10. Часы пчел

10. Часы пчел

Выдающийся энтомолог Карл Фриш получил всеобщее признание научного мира за эксперимент, который ему долго не удавалось провести. Известный биолог, профессор Флоридского университета А. Карр писал:

Одним из ярких событий в зоологической науке нашего столетия явилось открытие Карлом Фришем солнечного компаса у пчел. Веками людей удивляла поразительная прямолинейность полета пчел от улья до источника нектара и обратно[12]. Блестящая работа Фриша показала, что пчелы выдерживают эту прямолинейность благодаря своей ориентации по солнцу с учетом его перемещения в разное время дня. Свои выводы он увенчал совершенно поразительной картиной короткого танца, которым пчелы рассказывают о местонахождении обнаруженного ими источника корма. В темноте улья на вертикальной поверхности сота пчела описывает круг, пробегая по нему то в одном, то в другом направлении и по его диаметру. Угол, образованный между диаметром, пробегаемым пчелой, и вертикалью, указывает, куда лететь. Все, что требуется от других пчел, — это перевести картину танца на плоскость так, чтобы вертикаль совпадала с направлением от улья на солнце, тогда диаметр круга укажет направление взятка. С течением дня угол между искомым направлением полета пчелы и направлением от улья на солнце меняется. Пчела, исполняющая танец, знает это и соответственно уменьшает угол утром или увеличивает его во второй половине дня.

Таким образом, пчелы могут пользоваться солнцем как компасом. Это открытие было одним из наиболее важных за все время исследований в области ориентации животных. А то, что оно заключало в себе еще и другое открытие — как пчелы передают друг другу информацию, — невероятное совпадение.

Поражает, что свое открытие Фриш сделал одновременно с открытием Крамером солнечного компаса у птиц, тем более что ученые не имели ни малейшего представления о работе друг друга. Как это получилось, понять нетрудно. Оба они были биологами, но биологами совершенно различных специальностей: Крамер был орнитологом, а Фриш энтомологом. Поэтому и задачи у них были разные. Крамер, изучая навигацию у птиц, открыл солнечный компас, из чего следовал непреложный вывод, что птицы могут измерять время. Фриш же, глубоко убежденный в том, что у пчел развито «чувство времени», и пытаясь выяснить, каким образом они им пользуются, обнаружил, что пчелы обладают солнечным компасом. Так два ученых пришли к одному выводу на основе наблюдений над разными явлениями.

Как ни странно, но вывод Фриша последовал из эксперимента, который по воле обстоятельств ему долгое время приходилось откладывать.

Еще в Мюнхене он узнал об интересных наблюдениях Фореля и Буттель-Реепена: пчелы прилетают за пищей только в те часы, в которые они привыкли находить ее. Работавшая под руководством Фриша студентка Белинг тщательно выполненными экспериментами показала, что пчелы не только удивительно точно следуют своему времени в нормальных условиях, но, что еще более важно, их чувство времени сохраняется при постоянном освещении, температуре, влажности и концентрации электрических зарядов в атмосфере.

Способность верно отсчитывать время можно объяснить либо тем, что часы пчел являются полностью внутренним механизмом, не требующим никаких сигналов извне, либо тем, что ими управляет какой-то доселе неизвестный фактор окружающей среды.

Этот фактор должен иметь правильную суточную периодичность, соответствующую периоду вращения Земли, и, кроме того, он должен быть всепроникающим, поскольку его влияние ощущается не только внутри обычных лабораторных зданий, но и на глубине двухсот метров под землей (как показали эксперименты Валя по изучению действия космического излучения).

Был необходим эксперимент, который бы помог раз и навсегда сделать выбор между внутренней и внешней природой чувства времени у пчел.

