал резиновые перчатки, чтобы защититься от ударов током. Однако когда я впервые попытался поместить в сеть крупного угря, произошло нечто странное. Угорь резко рванулся из воды, прижав нижнюю челюсть к металлической рукоятке и непрерывно генерируя высоковольтные импульсы. Я испытал шок, в буквальном и фигуральном смысле, особенно когда прижавшийся к рукоятке угорь приблизился к моей руке. Никогда раньше я не видел, чтобы угорь выскакивал из воды или хотя бы поднимал над ней голову. Придя в себя, я позвал Лиз и сказал: «Ты только посмотри!» Да, непечатных идей для заголовка у меня было много.

Поначалу я не знал, какой вывод сделать из этого странного эпизода. Да, такое поведение необычно, но в сущности любая рыба может выпрыгнуть из воды, когда ее ловят сетью. Может быть, это был всего лишь случайный резкий маневр испуганного угря? Но все прочие особи проделывали то же самое, так что это поведение казалось регламентированным и врожденным. Частью мишени оказался я сам, и если бы не резиновые перчатки, результат атаки был бы очевиден. В общем, у такого поведения имелись все признаки устрашающей защитной реакции.

А еще его было несложно изучить экспериментальным путем. Все, что требовалось, – заменить сеть металлической пластиной, соединенной с вольтметром, чтобы измерить изменение напряжения при выпрыгивании угря из воды. Как я и ожидал, чем выше угорь выпрыгивал, тем больше было напряжение на его мишени. Смысл такой взаимосвязи понятен, если представить себе худшее, что вы могли бы сделать при контакте с электрическим угрем. Если схватить угря за голову и хвост и вытащить его из воды, единственным проводником электрического тока будет ваше тело. Выскакивая из воды, угорь стремится отыграть именно этот, наихудший (для вас) сценарий.

Примерное моделирование контура, создаваемого электрическим угрем, подтвердило мою гипотезу. Но рисовать электрические контуры скучно; должен был найтись лучший способ описать мое открытие. Я хотел, чтобы люди поняли, на что похожа атака угря. Я решил сделать искусственную руку со светодиодами, которые будут загораться под действием высоковольтных импульсов электрического угря. Звучит просто, но я по опыту знал, что конструирование составного оборудования похоже на приготовление блинчиков, по крайней мере для меня. Первые блины всегда комом. Идеальными получаются только последние – да и то если на них хватит теста. Так что мне требовалось очень много искусственных рук.

Зомби спешат на помощь

Проект вырисовывался непростой и недешевый. В поисках подержанных манекенов с реалистичными руками я обошел все секонд-хенды в Нэшвилле, но, во-первых, не нашел даже двух похожих, а во-вторых, все они оказались весьма дорогими. Самое гнетущее впечатление на меня произвел медицинский манекен, на котором отрабатывали флеботомию, то есть забор крови из вены. Малоприятное зрелище – грязный и весь в следах от уколов. Его, конечно, продавали с большой скидкой, но я и помыслить не мог о том, чтобы к нему прикоснуться. Зато его жуткий вид натолкнул меня на отличную мысль: руки зомби! И как я раньше об этом не подумал? Мы с Лиз обожаем Хеллоуин, у нас даже свадьба была тематическая. И атрибутов праздника у нас очень много, в том числе целый контейнер пластиковых конечностей на чердаке. Хорошенько в нем порывшись, я отыскал руку зомби, которая идеально мне подходила. В интернете можно было заказать таких сколько угодно.

Было одно небольшое неудобство: как и положено руке зомби, она была украшена зелеными венами, оканчивалась окровавленным обрубком с одной стороны и грязными желтыми ногтями с другой. Так что перед установкой диодов и прокладкой проводов нужно было очистить руку ацетоном и перекрасить. Подходящим местом для этой грязной и вонючей работы был вытяжной шкаф в моей лаборатории. Уже приступив к делу, я осознал, как это выглядит со стороны. И, вы не поверите, именно в этот момент один студент, полный решимости получить мою подпись под заявлением на профилирующий предмет, заглянул в кабинет и, не обнаружив меня там, направился вглубь лаборатории. Я как раз оттирал кровь от обрубленного конца руки и торчащей из него кости, а в шкафу был навален еще десяток. Последовала немая сцена обоюдного изумления. К счастью, у меня было разумное объяснение: «Не волнуйтесь, они ненастоящие, и я, эм-м… Я приделаю к ним лампочки, а электрический угорь будет нападать».

Перекрашенные руки выглядели совсем как настоящие. Немного практики и много проводов – и мне удалось почти целиком заполнить одну из рук светодиодами. Светодиоды я подключил к полоске электропроводного алюминиевого скотча, который прикрепил к тыльной стороне руки. Угорь должен был обнаружить полоску и атаковать. Для разнообразия я прикрепил светодиоды еще и к бутафорской голове крокодила.

Я мог бы сказать, что результаты экспериментов с угрями не оставляют места воображению, но пока я говорил только об активации волокон, иннервирующих мышцы. Это может показаться очевидным, и все же отмечу, что высоковольтные импульсы электрического угря, как и полицейский электрошокер, активируют еще и сенсорную систему, а именно болевые рецепторы, которые расположены на поверхности тела, а значит, возбуждаются очень быстро (на это и рассчитаны электрические изгороди).

6.13. Муляжи человеческой руки и крокодильей головы со светодиодами, которые загораются во время атаки электрического угря

Возникает вопрос: почему электрические угри ведут себя агрессивно по отношению к крупным проводникам, таким как металлическая сеть или полоска алюминиевого скотча? Вспомним выпады в сторону маленьких проводников: углеродного диска и электрода. Очевидно, что хищник воспринимал их как мелких животных. Стало быть, крупные проводники он воспринимает как крупных животных. А крупный проводник, который даже не помещается в воде, будет воспринят как огромное наземное или полуводное животное, зашедшее на территорию электрического угря. К такому вторжению угри относятся неблагосклонно, это понятно.

Но почему они переходят в наступление? И если рассказ Гумбольдта правдив, зачем угри атаковали лошадей? Оказалось, на то есть веская причина, и связана она с ареалом обитания электрических угрей. На большей части этого ареала есть деление на сезон дождей и сезон засухи. В дождливый сезон вода в реке поднимается на несколько метров и затопляет обширные области лесов и равнин. В сухой сезон вода уходит, рыбы (включая угрей) оказываются заперты во множестве не сообщающихся друг с другом прудов, стариц и полупересохших рек. В это время года уязвимостью рыбы пользуются рыбаки и хищники.

И это объясняет, зачем угри переходят в атаку при появлении на их территории крупных животных. Голодного хищника, желающего съесть попавшего в ловушку угря, вряд ли удастся остановить серией небольших разрядов тока: он просто подождет, пока угорь устанет, и получит свое. Точно так же голодного медведя, обнаружившего мед, вряд ли остановят укусы пчел. Разумнее направить на угрозу всю мощь энергетически затратной, но эффективной атаки. Может ли это объяснить историю Гумбольдта?

Выяснилось, что в Эль-Растро Гумбольдт был в марте, в сухой сезон, и угри оказались заперты в болоте, образовавшемся в русле пересохшего ручья. А Закс посетил деревню в ноябре, когда значительная часть территории еще затоплена. С каждым новым фактом история Гумбольдта звучала все реалистичнее. Пока я рассматривал эту гипотезу и искал новые доказательства, мне попалось удивительное и малоизвестное изображение. Я наткнулся на него на сайте, посвященном животным, которые обитают в окрестностях города Калабосо в Венесуэле. И Гумбольдт, и Закс останавливались здесь по дороге в Эль-Растро. Это была историческая иллюстрация рыбалки Гумбольдта. А еще это было, безусловно, самое точное воспроизведение описанных Гумбольдтом событий, включая подробности, изложенные в публикации 1807 года (один рыбак на дереве, остальные машут палками; лошадь, рухнувшая на берег). В центре композиции – электрический угорь, выскочивший из воды и прижавшийся нижней челюстью к одной из лошадей.

Мне удалось найти оригинал рисунка: он сопровождал публикацию Роберта Шомбурга 1843 года^19. Проведя небольшое расследование, я выяснил, что Шомбург боготворил Гумбольдта, а Гумбольдт помог Шомбургу получить финансирование для экспедиции в Южную Америку. Я никогда не узнаю, приложил ли к рисунку руку сам Гумбольдт, но мне нравится думать, что да. Так или иначе, этот финальный исторический штрих придал мне уверенности для открытого высказывания. В 2016 году я опубликовал результаты своего исследования в статье под названием «Выпрыгивающие из воды электрические угри поражают током потенциальных врагов, что подтверждает рассказ Гумбольдта о “битве” угрей с лошадьми»20. Я был рад узнать, что после этой публикации многие историки охотно использовали новые данные, подтверждающие одну из культовых историй о приключениях Гумбольдта.

6.14. Рисунок, на котором изображена «битва» угрей с лошадьми, описанная в марте 1800 года Александром фон Гумбольдтом

К тому моменту я уже попал под действие его чар. Гумбольдт вдохновил на захватывающие экспедиции множество ученых, включая Дарвина. Может быть, и мне стоит попытать счастья? Кто-то же должен проверить, будет ли угорь нападать на крупное животное на своей территории в диких условиях. Конечно, я не собирался использовать лошадей: слишком уж я их люблю. Но с новыми данными о том, как угри реагируют на крупные проводники, безусловно, можно и нужно было провести эксперимент.

Я уже наводил справки и изучал карты Южной Америки, когда наткнулся в интернете на видео, которое показалось мне более информативным, чем любой искусственный эксперимент. На видео в мутном водоеме по пояс в воде стоит мужчина с мачете (обычный способ убить электрического угря). Мужчина ищет угря, но тот находит его первым. Угорь выныривает из воды, прижимает нижнюю челюсть к грудной клетке мужчины и парализует его мышцы. Его напарники, очевидно, предвидели такой исход: они вытаскивают мужчину на берег с помощью веревки, которая была заранее привязана к его поясу. Затем тот вновь обретает способность двигаться, а угря убивают. Не оставалось сомнений, что тактику защиты электрические угри отрабатывают не только на металлических сетях и руках зомби. В диких условиях Амазонки действительно происходит то, что я наблюдал в своей лаборатории. Удовлетворенный, я отложил карты.

6.15. Кадры видео из Южной Америки и иллюстрации к ним. Электрический угорь бросается из воды рыбаку на грудь

Недостающий кусочек пазла

Случалось ли вам собрать пазл лишь для того, чтобы в итоге увидеть в самом центре картины зияющую дыру? Если да, то в поисках потерянного кусочка вы наверняка передвигали мебель и заглядывали во все щели в полу. В нашем доме недостающий кусочек всегда оказывается на совести котов. Мы собираем один пазл в год с таким расчетом, чтобы закончить первого января (традиция заведена моими родителями). Обычно, если коты ведут себя прилично, процесс занимает несколько дней. А теперь представьте себе, что вы целый год собирали пазл и в конце концов оказалось, что не хватает одного кусочка, прямо в центре, в самой важной части картины. Именно так я чувствовал себя после изучения электрической цепи, которая образуется, когда угорь выпрыгивает из воды для атаки.

Мне нужно было получить точные цифры: насколько эффективно электрический угорь поражает цель током. Возникающая электрическая цепь довольно проста. Первый шаг – определение характеристик «батарейки» угря. Такие измерения выполнялись и раньше, но измерительное оборудование с тех пор значительно усовершенствовалось. К тому же электрические свойства каждого угря индивидуальны, зависят от его размера и «физической формы» – как, например, вес, который вы можете поднять, зависит от силы ваших мышц.

Как и обычная пальчиковая батарейка на 1,5 вольта, биологическая батарейка угря имеет две ключевые характеристики: напряжение и внутреннее сопротивление. Можно сказать, что эти параметры определяют электрическую прочность угря. Измерить их, как и многое другое в науке, может быть и очень сложно, и совсем просто – как посмотреть. Это просто, если у вас есть доступ к нужному оборудованию и вы хорошо разбираетесь в поведении электрического угря. Это сложно, если учесть, сколько времени и сил требует сборка и испытание всего необходимого оборудования.

В 1950-е годы угря достали бы из аквариума, положили бы на стол и провели бы на нем серию опытов, используя для снятия показаний металлические пластины. Такой метод вполне приемлем, поскольку электрический угорь дышит атмосферным кислородом (эта способность, вероятно, является адаптацией для пережидания засухи в ограниченном объеме воды). Но сам угорь вряд ли был бы в восторге от происходящего.

Я подошел к решению проблемы иначе: сконструировал прибор, который делал измерения за пару секунд, и использовал специальные токопроводящие перчатки для «электротерапии», которые надевал поверх изолирующих перчаток. Мне нужно было только быстро поднять угря из воды сетью и дотронуться до него рукой в перчатке. Перчатки я соединил проводами с оборудованием. Для установки всех компонентов понадобилась большая тележка на колесиках, но оно того стоило. С помощью этого метода (и еды в качестве вознаграждения для угрей) я поочередно разбирался со всеми компонентами электрической цепи, не нанося животным никакого вреда.

В какой-то момент я столкнулся с задачей настолько типичной, что она фигурирует в каждом вступительном тесте по физике: параллельное соединение резисторов. Когда угорь выпрыгивает из воды для атаки и прижимается к животному нижней челюстью, ток может идти по двум направлениям. Первый путь – вниз по воде, покрывающей кожу угря, а второй – через тело атакуемого животного. Я без труда измерил сопротивление для первого пути, но второе – сопротивление мишени – я не знал. Каждую из определенных к тому моменту величин я получал в реалистичных условиях, для максимальной точности включая в цепь самого угря. Но без последнего кусочка пазла я не мог узнать силу тока, проходящего по всей цепи. К тому же, в отличие от большинства моих исследований, результаты этой работы непосредственно применимы к людям. В конце концов, единственным надежно задокументированным случаем атаки выпрыгивающего из воды угря в диких условиях остается атака на человека.

