Как животные ощущают скрытую от нас реальность

Свет чувствуют многие живые существа. На звук реагируют некоторые. Электрические и магнитные поля ощущают немногие избранные. Но химические вещества улавливают, пожалуй, все без исключения. Даже бактерия, состоящая из одной-единственной клетки, способна отыскивать пищу и избегать опасности, повинуясь молекулярным подсказкам из внешнего мира.

Еще бактерии умеют подавать свои собственные химические сигналы для коммуникации друг с другом, запуская инфекции и производя другие согласованные действия, только когда бактерий скапливается достаточно много. Эти сигналы, в свою очередь, считываются и эксплуатируются вирусами-бактериофагами, у которых явно имеется химическое чутье, хотя они и представляют собой создания настолько простые, что ученые до сих пор не решили, считать ли их живыми.

Таким образом, химические вещества — это древнейший и универсальнейший источник сенсорной информации. Они присутствуют в умвельтах с начала существования самих умвельтов и при этом входят в число самых труднообъяснимых их составляющих.

Ученым, занимающимся зрением и слухом, работается сравнительно легко. Световые и звуковые волны можно описывать с помощью таких четких количественных параметров, как яркость и длина волны, ну или громкость и частота. Направьте мне в глаз световую волну длиной 480 нм — и я увижу синий цвет. Издайте звук частотой 261 Гц — и я услышу ноту «до» третьей октавы.

В области запахов такой предсказуемости попросту не существует. Число различных возможных одорантов практически бесконечно. Для их классификации ученые обращаются к таким субъективным понятиям, как интенсивность и приятность, которые можно оценить, только спросив у человека. Что еще хуже, у нас нет надежных способов спрогнозировать по химической структуре молекулы, как эта молекула пахнет — и пахнет ли она вообще^*.

Пока я писал эту книгу, Собель со своей научной группой разработал метод, анализирующий пахучие молекулы по 21 признаку и выводящий на этой основе единственное число. Чем ближе эти показатели у любых двух молекул, тем больше сходства между их запахами. Это, конечно, не совсем прогнозирование запаха по химической структуре, но уже кое-что — возможность предугадать запах на основании сходства с другими запахами. 

Тем не менее многие животные легко и непринужденно разгадывают обонятельные головоломки без всякой спецподготовки в области химии или нейронауки. Их носы безраздельно властвуют над этой бесконечностью. Как же им это удается?

Основные принципы прояснились в 1991 г., когда свое революционное открытие совершили Линда Бак и Ричард Аксель. В работе, за которую в 2004 г. получат Нобелевскую премию, эти двое описали большую группу генов, кодирующих обонятельные рецепторы — белки, которые первыми распознают пахучие молекулы^*.

Выше мы говорили об этих рецепторах применительно к собакам, но в действительности они составляют основу обоняния у всех представителей животного царства. Скорее всего, обонятельные рецепторы узнают «свои» молекулы точно так же, как розетки разного типа узнают каждая свой вариант штекера^**.

Когда рецептор захватывает молекулу, его нейрон отправляет сигнал в обонятельный центр мозга, и животное воспринимает запах. Но подробности этого процесса по-прежнему туманны. На все огромное разнообразие вероятных одорантов никаких отдельных рецепторов просто не хватит, а значит, восприятие запаха должно обеспечиваться комбинацией срабатывающих обонятельных нейронов.

Если срабатывает одна группа, вы наслаждаетесь чарующим ароматом роз. Если срабатывает другая, вы морщите нос от вони рвотных масс. Такой код наверняка существует, но его природа пока почти не разгадана.

Кроме того, обонятельные рецепторы разных людей иногда различаются, причем довольно резко. Например, ген OR7D4 кодирует рецептор к андростенону — химическому веществу, которое определяет запах нестираных носков и несвежего тела. Большинству людей эти запахи кажутся отталкивающими. Но для отдельных везунчиков, унаследовавших немного отличающуюся версию OR7D4, андростенон пахнет ванилью.

