Помоги проекту - поделись книгой:
Кеннет Катания
Искусные адаптации
Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции
Посвящается Лиз – моей идеальной читательнице, лучшей подруге, сообщнице и матери волков
Kenneth Catania
GREAT ADAPTATIONS
Copyright © 2020 by Princeton University Press
Published by arrangement with
Russian Edition Copyright © Sindbad Publishers Ltd., 2023
© Издание на русском языке, перевод на русский язык, оформление. Издательство «Синдбад», 2023
Пролог
Если вы спросите меня, за что я так люблю свою работу, я сразу вспомню первую сцену фильма «Принцесса-невеста». В ней дедушка (Питер Фальк) навещает больного внука (Фред Сэвидж) и хочет почитать ему книгу. Мальчик скептически спрашивает, есть ли там что-нибудь о спорте. «Шутишь? – отвечает герой Питера Фалька. – Битвы, пытки, месть, погони, великаны, монстры, исчезновения, настоящая любовь, чудеса!» О биологии, которой посвящена эта книга, я могу сказать то же самое. Однако здесь есть и кое-что еще: удары током, зомбирование, хитроумные уловки и древние легенды! С настоящей любовью, правда, трудновато; но я бы сказал, что это упущение сполна компенсируется красотой животных, которых я старательно фотографировал (снимки представляю на ваш суд). Возможно, мне не стоило бы обещать вам и чудеса – в конце концов, я все-таки ученый. И все же, если и существует одно слово, подходящее для описания моих эмоций от процесса открытия и от тех историй, которые я собираюсь рассказать, – это слово «непостижимо».
Я вовсе не преувеличиваю. Я тысячи часов провел за изучением мозга и поведения самых необычных животных и считаюсь специалистом в этой области. И всякий раз, исследуя новый вид и выдвигая предположения, что и как это животное умеет, я ошибаюсь. Ошибаюсь в лучшем смысле слова: животные всегда оказываются способны на нечто гораздо более неожиданное и интересное, чем я думал.
Эта книга – мой личный список неожиданных и интересных открытий, которые мне удалось совершить за свою карьеру. Эти открытия представлены в хронологическом порядке, начиная с моих первых шагов в Смитсоновском национальном зоопарке в Вашингтоне. Я работал там еще в студенчестве: ловил и изучал загадочных кротов-звездоносов – маленьких млекопитающих с мясистыми розовыми отростками вокруг носа. Как и в любой таинственной истории, на пути к отгадке было множество ложных шагов и тупиковых направлений, но все это лишь подогревало мое любопытство. Что представляет собой звезда и для чего она нужна? Как и почему такая экстравагантная структура развилась в процессе эволюции? После множества неудачных попыток ответить на эти вопросы я сдался. Но как детектив, которого не отпускает нераскрытое дело, я вернулся к звездоносу в магистратуре, где мы с моим научным руководителем и другими учеными в итоге разгадали эту тайну. Мы сделали множество потрясающих открытий, связанных с мозгом и поведением звездоноса, не говоря уже о том, что описали вероятные пути и причины эволюции звезды. А попутно я обнаружил, что у нас, людей, есть пара удивительных общих черт со звездоносами.
Благодаря звездоносам я полюбил разгадывать загадки биологии и изучать самые неожиданные адаптации. Эти животные вдохновили меня на исследование других необычных созданий: щупальценосных змей, болотных бурозубок, электрических угрей, а также зомбирующих паразитоидов – и даже людей с их магическими, на первый взгляд, ритуалами. И представьте себе – электрические угри, например, оказались одними из самых недооцененных существ на планете! С учетом того, какими мифами окружены эти рыбы, способные вырабатывать электричество напряжением в сотни вольт для защиты или нападения, казалось бы, что тут можно было недооценить? Веками считалось, что животному с таким смертоносным арсеналом не требуются изощренные уловки, но оказалось, что ток – это только половина уравнения. Вторая его половина – это, скажем так, «способ доставки». Хитроумные действия угря позволяют ему использовать электричество так, что по эффективности оно может сравниться с оружием из научной фантастики. (Поверьте, я испытал это на себе.) Этот пример показывает, что даже животные, которых мы изучаем столетиями, полны сюрпризов. А еще он преподает научный урок: причудливые анатомические структуры дают основания ожидать и причудливого поведения.
Разумеется, в этой книге есть много чего еще. Если вам интересно узнать о хищнике, устраивающем засаду так, будто он способен предсказывать будущее, или о самых эффективных способах спастись от превращения в зомби – читайте дальше. Каждый из описанных здесь видов – удивительное творение эволюции. Но изучение этих животных позволяет не только детально описать их адаптации, хоть они и прекрасны сами по себе. Как одна картина в музее может многое рассказать нам о художнике, так отдельные системы адаптаций позволяют понять общие принципы поведения животных, организации их мозга, а также развития и эволюции. Это важная и зачастую недооцениваемая научная идея.
