Александр Городницкий - Тайны и мифы науки. В поисках истины
В наших опытах, которые проводились на биологической станции на Куршской косе, принимали участие биологи из Института рыбного хозяйства и океанографии В.А. Ходоровский и С.И. Глейзер. Испытуемыми были мальки европейского угря. Этот угорь населяет прибрежные воды Европы от Скандинавии до Гибралтара. Живет он обычно от 6 до 19 лет в пресной речной воде больших и малых рек. Затем взрослые половозрелые угри уходят на нерест в далекое Саргассово море, пересекая весь Атлантический океан по неизменному маршруту – с северо-востока на юго-запад. Как они ухитряются не сбиваться с пути и строго держать намеченный курс? Не зависит ли их ориентация в пространстве от земного магнитного поля? А если зависит, то как? Иначе говоря, могут ли рыбы ориентироваться по магнитному полю Земли?
Для опытов отобрали мальков, особей длиной около 10 сантиметров. Мы должны были определить влияние геомагнитного поля на их ориентацию в воде, а также определить, наблюдаются ли суточные ритмы в поведении рыбы, в ее двигательной активности. Другими словами, есть ли у угрей биологический компас и биологические часы. Опыты проводились в специальном огромном аквариуме-лабиринте, который сверху напоминает пчелиные соты. Он состоит из семи шестигранных секций, стенки которых образуют каналы, сходящиеся по три в один узел. Таким образом, рыба, двигаясь по любому из каналов, непременно окажется в узле, и ей придется выбирать один из двух других каналов, расположенных под одинаковыми углами к первоначальному пути. Если есть какой-то внешний фактор, подсказывающий рыбе, куда повернуть – направо или налево, то она повернет именно туда, а если нет, то выбор поворота окажется случайным. А это значит, что рыба пройдет все каналы лабиринта примерно одинаковое число раз. При этом все 24 канала, распределенные равномерно по площади лабиринта, параллельны трем осям, лежащим в плоскости под углами 120 градусов друг к другу.
Задача состояла в том, чтобы зафиксировать, сколько раз в определенный отрезок времени в каждый из трех каналов (а от каждого узла их отходит только три) заплывает рыба. Все случаи суммировались, и полученные величины сравнивались между собой. Если на рыбу не влияют никакие внешние факторы (запах, тепло или звук), то в каждом канале она должна побывать примерно равное число раз. Лабиринт именно так и устроен: ни свет, ни тепло, ни звук в него не проникают. Если в этих условиях есть различие в частоте появления рыбы в разных каналах, значит, на нее что-то действует извне, какой-то постоянный фактор. Таким единственным постоянным фактором является земное магнитное поле, которое должно быть однородным. Если магнитное поле меняется вдоль каждой оси, то число заплывов угря в каждый из трех каналов не изменится. Это характерное свойство лабиринта дает своеобразный внутренний контроль для экспериментов. Лабиринт устроен так, чтобы определить действие на угря лишь постоянных силовых полей. Планируя этот эксперимент, необходимо было заранее посчитать, сколько времени угорь должен находиться в лабиринте, чтобы запись его пути была наиболее достоверна. Сразу фиксировать направление движения угря или дать ему освоиться? В какой момент рыба проявит самую уверенную ориентацию? Для ответа на эти вопросы провели несколько опытов.
С момента запуска угря в лабиринт счетчик регистрировал частоту его появления на каждой из трех осей и через каждые пять минут делалась отметка времени. Угорь в лабиринте двигался непрерывно до «ночной» остановки, которая у разных угрей наступала в разное время. Десятки тысяч опытов позволили установить, что в первые пять минут пребывания в лабиринте угорь четко ориентировался по направлению запад – восток. Затем это направление сглаживалось. Создавалось впечатление, что угорь сначала «определяется» по магнитному полю Земли, а потом ведет себя сообразно новой обстановке. Если действительно на движение угря влияет геомагнитное поле, что же происходит в отсутствие этого поля?
Для компенсации земного магнитного поля лабиринт-аквариум с рыбами помещали в деревянный каркас, обмотанный медным проводом, так называемыми кольцами Гельмгольца. Проходя через обмотки такой катушки, электрический ток создавал индуцированное магнитное поле, обратное по направлению магнитному полю Земли. Так достигалась компенсация, при которой внешнее магнитное поле было равно нулю. Как только угорь появлялся в лабиринте, в течение первых пяти минут фиксировались его заплывы во все каналы. Для этого применяли специально разработанные методы подсчета, использующие расчет биноминального распределения случайных величин. Каждый цикл проводился с 24 различными особями.
