Борис Сергеев - От амёбы до гориллы, или Как мозг учился думать

Математическая одаренность животных пока изучена плохо. Возможно, поэтому она выявлена у очень немногих зверей и птиц. Оказывается, собаки могут не только участвовать в цирковых фокусах, для чего им совсем не обязательно обладать математическими способностями, но действительно умеют вполне прилично считать. Это удалось узнать, непосредственно «заглянув» в собачий мозг. В настоящее время в физиологических лабораториях наиболее распространенным способом выведать тайны мозга является изучение его биоэлектрических реакций. Для этого каждому животному вживляют в мозг по нескольку электродов — тоненьких серебряных или нихромовых проволочек в надежной изоляции. Слабенькие электрические реакции мозга усиливает и записывает на бумаге специальный прибор — осциллограф. Его пять — десять, а то и пятнадцать писчиков вычерчивают на быстро бегущей бумажной ленте замысловатые зигзаги, регистрируя величину электрических потенциалов в том месте мозга, где находятся кончики каждого из электродов. Обычно, когда собака спокойна, писчики вырисовывают вязь мелких неприметных зубчиков. Но вдруг хлопнула дверь, вспыхнул свет. Наконец, просто кошка пробежала перед носом оторопевшего пса, и тотчас писчики отметят увеличение электрической активности мозга, на бумаге возникнут высокие зубцы. Однако пройдет минута-другая, собака успокоится, смирится с присутствием кошки, и электрические реакции ее мозга постепенно войдут в привычное русло. Ученые обычно не ограничиваются изучением электрических реакций спокойного, бездеятельного мозга, а дают ему какую-нибудь психическую нагрузку, серию коротких световых вспышек или звуков и записывают ответные реакции мозга до тех пор, пока животное не привыкнет к новому раздражителю и его мозг не перестанет на него реагировать. Обычно используют длинные серии и совершенно не заботятся о том, чтобы количество вспышек было всегда одинаковым. Когда впервые начали применять короткие серии с постоянным числом раздражителей, ученых ожидал сюрприз. При изучении электрических реакций мозга на короткую серию из пяти одинаковых звуков было обнаружено, что уже после нескольких ее применений только первый звук серии сохранял способность вызывать сильную электрическую реакцию. На второй, третий и четвертый звук электрическая реакция становилась незначительной, писчики осциллографа вырисовывали крохотные зубцы. Собственно, так и должно было произойти, это подмечали и раньше. Неожиданной оказалась реакция на пятый звук. Она опять значительно возрастала. Почему так происходит, ученым пока не понятно. Интересно другое. Если пятый звук всегда вызывает значительную электрическую реакцию, значит, собачий мозг каждый раз подсчитывает звуки. Попробовали применить серии из другого количества раздражителей — тот же результат. Если их было три, писчик на третий звук чертил большой зубец, если десять — на десятый. Значит, собака способна считать, и, смотрите, не до шести-семи, как галки и попугаи, а даже до десяти. В общем, это понятно, собаки должны быть умнее птиц. Самые развитые животные нашей планеты, несомненно, — обезьяны. Американский ученый X. Фестер решил выяснить, какие из них могут получиться математики, способны ли они осуществлять точную количественную оценку окружающих предметов. В его лаборатории жили шимпанзе Деннис, Элизабет и Марджи. Обезьянам было по три года. Для шимпанзе это уже юношеский возраст, самая пора для школьных занятий. Из трех учеников сносные математические способности обнаружились лишь у Денниса и Марджи. Элизабет за систематическую неуспеваемость пришлось сначала оставить «на второй год», а затем и вовсе исключить из школы. Занятия в обезьяньей школе сводились к тому, чтобы научить шимпанзят подсчитывать количество нарисованных предметов: кружочков, треугольников, квадратиков и «записывать» результат подсчета. Почему-то Фестер решил, что десятичная система чисел, которой обычно пользуемся мы, будет слишком сложна для обезьян, и решил обучить их двоичной системе, на которой осуществляют математические операции электронно-счетные машины. В двоичной системе лишь две цифры — 0 и 1,— потому ее и называют двоичной. Первоклассники уже через несколько недель отлично пишут палочки и нолики. Обезьян этому научить трудно. Пришлось прибегнуть к хитрости. Шимпанзят научили зажигать и гасить лампочки. Зажженная лампочка означала единицу, выключенная — ноль. Вот как выглядят числа в двоичной системе и в «записи» обезьян с помощью горящих и выключенных лампочек. На рисунке горящие лампы обозначены светлыми кружочками, выключенные — черными.