Объясню эту мысль на примерах. Базовое представление о том, как нервные клетки мозга проводят сигналы, было получено при изучении кальмаров, у которых в процессе эволюции развились гигантские нервные волокна, позволяющие спасаться от хищников бегством с необычайно высокой скоростью. Результатом исследования стал серьезный прорыв в понимании принципов работы мозга всех животных (и Нобелевская премия его авторам[1]). Механизм передачи сигналов между нервными клетками посредством электрических синапсов был выявлен при изучении обычных речных раков. Нейроны этих животных проводят сигналы очень быстро, но из пятой главы этой книги вы узнаете, что такой скорости не всегда хватает для спасения от хищника. В свою очередь, яды хищников, например змей и улиток, стали потенциальными источниками лечебных средств. Лекарства на основе некоторых ядов уже используются для купирования хронической боли, а составы многих других ядов сегодня исследуют для возможного применения при инсульте и онкологических заболеваниях. Даже упомянутый выше электрический угорь уже не раз двигал науку. На рубеже XVIII и XIX веков он вдохновил итальянского ученого Алессандро Вольту на изобретение батарейки, а спустя много лет именно электрический угорь помог выделить ключевую молекулу для практически всей мышечной активности в организме – ацетилхолиновый рецептор. Продолжать можно до бесконечности. Короче говоря, куда ни ткни, всюду найдется важное научное достижение, ставшее результатом изучения самых разных животных, которые приспособились к тем или иным условиям. Дело в том, что все животные играют по одним и тем же правилам эволюции. И в результате нас окружает то, что Ричард Докинз назвал «самым грандиозным шоу на Земле». Одна из моих целей – показать вам несколько потрясающих номеров из этого шоу.
Но у меня есть и другая цель. Я надеюсь, что из этой книги читатель узнает что-то новое не только о ее прекрасных героях, но и о процессе научного открытия. Мой интерес к тайнам не уникален, он – часть человеческой натуры. Не столь важно, где появилась необычная звезда – на небе или на морде крота, – важно то, что все необычное и нестандартное всегда служит своего рода приманкой, заставляющей присмотреться. Со временем я понял, что важна не таинственность или уникальность сама по себе, а именно пристальный взгляд. Я говорю об этом потому, что чаще всего самое интересное в животном как раз не бросается в глаза в начале исследования. Более того, по моему опыту, даже самые простые на первый взгляд виды способны совершать нечто удивительное (помните об этом, когда будете читать о «примитивной» землеройке, «обыкновенном» кроте или рядовом таракане). Каждый эксперимент напоминает мне разглядывание чего-то в бинокль. Вы видите что-то вдалеке и берете бинокль, чтобы рассмотреть получше. Но вы никогда не знаете, что именно окажется в фокусе и что еще попадет в ваше поле зрения.
Сегодня студент-биолог может отнестись к этим рассуждениям скептически: как-никак, ученые уже веками «всматриваются» в биологические системы. Откуда в наши дни взяться новым открытиям? Отчасти ответ заключается в том, что я называю чудесами современных технологий. Иными словами, бинокли стали
И тут мы подходим к еще одной причине появления этой книги. За время исследований у меня было столько приключений! Но вы никогда не узнаете о них из научных статей с описанием результатов. Ученые пишут в стиле Спока из «Звездного пути», излагая факты от третьего лица, используя пассивный залог и не допуская эмоций. Для этого есть веские основания: в научной литературе описание должно быть емким, а стиль – единообразным. Но такой текст создает неверное представление о работе ученых. Он не отражает ни предысторию исследования, ни ощущение чуда, которое испытывает ученый, когда тьма неведения рассеивается и природа раскрывает свои тайны. Поэтому еще одна моя цель – поделиться этими переживаниями. Надеюсь, мне удастся изменить ваше представление о том, как совершаются открытия и каково это – проводить исследование. А еще я очень надеюсь, что, познакомившись с несколькими замечательными животными, вы убедитесь, что природа гораздо интереснее, чем мы можем себе представить, и ею нужно дорожить.