Решение было очевидным. Я ни в коем случае не хотел подставлять под атаку угря конечность какого-то другого животного. О добровольцах из числа студентов тоже не могло быть и речи, какой бы забавной ни казалась эта идея («Кто-нибудь хочет дополнительный балл?»). Я должен был положить на алтарь науки собственную руку.

Для этого эксперимента я, конечно, выбрал угря поменьше. После замера его напряжения (198 вольт) и внутреннего сопротивления (960 ом) оставалось придумать, как провести финальное измерение. Нужно было измерить ток, который будет проходить через мою руку во время атаки при каждом испускаемом угрем высоковольтном импульсе. Все остальные параметры уже известны, так что, узнав силу тока, можно вывести значение сопротивления для руки – и получить недостающий кусочек пазла.

6.16. Эксперимент по определению силы тока, проходящего через руку автора во время атаки электрического угря

Получилось отлично – если только это слово годится для описания прыжка электрического угря на вашу руку^21. Я получил последний параметр и лишний раз, теперь уже на личном опыте, высоко оценил способности этого животного. Что касается технических подробностей, при каждом высоковольтном импульсе через мою руку проходил ток силой примерно 40 миллиампер, а сопротивление руки составляло около 2100 ом. Могу добавить, что активировались только сенсорные нервные волокна: руку не парализовало, как это происходит с животными (и руками), полностью погруженными в воду. Как ощущения? Скажу так: теперь я уверен, что даже маленький электрический угорь способен отпугнуть кого угодно, кроме разве что самых агрессивных хищников.

7

Искусство зомбирования

Когда я только начал изучать зомби, первой задачей стала изоляция. Правительство США относится к мероприятиям по сдерживанию очень серьезно, и на то есть веские причины. Всего один беглец – и вскоре зомби появятся по всей стране, а виноват в этом буду я. В континентальной Америке их еще нет, но поделюсь с вами секретной информацией: пока я печатаю эти строки, зомби вовсю разгуливают по Гавайям. Океан им пока не преодолеть, но и уничтожить их мы не можем. Вот почему соблюдение мер изоляции так важно не только для властей, но и для меня лично. Я-то своими глазами видел, как зомби целенаправленно, будто роботы, движутся к своей единственной цели – создать как можно больше себе подобных.

Так что я решительно взялся за модернизацию лаборатории и оборудовал одну из комнат двойными запирающимися дверями. Одинаково важно было изолировать моих подопытных и не допустить проникновения внутрь неподготовленных людей. Входя в помещение, я каждый раз перепроверяю, точно ли запер дверь, и я взял на себя обязательство перед федеральными инспекторами и перед самим собой: если хоть один пленник вырвется из клетки, дверь останется запертой, и я никуда не выйду, пока не поймаю его или не убью. А до тех пор я не вправе открывать дверь, что бы ни произошло. Да, именно это я и пообещал.

Разумеется, однажды побег все-таки случился, и, конечно, именно в тот день аварийный комплект Zombie Defense Solutions, рассчитанный на три дня выживания, я оставил в основном помещении лаборатории.

Попросите меня назвать только одну причину моей огромной любви к науке, и я отвечу: все, что вы только что прочитали, – чистая правда. Конечно, я говорил не о ходячих мертвецах (уверен, вы это прекрасно поняли), а о невероятно красивой изумрудной осе Ampulex compressa, моей любимице среди насекомых. Создательница зомби в этой истории – именно она. Надеюсь, я не слишком вас разочаровал; но если да, не расстраивайтесь. Это тот случай, когда реальность оказывается более причудливой, интересной и жуткой, чем любой вымысел. Насчет бункера с двойными дверями тоже правда: его я соорудил с учетом всех требований Министерства сельского хозяйства США по содержанию неэндемичных насекомых в исследовательских лабораториях. В разрешении на мою работу прописано, что если оса вылетит из клетки, я не имею права открывать дверь, пока не поймаю ее или не убью. И у меня действительно есть набор для трехдневного выживания Zombie Defense Solutions, но в этой коробке я храню всего лишь аптечку первой помощи: надо же и университетским инспекторам по безопасности иногда посмеяться.

По отношению к людям осы не ведут себя агрессивно, так что поймать беглянку не составляет большого труда. Но если вас угораздило родиться тараканом, тогда изумрудная оса – последнее существо, которое вы хотели бы повстречать на своем жизненном пути. Для выведения потомства самка изумрудной осы должна подчинить себе, то есть зомбировать, таракана (самцы тараканами не интересуются, у них даже нет жала). Пищей для личинки может быть не любой таракан, а только американский, Periplaneta americana, так что оса – охотник с узкой специализацией. Сразу поясню: американский таракан смело может претендовать на титул самого неудачно названного насекомого, поскольку вовсе не является уроженцем Северной или Южной Америки. Это таракан африканского происхождения, распространившийся морскими путями почти по всему миру, так что его еще называют корабельным тараканом^1. В общем, далеко не сразу американский таракан поселился в США.

Изумрудная оса на эти корабли, очевидно, опоздала, и в США ее нет нигде, кроме Гавайских островов. Но и туда она не прилетела и не приплыла безбилетницей на одном из судов XVIII века, а была сознательно завезена в 1940 году. Американский энтомолог Фрэнсис Уильямс завербовал трех особей на передовую борьбы с огромной гавайской армией вышеупомянутых тараканов. И именно Фрэнсис Уильямс первым подробно описал экстраординарные охотничьи повадки этой осы^2. Колония, с которой я работаю в Университете Вандербильта, представлена потомками тех ос, и это оживляет для меня записи Уильямса. Рассматривая его искусные зарисовки анатомии насекомых и их охоты, я не могу не думать о чудесах истории: передо мной изображения прямых предков особей, которых я изучаю прямо сейчас! Так что прежде чем рассказать об осах и зомби, я расскажу об Уильямсе.

В поиске союзников

Фрэнсис Уильямс родился в 1882 году и вырос в Сан-Франциско, где еще ребенком собирал и изучал насекомых^3. Его отец поощрял этот интерес и даже оборудовал в мансарде лабораторию, где Фрэнсис хранил и рассматривал растущую коллекцию. В общем, как и многие биологи (включая меня), Уильямс рано осознал свое призвание и был предан ему всю жизнь. Но даже окончив Стэнфордский университет и получив докторскую степень в Гарварде в 1915 году, он долго не мог найти работу. Только в 1917 году его рекомендовали на довольно необычную должность – энтомолога испытательной станции Гавайской ассоциации сахарных плантаторов в Гонолулу.

Времена были другие, мировоззрение тоже, а сахар составлял основу гавайской экономики, так что потребность в энтомологе не должна удивлять: Ассоциация стремилась защитить плантации от насекомых-вредителей; именно это и стало главной задачей Уильямса. Для ее решения ученому пришлось провести на плантациях сахарного тростника множество часов, наблюдая за насекомыми, но это занятие, вероятно, ему более чем подходило. Это был скромный и застенчивый человек, который «в жизни не сказал резкого слова». Он женился ближе к шестидесяти, а до того проводил время либо в путешествиях, либо в гавайских полях и горах, успешно удовлетворяя и собственное научное любопытство, и интересы сахарного бизнеса. Результатом стал «Справочник насекомых и других беспозвоночных, обитающих на плантациях сахарного тростника» (Handbook of the Insects and Other Invertebrates of Hawaiian Sugar Cane Fields).

Но перепись вредителей была только частью работы Уильямса. Он путешествовал по всему миру в поисках естественных врагов насекомых, завезенных на Гавайи ранее^3. В 1918 году он побывал в Австралии, откуда привез врагов цикадки Perkinsiella saccharicida – хищных сетчатокрылых и божьих коровок, которые теперь широко распространены на островах. В 1920 году Уильямс побывал на Филиппинах, где открыл новый вид паразитической осы Larra luzonensis, успешно интродуцированный впоследствии для борьбы с медведками. В 1922 году в поисках хищников, способных справиться с поедающими сахарный тростник проволочниками – личинками жуков-щелкунов, – Уильямс отправился в Южную Америку, однако поездка оказалась безуспешной. Путешествие в Гватемалу в 1934 году увенчалось открытием еще одной хищной осы (в этот раз Уильямс искал хищников или паразитов для борьбы с жуками-цветоедами, поедающими корни сахарного тростника). Осу доставили в Гонолулу, но она не прижилась. Короче говоря, ученый находился в постоянном поиске насекомых, которые встали бы на его сторону в борьбе за гавайский сахарный тростник.

В 1940 году Уильямсу представилась уникальная возможность – как в биологическом, так и во всех прочих смыслах. Если и существовал золотой век авиации, то его венчало появление у авиакомпании Pan American дальних гидросамолетов Boeing 314 Clipper – самых больших пассажирских самолетов своего времени. По сути, это были гигантские двухэтажные летающие лодки. Может показаться странным, что эра трансконтинентальных коммерческих перелетов началась с летающей лодки, однако эта стратегия оказалась выигрышной и даже единственно верной: лишь в немногих аэропортах тогда были взлетно-посадочные полосы, подходящие для крупных самолетов, и именно посадка на воду сделала такие перелеты возможными. Вместе с Clipper пришла и невообразимая роскошь: в просторном пассажирском салоне – мягкие кресла, отдельная обеденная зона с официантами в белой форме, пятиразовое питание (за приготовление еды на борту отвечал шеф-повар), спальные места и отдельные гардеробные для мужчин и женщин. Самолет был таким большим, что члены экипажа могли обслуживать двигатели внутри крыльев прямо во время полета. Так Pan American «открыла Тихий океан», начав перевозить пассажиров из Калифорнии в Новую Зеландию с остановками на Гавайях и в Новой Каледонии.

Это стало праздником для гавайской экономики, однако вызвало угрозу для сахарного тростника, связанную со случайным завозом новых насекомых. В мае 1940 года Ассоциация отправила Уильямса в Новую Каледонию для тщательного изучения нового источника потенциальных вредителей. По крайней мере, так свою задачу описывал сам Уильямс, но я не могу удержаться от мысли, что это не вся правда. В 1939 году пятидесятисемилетний Уильямс наконец женился. Его затянувшуюся холостяцкую жизнь прервала Луиза Льюис Кларк из Гонолулу. И вот, вскоре после свадьбы, десятилетиями преданно служивший Ассоциации ученый на роскошном самолете отправляется с женой на тропический остров. Чем не медовый месяц, организованный быстрорастущим и прибыльным сахарным бизнесом?

Как бы то ни было, эта поездка стала совместным предприятием супругов, которых особенно очаровало одно насекомое – изумрудная оса. На островах Новой Каледонии этот вид был широко распространен и известен своими атаками на тараканов. Так началась миссия по заселению этим хищником Гавайев, и хотя энтомологом был Фрэнсис, Луиза вполне разделяла его страсть (по крайней мере, в отношении ос). Именно она нарекла насекомое изумрудной осой и описала его как создание более блестящее, чем «доспехи сэра Галахада, отправляющегося защищать прекрасных дам от драконов»4. Хотя тараканы не поедали сахарный тростник, Уильямсы решили, что нельзя упускать шанс обрести союзника, который «приберегает свои жала для ненавистных огромных тараканов».

Однако поимка изумрудных ос оказалась непростой задачей: в Новую Каледонию супруги прибыли в холодное время года, когда эти насекомые не особо активны. Длительные усилия все же увенчались успехом, и Уильямсы поймали трех самок^2. Одна из них, к сожалению, погибла, но ее подруги были заключены в стеклянные банки и окружены всевозможным вниманием. Обратный перелет на Гавайи проходил с остановкой на экваториальном атолле Кантон, где банки с осами извлекли из дорожной сумки и каждой осе было предложено по огромному таракану. Пассажиры, экипаж самолета и почти все местные жители были приглашены на «захватывающее, жестокое и стремительное представление» и стали свидетелями того, как осы атакуют и подчиняют себе тараканов. Судя по всему, экипаж Pan American был весьма впечатлен: позднее Луиза даже устроила выставку, посвященную осе, в витрине представительства авиакомпании в центре Гонолулу.

Что же делает битву изумрудной осы с тараканом такой необычной и захватывающей? Отчасти, несомненно, ее участники. Если собака – лучший друг человека (как, например, в нашем доме, полном родезийских риджбеков), то таракан – его давний злейший враг. Добавьте к этому резкий контраст между бестолковым рыжим усатым тараканом, пытающимся сбежать на шипастых ногах, и маленькой элегантной осой в сверкающем, будто металлическом одеянии. Но главное, что поражает и ученых, и публику, – это тактика осы. И я не смогу описать ее лучше, чем сам Уильямс в далеком 1942 году:

Как правило, оса атакует таракана вскоре после его появления в банке. Как только оса обнаруживает таракана, она осторожно приближается к нему, заходя спереди и немного сбоку, при этом ее усики направлены точно на жертву. Затем оса делает молниеносный короткий выпад и захватывает пронотальную пластинку [щиток переднеспинки, покрывающий шею таракана]… Вытягивая свое гибкое брюшко вперед и вниз, под грудь таракана, она ищет кончиком незащищенную точку, куда можно вонзить жало. Таракан, теперь уже основательно напуганный, яростно извивается, описывает судорожные короткие круги и отбивается ногами, прижимая к себе подбородок так, чтобы вцепившаяся оса не могла пробить жалом уязвимое горло. Однако эта ожесточенная борьба с гораздо меньшим по размеру агрессором обычно бесполезна для таракана. Оса вонзает жало в его грудь, и сопротивление таракана слабеет; тогда хищница наносит второй удар, вонзая жало глубоко в горло, и голова жертвы откидывается назад на тонкой шее. Пару секунд оса удерживает жало, выпуская яд, а затем ослабляет хватку и осторожно отступает.