Фриш начал со строгого логического анализа всех имеющихся у него фактов. Если он действительно столкнулся с какой-то неизвестной формой излучения, она должна иметь суточную периодичность, связанную с суточным вращением Земли, и, следовательно, соответствовать видимому перемещению солнца. А значит, размышлял Фриш, с переходом из одного часового пояса в другой интенсивность такого излучения должна обязательно меняться.

Следуя логике своих рассуждений, Фриш вдруг совершенно четко представил себе тот самый эксперимент, который мог дать однозначный ответ на его вопрос.

Он обучит группу пчел искать пищу в определенный час по местному времени. Затем этих пчел в специальных контейнерах, где можно поддерживать постоянные условия, он погрузит на трансатлантический лайнер, отплывающий на запад. Если пчелы в своем поведении будут придерживаться старого расписания, то их пунктуальность обусловливается работой внутренних часов, а если время кормежки будет сдвигаться по мере пересечения временных поясов, значит, решающую роль в их чувстве времени играет внешний фактор, изменяющийся со сменой временного пояса.

Подготовившись к этому эксперименту, Фриш погрузил на корабль контейнер с пчелами и подробно проинструктировал студентку, которая согласилась пересечь океан, как вести наблюдения за пчелами во время путешествия.

Даже такому сдержанному человеку, как Фриш, трудно было дождаться дня, когда он сможет приступить к изучению записей, которые привезет его ученица. Но она ничего не сделала, потому что все путешествие невероятно страдала от морской болезни.

А потом началась вторая мировая война. И эта тема была на долгое время отложена. Как оказалось — к лучшему. Когда много лет спустя Фриш вернулся к этому эксперименту, самолеты уже регулярно летали из Парижа в Нью-Йорк и исходная схема эксперимента могла быть улучшена. Но прежде необходимо было провести опыт, который помог бы ответить на вопрос, действительно ли пчелы вносят поправку на перемещение солнца по небосводу.

План Фриша был очень прост. Обучить группу пчел (меченных цветным шеллаком) посещать пахнущую анисовым маслом кормушку к западу от улья. Затем перенести пчел в закрытом улье на другое место и поставить вокруг него четыре одинаковые кормушки — на западе, севере, востоке и юге. У каждой кормушки будет находиться наблюдатель, который должен учитывать появляющихся пчел и уничтожать их (чтобы исключить возможность передачи информации).

Для своего первого «эксперимента с перемещением улья» Фриш избрал местечко Бруннвинкль. Там за несколько дней он обучил меченых пчел находить кормушку, стоящую в двухстах метрах к западу от улья. Путь пчел пролегал между домами, через лес и над заливом.

Затем сентябрьским утром 1949 года (до начала летного времени пчел) он перенес улей на большое ровное поле, находившееся примерно в пяти километрах от Бруннвинкля. Пчелы на этом поле прежде никогда не бывали. С четырех сторон, строго по компасу были установлены четыре кормушки, каждая на расстоянии двухсот метров от наблюдательного улья. Когда наблюдатели устроились на своих местах у кормушек, Фриш дал сигнал открыть улей. Было 8.25 утра.

Сам он находился у западной кормушки, сидя па легком складном стуле. Первая пчела появилась через 20 минут после того, как открыли улей. По его собственному признанию, он с удивлением увидел, как за ней стали прилетать другие пчелы. К концу первого часа появилось 10 пчел, к концу второго — 8, а в течение третьего, последнего часа — всего 2 пчелы. Таким образом, западную кормушку, то есть ту, к которой они были приучены в Бруннвинкле, посетило 20 пчел.

Что же увидели другие наблюдатели?

Рис. 35. Наблюдательный улей Карла Фриша.

Крышка с правой стороны улья снята, чтобы можно было видеть его внутреннюю часть. На передней поверхности улья показан леток.