В обезьяньей школе было пять классов. В первом классе шимпанзе учились узнавать числа и пользоваться ими. На парте перед обезьяной размещены три группы лампочек, по три лампы в каждой. Выключателей к ним здесь нет, они в кабине экспериментатора. Ученый включает одну, две или три лампочки средней группы, а потом точно такую же комбинацию набирает для одной из боковых групп, а для другой подбирает иную, новую комбинацию. Теперь нажатием ручки общего рубильника ученый подает ток на среднюю группу, и заранее включенные лампочки загораются. Остальные два рубильника у обезьяны на парте. С их помощью она должна подать ток на лампочки правой и левой групп, а когда они зажгутся, сравнить их с лампочками средней группы и выбрать ту, которая с ней совпадает. Она останется гореть, другую обезьяна должна выключить. За правильное решение задачи ученице давали пищу. Чтобы шимпанзе учились прилежнее, их кормили только во время урока: сколько заработают, столько еды и получат. Во втором классе обезьянам объясняли связь между количеством предметов и числом, записанным с помощью двоичной системы. Теперь на парте вместо средней группы лампочек появлялась картинка с нарисованными кружочками, квадратиками или треугольниками. Нажимая на рубильники под боковыми группами, обезьяны зажигали заранее подготовленные комбинации лампочек, то есть как бы записывали два числа, а потом должны были выбрать из них то, которое соответствовало числу предъявленных картинок. В третьем и четвертом классах шимпанзе обучали составлять числа, зажигая и гася каждую лампочку по отдельности. Наконец, в старшем классе их учили считать предметы на картинке и «записывать» их число, составив его, зажигая по отдельности соответственно расположенные лампы.

Шимпанзе считали предметы так, как это делают очень маленькие дети, дотрагиваясь до каждого из них пальцем. Затем, зажигая и гася расположенные на парте лампы, они «записывали» соответствующее число. Обезьяна имела возможность проверить правильность решения. Когда число предметов было «записано», она нажимала еще на один выключатель. Если задача была решена правильно, над картинкой вспыхивала лампочка. Убедившись, что задание выполнено, обезьяна отправлялась получать заработанную порцию пищи. Обучение шимпанзе шло трудно и длилось долго. Однако в результате Деннис и Мардже благополучно закончили пятый класс, научившись считать до семи. Большему их не учили. Весьма вероятно, что они могут сосчитать и гораздо большее число предметов. Таким образом, зачатками математических способностей обладают многие животные. Лабораторные исследования убедили ученых, что они действительно способны производить оценку количества самых различных предметов. Интересно, часто ли им приходится пользоваться своим дарованием, когда они живут в лесу.