После битвы со зловонным гигантом оса приводит себя в порядок; таракан тоже умывается, пропускает усы через рот и наклоняется, чтобы облизать ноги^2.

Неудивительно, что схватка так увлекает зрителей: это профессиональный бой, в котором непопулярный амбал проигрывает привлекательному андердогу. Однако заключительная часть описания Уильямса указывает на то, что это еще не вся история. Таракан, которого дважды пронзили жалом (в грудь, то есть в средний отдел туловища, и в голову, через мягкие ткани сквозь горло), не погиб и даже не парализован. Стоит себе, умывается. Зомбирование таракана и его последующая неизбежная гибель от рук (точнее, челюстей) осиного потомства – мрачный и вместе с тем захватывающий процесс, которому посвящено множество недавних исследований. Но не буду забегать вперед, а расскажу, как Уильямс заселил Гавайи изумрудными осами.

В середине ноября 1940 года гидросамолет Clipper авиакомпании Pan American с Фрэнсисом, Луизой и двумя выжившими осами на борту приводнился в Перл-Харборе. Энтомолог немедленно обустроил «ферму» для размножения ос, надеясь на успешное формирование гавайской популяции. Луиза же написала статью для воскресного издания Honolulu Advertiser под заголовком «Осы для борьбы с гавайскими тараканами» (Wasps to Battle Hawaii Cockroaches), где подробно рассказала о путешествии в Новую Каледонию на гидросамолете, а также описала внешний вид и особенности нового друга гавайцев (это было совершенно необходимо, чтобы местные жители не уничтожали непривычных насекомых, когда они начнут распространяться и охотиться на тараканов в их домах).

Могу вас заверить, что выращивание жизнеспособной популяции, когда у вас есть всего две осы, – предприятие рискованное. И хотя я не хотел бы оказаться на ринге с изумрудной осой в шкуре таракана, иногда победителем выходит именно он. Уильямс писал о старых или недостаточно осторожных осах, которых тараканы кусали и убивали, и рекомендовал следить за тем, чтобы маленькие осы сталкивались только с мелкими тараканами. Такой аккуратный и вдумчивый подход позволил вырастить достаточно большую популяцию: на волю было выпущено более двухсот особей, причем некоторые из них отправились на другие острова архипелага.

Это была гонка со временем, хотя сам Уильямс об этом не догадывался. Пока он собирал армию насекомых, военно-морской флот Японии готовился к другой битве. Утром 7 декабря 1941 года японцы атаковали Перл-Харбор, и уже на следующий день испытательная станция, где работал ученый, передала все свои ресурсы военным^5. Почти весь персонал вступил в вооруженные силы, однако Уильямс в его возрасте к службе был уже непригоден и остался на станции в должности энтомолога. Через пятнадцать дней после нападения, 22 декабря 1941 года, Уильямс представил результаты эксперимента по заселению Гавайев осами перед Ассоциацией сахарных плантаторов. Его план сработал.

Следующие поколения

Я работаю с осами – потомками ветеранок Уильямса по сугубо практическим соображениям: транспортировка насекомых из штата в штат вызывает куда меньше бюрократических проблем, чем их завоз из другой страны. Тут у вас может возникнуть еще один вопрос: зачем нужны строгие меры изоляции насекомых, если Уильямс в свое время выпускал ос намеренно? Краткий ответ звучит так: невозможно предсказать последствия появления в том или ином регионе неэндемичного животного, даже если оно интродуцировалось под контролем и с самыми благими целями. Существует множество примеров, когда животное ввозилось с лучшими намерениями, а закончилось все катастрофой. Один из них – ядовитая жаба-ага, которую в 1935 году привезли в Австралию. Предполагалось, что жаба защитит сахарный тростник от насекомых, но у нее были другие планы. Вместо поедания жуков-вредителей огромная жаба решила лакомиться всем подряд и стала реальной угрозой для биологического разнообразия дикой природы Австралии. В довершение всего оказалось, что ее яд убивает многих потенциальных хищников. В результате жаба-ага беспрепятственно расплодилась и распространилась во многих областях страны.

Изумрудные осы не представляют такой угрозы, но вполне могут вытеснить эндемичных ос, которые тоже охотятся на тараканов (да, в Америке такие есть, и Уильямс их тоже изучал). А поскольку в Америке живет много видов тараканов, можно не сомневаться, что на место тех, кого истребит изумрудная оса, придут еще более прожорливые, уродливые и шустрые. Кроме того, на Гавайях по-прежнему предостаточно американских тараканов, так что оценить успехи изумрудной осы в борьбе с ними не так-то просто. (Вы бы заметили, если бы после появления ос популяция тараканов уменьшилась наполовину? Это серьезное сокращение, однако его едва ли можно назвать удовлетворительным.) В общем, идея такова: никогда не выпускайте в природу неэндемичный вид, если для этого нет веских оснований, если не проведены тщательные исследования и если не получено разрешение. Отсюда и строгие меры изоляции.

Мои цели отличались от целей Уильямсов, но было у нас и кое-что общее: я тоже был очарован изумрудной осой. Как всегда, катализатором интереса послужил мой курс по нейроанатомии и нейробиологии животных. Изумрудная оса занимает видное место в моей лекции о зомби, которую я обычно читаю на Хеллоуин, и студентов неизменно завораживает схватка столь разных созданий, как оса и таракан. Все произошло так же, как и с электрическими угрями: когда я фотографировал и снимал ос, то понял, что история с зомбированием гораздо сложнее, чем кажется. Но давайте я наконец расскажу, как и зачем оса превращает таракана в ходячего мертвеца.

Введение яда

О таком не говорят в приличном обществе и тем более при гостях, но вы наверняка видели таракана у себя дома. Возможно, вы даже пытались прихлопнуть это насекомое. Если так, то у вас есть общее представление о его почти сверхъестественной способности ловко уворачиваться от удара тапкой. В такие моменты жизнь таракана висит на волоске – в буквальном смысле слова. На заднем конце брюшка американского таракана есть два придатка – церки. Церки покрыты микроскопическими волосками, которые улавливают волну воздуха, предшествующую атаке хищника (или тапки). Эти волоски соединены с гигантскими нейронами, которые не только обнаруживают готовящийся удар, но и определяют направление, откуда идет угроза (прямо как рыбьи уши). Таракан уворачивается от источника угрозы и убегает в безопасное место за сотые доли секунды. Эта система спасения хорошо знакома и ученым, и студентам как модель для базового понимания механизма реализации простых поведенческих реакций через сенсорные стимулы и нейронные связи^6. Но на самом деле это только первая линия защиты; если хищник дотрагивается до ног, туловища или усов таракана, за счет других рецепторов и нейронных контуров запускается еще более быстрая реакция бегства^7. Короче говоря, тараканы очень хорошо умеют убегать.

Теперь представьте себе, что вы – изумрудная оса. Тогда по сравнению с вами взрослый таракан будет весить порядка 450 килограммов. Но важна не только разница в весовых категориях. Как и все насекомые, таракан оснащен броней, то есть экзоскелетом. От удара тапкой он не защитит, а вот для осиного жала прочный кутикулярный покров непроницаем. Ноги таракана покрыты острыми шипами, которые образуют своего рода колючую проволоку. С точки зрения осы таракан – это огромный, утыканный шипами бронированный противник, который просто так не сдастся. Вот тут-то и начинается самое интересное. Оса обходит все эти защитные механизмы, не убивая и даже не парализуя таракана полностью, а превращая его в покорного раба, который хоть и способен передвигаться самостоятельно, делает это совершенно бездумно.

Вот почему сравнение с зомби здесь очень точное. Это слово рождает у нас ассоциации с толпами плотоядных мертвецов, не нашедших покоя в могиле и бесчинствующих в городах. На самом деле оно пришло из гаитянского фольклора XVIII века и связано с порабощением, которое в то время было не только распространенным, но и крайне жестоким. Зомби – это тот, кто не обрел свободу даже после смерти и навеки оставался рабом на плантации. Наиболее точно эта идея передана в первом фильме о зомби – «Белый зомби» (1932) с Белой Лугоши в главной роли. Герой Лугоши поил людей зельем, которое лишало их свободы воли и погружало в летаргию до тех пор, пока хозяин не принуждал их к каким-либо действиям – как правило, бездумной механической работе на плантациях сахарного тростника.

Как вы уже поняли из описания Уильямса, свое зелье есть и у изумрудной осы: это яд, который она впрыскивает жалом. Звучит довольно просто; в конце концов, многие виды ос используют жало, чтобы обездвижить жертву или защититься от хищника. Но зомбирующий яд изумрудной осы действует только в том случае, если вводится непосредственно в мозг таракана. Задача не из легких – ведь оса не может просто вонзить жало в голову жертвы, покрытую особенно толстой защитной броней. Путь только один – через мягкую соединительную ткань горла, прикрытого шипастыми передними ногами и мощными челюстями. Как же нанести такой хирургически точный удар, когда противник гораздо крупнее и отлично владеет навыками бегства?

Прорывом в понимании того, как именно изумрудная оса атакует таракана, мы обязаны Фредерику Либерсату из израильского Университета имени Бен-Гуриона в Негеве. Он изучал изумрудную осу и зомбирующее действие ее яда более пятнадцати лет (и я так восхищаюсь его исследованиями, что задаю по ним вопросы на выпускных экзаменах). Помните, Уильямс писал, что оса жалит таракана дважды, сначала в грудь, а затем в голову? Многие исследователи гадали, в какие именно точки целится оса, но именно Либерсат решил прояснить вопрос раз и навсегда^8.

Задача непростая; нельзя просто вскрыть ужаленного таракана и посмотреть, где там яд. Либерсат с коллегами нашли изящное решение: они ввели осам белок с радиоактивной меткой, который проник и в их яд. Когда такая оса жалила таракана, определить местоположение радиоактивного яда не составляло труда. Оказалось, что первый удар приходится в структуру, которую можно назвать «спинным мозгом» насекомого: брюшную нервную цепочку. Вдоль нее симметрично располагаются скопления нейронов – ганглии. У каждого такого скопления своя функция, и одно из них, первый грудной ганглий, контролирует передние ноги таракана. Это и есть первая мишень осы. Но что же она вводит туда и каковы последствия?

Чтобы определить состав и действие яда, впрыскиваемого с первым ударом, Либерсат работал совместно со специалистом по ядам из Калифорнийского университета в Риверсайде Майклом Адамсом^9. Они выяснили, что основных компонентов несколько, а самый важный – тормозные нейромедиаторы, в том числе гамма-аминомасляная кислота (главный тормозной нейромедиатор у человека). Из названия ясно, что эти соединения подавляют активность нейронов, то есть выключают их. Результат – временный паралич передних ног таракана.

Теперь, когда мы это знаем, давайте рассмотрим этапы осиной атаки подробнее. Парадоксальным образом атака начинается с быстрого и цепкого захвата осой структуры, которую называют тараканьим щитом. Это плоская пластинка кутикулы в виде щитка (пронотум, или переднеспинка), которая покрывает переднюю часть спины таракана и обычно действительно обеспечивает надежную защиту. Но при нападении осы щит, наоборот, подводит таракана: ведь эволюция миллионы лет оттачивала челюсти самки изумрудной осы так, чтобы та могла намертво вцепиться в край щитка.

А как же хваленая тараканья реакция бегства? Первая линия защиты не срабатывает, поскольку оса «ниже радаров»: она слишком мала, и воздушной волны от нее не хватает для возбуждения рецепторов (они развивались для реакции на атаку гораздо более крупных хищников – птиц, жаб, да хоть бы и тапок)7. Что касается второй линии защиты, бегства таракана при прямом контакте с хищником, то здесь оса выигрывает за счет ловкости и осторожного подкрадывания. Обычно вонзание челюстей осы в щиток оказывается первым, что таракан вообще чувствует. Это, разумеется, дает сигнал тревоги для нервной системы, и она запускает реакцию спасения, но уже слишком поздно.

Дальше происходит то, что почти без натяжки можно назвать родео насекомых. Таракан брыкается, скачет и вертится, пытаясь скинуть осу, а оса тем временем спокойно изгибает брюшко вперед, под свою жертву. Затем, не обращая внимания на тараканьи прыжки, она находит уязвимое место и вонзает жало в грудь таракана. С помощью рецепторов на жале, которые тоже открыл Либерсат, оса нащупывает первый грудной ганглий и хирургически точно вводит первую дозу яда, парализующую передние ноги таракана.

Теперь положение таракана катастрофично; утомленный, с парализованными передними ногами, он уже не боец, и шансов скинуть осу почти не остается. Что еще хуже, его горло больше не защищено, и теперь оса целится в его мозг. Сочетая навыки балерины, фехтовальщицы и нейрохирурга, оса изгибает свое брюшко далеко вперед и словно бы зондирует горло. Удерживая свои изящные ножки в воздухе (подальше от челюстей таракана), она находит цель и вонзает жало в мягкую ткань. Рецепторы на жале сигнализируют, что оно вошло в тараканий мозг, и тогда оса впрыскивает вторую, зомбирующую дозу яда. Хотелось бы назвать ее смертельной, но для бедного таракана этот укол максимально далек от убийства из сострадания.