У северной кормушки побывала всего 1 пчела, у восточной — тоже 1, а у южной — 5 пчел. Таким образом, из 27 зарегистрированных пчел 20 прилетели к западной кормушке. Несколько озадачивали те 5 пчел, которые прилетели к южной кормушке, но Фриш подозревал, что в этом повинен легкий южный ветер, возможно донесший до улья запах анисового масла. Результаты эксперимента привели к совершенно однозначному выводу: полеты пчел направляются солнцем; пчелы несомненно вносят поправку на его перемещение, поскольку во время их последних тренировочных полетов к кормушкам около Бруннвинкля солнце находилось на западе, а наутро в открытом поле — на юго-востоке.

Другую группу пчел Фриш подверг более серьезному испытанию: они обучались в совершенно незнакомой для них местности под Мюнхеном всего один день. Открыли улей незадолго до полудня, а к середине второй половины дня пчелы уже находили кормушку, расположенную на расстоянии ста восьмидесяти метров на северо-запад. В 8 часов вечера улей закрыли — к этому времени пчелы успели потренироваться всего около четырех часов.

Рис. 36. Эксперимент с перемещением улья. Наблюдательный улей ставили в двух разных точках на расстоянии 22 километров друг от друга. 29 июня 1952 года (слева) кормушка (К) была поставлена в 180 м к северо-западу от наблюдательного улья (Ну). 30 июня 1952 года (справа) четыре кормушки (К1, К2, К3, К4) были размещены в 180 м от улья. У K1 появилось 15 пчел, у К2 — 2, у К3 — 0 и у К4 — 2 пчелы.

На следующее утро до вылета пчел он перевез улей еще за двадцать километров, в места с совершенно иным пейзажем. Теперь вместо леса с густым травяным покровом на восток от улья простиралось большое озеро, вокруг было пустынно и неприветливо. Кормушки были размещены следующим образом: одна на северо-запад от улья (направление, в котором дрессировали пчел накануне), а три другие в трех равноотстоящих по компасу точках. Чтобы еще больше запутать пчел, он повернул улей под прямым углом к положению, в котором тот был во время дрессировки пчел.

Смогут ли пчелы после одного-единственного дня обучения правильно выбрать направление полета в другом месте и в другое время дня? Не все пчелы справились с этим заданием. Из 30 меченых пчел, обучавшихся накануне, 11 не смогли найти ни одной кормушки за трехчасовой период (с 7.15 до 11.15 утра).

Однако из 19 особей, нашедших за это время кормушки, 15 сразу же полетели в правильном северо-западном направлении, 2 уклонились на 90° вправо, 2 — на 90° влево, и ни одна не улетела в противоположном направлении.

Итак, приходит к выводу Фриш, нет сомнения, что пчелы находят нужное им направление по положению солнца, учитывая его перемещение в течение дня. Солнце является для них настоящим компасом.

И снова возникает вопрос, ориентируются ли пчелы во времени с помощью внутренних часов или под влиянием каких-то внешних факторов?

Фриш, безусловно, не мог не учитывать влияния таких факторов, как атмосферное электричество и космические лучи, но в процессе тщательных экспериментов отмел эти факторы один за другим.

Если поиски некой внешней силы как фактора, задающего время, окажутся безрезультатными, то надо искать какие-то внутренние ритмы в самом организме пчел.

А не следует ли подумать о суточном ритме чувства голода? Пчелы обучаются чрезвычайно быстро, а заучивая, например, что цветки гречихи выделяют нектар только по утрам, они очень скоро именно в это время начинают испытывать голод. Логично предположить, что голод и заставляет их направляться на поля гречихи?

Однако Фриш и его сотрудники считают такое объяснение маловероятным. Прежде всего, пчелы-сборщицы не питаются непосредственно нектаром. Они просто собирают его в так называемый зобик, который представляет собой расширение пищевода, и, вернувшись в улей, передают другим пчелам, и те уже превращают его в мед. И вообще пчелы питаются медом, а не нектаром. Причем поглощать мед из своего зобика они могут когда угодно, но только не во время сбора нектара. Наконец, пчелы едят и пыльцу, которая составляет белковую часть их пищи, а наличие пыльцы на растениях никак не связано по времени с выделением нектара.

