Глава 20 Животные с фонариками

Глава 20

Животные с фонариками

При передвижениях ночью человек полагается на чувствительность собственных глаз или на свет, который разгоняет тьму. Однако почти все его братья — животные — проводят половину жизни в темноте. Обладающие исключительной чувствительностью глаза и люминесцентные органы имеются лишь у животных морских глубин, где нам редко приходится с ними встречаться. Не потому ли летними ночами в поле мы с таким восторгом наблюдаем за светлячком?

Уже с первых минут жизни обыкновенный светлячок Lampyris испускает в темноте мягкий свет. Только что отложенные яйца этого насекомого как бы светятся изнутри. Какое преимущество дает яйцам эта удивительная способность? Зачем нужны сверкающему червячку маленькие светящиеся пятнышки на его спине? Даже Шекспир интересовался его «бездейственным светом». Только когда сверкающий червячок превращается во взрослого светлячка, мигающие огоньки на хвосте становятся частью его информационной системы, напоминая сигнальные огни пароходов ночью. Устроившись на краешке листа, самка светлячка зазывает пролетающего мимо самца вспышками света, излучаемыми через определенные промежутки времени после каждого светового сигнала самца У самца необыкновенно большие глаза, и он видит этот сигнал, поворачивает на лету и направляется к самке, чтобы сесть рядом с ней.

Случается, что вспышки света на краешке листа привлекают самца к самке, не принадлежащей к его виду. Это значит, что она посылает свой сигнал либо слишком поздно, либо слишком рано и таким образом попадает в диапазон сигналов других видов. Обычно «страстный» самец расплачивается за ошибку самки собственной жизнью, так как светлячка, который не может стать ее возлюбленным, самка попросту съедает.

В Бирме и соседних с ней областях Дальнего Востока самцы-светлячки в процессе своей эволюции выработали более безопасную систему. По ночам в джунглях, устроившись на краешках листьев, все они одновременно посылают сигналы. Лес освещается пульсирующим светом, как реклама на Бродвее, а те самки, которые уже сексуально созрели или находятся в соответствующем физиологическом состоянии, при желании могут сами подлетать к самцам. Для них ночное зрение так же важно, как и для их мерцающих поклонников. Поэтому у них такие же огромные глаза, как и у самцов.

Нам кажется такой естественной способность животных в брачный период находить друг друга в темноте с помощью зрения и мерцающих сигналов, что остается только удивляться, почему мы так редко встречаемся с этим явлением. Если не считать светлячков на суше, эту сигнальную систему применяют в основном морские животные, например светящиеся черви, которыми по ночам кишат воды у Бермудских островов. Самки светящихся червей, достигнув половой зрелости среди коралловых рифов, плавно поднимаются вверх, описывая своеобразную дугу: они полны зрелых яиц и светятся подобно пассажирским поездам, медленно ползущим в горах по крутому подъему. Самцы, более мелкие, чем самки, подобно кометам, проносятся в поисках своих подруг у самой поверхности воды, оставляя за собой люминесцирующие полосы. В тот момент, когда самец встречает самку, происходит единая вспышка света, и оба родителя исчезают в темной пучине, а оплодотворенные яйца, рассыпаясь, медленно опускаются на дно.

Большинство люминесцирующих животных, которые при определенных обстоятельствах излучают свет, своими вспышками как бы предупреждают об опасности, подобно сигналу «стоп», зажигающемуся на автомобиле. Пергаментный червяк, который живет в U-образных норах у нижней границы прилива, реагирует таким образом на звуки шагов человека, проходящего ночью по глинистому берегу. Если нарушить покой морского моллюска Pholas, подтачивающего камень, то он дает столь же яркую вспышку света. Даже нежные пульсирующие медузы могут люминесцировать, попав в водоворот от проходящей мимо лодки или от весла. Некоторые виды мелких ракообразных, обитающих в поверхностных водах океана, и кальмары, живущие на большой глубине, будучи потревожены, выпускают целое облако светящихся частиц; сами же они при этом уплывают в темноту.