Ходячий мертвец

Ожесточенная схватка заканчивается тем, что оса извлекает жало и отпускает таракана уже с «промытым мозгом». Временный паралич передних ног проходит, но таракан, который только что был перепуган до смерти, больше не беспокоится об агрессоре. Он способен ходить, плавать, даже летать при должном стимулировании^10, но не пытается сбежать. Вместо этого он тщательно умывается, напоминая человека, методично расчесывающего волосы. Феномен умывания Либерсат и Адамс связали с присутствием в осином яде еще одного нейромедиатора – дофамина, который играет ключевую роль в системе вознаграждения и контроле произвольных движений у человека^11.

Зрелище парадоксальное. Таракан абсолютно безмятежен – насколько к нему вообще применим этот эпитет. Он чистит усы и ноги, словно собрался на свидание, а тем временем упускает последнюю возможность сбежать от участи, которую даже вообразить страшно. Пока таракан прихорашивается, оса ищет своему зомби уютный дом, причем порой значительно удаляется от жертвы. Уют в ее понимании – это крепкие стены, единственный вход (он же выход) и достаточное количество строительного материала (палочек, листьев и камешков). Идеальное место описано в рассказе Эдгара По «Бочонок амонтильядо»: темный тоннель, оканчивающийся тупиком, с запасом кирпичей и известки. Отыскав подходящий уголок, оса возвращается за тараканом.

Если вы все еще не верите, что таракан превратился в зомби, сейчас убедитесь сами. Оса начинает тянуть таракана за усы, многократно пропуская их через свои челюсти, как будто измеряя длину. Усы таракана – структуры крайне чувствительные. Они усеяны обонятельными рецепторами, механорецепторами, вестибулярными рецепторами, а также рецепторами, воспринимающими воздушные волны, температуру, влажность, – и наверняка многими другими, которые еще только предстоит открыть. Рецепторы всегда обильно иннервируются и кровоснабжаются. Такие чувствительные и важные структуры обычно снабжены еще и болевыми рецепторами, призванными защитить орган от повреждений (удар в глаз – это очень больно). В общем, на этом этапе я начинаю все больше сочувствовать таракану. Оса протягивает его усы через свои челюсти в последний раз, останавливается на полпути и откусывает сначала один ус, потом другой, оставляя два коротких кровоточащих обрубка. В момент укуса таракан отпрыгивает на пару шагов назад, но никогда не убегает от своей мучительницы. Затем оса превращается из ведьмы, создающей зомби, в вампира, берет обрубок в рот, как соломинку, и долго пьет тараканью кровь. В это время она и сама словно впадает в транс и наслаждается своим жутким напитком в полной неподвижности.

Этот кровавый перекус кажется излишним. Таракан уже стал зомби, склеп для него найден, зачем останавливаться и пить кровь? На самом деле оса не просто набирает дополнительные очки за стиль; употребление тараканьей крови имеет практический смысл. Многие паразитирующие осы (а таких видов пугающе много) испытывают недостаток питательных веществ, необходимых для кладки яиц (или кладки большого числа яиц). Так что изумрудная оса, как и более сотни других видов, кормится кровью жертвы, используя ее как удобный источник белка^12. Чтобы вы понимали: у нас нет усов, мы не превращаемся в зомби, но каждого из нас кусали комары, цель которых точно такая же – получить белок и железо, необходимые для откладывания яиц.

После этой странной трапезы оса возвращается к делу: берет таракана за основание уса и ведет его в склеп. Поначалу таракан может сопротивляться, но оса настойчиво тянет, и через пару секунд таракан уже послушно плетется за хозяйкой. Очень похоже на то, как собака покоряется поводку и перестает тянуться к очень интересному кустику. Оса движется задом наперед и тянет, а таракан идет за ней, время от времени сопротивляясь, и тогда оса дергает за ус сильнее, как бы говоря: «Идем уже, Рекс!» Наконец они прибывают ко входу в логово, и таракан не без помощи осы протискивается во тьму своего последнего пристанища.

Внутри оса снова изгибает свое брюшко и прощупывает таракана, но на этот раз не для того, чтобы его ужалить. Она откладывает одно крошечное яйцо и сразу прикрепляет его к верхнему сегменту средней ноги таракана. Затем оса покидает логово, но ее миссия еще не завершена. Выйдя из склепа, она начинает деловито расхаживать рядом, присматривать и поднимать разные камешки, палочки и листики. Посчитав находку подходящей по весу и размеру, она несет ее ко входу в логово. Следуя какому-то непостижимому плану, диктуемому инстинктом, оса придирчиво пристраивает первый «кирпичик» и отправляется за следующим – и так до тех пор, пока между тараканом и внешним миром не будет выстроена толстая, надежная стена. С чувством выполненного долга оса приводит себя в порядок и улетает, оставив таракана заживо погребенным вместе с осиным яйцом.

Почему таракан не борется за жизнь, не пытается выбраться? Парализующий эффект от первой дозы яда пропадает уже через две-три минуты, умывание под действием дофамина (вторая доза) длится около тридцати минут. Но таракан остается покорным зомби всю следующую неделю, пока его живьем поедает личинка осы. Как объяснить столь длительное зомбирующее действие яда? Если коротко – науке это пока неизвестно. Либерсат, Адамс, их коллеги и студенты продолжают исследования, и зацепок уже довольно много. Есть данные, указывающие на то, что у таракана активируются опиоидные рецепторы, что объясняет вялую реакцию на ампутацию усов^13. Последние результаты анализа осиного яда показали, что это самое настоящее ведьмино зелье, состоящее из сотен компонентов, которые, похоже, блокируют синтез белков и межнейронные связи в мозге таракана^14. В общем, если вы хотите узнать рецепт настоящего зомбирующего зелья, следите за новостями. Я, например, слежу.

Фильм ужасов

Когда в вашем распоряжении есть зомби, рано или поздно вам неизбежно придется снять фильм ужасов. Это вдвойне неизбежно, если лекция об изумрудной осе приходится на Хеллоуин. Чтобы наглядно продемонстрировать студентам атаку электрического угря, сгодились обычные светодиоды, но с осами все немного сложнее. Мне пришло в голову, что снять запоминающееся видео мне помогут их инстинкты. Я попытался мыслить как оса, и это помогло мне сформулировать два тезиса. Во-первых, изумрудные осы эволюционировали миллионы лет, чтобы научиться находить ближайшую удобную щель для замуровывания таракана, а значит, оса обнаружит и специально подготовленное мною логово. Во-вторых, если учесть разнообразие их среды обитания, осы должны обладать врожденной способностью строить стены из любых подручных материалов. С этими соображениями я отправился в магазин аксессуаров для кукольных домиков в Нэшвилле. Я и представить не мог такого богатого выбора! Продавец посоветовал, чем лучше отделать пол и стены, чтобы создать миниатюрные декорации для моего фильма об осе. Я решил провести для таракана шуточный «тест на свободу воли», сконструировав идеализированную кухню, полную крошечного печенья, пончиков, пиццы, картошки фри, пирожных – словом, всего, о чем только может мечтать таракан. Кухня с деликатесами соседствовала с темной и страшной, помеченной знаком «Проход запрещен!» тропой, ведущей к миниатюрному человеческому черепу, рядом с которым я установил сундучок с кладом из золотых, серебряных и инкрустированных драгоценными камнями предметов. Но ключевым элементом декорации было небольшое отверстие, которое я просверлил в одной из глазниц черепа. Туда я вставил пластиковую трубку подходящего размера – будущий склеп для таракана.

Идея заключалась в том, чтобы протестировать силу зомбирования и посмотреть, как таракан теряет свободу воли. Я хотел показать, как по мере удаления от притягательной кухни в сторону темного склепа ситуация для таракана становится все более угрожающей. Если у него останется хоть грамм свободы воли, он должен попытаться сбежать. Но даже если нет, у меня в любом случае получится отличный хеллоуинский фильм для студентов.

Подготовив декорации, я поместил в них осу и таракана и позволил событиям разворачиваться своим чередом. Оса атаковала таракана и дважды успешно его ужалила. Таракан начал умываться, а оса отправилась искать место для склепа. Как я и ожидал, она нашла глазницу, забралась в подготовленный мною тоннель, изучила его и осталась довольна. Затем она вернулась к таракану, откусила ему усы, попила крови, отвела жертву к черепу, втянула в глазницу и отложила яйцо. Затем оса занялась поиском стройматериалов для стены и обнаружила единственный доступный вариант – сундучок с сокровищами. Из этих сокровищ она сложила стену, заблокировав глазницу, а затем забралась на крышку сундучка, где привела себя в порядок.

Я был в восторге от своего фильма и решил показать его Лиз. Когда после сцены атаки камера отодвинулась и стало видно, как оса тянет таракана через полную вкусностей кухню, у жены загорелись глаза. Реакция на жуткую тропу к черепу оказалась еще более эмоциональной, и пока Лиз ошеломленно наблюдала, как оса с помощью драгоценностей замуровывает таракана в глазнице, я кратко изложил ей суть «теста на свободу воли». Теперь я был уверен, что в аудитории фильм пройдет на ура.

Но тут выражение лица жены стало озабоченным. Я терялся в догадках.

– В чем дело?

– Ты же понимаешь, что это нельзя назвать тестом на тараканьи предпочтения?

Я не смог удержаться от смеха. Несомненно, всегда полезно убедиться, что после долгих часов работы с тараканами и постройки кукольных декораций ваш муж точно не сошел с ума. И все же своим сомнением Лиз напомнила мне, что лучше не увлекаться чрезмерно фантазиями и предположениями, так что для протокола и из предосторожности заявляю: в действительности эксперимент с кукольными декорациями не был нацелен на проверку предпочтений таракана или его свободы воли. Однако видео лишний раз подтверждает очевидный тезис. Не важно, что послужит склепом – глазница черепа, щель под камнем или трещина в коре, – результат для таракана фатален. А учитывая, что таракан, как и оса, прошел через миллионы лет эволюции, вы можете предположить, что он должен был выработать какой-то механизм защиты от превращения в зомби. И будете правы.

7.1. Эксперимент, в шутку названный «тестом на свободу воли». Изумрудная оса ведет покорного таракана через полную еды кухню по зловещей тропе в глазницу черепа. Затем она окончательно решает судьбу таракана, замуровывая вход сокровищами из сундучка (предварительно отложив яйцо на ногу жертвы). Инсценировка подтверждает врожденную способность осы находить удобные для создания склепа полости и материалы

Боевое искусство тараканов

Мое первое знакомство с тараканьими навыками самообороны было крайне болезненным. Нет, на меня не напало разгневанное насекомое – все было гораздо хуже. Это случилось, когда после долгого ожидания я наконец получил первую самку изумрудной осы. Ее прислали мне с Гавайев бывшие энтомологи, а ныне профессиональные заводчики насекомых Стив Монтгомери и Анита Мэннинг, перед которыми я в большом долгу. Самка успешно разделалась с несколькими молодыми тараканами, и я запустил к ней крупную взрослую особь, а сам ушел на встречу. Когда я вернулся, оса была мертва. Я ужасно расстроился; как глупо было не прислушаться к предупреждениям Уильямса! Вместе с тем я терялся в догадках, что же произошло, – ведь никаких видимых повреждений у осы не было.

Чтобы разобраться, я заказал еще ос и, как и Уильямс, старательно разводил их, пока не вырастил собственную изумрудную армию. Теперь я мог устраивать бои с самыми большими тараканами – такими, которых вполне можно представить курящими «Мальборо» и разъезжающими по кухне на «Харлее». (Как вы понимаете, разводить тараканов гораздо проще – некоторые делают это не выходя из дома.) Многие из них явно способны дать отпор осе, но для этого они должны следовать совету, который мы всегда даем героям фильмов ужасов: не терять бдительности ни на секунду.

Первым делом я соорудил миниатюрный боксерский ринг, чтобы наблюдать за происходящим и снимать бои на высокоскоростную камеру. (Подозреваю, что после красочного описания эксперимента с кукольными декорациями стоит уточнить, что «ринг» был обычным акриловым контейнером – никаких матов, канатов и рефери; впрочем, так вышло, что каждый «раунд» длился три минуты.) Первым на ринг всегда выходил таракан – так у него было достаточно времени изучить обстановку до появления осы. Если оса заставала таракана врасплох и мгновенно вцеплялась в щиток или если таракан пытался спастись бегством, ничего путного не выходило (оса быстра и решительно пускается в погоню). Но некоторые тараканы замечали появление осы и оставались на месте, готовясь к бою. Никогда бы не подумал, что скажу такое о таракане, да и об осе, если уж на то пошло, но оба насекомых способны быть крайне выразительными. Таракан готовится к битве, принимая самую что ни на есть боевую стойку. Он максимально вытягивается на ногах вверх, зачастую поворачиваясь к осе боком и выставляя шипастые ноги навстречу надвигающейся угрозе. Голову и усы он тоже поворачивает в сторону осы, чтобы отслеживать каждое ее движение. В такой стойке таракан кажется крупнее, а щиток – мишень осы – оказывается выше и дальше от нее. Прием явно эффективен: оса колеблется, наступает и отступает, часто отклоняя усики назад, подобно тому как кошка или лошадь прижимает уши в минуту опасности. Соперники описывают круги, и иногда таракан переходит в наступление, хотя чаще все же отступает небольшими перебежками, а затем снова принимает оборонительную позу.