1
Тайна звезды
«Загадка, завернутая в тайну и помещенная внутрь головоломки», – так в 1939 году Уинстон Черчилль описал непостижимые закулисные действия советского правительства. Но этими же словами вполне можно описать и крота-звездоноса, одно из самых необычных животных, которое когда-либо ступало по Земле, а точнее – рыло в ней тоннели. В звездоносе странно буквально все: это крот, но он любит плавать; несмотря на высокую скорость обмена веществ, он обитает в самых холодных областях Северной Америки и не впадает в спячку; всю свою жизнь он роется в грязи, которая совершенно не липнет к его блестящей шерстке; среди его врагов – совы, ласки и другие хищники, но для поддержания популяции ему достаточно производить потомство всего один раз в год. У него необычные для крота зубы, а передние лапы напоминают лопаты с когтями. Но самое удивительное – то, что не дает отвести от него взгляд, – это нос. Если когда-нибудь вам повезет встретиться со звездоносом, не стесняйтесь и разглядывайте в свое удовольствие: все равно он вас не увидит.
Я просто обожаю этих животных, и они сыграли огромную роль в моей научной жизни. Оглядываясь назад, я поражаюсь тому, как часто я преодолевал трудности только благодаря случайным встречам и удаче. Некоторые из таких случаев я опишу в этой книге, поскольку они имеют прямое отношение к моим открытиям в области поведения животных, эволюции и нейробиологии. Ученый должен уметь выводить закономерности из самых необыкновенных частностей, и исследование анатомии звездоноса – яркое воплощение этого тезиса. Крот почти слеп, но его изучение привело к более глубокому пониманию устройства зрительной системы и мозга млекопитающих. И хотя его звездообразный нос кажется совершенно уникальным, он помогает выявить взаимосвязи между развитием и эволюцией и напоминает, что иногда недостающие эволюционные звенья можно обнаружить… прямо под носом. Изучая это удивительное создание, я научился многим вещам. Я научился быть ученым. И нет никаких сомнений, что именно звездонос привил мне любовь к разгадыванию биологических загадок.
Для начала надо бы объяснить, что вообще побудило меня заняться маленьким кротом со странной мордой. Проведу аналогию с математикой. В математике есть легендарные нерешенные задачи. Самые известные из них – так называемые задачи тысячелетия. Если вы первым решите любую из этих семи задач[2], то получите миллион долларов, не говоря уже о славе и признании. В биологии все не так, потому что не всегда понятно, в чем именно состоит задача, и редко бывает только один правильный ответ. И все же звездонос остается нерешенным биологическим «уравнением» с момента его первого описания в начале XIX века. Это живое, дышащее воплощение вопроса – точнее, множества вопросов. Что такое звезда? Дополнительная лапа, рецептор – или и то и другое? Она нужна, чтобы копать, чтобы нюхать – или для каких-то экстравагантных брачных игр? Почему такой звезды нет ни у одного другого млекопитающего? Как она сформировалась в процессе эволюции? Как она формируется в процессе внутриутробного развития? Какие способности она дает кроту, если вообще дает? Биологи задавали эти вопросы на протяжении многих десятилетий. Чтобы найти ответ, не нужны глубокие познания в области математического анализа или дифференциальных уравнений. Но нужен звездонос, а вот его найти не так-то просто.
Магия числа три
Итак, с чего же начались мои отношения со звездоносом? Как это часто бывает, тут нити тянутся из детства. Сколько себя помню, родители поощряли мою одержимость животными всех видов и размеров. Приведу всего два примера из тысячи. Как-то раз пропал мой домашний американский уж, и я не мог его найти, как ни старался. А через несколько дней мы обнаружили его в папином аквариуме поедающим гуппи. Вскоре после этого сбежала и моя крысиная змея длиной больше метра – прямиком под бок отдыхающей маме. Конечно, змея просто искала тепла. Родители оставались совершенно невозмутимы. Вернуть обеих змей в клетки меня попросили тем же тоном, каким напомнили бы поставить молоко в холодильник. Да, мне очень повезло.
Первое знакомство со звездоносом произошло, когда родители купили нам с братом книгу «Странные животные» (
Это раннее воспоминание пригодилось мне, когда я столкнулся со звездоносом во второй раз. Я тогда проходил интенсивное обучение, определившее всю мою карьеру: мне было десять лет, а учебной аудиторией служили леса, ручьи и озера Колумбии, штат Мэриленд. Я постоянно искал живых существ, уже окончил курс по насекомым и переключился на змей с черепахами, а дополнительно специализировался на кристаллах кварца. В тот день я шел в поисках кристаллов по берегу ручья, перепрыгивая на каждый обнаженный участок песка или камней в надежде увидеть сверкающие грани. И вдруг прямо в центре россыпи битого кварца я увидел трупик маленького животного, практически выставочный экспонат. Это был он – самый странный из странных, крот-звездонос со всеми его мясистыми наростами на морде. Я был потрясен. Не мертвым животным – нет, это в лесу обычное дело. Меня поразил тот факт, что существо, занимавшее почетное место среди экзотических обезьян, удивительных летучих мышей и гигантских муравьедов, обитало практически у нас на заднем дворе.