Человек пытается вскрыть причины всех этих явлений. Ему бы хотелось увидеть, как враги мерцающих животных поворачивают обратно, испуганные неожиданным светом. Однако это пожелание подтверждается лишь немногими наблюдениями. По-видимому, чаще всего люминесценция у отдельных животных не связана со зрением и не нужна им для выживания. Моллюск, подтачивающий камень, и пергаментный червь, вероятно, выигрывают от способности испускать свет не больше, чем сова сипуха, которая во время полета похожа на светящийся призрак, потому что ее перья излучают фосфоресцирующий свет, — это светится прилипчивый грибок, растущий в сыром дупле дерева, где живет сова.

Люди, которые отваживаются лунной летней ночью поплавать недалеко от берега, рискуя встретиться с акулами, обычно хорошо знают, как может искриться вода мелкими светящимися точками, где каждая вспышка означает возбуждение всего лишь одной клетки Noctiluca, достигающей в диаметре 0,25–2,5 миллиметра. Достаточно даже самого спокойного плеска набегающих на берег волн, чтобы вызвать свечение Noctiluca.

Мы были совершенно заворожены, когда под темным небом Калифорнии увидели, как стремительно наступают на нас буруны, светящиеся мириадами подобных созданий, словно какой-то искусный чародей осветил изнутри воду фосфоресцирующим светом. Или когда в темных водах Пуэрто-Риканского фосфоресцирующего залива следили за движениями рыб, которые стремительно бросались в сторону от нашей яхты и при этом оставляли за собой пушистый люминесцирующий хвост, как у ракеты. Немногим слабее было наше впечатление от «удивительного и прекраснейшего зрелища», которое описал Чарльз Дарвин, когда исторический «Бигль» гнал перед своим носом две громадные волны жидкого фосфора, а за ним следовал млечный хвост.

Какое значение для Noctiluca имеет люминесценция? Эти простые на вид создания не могут творить чудеса, пока не приспособятся к темноте. Они, так же как и мы, чувствительны к дневному свету. Но до сих пор химикам не удалось выяснить всей последовательности реакций, обеспечивающих как свечение живых организмов, так и формирование зрительных ощущений. Обе эти химические лестницы хранят свои тайны в протоплазме удивительно большого числа различных растений и животных^[33]. Люминесценция такое же случайное явление в природе, как и место падения песчинок, если бы мы бросили пригоршню песка над всем живым: «Куда попадет песчинка, там и появится светящийся вид». К такому выводу пришел знаменитый исследователь биолюминесценции покойный Е. Ньютон Гарвей.

Если предупреждающие вспышки света не предназначены для отпугивания отдельных животных, возможно, они приобретают определенный смысл при массовом свечении. Ведь нам не кажется, что радиоактивное вещество излучает свет, когда мы рассматриваем его под микроскопом. Однако целый кусок этого вещества, который посылает нашему невооруженному глазу бесчисленные вспышки света, оказывается настолько освещенным, что мы можем установить его форму и удаленность от нас. Не заглянуть ли нам в морские глубины, где люминесценция встречается чаще, чем в каких-либо других местах, чтобы получить дополнительные сведения, которые помогут нам ответить на вопрос?

Рыбаки и моряки, которые обычно плавают по ночному океану, хорошо знают, что порой там появляются яркие «островки». Чарльз Дарвин осмелился предположить, что это сконцентрированные продукты распада и их можно сравнить со скоплениями слабо светящихся грибков и бактерий на суше. Ловцы сардин — знатоки в подобных делах. Ночью наблюдатели высматривают яркие островки с наблюдательных постов на мачтах рыболовных судов, чтобы направить туда корабль. Рыбаки в шлюпках осторожно окружают неводом с мотней светящееся пятно и забирают в мотню весь косяк рыбы, которая пришла сюда полакомиться крошечными, величиной с рисовое зернышко, ракообразными, «пасущимися» в темноте у самой поверхности воды. Люди не обращают внимания на множество крошечных организмов, которые ускользают из сетей, продолжая подавать сигналы бедствия. Но для чего нужно свечение, если нет рыбаков, вылавливающих голодную рыбу?