Это лишь один рецептор из сотен, и все они существуют в разных формах, создавая для каждого из нас собственный, слегка персонализированный умвельт. Вполне вероятно, что все мы обоняем мир немного по-своему. И если одному человеку настолько трудно представить обонятельный умвельт другого, представьте, каково приходится разным видам.

К любым попыткам сравнить обоняние одного животного с другим нужно относиться скептически. Мне многократно попадалось утверждение, что у слона обоняние в пять раз острее, чем у бладхаунда, но что это вообще значит? Что слон различает в пять раз больше химических веществ? Чувствует те же вещества, но при пятикратно меньшей концентрации? С пятикратно большего расстояния? Помнит запахи в пять раз дольше?

Подобные сравнения всегда будут несостоятельными, потому что обоняние разнообразно и его обычно нельзя измерить количественно. Поэтому, вместо того чтобы спрашивать, насколько хорошее у того или иного вида обоняние, лучше поинтересоваться, насколько важно обоняние для этого животного и для чего оно ему служит.

У самцов мотылька, например, обоняние очень точно настроено на половые аттрактанты, выделяемые самками. Благодаря перистым антеннам с длинными ворсинками насекомые улавливают эти одоранты за много километров и, трепеща крыльями, устремляются к их источнику. Их жизнь подчинена обонянию настолько, что самцы бражника, которым ученые пересаживали антенны самок, начинали вести себя как самки, то есть принимались выискивать по запаху не партнерш для спаривания, а места для кладки.

Обоняние у них просто потрясающее — свидетельство тому их абсолютная неистребимость. Но служит им это потрясающее обоняние лишь для ограниченного ряда задач. Мотыльков иногда называют «дронами, летящими на запах», и это не преувеличение.

У взрослых самцов многих видов отсутствует даже ротовой аппарат: освободившись от необходимости питаться, они проводят свой короткий век в полете, в поиске — и в спаривании. Их поведение настолько примитивно, что их ничего не стоит обмануть и направить по ложному следу. Имитируя запах самок мотыльков, пауки-боладоры заманивают самцов в гибельную засаду, а крестьяне — в ловушки.

Однако так обстоят дела не у всех насекомых — некоторые обращаются с запахами куда более замысловато.

Леонора Оливос-Сиснерос вытаскивает из шкафа в своей нью-йоркской лаборатории большой герметично закрывающийся контейнер и приподнимает крышку — под ней шевелится масса темно-красных крапинок. Это муравьи. Если конкретнее — Ooceraea biroi, неприметный их вид, отличающийся от большинства собратьев повышенной коренастостью и, что необычно, отсутствием в колонии царицы и самцов. Все особи там — самки, и все способны размножаться, копируя себя.

Сейчас в контейнере копошится около 10 000 таких самок. Большинство образовали своими телами что-то вроде импровизированного гнезда, в котором они укрывают личинки. Остальные снуют вокруг в поисках пищи. Оливос-Сиснерос кормит их другими муравьями, в том числе эскамолесом — личинками гораздо более крупного вида, которые она привозит из Мексики.

Ooceraea biroi настолько малы, что сосредоточить взгляд на отдельном муравье очень трудно. Под микроскопом их разглядывать проще — и не только за счет увеличения, но и потому, что Оливос-Сиснерос их красит. Вооружившись энтомологической булавкой, она твердой рукой ставит на спинках муравьев желтые, оранжевые, лиловые, синие и зеленые метки. Это индивидуальный цветовой код, по которому их будет отслеживать система автоматических камер. Но и на глаз распознавать раскрашенных муравьев оказывается проще.

Я то и дело замечаю, как один постукивает другого утолщенными кончиками антенн. Это действие, которое обозначается прелестным термином «антеннинг», у муравьев выступает эквивалентом обнюхивания. Именно так они анализируют химические вещества на теле друг друга и отличают собратьев по колонии от чужаков. Обычно эти муравьи живут под землей и зрение у них полностью отсутствует. «Зрение не задействовано никак, — сообщает мне Дэниел Кронауэр, руководитель лаборатории. — Коммуникация у Ooceraea biroi целиком и полностью химическая».