Я рассказал о своем чудесном открытии маме, и мы взяли ее справочник по млекопитающим. Первым делом я проверил ареал обитания звездоноса. Не то чтобы я мог его с кем-то перепутать, но в глубине души я надеялся оказаться первооткрывателем. Только представьте себе новостные заголовки, если бы до этого звездоноса видели лишь в дождевых лесах Амазонии! Оказалось, что этот крот обитает на востоке Северной Америки, от Дымчатых гор в штате Теннесси на юге до восточных районов Канады на севере (это, похоже, было их любимое место). Штат Мэриленд целиком входил в ареал, так что сенсации не вышло. Я очень удивился тому, что это похожее на мышь животное вовсе не грызун: кроты и землеройки относятся к другому отряду – так называемым насекомоядным[3]: они питаются насекомыми и другими беспозвоночными. Я также узнал, что звездоносы предпочитают болотистые места и ведут полуводный образ жизни, то есть плавают и ныряют в водоемах, охотясь за добычей. Вот почему я нашел звездоноса посреди ручья: крот не упал в воду и не утонул, как я сначала подумал. Он жил (и, по-видимому, погиб) в воде. В общем, я добавил это новое существо в свой список наблюдений и с тех пор всегда был начеку, особенно когда осматривал заболоченные участки выше по течению. Но тот звездонос так и остался единственным найденным мною в Колумбии.
Третья встреча произошла, когда я был студентом и изучал зоологию в Мэрилендском университете. При всей очевидности выбора специализации я столкнулся с проблемой: не так много курсов посвящалось разнообразию животных или их поведению – и уж совсем мало было возможностей работать с животными напрямую. Я откровенно скучал. Пытаться сосредоточиться на чем-то скучном – это как сидеть на диете: надолго вас не хватит.
Кроме того, меня отвлекала уж
Примерно в это время мой отец познакомился с доктором Эдвином Гульдом, главным куратором отдела млекопитающих Смитсоновского национального зоопарка в Вашингтоне. Их встреча была не случайной: мой отец – профессор психологии, специализирующийся на обучении (докторскую степень он получил под руководством известного психолога Берреса Скиннера), и его пригласили на неформальную встречу исследователей поведения животных, где был и доктор Гульд. Тогда он как раз искал волонтера для ухода за животными, а при наилучшем раскладе – и для помощи в проведении исследований в зоопарке. Работать предстояло только с одним млекопитающим – звездоносом.
Львы, тигры и кроты
Представляю, как впечатлился бы студент юридического факультета, будучи приглашенным на собеседование перед стажировкой в величественную штаб-квартиру фирмы с именами партнеров, высеченными над входом. Антураж моего собеседования был совершенно иным, но для начинающего биолога спуск в тайные комнаты зоопарка под вольером с тиграми и львами стал моментом исключительной важности. Меня встретили у входа и по круговому коридору провели в кабинет, расположенный практически под землей, с выходящими в вольер окнами под потолком. Доктор Гульд представился и предложил мне присесть на диван напротив его стола. Я не мог не обратить внимания на то, что окна, за которыми должны были виднеться дикие кошки, были закрыты кусками черного картона. Доктор Гульд верно истолковал мой взгляд и пояснил: «Трудно сосредоточиться на работе, когда вместо этого можно смотреть на зверей».
Возможно, дело и правда было в этом. Но вскоре после собеседования я узнал, что не так давно в Хьюстонском зоопарке амурский тигр пробил окно, вытащил через него смотрителя и убил его1. Смотритель рано пришел на работу, поэтому нападения никто не видел. Предполагают, что тигр среагировал на движение в окне и атаковал.
Доктор Гульд никогда не упоминал об этом инциденте. Мы сосредоточились на мелких млекопитающих, которые не пытались нас съесть. Они жили в отдельном павильоне. Доктор Гульд гордился тем, что Смитсоновский зоопарк – единственный в мире, где есть звездоносы. Сложность заключалась в том, что звездоносы живут всего несколько лет и не размножаются в неволе, то есть популяцию нужно было постоянно пополнять извне (не только ради коллекции, но и для исследований).
«Я умею их ловить, но у меня нет времени, – объяснил доктор Гульд. – Есть один парень, Билл Макшей, он ловил их в Пенсильвании и привозил сюда, но сейчас он тоже слишком занят. Проблема в том, что найти звездоносов очень сложно. Нужно уметь распознавать места их обитания и находить их тоннели».
Когда я рассказал ему, как нашел мертвого крота, у него тут же загорелись глаза. Он тоже жил в Колумбии и хорошо знал эти места. Мы сравнили наши «полевые заметки», и, хотя мои были всего лишь воспоминаниями десятилетнего ребенка, я точно помнил, где обнаружил звездоноса и как выглядела среда его обитания. А еще я прочесал болота выше по течению и нашел там пятнистых черепах. (Тогда я еще не знал, что в Мэриленде звездоносы и пятнистые черепахи часто живут бок о бок.)