По-видимому, дневной свет отпугивает большую часть мелких ракообразных, которыми питаются сардины. Задолго до того, как на восточном горизонте появится солнце, эти ракообразные, следуя в толще воды за границей сумерек, опускаются на глубину 350 метров. К полудню они достигают максимальной для них глубины, а с заходом солнца снова поднимаются вверх, чтобы полакомиться микроскопическими растениями, дрейфующими на воде; каждый день их освещают лучи солнца. Во время полнолуния рачки держатся на глубине около 30 метров, а темными ночами они в невероятных количествах поднимаются к самой поверхности воды. Если быстро вскрыть летающую рыбу, которая питается этими ракообразными, в ее желудке можно обнаружить множество все еще светящихся организмов.

Ежедневным вертикальным миграциям крошечных рачков соответствуют подъем и опускание пятисантиметровых рыб и таких ракообразных, которые формой тела напоминают креветок; все они охотятся на рачков. Этих рыб и напоминающих креветок ракообразных можно поймать днем с помощью мелкой сети, если протянуть ее по верхней границе глубинной зоны, где они обитают и куда никогда не проникает дневной свет. Д-р Вильям Биб, который не раз вылавливал их сетью, подсчитал, что ²/₃ видов рыб и 965 из каждой тысячи плавающих там живых существ более или менее постоянно испускают световые сигналы. Большую часть этого населения составляют маленькие черные светящиеся рыбки и особые люминесцирующие ракообразные, известные китобоям под именем криллов (это основная пища усатых китов).

Почти все эти светоносители, обитающие на средних глубинах, могут смотреть вверх и по сторонам, однако собственный свет направляют только вниз. Вероятно, характерный рисунок ярких пятен на брюшке каждого такого животного позволяет особям одного вида узнавать друг друга в темноте. Кроме того, им помогает в этом и направление, в котором излучают сигналы светопроизводящие органы.

Британский океанограф д-р Джон С. Колман предполагает, что эти люминесцирующие существа выработали внутривидовые средства общения. По его мнению, об этом свидетельствуют особые привычки крошечных, величиной с песчинку, ракообразных, совершающих вертикальные миграции согласно расписанию по своим внутренним часам, которые подчиняются только отталкивающему воздействию света. Когда мириады танцующих рачков передвигаются в водных глубинах вслед за границей сумерек и к вечеру поднимаются вверх, за ними следуют и светящиеся рыбы, и ракообразные (криллы), которые питаются ими. До этого момента верхний уровень зоны, в которой днем находились светящиеся рыбы и криллы, подобно слабо освещенному потолку в глубине подводного царства, светил животным, находившимся внизу. Когда этот потолок начинает подниматься по мере движения вверх светящихся рыб и ракообразных криллов, испускаемый ими свет становится слабее для тех, кто плавает ниже. Как только сверкающий «потолок» тускнеет, нижние светящиеся рыбы в свою очередь перемещаются вверх, уменьшая освещенность более глубоких слоев воды. Таким образом, умение смотреть вверх в сочетании с излучением света вниз, по-видимому, объединяет эти живые существа, которые мигрируют в вертикальном направлении. При этом люминесцентные органы отдельных животных могут не иметь какого-либо самостоятельного значения.

Подобным же образом когда на маленьких животных вблизи водной поверхности нападают плотоядные рыбы, то начинается массовое свечение, которое, видимо, служит сигналом предостережения плавающим внизу мигрантам — не подниматься вверх. Этот сигнал почти наверняка должен оказывать действие на те же светочувствительные органы, которые обеспечивают реакцию на свет полной Луны.