Химические вещества, которые при этом используются, называются феромонами — это важный термин, хотя зачастую и превратно понимаемый. Он обозначает химические сигналы, с помощью которых передаются сообщения между представителями одного и того же вида. Бомбикол, позволяющий самкам мотыльков привлекать самцов, — это феромон, а углекислый газ, влекущий ко мне комаров, — нет.

Кроме того, феромоны — это стандартизированные сообщения, смысл и порядок применения которых для всех представителей данного вида одинаковы. Все самки шелкопряда выделяют бомбикол, все самцы шелкопряда на него откликаются. Но одоранты, которые отличают запах одного человека от другого, феромонами не являются.

Поэтому сколько ни проводи феромонных вечеринок, на которых «находящиеся в активном поиске» нюхают друг у друга одежду, и ни выпускай «духов с феромонами», рекламируемых как афродизиаки, но существование феромонов у человека по-прежнему остается под вопросом. Пока не найдено ни одного, хотя поиски ведутся не первое десятилетие^*.

Муравьиные феромоны — совсем другое дело. Их много, и муравьи находят им разное применение в зависимости от свойств. Летучие вещества с низким молекулярным весом используются для организации больших групп рабочих муравьев, способных быстро навалиться на добычу, или для мгновенного объявления тревоги.

Стоит раздавить голову одному муравью — и рассеявшиеся в воздухе феромоны в считаные секунды направят его оказавшихся поблизости собратьев в бой. Вещества среднего молекулярного веса, разлетающиеся медленнее, используются для маркировки следов.

Найдя пищу, рабочие оставляют дорожки из меток, которые указывают собратьям путь к кормовому участку. Чем больше рабочих снует по маршруту, оставляя такие метки, тем сильнее след, а когда кормовой участок начинает истощаться, след слабеет. Муравьи-листорезы чуют такой свой феромон в настолько микроскопических дозах, что одного миллиграмма хватило бы, чтобы трижды опоясать муравьиной дорожкой всю нашу планету.

И наконец, самые тяжелые химические вещества, которые почти не попадают в воздух, обнаруживаются на поверхности муравьиного тела. Эти вещества, называемые кутикулярными углеводородами, служат идентификационными бейджами.

Они нужны муравьям, чтобы отличать представителей своего вида от остальных, собратьев по колонии от чужаков, царицу от рабочих. Кроме того, царицы с помощью своих феромонов препятствуют размножению рабочих или помечают непокорных подданных, которых нужно покарать.

Власть феромонов над муравьями настолько велика, что под их влиянием насекомые могут совершать во вред себе самые нелепые действия, несмотря на наличие других относящихся к делу сенсорных сигналов. Красные муравьи заботятся о гусеницах бабочек-голубянок, не имеющих ни малейшего внешнего сходства с личинками муравьев, но зато пахнущих в точности как личинки.

Муравьи-легионеры, повинуясь указаниям феромонов, будут двигаться по дорожке из химических меток, даже если она замыкается сама на себя: сотни насекомых так и будут маршировать по этой «спирали смерти», пока не умрут от истощения^*.

Констатировать смерть сородича многим муравьям тоже помогают феромоны: когда легендарный биолог Эдвард Уилсон мазал живых муравьев олеиновой кислотой, собратья принимали их за трупы и тащили на участок, отведенный колонией под свалку отходов. И неважно, что «живой труп» активно отбрыкивался, — главное, что он пах как мертвый.

«Мир муравьев — это бурный процесс непрерывной передачи друг другу феромонов, — говорил Уилсон. — Мы его, конечно, не видим. Мы видим только множество крошечных рыжих созданий, беспорядочно снующих туда-сюда, однако за этой картиной скрываются целеустремленность, координация и коммуникация». И все это основано на феромонах.

Именно эти пахучие вещества дают муравьям возможность восторжествовать над индивидуальностью и действовать как суперорганизм, сплетая усилия не подозревающих об этом отдельных особей в сложное трансцендентное поведение. Именно они превращают муравьев-легионеров в несокрушимое войско, аргентинских муравьев — в строителей суперколоний длиной в несколько километров, а муравьев-листорезов — в фермеров, выращивающих грибы.