Вероятно, я получил работу именно из-за той истории. Пусть я и не нашел тогда еще одного крота, но точно приложил больше усилий и подобрался ближе к цели, чем любой другой мальчишка десяти лет. Так что при должной тренировке я вполне мог бы его поймать – правда, уже не в Колумбии, потому что так хорошо изученные мною болота попали под застройку. Ближайшим многообещающим местом выглядел север Пенсильвании. Если бы мне удалось наловить там кротов, чтобы потом наблюдать за ними в зоопарке, да еще и проводить исследования, я, так сказать, убил бы одним выстрелом трех зайцев.
Я был взбудоражен не только перспективой работы в поле: намечался еще и исследовательский проект, тема которого звучала как что-то из области научной фантастики. Как специалист по млекопитающим, доктор Гульд всегда интересовался загадочной кротовьей звездой, и у него родилась одна гипотеза. Что, если звезда – нечто вроде радара, распознающего электрические поля? Поначалу мне это казалось невероятным. Но потом он рассказал мне об электрорецепции, и я понял, что у животных существуют особые чувства для восприятия окружающего мира, о которых я не знаю ровным счетом ничего.
Электрорецепция лучше всего изучена у акул2. Они способны распознавать электрическое поле напряженностью 0,00000001 вольта на сантиметр – это в шесть миллионов раз меньше напряженности поля, которое создает пальчиковая батарейка, если погрузить ее в стакан воды. А человек не ощущает этого поля, даже когда держит батарейку в руках! Зачем же это чувство акуле? Скорее всего, вы уже догадались: чтобы найти вас и съесть. Вспомните обычную сцену из какого-нибудь фильма: пациент лежит в больничной палате (скажем, после нападения акулы), а рядом с койкой пищит кардиомонитор. Издаваемые им звуки – не что иное, как электрокардиосигналы, которые считываются с сердца электродами, прикрепленными к грудной клетке, а затем поступают в усилитель и динамик. И это только один из множества электрических шумов, которые издают животные.
Электрорецепция развита у многих рыб, но сенсацией в свое время стало открытие этого типа восприятия у утконоса3. Первыми способность утконоса подобно акулам обнаруживать объекты по генерируемым ими электрическим полям описали Хеннинг Шайх и его коллеги. Чтобы выяснить, где именно обрабатывается информация об электрических полях, они записали сигналы мозговых клеток утконоса. Результаты поражали: по сути, исследователи открыли у млекопитающих «шестое чувство». Благодаря этой работе ученые оказались на обложке
В общем, от предложения было невозможно отказаться. Оплаты не предполагалось, но меня это устраивало. Я стал новым «кротосмотрителем» в Смитсоновском зоопарке. Была только одна загвоздка: все зависело от того, удастся ли мне наловить звездоносов. Что могло пойти не так?
Пойди туда – не знаю куда
Предположим, у вас во дворе живут кроты (может быть, даже и предполагать не надо). Сумеете поймать одного? Возможно, хоть это будет и непросто. Кроты слышат даже самые тихие шаги и особенно настороженно относятся к звукам, сопровождающим копание земли. Каждый сантиметр подземных тоннелей они знают как свои когтистые пять пальцев и избегают поврежденных участков. У них подготовлены пути отхода из основных тоннелей и пути эвакуации из путей отхода. Если загнать крота в угол, он прокопает короткий тоннель и засыплет вход. Исчезнет, как фокусник, и вы никогда не догадаетесь, что зверек затаился в нескольких сантиметрах от вас. Кроме того, в крови крота циркулирует особый гемоглобин, который позволит ему продержаться в таком убежище при нехватке кислорода и высокой концентрации углекислого газа до тех пор, пока хищнику (или биологу) не надоест ждать. В общем, крота тяжело поймать, даже если входы в его тоннели четко обозначены на идеальном газоне.
Ну а звездоносы вообще не живут в пригородах. Они обитают в сырой илистой почве болот, и их тоннели могут скрываться в топких зарослях где угодно. Хотя звездоносы обитают на большей части северо-востока США и не находятся под угрозой исчезновения, найти их крайне сложно. Отчасти это связано с тем, что их норы не видны на поверхности. Но есть и еще одна причина: в болотистых местах обитает множество других мелких млекопитающих, и даже если вы обнаружите тоннель, то никогда не узнаете наверняка, кто его вырыл и кто им пользуется.