Результаты опытов показали, что без влияния магнитного поля Земли вероятность появления балтийского угря на всех осях примерно одинакова. В то же время в магнитном поле Земли число перемещений угрей в направлении северо-восток – юго-запад намного больше, чем число их перемещений в других направлениях. Достоверность такого перемещения составляет 95 %. Вместе с тем частота появления угрей в направлении северо-запад – юго-восток значительно меньше средней. С той же степенью достоверности можно утверждать, что угри в симметричном лабиринте выбирают направление северо-восток – юго-запад и избегают направления юго-восток – северо-запад.
То, что эта разница в направлениях вызвана именно влиянием геомагнитного поля, наглядно подтверждается полным отсутствием направленного движения угря при его компенсации. В этом случае все направления относительно сторон света для угря становятся равноценны. Следовательно, магнитное поле Земли играет важную роль в ориентации европейского угря в океане. Это весьма интересное утверждение, в свою очередь, ставит перед учеными множество других вопросов. Например, если рыба чувствует магнитное поле, то какие различия в напряженности и в направлении геомагнитного поля она может воспринимать как разные? Иначе говоря, различает ли европейский угорь географические широты по их магнитным характеристикам?
Опыты, проведенные в Калининграде и Ленинграде, показали, что рыбы способны вводить «поправку на широту». Калининградские угри предпочитали путь с северо-востока на юго-запад, а ленинградские упорно выбирали направление северо-северо-восток – юго-юго-запад. Получается, что угорь, как опытный штурман, пользуется специфической тонкой компасной системой, различающей даже небольшие расхождения в широте. И совершенно естественным выглядит стремление рыбы выбрать преимущественное направление с северо-востока на юго-запад, совпадающее с направлением миграции в сторону Саргассова моря. Обращает на себя внимание, что эта способность наблюдается уже у мальков. Мальки угря появляются на свет, снабженные компасом для дальнего океанского плавания. Поэтому можно говорить о генетически закрепленной способности к ориентации в магнитном поле Земли, которая передается от одного поколения угрей к другому.
Во время эксперимента на побережье Балтийского моря под Калининградом был также поставлен вопрос о том, как влияет на ориентацию угря в магнитном поле время года, время суток, температура воды и ее состав. Одинаково ли ориентируются голодные и сытые рыбы? Казалось бы, что разные эти условия должны были бы повлиять на ориентацию угрей в геомагнитном поле, но наблюдения этого не подтвердили, – ничего не мешало упорному компасному чутью упрямых мореплавателей. Ну, а раз у животного, рыбы или птицы есть компас, то должны как будто быть и часы, ведь время и пространство неразрывно связаны. И еще один интересный вопрос: не влияют ли на двигательную активность угря суточные вариации магнитного поля?
Чтобы ответить на этот вопрос, специалисты Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН предприняли попытку выявить временные ритмы двигательной активности угрей. Наблюдались периоды бодрствования, сна и активного движения рыб в течение суток. Угрей запускали в лабиринт в первые пять минут каждого часа и регистрировали все их движения. Через три дня опыт повторили. Сравнивая поведение рыбы за несколько суток, ученые выявили определенные ритмы с периодом в одни сутки. Существование суточного цикла позволило предположить, что природа снабдила угрей своеобразным «часовым механизмом». В то же время суточные вариации магнитного поля никакого влияния на двигательную активность рыб не оказали.
Таким образом, эксперименты показали, что рыбы имеют все, что необходимо моряку в океане: магнитный компас и часы. И хотя проблема навигации животных и, в первую очередь, рыб еще далека от своего разрешения, от этого она не становится менее привлекательной. Попытка решить ее на основе изучения геофизических полей в будущем может дать совершенно неожиданные результаты…
Как над этим научный ни трудится люд,Не разгадана тайна земная:Рыбы знают, куда в океане плывут,А подводная лодка не знает.Из Саргассова моря плывут они к нам,Без особых притом приключений,Пролагая свой путь по магнитным полям,И, возможно, по полю течений.
Под тяжелым покровом морской синевы,В океане – от Оста до Веста,Ни один командир не сумеет, увы,Не всплывая, найти свое место.Под поверхностью водной, где чаячий гам,И волны серебристой изгибы,Рыба жизнь в своем брюхе несет к берегам,А подводная лодка – погибель.
От науки устав, пожилой и седой,Почему, догадался я все же,Рыба может свой путь отыскать под водой,А подводная лодка не может.Потому что в краю, где отлив поутруИ туманами бухты одеты,Будет рыба метать золотую икру,А подводная лодка – ракеты.
Стоит ли есть рыбу из Балтийского моря?