Муравьиная цивилизация — одна из самых впечатляющих на нашей планете, и, как писала когда-то исследовательница этих насекомых Патриция д’Этторре, «их гений, конечно, сосредоточен в антеннах».

Проведенное Кронауэром исследование Ooceraea biroi проясняет, как мог возникнуть у муравьев этот гений. Муравьи — это, по сути, семейство высокоспециализированных ос, которое появилось от 140 до 168 млн лет назад и быстро перешло от одиночного образа жизни к крайней форме общественного, по дороге заметно нарастив свой арсенал генов обонятельных рецепторов — тех самых, благодаря которым они улавливают пахучие вещества. Если у дрозофил таких генов насчитывается 60, а у медоносных пчел — 140, то у большинства муравьев их 300–400, а у Ooceraea biroi — рекордные пять сотен^*.

Почему? Вот три подсказки. Первая: треть обонятельных рецепторов у Ooceraea biroi обнаруживается только с тыльной стороны антенн — на той поверхности, которой муравьи касаются друг друга во время ощупывания-антеннинга. Вторая: эти рецепторы специально предназначены для распознавания тяжелых феромонов, которые муравьи «носят» как идентификационные бейджи. Третья: все эти 180 (или около того) рецепторов произошли от одного-единственного гена, который раз за разом дуплицировался примерно в тот период, когда древние муравьи переходили от одиночного существования к созданию колоний.

В совокупности эти факты позволили Кронауэру предположить, что все эти дополнительные мощности должны были помогать муравьям точнее опознавать своих собратьев. Тем более что при опознании они не просто ориентируются на отсутствие или присутствие одного феромона, но оценивают соотношение концентраций нескольких десятков таких феромонов. Это трудоемкие вычисления, но именно они лежат в основе всех остальных действий муравьев. Приумножив обонятельный потенциал, они обрели средства для управления своими сложными обществами.

Особенно отчетливо зависимость муравьев от обоняния проявляется, если лишить их этого чувства. Когда Кронауэр заблокировал у Ooceraea biroi ген под названием orco, продукт которого необходим рецепторам, чтобы распознавать свои целевые молекулы, муравьи-мутанты стали вести себя совершенно не по-муравьиному.

«Они с самого начала были какие-то не такие, — рассказывает мне Леонора Оливос-Сиснерос. — Это просто бросалось в глаза». Они не пытались идти по феромонному следу. Они игнорировали препятствия, которые всегда останавливали обычных муравьев, — например, линии, прочерченные маркером.

Игнорировали личинок, о которых в обычном состоянии были обязаны заботиться. Игнорировали колонию как таковую и днями напролет разгуливали сами по себе, а когда все-таки случайно забредали в муравейник, сеяли там хаос.

В частности, на ровном месте выделяли феромоны тревоги, повергая сородичей в беспричинную панику. «Они не подозревают, что вокруг другие такие же муравьи, — пояснял Кронауэр. — Они их просто не чувствуют». Их остается только пожалеть. Муравей без обоняния — это муравей без колонии, а муравей без колонии уже практически не муравей^*.

Муравьи — наверное, самый яркий пример могущества феромонов, но далеко не единственный. Самки омаров мочатся прямо в «лицо» самцам, соблазняя их половым аттрактантом. Самцы мышей выделяют вместе с мочой феромон, который придает другим компонентам их запаха особую привлекательность для самок.

Это вещество называется дарсин — в честь мистера Дарси, главного героя романа Джейн Остин «Гордость и предубеждение» (Pride and Prejudice). Орхидеи вида офрис паукообразный приманивают для опыления самцов пчел, имитируя пчелиные феромоны -аттрактанты.

Как писал когда-то Эдвард Уилсон, «нас повсюду, особенно на природе, окутывают густые облака феромонов. Они выделяются в виде капелек весом в миллионные доли грамма и могут переноситься примерно на километр». Эти специализированные послания и правят всем животным царством, от самых крохотных его представителей до гигантов.

_{Отрывок из книги Эда Йонга «Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность». М.: Издательство Альпина нон-фикшн, 2024.}