Я имел лишь смутное представление обо всем этом, когда отправился в Пенсильванию на арендованном фургоне со спальным мешком и холодильником, доверху забитым дождевыми червями (ими я собирался кормить голодных кротов). Я был в том возрасте, когда сон считается пустой тратой времени, а дрянной фастфуд – нормальной едой. Взял пару сумок с продуктами, резиновые сапоги и какую-то старую одежду, которую не жалко было выбросить. Решил потратиться на карманные фонарики – в туманном ночном лесу одних горящих глаз недостаточно. План был прост: познакомиться с Биллом Макшеем и научиться ловить звездоносов.
Мы встретились в очень красивом месте – среди сочной зелени, у небольшого ручья на фоне лесистых холмов. Я выпрыгнул из фургона и сразу представил, как мы поднимемся на этот холм под журчание ручья, озаряемые льющимся сквозь листву солнечным светом… Билл кратко описал признаки присутствия звездоносов, и я понял, что все будет проще, чем мне казалось.
После вводных инструкций Билл велел мне следовать за ним, но направился вовсе не к живописному холму. Вместо подъема в солнечных лучах меня ждал спуск по склону к грязи и кочкам заболоченной низины недалеко от дороги. Я быстро понял, что ловля кротов не предполагает изящные, как у лесных эльфов, прыжки по камням вдоль чистых горных ручьев. Мы больше напоминали толкиновского Голлума: ползали на коленях по грязи и копались в ней голыми руками в компании личинок и дождевых червей. Я был удивлен, но вовсе не разочарован. Мне было все равно, где вести поиски, – ведь я выполнял важное задание Национального зоопарка.
Я ловил каждое слово Билла, но он был на удивление лаконичен. Он объяснил, как выглядят норы звездоносов, где они их роют, как устанавливать и проверять ловушку Шермана (небольшая металлическая коробка с дверцей на пружине), как часто проверять ловушки (каждые три-четыре часа, днем и ночью) и как их очищать (мыть в реке). Сказал еще, что ловушки довольно дорогие, а их было около сотни. Все казалось вполне выполнимым, ведь он уже давно изучил территорию, нашел ходы и успешно ловил звездоносов. Но тут он сообщил мне шокирующую новость: земля эта принадлежит родственникам его жены, и видеть здесь чужих они не хотят. Так что я должен забрать ловушки и поискать себе другое место. Но как найти это другое место?.. Короче говоря, через полчаса после начала урока меня отправили восвояси – с картой Пенсильвании, полным припасов фургоном и ловушками.
Многие любят вспоминать развилки на своем жизненном пути – как правило, в метафорическом смысле. В моем случае развилки были вовсе не метафорическими: я понятия не имел, какая из дорог приведет меня к таинственному звездоносу. Конечно, это не было вопросом жизни и смерти, но все же я оказался на старте невероятного исследовательского проекта в самом начале моей (вожделенной) карьеры. Все зависело от выбора маршрута.
Не буду даже пытаться описать – да и не очень-то помню – те сотни миль, которые я проехал, одним глазом глядя на дорогу, а другим – на пейзажи за окном. Северная Пенсильвания – это восхитительное сочетание холмов и долин, и в каждую долину стекаются многочисленные ручьи и речушки. Идеальная география для формирования обширных болот, а значит, и для жизни звездоноса. И все же существовало множество преград. Самые перспективные места зачастую оказывались слишком далеко от дороги, а пускаться в долгий пеший поход было неразумно. Более доступные территории непременно были утыканы знаками «Проход запрещен». Ну а идеальные принадлежали национальным паркам, где мое разрешение на отлов не действовало.
Наконец я увидел живописную маленькую долину с безупречным на первый взгляд болотистым ландшафтом. Она находилась недалеко от дороги и всего в паре миль от парка, где я мог ночевать в своем фургоне. Была только одна проблема: земля прилегала к частному коттеджу, а смотрители парка предупредили, чтобы я ни в коем случае не приближался к чужим владениям. Они указали только на один опасный участок, но любая история с упоминанием дробовика глубоко отзывается в душе и заставляет соблюдать особую осторожность. Так что на всякий случай я парковался на другом конце долины и начинал свои поиски оттуда, обходя коттедж по большой дуге.
Долина выглядела многообещающе: обилие нор и многочисленные следы обитания мелких млекопитающих в траве. В некоторых тоннелях я даже заметил наложения разных отпечатков миниатюрных лапок. Весь следующий день я рыл ямы, расставлял ловушки и проверял их. Эти слова описывают мой день так же точно, как слова «пару часов поплавал, покатался на велосипеде и побегал» описывают триатлон.