Человек хочет понять, зачем отдельным ракообразным и рыбам нужны единичные вспышки или люминесцирующие органы. Мы склонны постоянно думать о благоденствии каждого живого существа и не рассматривать его как часть одной большой популяции. Такой подход довольно естествен из-за большой продолжительности человеческой жизни и низкой скорости воспроизведения. Для нас важно, что делает каждый человек. Но может ли быть настолько значимым отдельный член популяции, размножающейся с колоссальной скоростью, когда одно поколение следует за другим всего лишь через несколько недель? Влияние отдельной предупреждающей вспышки или суммарного света ряда люминесцирующих пятен проявляется прежде всего статистическим образом. Выживание или вымирание — явления статистические, результат влияния на животных эволюции. Человек избегает участи всей массы в той мере, в какой он контролирует окружающую его среду и является хозяином собственной судьбы.

Только недавно человек изобрел специальное оборудование, с помощью которого можно изучать морские глубины, опуская приборы к люминесцирующим животным и измеряя количество излучаемого ими света. Эти приборы показывают, что общая освещенность глубин должна быть увеличена в 160 раз, чтобы человеческий глаз при максимальной чувствительности мог ее заметить, и что в спектре этого света преобладает зеленовато-голубой оттенок.

Как ни чувствительны приборы, они не могут рассказать нам о том, что же действительно происходит в темных глубинах или в огромной пещере, по которой летают сотни светлячков, мигая своими хвостовыми лампочками, а на полу мерцают тысячи маленьких, отделенных друг от друга свечей, будто в пироге на день рождения. И в том, и в другом случае зрелище показалось бы нам ярким, и нас бы заворожило множество светящихся точек. Наши глаза и мозг могут не обратить внимания на темноту между ними, тогда как измерительный прибор суммирует все темные и светлые участки, а затем выдаст среднее значение — чуть выше нуля по самой чувствительной шкале. В морских глубинах эти приборы не могут показать нам, что отдельные вспышки люминесцирующих животных находятся в диапазоне нашего поля зрения или что они исходят от микроскопических бактерий и светящихся простейших, от темно-красных глубоководных медуз, от разноцветных пятен на рыбах и ракообразных и от светящихся коралловых головок, морских кнутов, горгоний, змеевидных звезд и других таинственных животных на дне моря.

Нас интересует, способны ли рыбы, кальмары и ракообразные использовать эту общую освещенность, которую можно рассматривать в известной степени как глубоководный эквивалент ночного неба над нашими городами. В этой светящейся дымке хищники замечают своих жертв только тогда, когда каждая из них подплывает совсем близко. Конечно, зрительный пигмент глубоководных рыб совершенно отличен от нашего. Он золотистый по цвету, а не бледный розовато-фиолетовый и лучше всего поглощает световую энергию в зеленовато-голубой части спектра. Таким образом, он прекрасно приспособлен к восприятию света, излучаемого люминесцирующими животными.

Среди глубоководных рыб имеется несколько видов, у которых глаза по сравнению с телом больше, чем у других позвоночных. Диаметр глаза у черной корюшки нередко больше половины длины ее головы. У других глубоководных рыб громадные сферические хрусталики расположены в глазах более подходящего размера только потому, что глазное яблоко имеет цилиндрическую форму, которая напоминает телескоп. Большая линза — и в глазу и в телескопе — может собрать много света и сконцентрировать его. Более того, из-за отсутствия радужной оболочки глаза глубоководных рыб настолько хорошо пропускают свет, что их оптическую систему можно сравнить с оптическими системами самых светосильных фотообъектов (f/1,0). Такой глаз несколько лучше, чем глаз кошки при максимальной апертуре, и в три раза зорче нашего при полностью открытом зрачке (f/3,0).