При таком раскладе некоторые осы отказываются от нападения, словно следуя прописной осиной истине «где есть один таракан, там найдется и сотня». Но гораздо чаще хищница настойчиво кружит и делает выпады, пытаясь поймать удачный момент, чтобы вцепиться в щиток переднеспинки. Когда она решает, что момент настал, и делает прыжок с раскрытыми челюстями, становится очевидным еще одно преимущество оборонительной стойки таракана: когда он настороже, оса с высокой вероятностью может задеть в длинном прыжке его усы или шипастые ноги. Резкая и мощная стимуляция рецепторов активирует нейронный контур, и таракан, подобно опытному боксеру, виртуозно уклоняется от атаки и снова занимает оборону. Но в арсенале насекомого есть не только запугивание и увиливание^15.

7.2. Позиции крадущейся осы и таракана, поднявшегося высоко на ногах в оборонительной стойке. Вверху: оса отклонила усики назад, чтобы защитить их от повреждения. Внизу: таракан готовится нанести удар шипастой задней ногой

Пока оса кружит вокруг таракана, выискивая бреши в его обороне, она неизбежно задевает его ноги и усы. В ответ на легкое касание таракан вскидывает шипастую заднюю ногу, как бейсбольную биту, и наносит мощный удар. Этот удар невероятно точен и дает сокрушительный эффект. Сначала голова осы откидывается вбок – так резко, что усики за ней не поспевают, почти комично оставаясь в прежнем положении. Затем таракан завершает свой удар с разворота, и туловище осы отправляется в свободный полет до первого препятствия, ударившись о которое насекомое падает на пол.

Выглядит как нокаут, но это обманчивое впечатление: ведь у осы тоже есть прочный экзоскелет; даже под микроскопом я ни разу не обнаруживал у ос никаких физических повреждений от тараканьих ударов. Более того, оса даже не оглушена и почти сразу возобновляет атаку. Однако после пяти-шести ударов ногой по голове большинство ос решают, что с них достаточно, и окончательно отступают. Без более тщательных исследований невозможно сказать, получает ли оса травму (может быть, нечто похожее на сотрясение мозга?) или же она сдается, увидев убедительную демонстрацию боевых навыков таракана. Я склоняюсь ко второй версии, поскольку менее очевидная, но более серьезная угроза для осы возникает в тот момент, когда она вцепляется в щиток переднеспинки таракана и противники сходятся в ближнем бою^15.

7.3. Задней шипастой ногой таракан наносит мощный удар в голову осы и отбрасывает ее на безопасное для себя расстояние

Если осе удается поймать момент и захватить щиток, для таракана еще не все потеряно: у него мгновенно запускается реакция бегства, и он резко разворачивается в сторону от осы. Иногда этот прием срабатывает – оса теряет хватку и отлетает в сторону, а таракан снова принимает оборонительную позу. Но гораздо чаще оса успешно справляется с родео и удерживается «в седле». Когда она изгибает брюшко, чтобы ужалить таракана в грудь, тот обращается ко второй линии защиты – своим шипастым ногам. Во время схватки таракан при каждом удобном случае пытается ударить ими бронированное туловище осы. Если таракану удается зацепиться шипами за ноги осы или места сочленения сегментов, он использует их как опору и мощными движениями ног отводит жало в сторону, а чаще просто разрывает захват на щитке и отбрасывает осу на безопасное расстояние. Именно острые шипы, которые могут застрять между кутикулярными пластинками брюшка, представляют для осы главную опасность. Они дают таракану дополнительную опору для сопротивления, а кроме того, шип может пронзить мягкие ткани (думаю, именно это произошло с моей первой осой). Этот этап битвы наглядно объясняет, зачем осе вводить первую дозу яда, парализующую передние ноги таракана. Пытаться добраться до мозга при функционирующих ногах – и трудно, и очень опасно. Даже если обе линии защиты прорваны, некоторые тараканы продолжают сопротивляться, кусая осу за брюшко, пока она вонзает жало им в мозг. Но мощные тараканьи челюсти соскальзывают с гладкой брони, не нанося никакого вреда.

Пинки, уклонения, царапание, уколы, укусы… Впечатляющий набор приемов самозащиты для насекомого, главная тактика которого – бегство! Итак, какие же все это дает шансы на выживание? Хорошая новость (если вы таракан) в том, что здоровые и бдительные взрослые особи, вовремя принимающие оборонительную позу, отбиваются от ос примерно в 60 % случаев^15. Если таракан не встает в боевую стойку сразу, его шансы на выживание гораздо меньше – всего 14 %. Короче говоря, таракан должен следовать правилам, актуальным для зомби-апокалипсиса: не дай себя укусить; шипастой палицей целься в голову. Плохая новость такова: у молодых тараканов размером поменьше шансов почти никаких.

У вас может возникнуть вопрос: почему бы осе просто не избегать взрослых и крупных особей? Дело в том, что размер взрослой осы напрямую зависит от размера таракана, которого она поедала, будучи личинкой. На маленьких, легко покоренных тараканах вырастают маленькие и слабые осы. Для самцов это не проблема: им не приходится нападать на тараканов и они в принципе гораздо мельче самок. А вот маленькая самка – это дефектная самка. Она просто не в состоянии справиться с тараканом покрупнее, отсюда и указание Уильямса давать маленьким осам только маленьких тараканов. Это стандартная дилемма хищника: крупная добыча позволяет вырастить более крупное и сильное потомство – но крупная добыча еще и более опасна. Как бы то ни было, когда по итогам схватки оса наконец впрыскивает яд в мозг таракана, ее миссия еще далека от завершения.

«Ради всего святого, Монтрезор!»

Это последние, леденящие душу слова Фортунато, героя рассказа Эдгара По «Бочонок амонтильядо». Монтрезор завел своего опьяневшего врага глубоко в подземелье семейного замка под предлогом дегустации редкого вина. Там он приковал Фортунато к граниту и выстроил стену, навеки замуровав того в тесной нише. Кульминация ужаса наступает в тот момент, когда на место встает последний кирпич. Цепи, стена и непроницаемая тьма глубоких катакомб не оставляют никакой надежды на побег или спасение. Что может быть страшнее? Разве что ситуация, когда вас замуровывают вместе с маленьким монстром, планирующим съесть вас живьем.

И все же, даже когда самка изумрудной осы укладывает последний кирпичик и покидает склеп, оставив таракана-зомби наедине с тикающей бомбой, у нашего героя еще есть надежда на спасение (обычно на этом этапе все студенты уже сопереживают таракану). Конечно, он совсем не похож на Джеймса Бонда с набором инструментов, спрятанным в ботинке, или лазером в наручных часах. Так как же ему выбраться?

Для начала важно понимать, что выстроенная осой стена не так непреодолима, как кажется. Да, относительно пропорций осы она даже толще и тяжелее, чем кладка Монтрезора, но и насекомые пропорционально намного сильнее людей. Стена не дает зомби блуждать по окрестностям и прячет насекомое от других хищников, например птиц и пауков; но если таракан очнется, то он сломает ее за пару минут. Тараканы, как известно, прекрасно чувствуют себя в темных тоннелях и тесных щелях и легко находят выход. Опять же, когда все идет по плану, через определенное время из логова без каких-либо затруднений выбирается осиное потомство. В общем, важна не стена сама по себе, а метафорические кандалы, удерживающие за ней таракана.

Поэтому вся надежда только на волшебное противоядие. И оно существует! Главный его компонент – время. Действие зомбирующей дозы яда длится примерно неделю, после чего таракан выздоравливает, если доживает^8. Так что основная проблема – яйцо, прикрепленное к ноге таракана. Личинка вылупляется в течение пары дней и начинает кормиться.

В большинстве случаев анализ противостояния изумрудной осы и таракана заканчивается на этапе строительства стены. Исследователи один за другим словно вторят знаменитым словам отчаяния рядового Хадсона из фильма «Чужие»: «Всё на этом. Игра закончена!» Но раз уж мы зашли так далеко, давайте снова сменим перспективу и рассмотрим происходящее за стеной с точки зрения маленькой беззащитной личинки.

Начнем с того, что место, куда оса прикрепляет яйцо, вовсе не безопасно. Его можно назвать верхней частью бедра средней ноги таракана (по-научному эта часть ноги называется «тазик»), и если таракан случайно заметит подозрительный инородный предмет, он его тут же снимет и съест (такая вот смена ролей). И это даже не самая большая угроза. Сегменты ноги таракана складываются так, что соприкасаются как раз в этом месте, а таракан вполне может двигаться в своем склепе. Каждый раз, когда он шевелит ногами, яйцо может отвалиться, и тогда личинка неизбежно погибнет. Конечно, действие яда сводит эту угрозу к минимуму, однако даже зомбированный таракан при определенной стимуляции способен выполнять все обычные для себя движения. И хотя в склепе таракана ничто не стимулирует (отчасти для этого оса его и замуровывает), он может взобраться на стену и упасть на спину, а чтобы перевернуться, будет яростно размахивать ногами, и для яйца это обернется катастрофой. Этот сценарий – еще один пример случайного открытия: я наблюдал его в лаборатории, когда слишком часто переворачивал контейнер для съемки и таракан упал на спину.

Предположим, яйцу удалось удержаться на ноге таракана до момента вылупления личинки. Что происходит дальше? С точки зрения беззащитной личинки (которая, впрочем, узреть ничего не может), таракан облачен в огромные доспехи. Что еще хуже, у личинки нет ног, и передвигается она с трудом; у нее есть только микроскопические зубы и инстинкт кусать за мягкое. Жизнь ее зависит от того, насколько удачно ее мать выбрала место для откладывания яйца. Как и у средневекового рыцаря в латах, у таракана есть уязвимые точки в местах сочленения тазика с туловищем. Это и есть самый перспективный для личинки вариант. Каждая самка изумрудной осы старается отложить яйцо так, чтобы голова новорожденной личинки оказалась точно около этого сочленения. Если оса промахивается хоть на пару миллиметров или таракан немного сдвигает яйцо с исходной позиции, личинка не может найти сочленение и погибает в попытках прокусить слишком прочную для нее кутикулу.

Материнская точность – примечательная и весьма недооцененная особенность изумрудной осы. Самка не просто оставляет яйцо в логове или прикрепляет его где придется. В процессе эволюции у нее развилась врожденная способность почти с микроскопической точностью находить на теле таракана нужное место, на правой или левой ноге, и все это – в сумраке склепа, в котором она замурует жертву. Как же ей это удается?

Пока еще никому не удалось выяснить, какие рецепторы осы отвечают за выбор места, но я ставлю на волоски, расположенные на кончике ее брюшка. Они удивительно похожи на вибриссы! Прежде чем отложить яйцо, оса прощупывает ногу таракана: трется кончиком брюшка, а значит, и волосками, по всей длине и ширине тазика. Критически важное решение оса принимает только после этого тщательного исследования. Если она выберет место правильно и таракан не спутает карты, сдвинув или сбросив яйцо, то личинка сумеет прокусить мягкую ткань сочленения и сделать первый спасительный глоток крови. В ходе исследования я много раз видел, как яйца отваливались или вылупившееся потомство погибало от голода, но этого никогда не происходило, если личинке удавалось прокусить сочленение. Помимо прочего, этот укус позволяет личинке удержаться на таракане.

7.4. Слева: крошечная личинка изумрудной осы пытается прогрызть прочную кутикулу на ноге таракана. В итоге она погибла, так и не обнаружив уязвимую область – светлую ткань справа от личинки. Справа: брюшко изумрудной осы и плотно расположенные волоски на нем, которые, вероятно, помогают осе найти подходящее для кладки яйца место

Затем она начинает кормиться, как маленький прожорливый вампир, и расти с какой-то сверхъестественной скоростью. (Раньше я думал, что Ридли Скотт переборщил с темпами роста Чужого в грудной клетке человека; но посмотрев на развитие личинки изумрудной осы, я понял, что режиссеру можно верить.) Примерно через пять дней, когда действие яда почти прекращается, пугающе крупная личинка прогрызает кутикулу и заползает под нее, начиная поедать таракана изнутри. Это уже действительно конец; когда внутренности съедены, никакое противоядие не поможет.

Казалось бы, для личинки самое сложное позади, но таракан представляет для нее угрозу даже после смерти, теперь уже на микроскопическом уровне. Хотелось бы здесь неожиданно заявить, что на самом деле тараканы – животные исключительно щепетильные, чистоплотные и вообще стерильные, но нет. В том, что касается бактерий и грибов, которые тараканы переносят в огромном количестве и многообразии, эти насекомые полностью оправдывают свою грязную репутацию^16. А если и существует что-то более изобилующее микробами, чем таракан, так это разлагающийся труп таракана (простите, но я намекал, что глава будет не из приятных). Личинка осы плетет свой кокон и завершает развитие внутри этого трупа. Вот так: какой бы прекрасной и ухоженной ни выглядела взрослая изумрудная оса, ее тяжелое детство прошло в самом грязном и опасном районе, какой только можно себе представить.

Эта метафора – не просто отражение человеческого взгляда на эстетику. Разлагающийся таракан действительно представляет собой крайне агрессивную среду с таким количеством бактерий и грибов, которое способно убить развивающуюся осу. Как же она выживает? Крайне интересный ответ был получен в ходе недавних исследований Гудрун Херцнер из Регенсбургского университета в Германии^17. Личинка вырабатывает коктейль из девяти противомикробных соединений, которые распространяются по трупу, буквально дезинфицируя его. Прочный кокон личинка тоже пропитывает противомикробными веществами. Наконец, Херцнер и ее коллеги обнаружили, что одно из этих веществ летучее, то есть распространяется по воздуху и дезинфицирует ограниченное пространство. По сути, личинка окуривает склеп химикатами, замедляя рост микробов. Благодаря этой трехступенчатой системе защиты (стерилизация трупа, противомикробный кокон и дезинфекция воздуха) личинка в безопасности переходит к последней стадии своего развития. Примерно через месяц взрослая особь прогрызает кокон и вылезает из таракана – почти как Чужой у Ридли Скотта, с тем лишь отличием, что таракан уже давно мертв.

