Живые часы

На настоящем ночном небе Зауэры, естественно, не могли менять положение звезд по собственному желанию. Но это легко сделать в планетарии, и если славки будут принимать искусственное звездное небо за настоящее, их можно будет «перемещать» в любое место земного шара, не вывозя из Фрейбурга.

Вскоре Зауэры получили возможность воспользоваться цейссовским планетарием, с куполом, имевшим в диаметре шесть метров. Внутри планетария они поставили клетку с птицей и, как и раньше, вели наблюдения за направлением ее поворотов.

В типичном эксперименте, когда купол планетария освещался равномерно рассеянным светом, птица поворачивалась во все стороны, указывая случайные направления (рис. 41, А). Когда славке-черноголовке показали имитацию весеннего неба, она повернулась на северо- восток точно так же, как это бывает в естественных условиях (рис. 41, Б). Под осенним небом она повернулась на юго-запад, в сторону Испании (рис. 41, В). И наконец, славка-завирушка, как и ожидали, указала на юго-восток, на Балканы (рис. 41, Г).

Рис. 41. Ориентация птиц под искусственным звездным небом. Сплошная линия (С) показывает истинное направление на север, а пунктирная (С1) — направление на «север» в планетарии.

Но главным участником экспериментов в планетарии Зауэры сделали одну славку-завирушку. Осенью птицы этого вида, как уже говорилось, летят в двух последовательных направлениях: сначала из Центральной Европы на юго-восток через Балканы, а затем в южном направлении к верховьям Нила. Поэтому славка-завирушка представляла собой идеальный объект для экспериментов в планетарии, где можно было создать звездное небо, соответствующее широте и долготе любого места.

Завирушка, которую Зауэры использовали в этих экспериментах, была выращена ими из яйца. Она никогда не покидала клетки и, уж конечно, не летала в Африку. Поэтому ее поведение должно было быть абсолютно свободным от каких-либо влияний предшествующего опыта.

Зауэры поместили эту славку-завирушку в планетарий и установили картину неба, соответствующую 48° северной широты, то есть широте Фрейбурга. В подтверждение своих предыдущих наблюдений за другими птицами этого вида под открытым небом Зауэры увидели, что завирушка повернулась в юго- восточном направлении.

Рис. 42. Схема осенней миграции славок-завирушек, основанная на результатах экспериментов в планетарии. Большие стрелки соответствуют преимущественным направлениям естественного перелета, маленькие стрелки представляют собой направления, выбранные птицами в планетарии: заштрихованная зона примерно указывает известную зону зимовок.

Затем они стали менять положение звезд на небосводе планетария, чтобы у славки создалось впечатление ее постепенного перемещения все дальше и дальше к югу. Птица продолжала придерживаться юго-восточного направления, пока не «достигла» 40° северной широты. Теперь она начала менять курс на юго-юго-восток и приблизительно на широте 15° «полетела» прямо на юг. Птица, никогда не покидавшая своей клетки, указала направление, необходимое для перелета из Фрейбурга к верховьям Нила!

Представить себе, каким образом птица определяет широту своего местоположения, по-видимому, нетрудно. Штурман для этого измеряет высоту над горизонтом или направление на какую-то определенную звезду, например Полярную. Вполне вероятно, что и птица определяет широту своего местоположения аналогичным образом.

А как же насчет долготы? Если широту умели определять по положению солнца или звезд над горизонтом еще древние греки, то хронометр, пригодный для определения долготы, появился только в 1761 году. Штурман находит свою долготу сравнением местного времени, определяемого, например, по восходу солнца, с показаниями хронометра, поставленного по гринвичскому времени.

У птицы есть точные внутренние часы, но эти часы в отличие от хронометра обычно показывают местное время, соответствующее пункту ее пребывания. Естествен вопрос, как же птица по звездам узнает долготу своего местоположения?

Чтобы выяснить это, Зауэры поворачивали созвездия вокруг Полярной звезды в соответствии с видом ночного неба на разных долготах, и следовательно, в разных временных поясах, и наблюдали направление полета, избираемое различными видами славок.

Результаты этих экспериментов резко отличались от тех четких данных, которые Зауэры получили, изменяя картины неба, соответствующие разным широтам. На изменения долготы птицы реагировали очень неуверенно, и их поведение трудно было объяснить. Поскольку правильное направление к дому определила всего одна славка, результаты Зауэров посчитали малоубедительными.

В 1965 году К. Гоффман, известный специалист по поведению птиц, писал: «Чтобы выяснить состояние проблемы и более четко понять роль внутренних часов, необходимо, по-видимому, провести более разносторонние эксперименты в условиях планетария, включая и эксперименты с птицами, внутренние часы которых были бы (искусственно) переведены. Насколько мне известно, такие эксперименты не проводились».

До тех пор, пока биологи не выяснят, могут ли птицы воспринимать географическую долготу своего местоположения (и если могут, то как они пользуются этим для определения направления полета), наше понимание этого вопроса будет оставаться на уровне 1960 года.

13. Часы таракана

В июне 1960 года в Колд-Спринг-Харборе состоялся Международный симпозиум, посвященный биологическим часам, на который съехались сто пятьдесят ученых из самых разных стран. С трибуны этого симпозиума в числе прочих ученых рассказала о своей работе и Дженит Хар-кер, сотрудник Кембриджского университета.

Твердым и ясным голосом Харкер начала свой доклад: «Современные исследования проблемы циркадных ритмов можно разделить на три группы: биохимические и биофизические исследования регулирующего механизма на клеточном уровне, изучение поведения организма в целом и, наконец, физиологические исследования, цель которых состоит в том, чтобы выяснить, каким образом клеточная ритмичность проявляется в поведении всего организма. Благодаря этой последней группе исследований мы начинаем в какой-то мере представлять себе, насколько сложными могут быть эндогенные регулирующие системы. Так, например, среди изучаемых взаимосвязанных процессов встретились такие, которые сами никакой ритмичностью не обладают и тем не менее существенны для ритмичного функционирования определенных клеток. Это обстоятельство, по-видимому, заслуживает особого внимания, так как исследователи, работающие в двух других направлениях, могли его совсем не заметить.

Связь эндокринной системы с ритмом двигательной активности насекомых была впервые установлена на тараканах Periplaneta americana…».

Дженит Харкер родилась и выросла в Австралии. После окончания Сиднейского университета она переехала в Англию, сначала в Манчестерский университет, а затем в Кембридж.

Несмотря на большую загруженность преподавательскими и административными обязанностями, у Харкер хватало энергии заниматься и исследованиями биологических часов. После долгого чрезвычайно трудного подготовительного периода она разработала очень сложный метод, в основе которого лежали тончайшие хирургические операции, проводившиеся на тараканах.

Но почему она остановила свой выбор на Periplaneta americana, на самом обычном американском таракане, а не на каком-либо другом живом организме? Ведь легко наблюдаемыми ритмами обладают многие растения и животные.