Почти все глубоководные рыбы обладают определенными преимуществами, которым мы не можем ничего противопоставить. Уже само пребывание в воде, а не в воздушной среде предохраняет их от потери почти ¹/₂₀ части световой энергии, достигающей их глаза. В воздухе такое количество энергии отражается от поверхности глаза человека или кошки, смоченной слезной жидкостью, даже не попадая в оптическую систему. Кроме того, глаз рыбы может иметь более прозрачный хрусталик, так как ему не нужна желтая окраска, с помощью которой наша глазная линза отфильтровывает вредные ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. У глубоководных рыб такие преимущества сочетаются со способностью отражать свет от зеркальной поверхности глаза к светочувствительным клеткам, а это помогает еще лучше видеть при слабом освещении.

Достаточно лишь однажды вытащить сеть, заброшенную на средние глубины моря, чтобы убедиться в том, насколько разнообразна жизнь в вечной ночи морских глубин. У глубоководных рыб, по-видимому, встречаются всевозможные модификации глаз. К такому выводу мы пришли, когда в Тихом океане, у берегов Калифорнии, недалеко от Сан-Диего, увидели сеть с рыбой, только что выловленной с глубины более километра. В этой сети оказались рыбы двадцати двух видов, в большинстве своем светящиеся и усатые. Ни форма, ни название более мелких из них не были известны рыбакам, обычно ведущим лов в поверхностных водах: это крупночешуйчатые, гладкоязычные, скользкоголовые, клыкозубатые, рыбы-драконы, рыбы-ножи и рыбы-лампочки. Только пять рыб достигали в длину 15 сантиметров: два угря, угорь-колдун, черная корюшка и черный дракон.

Маленькие 15-сантиметровые черные драконы напомнили нам об интересном явлении, которое обнаружил д-р Вильям Биб у одного из глубоководных жителей Бермудских вод в Атлантике. Такие глубоководные рыбы подвергаются в своем развитии ряду столь сложных метаморфоз, что никто из нас раньше не задумывался над существованием связи между рыбами на различных фазах развития, пока каждая из этих фаз не оказалась представленной. Молодые черные драконы выклевываются из икринок у поверхности воды, где они могут питаться мелкими рачками. Личинки этой рыбы представляют собой тоненькие белые нитеподобные существа, по обеим сторонам головы которых выступают два невероятно длинных тонких стебелька, оканчивающихся шаровидными глазами. К тому времени, когда личинка вырастает от полутора до четырех сантиметров, эти глазные стебельки укорачиваются и становятся чуть больше длины головы, в то время как прежде их длина составляла половину туловища. Твердый стержень, который поддерживал длинный стебелек, аккуратно укладывается в глазницу, и вскоре растущий глаз оказывается наверху, будто он никогда и не находился вне головы на выносном стебельке. Во время всех этих превращений черный дракон опускается все глубже, ловит более крупную добычу и все лучше приспосабливается к слабому освещению. Нетрудно догадаться, что икринки этой рыбы, выметанные в темных глубинах, приспособлены к соответствующей плотности морской воды, которая поддерживает их во взвешенном состоянии высоко над взрослыми рыбами. Но все же непонятно, почему глаза личинки подвержены столь резким изменениям.