Интересно стало почти сразу. Каждые несколько часов я находил минимум десяток сработавших ловушек и между делом прошел ускоренный курс по мелким млекопитающим. Каждую ловушку я открывал в ведре, надеясь, что в него выпадет звездонос. Других животных я выпускал на волю. Первым уловом были полевки с большими глазами и острыми резцами. За ними последовала короткохвостая бурозубка с серо-коричневыми зубами и ядовитой слюной. Потом водяные бурозубки – с длинными хвостами и пушистыми лапками-веслами. Я выпустил их у воды и поразился тому, как ловко, по-рыбьи, они скрылись в подводных зарослях на другой стороне ручья. Еще были невероятно крошечные масковые бурозубки весом в несколько граммов, как монетка. Они с невероятной скоростью взбегали по моей руке и исчезали в траве, прежде чем я успевал что-то понять.
Одна из ловушек сильно раскачивалась и была тяжелее прочих (сами по себе они чуть меньше кирпича). Приоткрыв дверцу, я разглядел только яростный комок меха. Я аккуратно опустил ловушку в ведро, открыл ее и отступил. Комок раскрылся и оказался прекрасным созданием с озорной и умной мордочкой. Ту ловушку я установил в заросшем травой месте, поскольку увидел там наполовину съеденный трупик полевки; а это, безусловно, был главный подозреваемый – горностай. Зверек изучил ведро, вскочил на ободок, сделал пару кругов, спрыгнул и скрылся в высокой траве.
И вот наконец это случилось. Я поднял очередную ловушку, приоткрыл дверцу и увидел розовую мясистую звезду. Это было чудо – даже два чуда. Во-первых, я поймал это легендарное животное. Во-вторых, он
Так все и происходило каждые пару часов, с небольшими вариациями, на протяжении нескольких дней. Правда, был еще один неожиданный подарок. Между проверками ловушек оставалось совсем немного времени, поэтому я решил, что нет смысла каждый раз возвращаться в парк: делать там все равно нечего, кроме как сидеть на лавочке. Весь день я проводил у водоемов, наблюдая и прислушиваясь. Возле одного из них я нашел старую спутанную леску, крючок и другие рыболовные принадлежности, и мне впервые за десять лет удалось порыбачить – надо сказать, весьма успешно. Я устраивался поудобнее на больших мягких кочках и засыпал в лучах солнца, а просыпался от шагов оленя по склону холма. Я наблюдал, как лесные черепахи медленно пробираются через кустарник. Время остановилось, и я больше не думал о рутине; о предметах, которые буду изучать осенью; о курсе, который я согласился преподавать; об изматывающих поездках из зоопарка в университет и обратно по пробкам на кольцевой дороге; о грядущих вступительных экзаменах в магистратуру (и о моих скудных познаниях в ботанике). Я просто жил настоящим в окружении природы.
Примерно за неделю я поймал пять звездоносов – больше, чем ожидал доктор Гульд при наилучшем раскладе. Пора было возвращаться в Вашингтон. Я, как обычно, припарковался у дальнего конца долины, собрал все ловушки, промыл их в ручьях и погрузил снаряжение в фургон.
В последний раз я медленно ехал мимо моей долины, оглядывая ее с совершенно новыми мыслями. Одними и теми же подземными ходами здесь пользуются млекопитающие порядка десяти разных видов. Несомненно, они регулярно пересекаются друг с другом. Что происходит, когда крот встречает землеройку? Или когда встречаются разные виды полевок? Я видел кровавые последствия знакомства полевки с горностаем – но стал бы горностай есть землеройку? (Землеройки, как скунсы, при испуге выделяют секрет с резким запахом.) Окидывая долину прощальным взглядом, полным признательности, я пытался представить царящую здесь социальную иерархию и отношения между хищниками и жертвами. А потом я кое-что заметил. Возле того самого коттеджа был припаркован пикап.
Зайти, познакомиться? У меня были все основания поостеречься. Всегда немного неловко приближаться к незнакомцу на его территории, и тем более странно сначала проезжать мимо по его дороге, а потом оставлять машину и возвращаться обратно через ручей, чтобы оказаться на нормальном для разговора расстоянии (фургон у меня был не полноприводный, так что подъехать прямо к дому я не мог). Мое воображение рисовало и кое-что пострашнее. По меньшей мере один житель этих краев не жаловал незнакомцев, а если вспомнить, что в местных коттеджах обитали сплошь охотники и рыболовы, у этого человека, несомненно, тоже имелось ружье.
1.1. Млекопитающие пенсильванских болот. По часовой стрелке, начиная с верхнего левого изображения: короткохвостая бурозубка, горностай, масковая бурозубка, звездонос в тоннеле, водяная бурозубка и луговая полевка, выбирающаяся из ловушки Шермана
И все же я не мог упустить такую возможность. Я хотел выяснить, смогу ли вернуться сюда, чтобы без опасений исследовать это особенное место. И, раз уж выпал такой случай, я хотел предупредить всех жителей этих уединенных коттеджей (особенно ребят с винтовками), что парень, бродящий с фонариком по ночному лесу, совершенно безобиден. Я притормозил, свернул на грунтовую дорогу и припарковался максимально близко к ручью, отделявшему меня от коттеджа.