И все же, несмотря на маловероятность такого предположения, Фришу не хотелось отвергать мысль о роли голода без проверки. Результаты проведенного эксперимента показали, что чувство времени у пчел не зависит от суточного ритма чувства голода.

Рис. 37. Камера, которой пользовался Макс Реннер для обучения пчел (в Париже) и проведения опыта (в Нью-Йорке). Оборудование камеры состояло нз ламп для освещения (а), второго прозрачного потолка (б), геометрических фигур (в), улья (г), термометра и реле (д), электронагревателя (е), корытца с пыльцой (ж), регулятора влажности (з), лоточка с водой (и), кормежного столика (к). Реннер находился около кормежного столика.

Поскольку проводившиеся до сих пор исследования внутренних и внешних факторов дали только отрицательные результаты, пришло время провести более общий эксперимент. И Фриш обратился к тому опыту, который был когда-то сорван из-за морской болезни его студентки, тем более что к 1955 году трансатлантические перелеты стали обычным делом.

Цель опыта оставалась прежней — выяснить, сохранится ли старое «расписание» у пчел, обученных вылетать за пищей по европейскому времени, после перевозки их в США. Макс Реннер, один из сотрудников Фриша, взял на себя выполнение программы эксперимента, а Фриш провел всю необходимую подготовку.

Основное оборудование состояло из двух одинаковых камер для пчел, которые обеспечивали своих обитателей на все время эксперимента постоянными условиями освещения, температуры и влажности. Эти помещения были немногим более двух метров в ширину, около трех метров в высоту и пяти метров в длину. Кроме столика с ульем, в каждой камере находились совершенно одинаковые корытца с пыльцой, кормушки, лоточки для питья и стул для наблюдателя (естественно, возле кормежного столика). Стены были разрисованы одинаковыми геометрическими фигурами, служившими ориентирами для пчел.

Наконец, в Париже, в один из июньских дней 1955 года Реннер начал дрессировать в такой камере группу из 40 пчел: они получали сахарный сироп с 20.15 до 22.15 по парижскому времени. Придя к заключению, что его пчелы достаточно обучены, и упаковав их в ящик, Реннер вылетел с ними в Нью-Йорк. Менее чем через сутки после того, как они покинули Париж, пчелы были помещены в аналогичную камеру, которая стояла в Американском музее естественной истории.

Как они ответят на заданный вопрос? Подлетят ли к кормушке ровно через 24 часа после последней подкормки в Париже? Или выждут пятичасовую разницу во времени между Парижем и Нью-Йорком, чтобы получить сигнал от какого-то внешнего фактора, действующего по нью-йоркскому времени?

«Пчелы ответили на поставленные им вопросы быстро и совершенно недвусмысленно, — писал позднее Реннер. — В 15.15 по местному, нью-йоркскому, времени, то есть ровно через 24 часа после последней подкормки в Париже, первые пчелы вышли из улья и принялись летать по камере, будто ничего не изменилось.

Результаты этого эксперимента, так же как и обратного (пчел, обученных в Нью-Йорке, переправляли в Париж), дали ясный ответ на вопрос о природе временной ориентации пчел: обученные пчелы-сборщицы сохраняют свой 24-часовой ритм независимо от внешних влияний, связанных с суточным ритмом. Пчелы обладают внутренними часами, которые управляют организмом пчел».

Нельзя не восхищаться исключительно успешным завершением экспериментов. Но Фриш далек от мысли считать природу пчелиных часов окончательно выясненной. Подводя итоги своей полувековой работы с пчелами, он говорит:

«Нельзя сказать, что мы раскрыли последнюю тайну их чувства времени. Нет. Наука движется вперед, но медленно. Не в этом ли ее извечная привлекательность? Не устали ли бы мы от нее, если бы она слишком быстро раскрывала свои тайны?»