Мир морских глубин простирается вверх достаточно далеко и заканчивается примерно за полкилометра до поверхности, которую бороздят наши корабли. Но он остается самой непонятной областью из всех, где может существовать жизнь. Поверхностные океанские воды не только поглощают дневной свет и тем самым создают в глубинах тьму, несравнимую даже с самой темной ночью; очевидно, и сенсорные адаптации у обитателей глубин подчиняются совершенно иным законам. Не вводит ли люминесценция незаметные для нас ограничения, вероятно связанные с химической реакцией, при которой энергия почти полностью выделяется в виде света, совсем не превращаясь в тепло? Здесь, в морских глубинах, мы встречаем рыб, кальмаров и ракообразных с их удивительными люминесцентными органами. Все они плотоядные животные — профессиональные приспособленцы, которые охотятся друг за другом или поедают опускающиеся к ним сверху трупы. Очень часто рты и желудки этих рыб могут необыкновенно растягиваться, позволяя им заглатывать таких животных, которые превышают их размерами своего тела. В холодных плотных слоях воды перерывы между приемами пищи длятся днями или даже неделями. Почему же при такой огромной потребности в пище и таком большом разнообразии люминесцирующих органов у этих глубоководных охотников не появилось настоящих прожекторов? После того как человек подчинил себе огонь, сколько еще времени понадобилось ему, чтобы, загородив ладонью слабый огонек горящей веточки, использовать его при ночной охоте? Где же люминесцентные органы, равнозначные зажженной спичке или направленному лучу фонарика?

Правда, многие люминесцентные пятна на теле животных так же тусклы, как и цифры на светящемся циферблате наручных часов. Они не могли бы служить фонариками, на какой бы части тела животного они ни находились. Однако есть люминесцентные органы, которые обладают достаточной силой, и для доказательства этого надо лишь в темной комнате посадить на газетный лист обыкновенного светлячка. При каждой вспышке света возле всего тельца насекомого, кроме головы, видны напечатанные слова. А ведь сигнал светлячка довольно прост, у этого насекомого нет линз, концентрирующих энергию в узкий пучок света. Каждый раз, когда в особых клетках животного соединяются два сложных химических вещества, излучается свет. Он проходит через прозрачные окошечки в нижней стенке брюшка, и его интенсивность увеличивается благодаря существованию зеркального слоя, покрывающего верхнюю часть люминесцентного органа.

Морские ракообразные и рыбы обладают гораздо более совершенными системами люминесценции. У большей части из этих систем имеется зеркальная задняя стенка, многие снабжены прозрачными линзами. Некоторые системы напоминали бы шахтерскую лампочку, освещающую предметы в поле зрения, если бы не то, что люминесцентные органы возле глаз животных обычно либо слишком слабы, либо излучают свет в тех направлениях, в которых глаз уже не может видеть. У некоторых ракообразных, напоминающих креветок, люминесцентные органы расположены на глазах-стебельках таким образом, что любое движение стебелька и глаза сопровождается изменениями в направлении света. Известно, однако, что никто из этих животных не использует свои люминесцентные органы как прожекторы, для того чтобы найти жертву или рассмотреть ее перед нападением.

При исследовании глубоководных животных ученые с удивлением обнаружили, что у некоторых рыб люминесцентные органы светят им, по-видимому, прямо в глаз. Выиграет ли зрение от тусклого света фитилька, подобного тому, который применяют в устройствах, сжигающих газ? Многие органы чувств реагируют на стимулы, каждый из которых не адекватен, если они накладываются один на другой в короткий промежуток времени. Подобно тому как огромные льдины подчас формируются из накапливающихся из года в год остатков нерастаявшего снега, нервная система может накапливать подпороговые сигналы, из которых возникает ощущение. Если глубоководное животное посылает почти незаметный свет в собственные глаза, когда мимо него проплывает какое-то слабо светящееся существо, которое может стать добычей, то этот свет скорее всего поможет животному раздобыть пищу.

Несмотря на миллиарды светлячков, пойманных детьми, и светлячков, истертых в порошок химиками, которые пытались побольше узнать о соединениях, рождающих свет, тайна животной люминесценции, маня и поддразнивая нас, остается неуловимой, как блуждающий огонек. Хочется сделать вывод, что немногочисленные животные, которые используют люминесцентные органы для поисков себе пары или для общения друг с другом, представляют исключение, а во всех других случаях люминесценция играет такую же малую роль для животных, как и для бактерий или грибковых растений. Тем не менее мы продолжаем исследовать новые факты, связанные с люминесценцией, и искать нечто такое, что даст нам удовлетворительное объяснение видимого нами света.