Честно скажу, что после всех этих исследований цикл развития осы стал одним из моих любимых научных сюжетов, несмотря на всю его жутковатость. Нечасто попадается история с таким количеством отсылок к научной фантастике и поп-культуре, а кроме того – настоящая золотая жила фундаментальных научных открытий. Кто бы мог подумать, что личинки изумрудной осы способны производить противомикробные вещества? Или что яд взрослой осы содержит нейромедиаторы, присутствующие у множества видов, в том числе у человека? В ходе последнего анализа яда в лаборатории Адамса было обнаружено новое семейство белков, которые могут быть полезны для изучения болезни Паркинсона^18. Сегодня изумрудная оса занимает особое место в перспективном направлении – нейропаразитологии, которая изучает механизмы контроля паразитирующими организмами нервной системы хозяев^19. И хотя тактики самообороны в случае зомби-апокалипсиса остаются в сфере вымысла, помните: изумрудная оса действительно превращает плоть другого существа в свою собственную.

Эпилог

Я не случайно посвятил последнюю главу этой книги насекомому. Я как бы замыкаю круг, ведь одно из моих первых детских воспоминаний – божья коровка на окне нашей квартиры в Нью-Йорке (бульвар Генри Гудзона, 4901). Разорванная москитная сетка на нью-йоркском окне – так себе природный заповедник, но родители использовали эту возможность, чтобы привлечь мое внимание к живому миру. Они не убили потенциального вредителя и не закрыли окно, а дали мне подержать этого красивого пятнистого жука. Пока мама приговаривала «божья коровка, улети на небо», насекомое вскарабкалось на кончик моего пальца, расправило крылья и улетело. Такие на первый взгляд незначительные эпизоды и пробуждают интерес к биологии. С тех пор я ею околдован.

Я считаю себя счастливым человеком, ведь работа позволяет мне заниматься тем, что увлекает меня больше всего. Но эта книга может создать искаженное представление о моих исследованиях, а я не хочу обманывать читателя и потому признаюсь: если бы наряду с успехами я описывал все промахи, неудачные эксперименты, интересные идеи, которые на поверку оказывались не такими уж интересными, книга была бы длиннее раз в десять. Я не написал об этом выше, но подчеркну сейчас: неудачи – естественная составляющая науки, как и жизни в целом. Об этом важно помнить всем, и особенно начинающим ученым, которым может казаться, что все должно получаться с первого раза. Когда что-то идет не по плану, помните, что даже опытным исследователям может понадобиться очень много рук зомби, прежде чем эксперимент удастся.

Это возвращает нас к теме, затронутой в прологе. Каков путь к научному открытию? В моем случае, как вы теперь знаете, на этом пути много случайностей и счастливых озарений. Годами после каждого открытия, казавшегося мне особенно удивительным, я говорил Лиз: «Все, больше мне никогда так не повезет, пора заканчивать с этим». Она всегда смеялась в ответ, но я говорил совершенно искренне. Я боялся оказаться в ловушке, лучше всего описанной всемирно известным нейробиологом Сантьяго Рамоном-и-Кахалем более века назад в книге «Правила и советы для научного исследования». В ней есть глава о ловушках, в которые попадают новички в науке. Трудно поверить, но в XIX веке молодые ученые тоже переживали, что все самые важные открытия уже сделаны. Эту мысль Рамон-и-Кахаль решительно отвергает, и я с ним согласен. Она была ложной тогда, остается ложной сегодня и будет ложной завтра. Впрочем, меня на путь истинный наставили не столько старшие коллеги, сколько сами животные – особенно те виды, которые на первый взгляд не представляли собой ничего особенного, виды, которые я недооценивал. Стереообоняние крота, сверхчеловеческая скорость примитивной, казалось бы, землеройки, тараканье кунг-фу…

Один из самых недооцененных ключей к научному открытию – это объективность и непредвзятость. Применительно к науке это звучит банально, но на деле все не так очевидно. Большинство ученых привыкли сначала формулировать гипотезу, а затем ее проверять. В целом это верная стратегия – до тех пор, пока гипотеза не ослепляет вас, становясь навязчивой идеей или, что еще хуже, воображаемым предрешенным выводом. Я часто начинаю с гипотезы (например, об электрорецепции у кротов) или с объекта исследования (например, со щупалец герпетона), но затем переключаюсь, если понимаю, что выбрал неверное направление (у кротов нет электрорецепции) или верное, но не самое интересное (тактика охоты герпетона куда любопытнее его щупалец). Следуя этому принципу, самые удивительные результаты я получил в процессе изучения электрических угрей, которых изначально вообще не планировал исследовать, а хотел лишь снять на камеру, чтобы показать студентам. Иногда лучшая стратегия – просто присмотреться повнимательнее.

Это напоминает мне знаменитое изображение космоса Hubble Ultra-Deep Field (HUDF), составленное из отдельных снимков ничем не примечательной области неба, не содержащей ярких звезд. В результате на изображении было обнаружено десять тысяч галактик. Это показало, что Вселенная куда более удивительна, чем мы предполагали (во всяком случае, чем я предполагал). Конечно, снимки были сделаны не обычным фотоаппаратом; это весьма сложная работа, результат которой поистине потрясает. Изучение любого биологического вида тоже требует огромного труда, и результаты оказываются столь же удивительными. В биологии, как и в астрономии, каждое новое знание открывает множество дверей в неизведанное, и количество потенциальных открытий оказывается в прямом смысле слова невообразимым.

Наконец, я не ожидал, что, став ученым, буду так часто испытывать ощущение чуда. Казалось бы, в этой профессии, опирающейся на логику и доказательные данные, тайны и изумление уступят место глубокому пониманию. Счастлив сообщить, что я ничего не потерял, а получил очень и очень многое. Мне вспоминаются знаменитые и часто цитируемые слова Ричарда Фейнмана о цветке: «Всевозможные интересные вопросы доказывают, что научное знание лишь добавляет благоговейного трепета перед цветком. Научное знание только добавляет»[16]. Надеюсь, и эта книга только добавила.

Благодарности

Я не написал бы эту книгу без помощи и поддержки моей жены и коллеги, Элизабет Катании, которая сопровождала меня в этом приключении, как и во многих исследовательских проектах. Лиз прочитала и прокомментировала множество версий каждой из глав, изящно сочетая слова ободрения с ловкими и безжалостными росчерками красной ручки. Она стала для меня тем, кого Стивен Кинг называет идеальным читателем. Я также благодарен Сьюзен Холдеман за комментарии к первой рукописи и за выбор имен для электрических угрей.

Я хочу особо поблагодарить Элисон Калетт из издательства Princeton University Press, которая терпеливо ждала, пока эта книга прорастет, давала важные советы по ее выращиванию, а также указала, где она разрослась чрезмерно. Элисон прислала мне контракт на книгу аккурат в мой день рождения, что я счел хорошим знаком.

Описанные здесь события и исследования охватывают почти пятьдесят лет моей жизни, и физически невозможно поблагодарить каждого, кого бы мне хотелось. Но в первую очередь я благодарен моим родителям, которые приняли столько решений, думая в первую очередь обо мне и моем брате Билле. Когда в начале 1970-х отец менял работу, родители решили, что именно Колумбия, штат Мэриленд, будет лучшим местом, где дети смогут гулять на природе и изумляться ей. Мы гуляли и изумлялись, нередко приводя объекты изумления домой, и собрали таким образом небольшой зоопарк. Стать биологом было даже не решением, а просто естественным продолжением детства и юности.

Нет слов для выражения благодарности моему брату, которого мы недавно потеряли. Он всегда был рядом, сопровождал меня в первых полевых исследованиях и превращал рутину в приключения. Билл сделал карьеру в области спецэффектов, так что вы наверняка видели плоды его трудов в кино. Он проявлял свою невероятно творческую натуру, конструируя (а порой и взрывая) разного рода реквизит, но оставил наследие и в области биологии. В 1980-х годах Билл спас множество яиц бугорчатых черепах, погибших на прибрежных дорогах, вырастил черепашье потомство и выпустил его на волю, восполнив таким образом пострадавшую популяцию. Теперь потомки тех черепах неторопливо бороздят болота, которые мы когда-то исследовали вместе с братом.

Я всегда буду благодарен Эду Гульду за ценные знания о звездоносах и за то, что он предложил мне место ассистента в Смитсоновском национальном зоопарке. Это был поворотный момент, после которого я уже двигался в правильном направлении. Следующим пунктом на этом пути была магистратура в Калифорнийском университете в Сан-Диего, где мне посчастливилось работать под началом самого великодушного наставника – Гленна Норткатта. Он стал моим другом и делился со мной не только мудростью, но и ресурсами лаборатории, позволяя мне усидеть на двух стульях и одновременно исследовать электрорецепцию и осязание у животных. Именно Гленн посоветовал мне идти в постдокторантуру Университета Вандербильта к Джону Каасу, который поведал мне все о нейробиологии млекопитающих и остается для меня одним из главных героев науки. Этому невероятно позитивному человеку удается сочетать продуктивную научную работу (более четырехсот публикаций!) с постоянным весельем.

Исследования, описанные в этой книге, проводились и в то время, когда я уже руководил собственной лабораторией в Университете Вандербильта. Это время наглядно демонстрирует смысл пословицы про наполовину пустой или наполовину полный стакан. Мой стакан доверху наполнили талантливые студенты, постдокторанты, научные сотрудники и лаборанты: Эрин Генри, Пол Мараско, Сэм Криш, Кристин Денглер-Криш, Дункан Лейч, Ева Сойер, Фиона Ремпл, Майк Ремпл, Диана Сарко и Мишель Шолл. Все они внесли важный вклад в описанные здесь эксперименты, хотя их собственные исследования были сосредоточены на другом. Мне не удалось бы написать седьмую главу без помощи Стивена Монтгомери и Аниты Мэннинг, которые открыли для меня многие секреты энтомологии и собрали образцы для моего исследования. Я также благодарен Тиму и Джилу из компании Costello Construction и Джону Теселлю за создание для меня идеального рабочего места.

Я благодарен за финансирование моих исследований нескольким организациям. Благодарю Национальный научный фонд США за длительную поддержку (последний грант № 1456472), а также сотрудников и научных деятелей фонда, чьи усилия позволяют проводить научные исследования в США. Я также благодарен Фонду Гуггенхайма за грант, выданный в 2014 году. Он стал большим подспорьем и позволил углубиться в исследования электрических угрей, которым посвящена шестая глава. Наконец, я выражаю огромную благодарность Фонду Макартуров за стипендию, которой я был удостоен в 2006 году, о чем мне неожиданным телефонным звонком сообщил президент фонда Дэниел Соколов. Это сотрудничество стало для меня поворотным. Тогда я обрел свободу, средства и смелость исследовать многие из систем, описанных в этой книге. Оно продолжает вдохновлять меня и сегодня.

Источники

ГЛАВА 1. ТАЙНА ЗВЕЗДЫ

1. Harrigan S. (1988). The nature of the beast. Texas Monthly (July).

2. Kalmijn A. J. (1971). The electric sense of sharks and rays. Journal of Experimental Biology 55 (2): 371–383.

3. Scheich H., Langner G., Tidemann C., Coles R. B., and Guppy A. (1986). Electroreception and electrolocation in platypus. Nature 319 (6052): 401.

4. Van Vleck D. B. (1965). The anatomy of the nasal rays of Condylura cristata. Journal of Mammalogy 46: 248–253.

5. Eimer T. (1871). Die schnautze des maulwurfs als tastwerkzeug. Archiv für mikroskopische Anatomie 7 (1): 181–191.

6. Bullock T. H., Heiligenberg W. (Eds.) (1986). Electroreception. Wiley Series in Neurobiology. New York: Wiley.

ГЛАВА 2. ПАСТЕР БЫЛ ПРАВ

1. Marasco P. D., and Catania K. C. (2007). Response properties of primary afferents supplying Eimer’s organ. Journal of Experimental Biology 210: 765–780.

2. Catania K. C. (2011). The sense of touch in the star-nosed mole: From mechanoreceptors to the brain. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 366: 3016–3025.

3. Catania K. C., and Kaas J. H. (1997). Somatosensory fovea in the star-nosed mole: Behavioral use of the star in relation to innervation patterns and cortical representation. Journal of Comparative Neurology 387: 215–233.

4. Catania K. C. (1995). The structure and innervation of the sensory organs on the snout of the star-nosed mole. Journal of Comparative Neurology 351: 536–548.

5. Woolsey T. A., and Van der Loos H. (1970). The structural organization of layer IV in the somatosensory region (SI) of mouse cerebral cortex: The description of a cortical field composed of discrete cytoarchitectonic units. Brain Research 17 (2): 205–242.

6. Kuffler S. W., Nicholls J. G., and Martin A. R. (1984). From neuron to brain. Sunderland, MA: Sinaur Associates.

7. Catania K. C. (2001). Early development of a somatosensory fovea: A head start in the cortical space race? Nature Neuroscience 4: 353–354.

8. Rapaport D. H., and Stone J. (1984). The area centralis of the retina in the cat and other mammals: Focal point for function and development of the visual system. Neuroscience 11 (2): 289–301.