По мере продвижения вверх по эволюционной лестнице животные нашей планеты умнели. Этот процесс кажется абсолютно закономерным и не вызывает удивления. Действительно: если бы психика животных не совершенствовалась, откуда бы взялась та основа, на которой формировался человеческий ум? И для самих животных умнеть было выгодно, умным легче выжить, чем глупым. Другое дело — развитие художественного вкуса. Кажется, зачем он им. Между тем самые различные животные постоянно демонстрируют нам, что они не чужды пониманию прекрасного. Можно не сомневаться, что многие из них обладают определенными музыкальными способностями, а некоторые обнаруживают задатки художников. Мелодичные, чарующие песни птиц делают нашу северную холодную и неласковую весну по-настоящему праздничным временем года. Было бы, однако, величайшей ошибкой считать, что в них отражен восторг певца перед весенним расцветом природы или его любовью к избраннице. Песни птиц имеют вполне определенное, но куда более прозаическое предназначение. Это широковещательное заявление о претензиях певца на земельную собственность для гнездового участка и недвусмысленное предупреждение возможным соперникам, что владения будут самоотверженно защищаться. Песня — открытая угроза соседям, но как красиво она выражена! Второе предназначение песни — привлечь на занятый участок самку, поддержать контакт с подругой. Если птицы живут в густых зарослях, они могут видеть друг друга, только когда находятся совсем близко. Однако птицы нередко поют и осенью, уже покинув собственную территорию, на пролете, на зимовке и почти круглый год в тесной клетке у какого-нибудь любителя птичьего пенья. Тут уж трудно придумать какой-нибудь иной повод для вокальных упражнений, кроме собственного удовольствия. У каждого вида птиц своя песня, а умение петь врожденное. Однако чем сложнее исполняемая птицей мелодия, тем дольше приходится учиться, чтобы она получалась правильно и красиво. Лучшие певцы, несомненно, дроздовые. Среди этого талантливого семейства на Евразийском континенте наибольшую славу приобрел певчий дрозд и, конечно, соловей, а в Америке — дрозд-отшельник, обитатель горных мексиканских лесов. У этих птиц особенно заметно, насколько песня стариков совершеннее, чем у молодых неопытных самцов. Интересно, что юные певцы выбирают себе для подражания наиболее талантливых исполнителей, прекрасно отличая их песнь от напевов таких же молодых и еще не умелых птиц или вокалистов средней руки. Если двух певцов, опытного и начинающего, содержать в одной комнате, плохой будет совершенствоваться, но никогда не бывает, чтобы хороший певец перенял несовершенную песнь своего молодого соседа. Издавна пение птиц высоко ценилось любителями. Хороших певцов держали дома в клетках. С незапамятных времен существовало искусство обучения певцов. В качестве учителей используют наиболее опытных старых исполнителей и птиц других видов, чьи элементы песни хотят включить в репертуар будущего артиста. В птичьих школах подготавливали молодых птиц для продажи и давали уроки «приходящим» ученикам. В старой России такса за обучение достигала с пяти рублей в час, а хорошие соловьи стоили до двух тысяч рублей. Имеет ли у птиц какое-нибудь значение качество вокального исполнения? Оказывается, имеет. У многих перелетных птиц первыми на север возвращаются самцы. Не теряя времени даром, они занимают гнездовую территорию и коротают время, поджидая прилета самок. Уже давно было замечено, что самки любого возраста, и старые, и молодые, предпочитают старых самцов. Именно у солидных, немолодых кавалеров, а значит, и опытных певцов, быстрее всего образуются пары. Отчасти это происходит потому, что супруги хотя и летели на север порознь, но здесь, дома, вновь восстанавливают семью. А то, что у молодых самцов не сразу появляются подруги, раньше неправильно объясняли тем, что им достаются плохие гнездовые участки и самки не соглашаются жить в такой никудышной усадьбе. Действительно, самки очень осмотрительны и придирчиво относятся к выбору участка. Он должен располагать надежным укрытием для гнезда и обеспечить детей достаточным количеством корма, но все-таки первым критерием при выборе жениха является его песня. Самки охотнее откликаются на призыв самцов с самой красивой песней, и только если его участок или он сам чем-то не понравились, с сожалением прекращают знакомство и отправляются на поиски нового жениха. О высоких вокальных талантах птиц говорит умение некоторых из них петь дуэтом. У нас на Дальнем Востоке в бассейне таежной реки Бикини живет очень редкая и таинственная птица — рыбный филин. Первые сведения о жизни этих удивительных существ добыл ленинградский орнитолог и неутомимый путешественник Ю. В. Пукинский. Весной в сумерки пара рыбных филинов, усевшись где-нибудь по соседству, затягивает унылую мелодию: «худ-ыыы-гуу-уу-гыы-ыы-ыы». Первый и третий «куплет» этой песни поет самец, второй и четвертый — самка. Такой дуэт, когда партнеры поют по очереди, называют антифональным пением. Среди любителей подобных дуэтов наибольшей известностью пользуется полтора десятка видов африканских сорокопутов, из которых особенно приятной, хотя и очень короткой песенкой обладают птицы-колокольчики. Сорокопуты способны образовывать трио, квартеты и даже квинтеты. Дуэт обычно исполняется самцом и самкой, а трио и квартеты включают самцов с соседних участков или взрослых, но еще не отлученных от семьи детей. Хозяева участка не только не возмущены непрошеными подпевалами, а, наоборот, помогают им вклиниться в дуэт. Интересная особенность антифонального пения птиц — очень точное соблюдение интервалов между песнями партнеров. Вокалисты выдерживают их с феноменальной точностью, ошибаясь лишь на три, максимум на пять миллисекунд. Когда образуется поющее трио или квартет, дополнительные партнеры так же строго соблюдают интервалы между партиями, как и основные певцы. Если семейную пару разлучить, та птица, которая осталась на старой территории, поет одна, исполняя обе партии, и тоже соблюдает установленные интервалы. Другие любители дуэтов поют полифонально, то есть одновременно. В этом случае оба партнера исполняют одновременно каждый свою песню, а если она у них одинакова, тогда поют ее в унисон. Интересная особенность дуэтного пения заключается в том, что им увлекаются непременно супруги, причем только тех видов птиц, у которых браки заключаются на всю жизнь. Эти птицы обычно живут в густых зарослях или, как рыбные филины, поют только в темноте. Как ни красиво дуэтное пение, оно предназначается не для услаждения слуха, а для поддержания постоянного контакта между супругами, когда они не могут видеть друг друга. Там, где обитают эти птицы, такая чащоба, что трудно даже обнаружить вторжение на свою территорию соперника, видимо, потому они так охотно соглашаются на образование трио: сразу становишься в курсе, где находится твой сосед. Второе назначение дуэтов — дать партнерам возможность договориться о том, что пора обзаводиться детьми, пора строить дом. В тропиках — а большинство птиц, поющих дуэтом, живет в жарких странах — нет ни весны, ни лета. Ничто не торопит супругов приступить к строительству гнезда, и взаимное обсуждение семейных проблем им нужнее, чем жителям умеренных широт и севера. Сложность и красота птичьего пения дают нам право предполагать, что птицы способны к эстетическому восприятию своих вокальных произведений. Оно основывается на одинаковой с нами положительной оценке гармоничности песен и нелюбви к диссонансам. Среди птиц особенно много певцов, но это не значит, что представители других классов совсем не любят пения. Есть отличные певцы среди насекомых. Звуковые органы лучше всего развиты у представителей отряда прямокрылых, у саранчовых, кузнечиков и сверчков, а также у цикад. Правда, насекомых правильнее считать не певцами, а музыкантами. Саранча «играет на скрипке», используя свои надкрылья как виолончель и водя по ее струнам «смычком» больших прыгательных ног. Кузнечики и сверчки извлекают звуки трением своих крыльев, на которых находятся специальные приспособления. Насколько важна для них возможность музицирования, можно судить по тому, что у некоторых саранчовых большие ноги используются не для прыганья, а только для производства звуков, а у кузнечиков крылья превратились в музыкальный инструмент и больше не годятся для полета. Лучшими музыкантами среди насекомых, несомненно, являются американские зеленые кузнечики, полевые и домовые сверчки. Прекрасным исполнителем является солончаковый сверчок. Его научное название — сверчок сладкозвучный. Шумны и надоедливы концерты цикад, особенно тропических. Многие ругают этих насекомых, называют их назойливыми. Но вот пестициды сделали свое дело, в Крыму по ночам стало тихо, все реже удается услышать пение цикад, а жаль. Прелестная южная ночь потеряла частичку своего очарования. Среди квакш, лягушек и жаб почти нет молчаливых созданий. Безусловно, не все певцы обладают одинаковой музыкальной одаренностью. Весенние концерты наших лягушек многие считают однообразными. Существует и другое мнение. Видный американский герпетолог Арчи Карр утверждает, что песня многих тропических лягушек прелестна, полна оптимизма, скрытого смысла и гораздо выразительнее пения птиц. Возможно, ученый слегка увлекся, однако, действительно, голоса американской жабы и некоторых древесных квакш звучат на редкость мелодично. Они похожи на звон бубенчиков, звуки свирели, звучание флейты. Весело звенит в период размножения голос ателопа Штельцнера. Немало любителей держат дома лягушек ради их песен. Голос японской веслоногой лягушки напоминает пение птиц. Хорошие певцы на рынках Токио стоят немалых денег.