9. Catania K. C., Northcutt R. G., and Kaas J. H. (1999). The development of a biological novelty: A different way to make appendages as revealed in the snout of the star-nosed mole (Condylura cristata). Journal of Experimental Biology 202: 2719–2726.

10. Gould S. J. (1977). Ontogeny and phylogeny. Cambridge, MA: Harvard University Press.

11. Hamilton W. J. (1931). Habits of the star-nosed mole, Condylura cristata. Journal of Mammalogy 12: 345–355.

12. Stephens D. W., and Krebs J. R. (1986). Foraging theory. Princeton, NJ: Princeton University Press.

13. Catania K. C., and Remple F. E. (2005). Asymptotic prey profitability drives star-nosed moles to the foraging speed limit. Nature 433: 519–522.

14. Catania K. C. (2006). Olfaction: Underwater “sniffing” by semiaquatic mammals. Nature 444: 1024–1025.

15. Ивлев Ю. Ф., Рутовская М. В., Лучкина О. С. (2013). Об использовании обоняния русской выхухолью (Desmana moschata L.) при плавании под водой. Доклады Академии наук 452 (1): 110–114.

ГЛАВА 3. АФЕРА

1. Catania K. C., Leitch D. B., and Gauthier D. (2010). Function of the appendages in tentacled snakes (Erpeton tentaculatus). Journal of Experimental Biology 213: 359–367.

2. Stein B. E., and Meredith M. A. (1993). The merging of the senses. Cambridge, MA: MIT Press.

3. Murphy J. C. (2007). Homalopsid snakes: Evolution in the mud. Melbourne, FL: Kreiger.

4. Korn H., and Faber D. S. (2005). The Mauthner cell half a century later: A neurobiological model for decision-making? Neuron 47: 13–28.

5. Welford A. T. (1980). Reaction times. New York: Academic Press.

6. Preuss T., Osei-Bonsu P. E., Weiss S. A., Wang C., and Faber D. S. (2006). Neural representation of object approach in a decision-making motor circuit. Journal of Neuroscience 26 (13): 3454–3464.

7. Sillar K. T., Picton L. D., and Heitler W. J. (2016). The neuroethology of predation and escape (Chapter 8). Hoboken, NJ: Wiley.

8. Catania K. C. (2009). Tentacled snakes turn C-starts to their advantage and predict future prey behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences 106: 11183–11187.

9. Catania K. C. (2010). Born knowing: Tentacled snakes innately predict future prey behavior. PLOS One 5 (6): e10953.

10. Dawkins R. (1982). The extended phenotype. Oxford: Oxford University Press.

ГЛАВА 4. ТАЙНА ЗАКЛИНАНИЯ ЧЕРВЕЙ

1. Kuralt C. (1985). On the road with Charles Kuralt. New York: Putnam.

2. Tobin T. C. (2002). Gruntin’ and gathering. St. Petersburg Times (April 14).

3. По данным Федерального лесного управления США, в 2018 году действовало десять лицензий.

4. Brower K. (1999). Can of worms. The Atlantic Monthly 283: 91–100.

5. Darwin C. (1881, reprint 2002). The formation of vegetable mould through the action of worms with observations on their habits. McLean, VA: IndyPublish.com.

6. Dawkins R. (1982). The extended phenotype. Oxford: Oxford University Press.

7. Tinbergen N. (1960). The herring gull’s world. New York: Basic Books.

8. Kaufmann J. H. (1986). Stomping for earthworms by wood turtles, Clemmys insculpta: A newly discovered foraging technique. Copeia 1986: 1001–1004.

9. Catania K. C. (2008). Worm grunting, fiddling, and charming: Humans unknowingly mimic a predator to harvest bait. PLOS One 3: e3472.

10. Conner W. E., and Corcoran A. J. (2012). Sound strategies: The 65-million-year-old battle between bats and insects. Annual Review of Entomology 57: 21–39.

11. Catania K. C. (2013). Stereo and serial sniffing guide navigation to an odour source in a mammal. Nature Communications 4: 1441, doi: 10.1038/ncomms2444.

12. Lyster I. H. J. (1972). Mole kills herring gull. Scottish Birds 7: 207.

ГЛАВА 5. КРОШЕЧНЫЙ ТИРАННОЗАВР

1. Jackson H. H. T., and Lepage J. (1961). Mammals of Wisconsin. Madison: University of Wisconsin Press, p. 52.

2. Brooks F. E. (1908). Notes on the habits of mice, moles and shrews. Bulletin 113, West Virginia University Agricultural Experiment Station, pp. 96–115.

3. Lázaro J., Hertel M., Sherwood C. C., Muturi M., and Dechmann D. K. (2018). Profound seasonal changes in brain size and architecture in the common shrew. Brain Structure and Function 223 (6): 2823–2840.

4. Crowcroft W. P. (1957). The life of the shrew. London: M. Reinhardt.

5. Catania K. C., Hare J., and Campbell K. (2008). Water shrews detect movement, shape, and smell to find prey underwater. Proceedings of the National Academy of Sciences 105: 571–576.

6. Roosevelt T. (1893). The wilderness hunter: An account of the big game of the United States and its chase with horse, hound, and rifle (vol. 2). New York: GP Putnam.

7. Leitch D. B., Sarko D. K., and Catania K. C. (2014). Brain mass and cranial nerve size in shrews and moles. Scientific Reports 4: 6241.

8. Dehnhardt G., Mauck B., Hanke W., and Bleckmann H. (2001). Hydrodynamic trail-following in harbor seals (Phoca vitulina). Science 293 (5527): 102–104.

9. Edwards D. H., Heitler W. J., and Krasne F. B. (1999). Fifty years of a command neuron: The neurobiology of escape behavior in the crayfish. Trends in Neurosciences 22 (4): 153–161.

10. Furshpan E. J., and Potter D. D. (1959). Transmission at the giant motor synapses of the crayfish. Journal of Physiology 145 (2): 289–325.

11. Kielan-Jaworowska Z., Cifelli R. L., and Lou Z. X. (2004). Mammals from the age of dinosaurs: Origins, evolution, and structure. New York: Columbia University Press.

12. Catania K. C., Lyon D. C., Mock O. B., and Kaas J. H. (1999). Cortical organization in shrews: Evidence from five species. Journal of Comparative Neurology 410: 55–72.

13. Leitch D. B., Gauthier D., Sarko, and Catania K. C. (2011). Chemoarchitecture of layer 4 isocortex in the American water shrew (S. palustris). Brain, Behavior and Evolution 78: 261–271.

14. Nudo R. J., and Masterton R. B. (1990). Descending pathways to the spinal cord, III: Sites of origin of the corticospinal tract. Journal of Comparative Neurology 296: 559–583.

15. Kaas J. H. (2013). The evolution of brains from early mammals to humans. Wiley Interdisciplinary Reviews: Cognitive Science 4 (1): 33–45.

16. Rowe T. B., Macrini T. E., and Luo Z. X. (2011). Fossil evidence on origin of the mammalian brain. Science 332 (6032): 955–957.

17. Wang S. S. H. (2008). Functional tradeoffs in axonal scaling: Implications for brain function. Brain, Behavior and Evolution 72 (2): 159–167.

18. Crowcroft P. (1954). The daily cycle of activity in British shrews. Proceedings of the Zoological Society of London 123 (4): 715–730.

19. Merritt J. F., and Vessey S. H. (2000). Shrews – Small insectivores with polyphasic patterns. In Activity patterns in small mammals. Berlin: Springer, pp. 235–251.

ГЛАВА 6. 500 ВОЛЬТ – И Я ВЕСЬ ТВОЙ

1. Finger S., and Piccolino M. (2011). The shocking history of electric fishes: From ancient epochs to the birth of modern neurophysiology. Oxford: Oxford University Press.

2. Wulf A. (2015). The invention of nature: Alexander von Humboldt’s new world. New York: Knopf.

3. von Humboldt A. (1807). Jagd und kampf der electrischen aale mit pferden. Aus den reiseberichten des Hrn. Freiherrn Alexander v. Humboldt. Annalen der Physik 25: 34–43.

4. Faraday M. (1832). Experimental researches in electricity. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 122: 125–162.

5. Volta A. (1800). On the electricity excited by the mere contact of conducting substances of different kinds. In a letter from Mr. Alexander Volta, FRS Professor of Natural Philosophy in the University of Pavia, to the Rt. Hon. Sir Joseph Banks, Bart. KBPRS. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 90: 403–431.

6. Changeux J. P., Kasai M., and Lee C. Y. (1970). Use of a snake venom toxin to characterize the cholinergic receptor protein. Proceedings of the National Academy of Sciences 67 (3): 1241–1247.

7. Schroeder T. B., Guha A., Lamoureux A., VanRenterghem G., Sept D., Shtein M., Yang J., and Mayer M. (2017). An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels. Nature 552 (7684): 214.

8. Moller P. (1995). Electric fishes: History and behavior (vol. 17). London: Chapman & Hall.

9. Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346: 1231–1234.

10. Bauer R. (1979). Electric organ discharge (EOD) and prey capture behaviour in the electric eel, Electrophorus electricus. Behavioral Ecology and Sociobiology 4 (4): 311–319.

11. Suga N., and Shimozawa T. (1974). Site of neural attenuation of responses to self-vocalized sounds in echolocating bats. Science 183 (4130): 1211–1213.

12. Norman L. J., and Thaler L. (2018). Human echolocation for target detection is more accurate with emissions containing higher spectral frequencies, and this is explained by echo intensity. i-Perception 9 (3): 2041669518776984.

13. Bullock T. H., Hopkins C. D., and Fay R. R. (Eds.) (2006). Electroreception (vol. 21). Springer Science & Business Media.

14. Catania K. C. (2015). Electric eels use high voltage to track fast moving prey. Nature Communications 6: 8638, doi: 10.1038/ncomms9638.

15. Gillam E. H. (2007). Eavesdropping by bats on the feeding buzzes of conspecifics. Canadian Journal of Zoology 85 (7): 795–801.

16. Catania K. C. (2015). Electric eels concentrate their electric field to induce involuntary fatigue in struggling prey. Current Biology 25: 2889–2898.

17. Sachs C. (1879). Aus den Llanos-Schilderung einer naturwissenschaftlichen Reise nach Venezuela. Leipzig: Von Veit, p. 369.

18. Coates C. W. (1947). The kick of an electric eel. The Atlantic 180: 75–79.

19. Schomburgk R. H. (1843). Ichthyology: Fishes of Guiana, part 2. The Naturalist’s Library (edited by W. B. Jardine), vol. 40. London: W. H. Lizars.

20. Catania K. C. (2016). Leaping eels electrify threats supporting Humboldt’s account of a battle with horses. Proceedings of the National Academy of Sciences 113 (25): 6979–6984.

21. Catania K. C. (2017). Power transfer to a human during an electric eel’s shocking leap. Current Biology 27: 2887–2891.e2, doi: 10.1016/j.cub.2017.08.034.

ГЛАВА 7. ИСКУССТВО ЗОМБИРОВАНИЯ

1. Roth L. M. (1982). Introduction. In The American cockroach (edited by W. J. Bell and K. G. Adiyodi). Springer Science & Business Media, p. 1.

2. Williams F. X. (1942). Ampulex compressa (fabr.), a cockroach-hunting wasp introduced from New Caledonia into Hawaii. Proceedings of the Hawaiian Entomological Society 11: 221–233.

3. Zimmerman E. C. (1969). Francis Xavier Williams (1882–1967). The Pan-Pacific Entomologist 45: 135–146.

4. Williams L. (1940). Wasps to battle Hawaii cockroaches. Honolulu Advertiser. December 8.

5. Grammer A. R. (1947). A history of the experiment station of the Hawaiian Sugar Planters’ Association, 1895–1945. Hawaiian Planters’ Record 51 (3 and 4): 177–228.

6. Camhi J. M. (1980). The escape system of the cockroach. Scientific American 243 (6): 158–205.

7. Stierle I. E., Getman M., and Comer C. M. (1994). Multisensory control of escape in the cockroach Penplaneta americana. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology 174: 13–26.

8. Libersat F., and Gal R. (2014). Wasp voodoo rituals, venom-cocktails, and the zombification of cockroach hosts. American Zoologist 54 (2): 129–142.

9. Moore E. L., Haspel G., Libersat F., and Adams M. E. (2006). Parasitoid wasp sting: A cocktail of GABA, taurine, and β-alanine opens chloride channels for central synaptic block and transient paralysis of a cockroach host. Journal of Neurobiology 66 (8): 811–820.

10. Gal R., and Libersat F. (2008). A parasitoid wasp manipulates the drive for walking of its cockroach prey. Current Biology 18: 877–882.

11. Arvidson R., Kaiser M., Lee S. S., Urenda J. P., Dail C., Mohammed H., Nolan C., Pan S., Stajich J. E., Libersat F., and Adams M. E. (2019). Parasitoid jewel wasp mounts multipronged neurochemical attack to hijack a host brain. Molecular & Cellular Proteomics 18 (1): 99–114.

12. Jervis M. A., and Kidd N. A. (1986). Host-feeding strategies in hymenopteran parasitoids. Biological Reviews 61 (4): 395–434.

13. Gavra T., and Libersat F. (2011). Involvement of the opioid system in the hypokinetic state induced in cockroaches by a parasitoid wasp. Journal of Comparative Physiology A 197 (3): 279–291.

14. Kaiser M., Arvidson R., Zarivach R., Adams M. E., and Libersat F. (2018). Molecular cross-talk in a unique parasitoid manipulation strategy. Insect Biochemistry and Molecular Biology 106: 64–78.

15. Catania K. C. (2018). How not to be turned into a zombie. Brain, Behavior and Evolution 92: 32–46.

16. Herzner G., Schlecht A., Dollhofer V., Parzefall C., Harrar K., Kreuzer A., Pilsl L., and Ruther J. (2013). Larvae of the parasitoid wasp Ampulex compressa sanitize their host, the American cockroach, with a blend of antimicrobials. Proceedings of the National Academy of Sciences 110 (4): 1369–1374.

17. Weiss K., Parzefall C., and Herzner G. (2014). Multifaceted defense against antagonistic microbes in developing offspring of the Parasitoid wasp Ampulex compressa (Hymenoptera, Ampulicidae). PLOS One 9(6): e98784.

18. Moore E. L., Arvidson R., Banks C., Urenda J. P., Duong E., Mohammed H., and Adams M. E. (2018). Ampulexins: A new family of peptides in venom of the emerald jewel wasp, Ampulex compressa. Biochemistry 57 (12): 1907–1916.

19. Hughes D. P., and Libersat F. (2018). Neuroparasitology of parasite-insect associations. Annual Review of Entomology 63: 471–487.

Описание фотографий, открывающих главы

Глава 1. Звездонос появляется из тоннеля, видны его когтистые передние лапы и нос необычной формы. Звездоносы примерно в два раза крупнее мышей.

Глава 2. Звезда крота-звездоноса под электронным микроскопом. Видны две ноздри, окруженные двадцатью двумя отростками, которые покрыты крошечными куполообразными структурами – органами Эймера.

Глава 3. Щупальценосная змея (Erpeton tentaculatum) под электронным микроскопом. Под хищницей – ее добыча.

Глава 4. Гэри Ревелл демонстрирует дневной улов.

Глава 5. Болотная бурозубка, самое маленькое водное млекопитающее в мире.

Глава 6. Электрический угорь в аквариуме.

Глава 7. Изумрудная оса ловко впрыскивает зомбирующий яд в мозг таракана, пронзая жалом уязвимое горло.

Источники иллюстраций

Глава 1

Вводная иллюстрация: фото автора.

1.1. Фото автора.

1.2. Съемка организована автором.

Глава 2

Вводная иллюстрация: фото автора. Впервые опубликовано в статье Catania K. C. (2012). Evolution of brains and behavior for optimal foraging: A tale of two predators. Proceedings of the National Aca-demy of Sciences 109 (Supplement 1): 10701–10708.

2.1. Фото автора. Схема справа взята из Catania K. C. (1995). Structure and innervation of the sensory organs on the snout of the star-nosed mole. Journal of Comparative Neurology 351 (4): 536–548.

2.2. Иллюстрация автора.

2.3. Фото автора.

2.4. Фото автора. Фото справа впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2001). Early development of a somatosensory fovea: A head start in the cortical space race? Nature Neuroscience 4 (4): 353.

2.5. Рисунки Ланы Финч (права принадлежат Кеннету Катании).

2.6. Фото автора. Впервые опубликовано в статье Catania K. C., Northcutt R. G., and Kaas J. H. (1999). The development of a biological novelty: A different way to make appendages as revealed in the snout of the star-nosed mole Condylura cristata. Journal of Experimental Biology 202 (20): 2719–2726.

2.7. Фото и рисунки автора. Два снимка слева впервые опубликованы в статье Catania K. C., Northcutt R. G., and Kaas J. H. (1999). The development of a biological novelty: A different way to make appendages as revealed in the snout of the star-nosed mole Condylura cristata. Journal of Experimental Biology 202 (20): 2719–2726.

2.8. Фото автора.

2.9. Слева: фото автора. Справа: сертификат воспроизведен с разрешения Guinness World Records.

2.10. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2006). Olfaction: Underwater “sniffing” by semi-aquatic mammals. Nature 444 (7122): 1024.

Глава 3

Вводная иллюстрация: фото автора.

3.1. Фото автора.

3.2. Рисунок автора. Скопирован из статьи Catania K. C. (2012). Evolution of brains and behavior for optimal foraging: A tale of two predators. Proceedings of the National Academy of Sciences 109 (Supplement 1): 10701–10708.

3.3. Фото автора.

3.4. Рисунок автора. Взят из статьи Catania K. C. (2012). Evolution of brains and behavior for optimal foraging: A tale of two predators. Proceedings of the National Academy of Sciences 109 (Supplement 1): 10701–10708.

3.5. Рисунок автора.

3.6. Рисунок автора. Впервые опубликован в статье Catania K. C. (2010). Born knowing: Tentacled snakes innately predict future prey behavior. PLOS One 5 (6): e10953.

3.7. Изображения созданы автором. Нижние изображения впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2009). Tentacled snakes turn C-starts to their advantage and predict future prey behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences 106 (27): 11183–11187.

Глава 4

Вводная иллюстрация: фото автора.

4.1. Фото автора. Впервые опубликована в статье Catania K. C. (2008). Worm grunting, fiddling, and charming – Humans unknowingly mimic a predator to harvest bait. PLOS One 3 (10): e3472.

4.2. Фото автора.

4.3. Фото автора.

4.4. Фото автора.

4.5. Воспроизведено с разрешения правообладателя – Worm Gruntin Graphic Copyright Sopchoppy Preservation and Improvement Association Committee.

4.6. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2013). Stereo and serial sniffing guide navigation to an odour source in a mammal. Nature Communications 4: 1441.

4.7. Воспроизведено с разрешения правообладателя – National Museums Scotland.

Глава 5

Вводная иллюстрация: фото автора.

5.1. Фото автора.

5.2. Фото автора.

5.3. Фото автора.

5.4. Фото автора.

5.5. Фото автора.

5.6. Иллюстрации автора. Нижняя левая схема опубликована в статье Catania K. C., Lyon D. C., Mock O. B., and Kaas J. H. (1999). Cortical organization in shrews: Evidence from five species. Journal of Comparative Neurology 410 (1): 55–72.

Глава 6

Вводная иллюстрация: фото автора. Впервые опубликовано в статье Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346 (6214): 1231–1234.

6.1. Портрет слева написан Фридрихом Георгом Вейчем, выставляется в Старой национальной галерее в Берлине; репродукция находится в открытом доступе, загружена из Wikimedia Commons. Рисунок справа взят из книги Buel J. W. (1887). Sea and Land, p. 114; книга находится в открытом доступе.

6.2. © Wildlife Conservation Society. Воспроизведено с разрешения WCS Archives.

6.3. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346 (6214): 1231–1234.

6.4. Схема автора. Впервые опубликована в статье Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346 (6214): 1231–1234.

6.5. Рисунок автора. Впервые опубликован в статье Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346 (6214): 1231–1234.

6.6. Рисунок автора.

6.7. Рисунок автора.

6.8. Рисунок автора. Впервые опубликован в статье Catania K. (2014). The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346 (6214): 1231–1234.

6.9. Схема и фото автора.

6.10. Рисунок автора. Впервые опубликован в статье Catania K. C. (2015). Electric eels use high voltage to track fast-moving prey. Nature Communications 6: 8638.

6.11. Рисунок автора. Впервые опубликован в статье Catania K. C. (2015). Electric eels use high voltage to track fast-moving prey. Nature Communications 6: 8638.

6.12. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2015). Electric eels use high voltage to track fast-moving prey. Nature Communications 6: 8638.

6.13. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2016). Leaping eels electrify threats, supporting Humboldt’s account of a battle with horses. Proceedings of the National Academy of Sciences 113 (25): 6979–6984.

6.14. Иллюстрация из книги Schomburgk R. H. (1843). Ichthyo-logy. Fishes of Guiana, part 2. The Naturalist’s Library (edited by W. B. Jardine), vol. 40. London: W. H. Lizars. Книга находится в открытом доступе.

6.15. Рисунки автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2015). Electric eels concentrate their electric field to induce involuntary fatigue in struggling prey. Current Biology 25 (22): 2889–2898.

6.16. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2017). Power transfer to a human during an electric eel’s shocking leap. Current Biology 27 (18): 2887–2891.

Глава 7

Вводная иллюстрация: фото автора.

7.1. Фото автора.

7.2. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2018). How not to be turned into a zombie. Brain, Behavior and Evolution 92 (1–2): 32–46. Последняя версия статьи доступна по ссылке: https://www.karger.com/?doi=10.1159/000490341.

7.3. Фото автора. Впервые опубликованы в статье Catania K. C. (2018). How not to be turned into a zombie. Brain, Behavior and Evolution 92 (1–2): 32–46. Последняя версия статьи доступна по ссылке: https://www.karger.com/?doi=10.1159/000490341.

7.4. Фото автора.

На цветной вкладке – фотографии автора.

КЕННЕТ КАТАНИЯ (р. 1965) – ученый-биолог, профессор Университета Вандербильта (Нэшвилл, Теннесси). В 1989 году получил степень бакалавра зоологии в Мэрилендском университете в Колледж-Парке. Будучи студентом, работал научным сотрудником в Смитсоновском национальном зоопарке в Вашингтоне. В 1992 году окончил магистратуру Калифорнийского университета в Сан-Диего, в 1994 году там же получил степень PhD по нейробиологии. В 2006 году был удостоен престижной стипендии Макартура. Живет в Нэшвилле.

Примечания

1

В 1963 году Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за описание ионных механизмов возбуждения и торможения в нервных клетках. – Прим. пер.

2

Одна из них уже решена российским математиком Григорием Перельманом (он доказал гипотезу Пуанкаре), так что осталось всего шесть. – Прим. ред.

3

Ранее – расформированный отряд Insectivora; ныне кротов и землероек принято относить к отряду Eulipotyphla. – Прим. науч. ред.

4

В русской классификации она называется угревидной амфиумой. – Прим. науч. ред.

5

Букв. «покоритель ада»; по одной из версий, поселенцы описывали эту амфибию как «существо из ада, намеренное туда вернуться». – Прим. пер.

6

Первое издание книги С. Куффлера и Дж. Николса «От нейрона к мозгу» (1975) было переведено и выпущено в СССР в 1979 году. Второе и третье издания на русский язык не переводились. Переработанное и дополненное четвертое издание вышло на английском языке в 2001 году, а на русском – в 2012 году. – Прим. пер.

7

Отсылка к выражению «жуткое дальнодействие» – так Альберт Эйнштейн иронично называл принцип квантовой запутанности, который отказывался принять. – Прим. пер.

8

Обязательный раздел научной статьи, в котором описываются методы исследования, использованные материалы, методы проверки достоверности результата и так далее. – Прим. пер.

9

Фильм, который в русском прокате получил название «Афера», в оригинале называется The Sting. Действительно, одно из сленговых значений английского слова sting – «афера», но среди основных значений – «жало» и «укус», также соответствующие теме этой главы. – Прим. ред.

10

Существующий в США вид охраняемой природной территории. Охранный статус у национальных лесов менее строгий, чем у заповедников и национальных парков, использование природных ресурсов в них не только разрешено, но и во многих случаях приветствуется. – Прим. науч. ред.

11

Сердцами дождевого червя называют парные кольцевые сосуды, которые окружают пищевод и соединяют спинной и брюшной сосуды. – Прим. пер.

12

Есть более привычный нам вид, который также называют обыкновенным кротом: Talpa europaea, или европейский крот. В этой книге под обыкновенным кротом подразумевается восточноамериканский. Название aquaticus («водный») было дано восточноамериканскому кроту Карлом Линнеем по ошибке, на основе описания мертвой особи, найденной в воде. На самом деле этот крот не живет в воде. – Прим. пер.

13

Они же лазурные птицы. Принадлежат к роду воробьинообразных из семейства дроздовых, распространены в Северной и Центральной Америке. – Прим. науч. ред.

14

Тинберген Н. Мир серебристой чайки. Пер. И. Г. Гуровой. Под ред. и с послесл. К. Н. Благосклонова.

15

В английском языке слово shrew (землеройка) используется как оскорбительное в значении «склочная женщина». – Прим. ред.

16

Ричард Фейнман. Радость познания. – Пер. Т. А. Ломоносовой.

Content

Кеннет Катания
Искусные адаптации
Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции

Пролог

1 Тайна звезды

Магия числа три

Львы, тигры и кроты

Пойди туда – не знаю куда

Ночь в зоопарке

Книга, саламандры и семинар

Калифорнийское звено

2 Пастер был прав

Первый шанс

Увидеть – значит поверить

Нейрокомната смеха

Жуткое звездодействие

Развитие, эволюция и гольф-клуб

Загадка внутри головоломки

Очень странные дела

3 Афера

Дежавю

Смешанные чувства

Рыба-самоубийца

Беги без оглядки

Смертельный страх

Предсказывая будущее

Рыба как иллюзия

Врожденный навык?

4 Тайна заклинания червей

Главный подозреваемый

Ранняя пташка

Геофоны и черви-спринтеры

Кроты, колья и дождь

Неопровержимая улика

Завершение истории

5 Крошечный тираннозавр

Вариации на тему

Тебе не убежать и не спрятаться

Бегство или бой?

Гондвана головного мозга?

Все гениальное просто

Пища для размышлений

6 500 Вольт – и я весь твой

Чудеса современных технологий

Набирая заряд

Плавучий электрошокер?

Интрига нарастает

Спутники Юпитера

Рыбалка Гумбольдта

Это забавно

Зомби спешат на помощь

Недостающий кусочек пазла

7 Искусство зомбирования

В поиске союзников

Следующие поколения

Введение яда

Ходячий мертвец

Фильм ужасов

Боевое искусство тараканов

«Ради всего святого, Монтрезор!»

Эпилог

Благодарности

Источники

Описание фотографий, открывающих главы

Источники иллюстраций

Примечания