Я осторожно перебрался через ручей, стараясь не промочить ботинки, пересек небольшую поляну и предстал перед человеком, выгружавшим из внедорожника рыболовные снасти. По выражению его лица я сразу понял, что кое-чего не учел. Но не того, о чем вы могли бы подумать, а ровно обратного. Я целую неделю жил под открытым небом, спал на склоне холма, не брился и не мылся, на мне были потрепанная одежда и грязные ботинки. За это время я ни разу не смотрелся в зеркало и весь оброс. Я так волновался из-за этого коттеджа, навоображал себе всякого – но теперь именно
К счастью, я догадался произнести магическую фразу: «Здравствуйте, я работаю в Национальном зоопарке». Не каждый день такое услышишь – как и то, что зоопарку очень нужны фантастические существа с наростами на морде, которые живут с вами по соседству. Новые вводные превратили меня из сумасшедшего бездомного в переутомленного студента-биолога. Приятнее всего, конечно, было то, что я мог показать хозяину живых «инопланетян» – вот же они, в моем фургоне.
Мужчину звали Кармайн, и познакомиться с ним было правильным решением. Коттедж был рыболовным (и покерным) убежищем Кармайна. Он много знал о местной живности, но никогда не встречал звездоносов и даже не слышал о них. Он считал себя «любителем дикой природы» и поразился тому, что десятилетиями ходил над тоннелями звездоносов, не догадываясь об их существовании. Кармайн был дружелюбен, и ему хотелось побольше разузнать о мелких зверьках, живущих рядом с его коттеджем. Он не только разрешил мне ловить их на его земле, но и предложил останавливаться у него на это время. Эта случайная встреча переросла в долгую дружбу.
Ночь в зоопарке
Мое прибытие в зоопарк с кротами стало одним из самых ярких событий лета, и теперь, когда план сработал, должен признаться, что это событие я слегка срежиссировал. Обратная дорога заняла семь часов, и у меня было время, чтобы заехать домой, переодеться и сменить обувь. Но мне хотелось произвести впечатление. Я был новичком в павильоне мелких млекопитающих и еще не успел вписаться в коллектив. Перед поездкой я несколько недель устанавливал в павильоне клетки для звездоносов, делал записи, изучал процедуры ухода за животными. Все были со мной очень любезны, даже чересчур, но держались отстраненно и формально. И я догадывался почему.
Один из смотрителей как-то спросил, как мне Гарвард. «Гарвард? Я учусь в Мэрилендском университете, недалеко отсюда». И тут он указал на мой блокнот с эмблемой Гарварда на обложке. Я никогда ее не замечал, даже не мог вспомнить, откуда у меня этот блокнот; возможно, из шкафа в захламленной подсобке административного здания зоопарка: мне там выделили небольшой стол под вольером с тиграми (окна тоже были закрыты картоном). В общем, коллеги относились ко мне как к «протеже» из Гарварда и ворчали, что даже
Я решительно развеял этот миф, явившись в зоопарк со звездоносами, весь в грязи, будто только что из окопа с поля битвы. Конечно, в зоопарки регулярно привозят куда более впечатляющие грузы – львов, тигров или медведей. Но и я получил несколько очков в свою пользу: за успешное ориентирование в лесу, за то, что нашел животных и испачкал руки не зря.
Вскоре я уже чувствовал себя своим – и за ланчем, и на диванчике в холле на первом этаже павильона. Мне страшно повезло: смотрители были влюблены во всех животных без исключения, обладали обширными знаниями, которых не почерпнуть из книг, и рассказывали поразительные истории. Вот, например: «В детстве у меня была гремучая змея, и когда она укусила меня во второй раз, отец отказался везти меня в больницу – сказал, что я должен усвоить этот урок». (Мне показали шрам на кисти, место, где яд разъел мягкую ткань.) Где еще вы услышите что-то подобное? Поразил меня и другой факт: оказывается, смотрителям львов и тигров снятся кошмары об этих хищниках! Я-то думал, что работа с большими кошками и знание их повадок, напротив, придают уверенности. Но несмотря на жутковатые истории из детства и ночные кошмары, все до единого были преданы своему делу – заботе о животных. Именно это нас объединяло. А еще меня предупредили, что если я заведу ядовитую змею (пусть даже у себя дома), то меня сразу уволят.
Затем я впервые пережил воодушевление и разочарование, которые неизменно сопутствуют научным исследованиям. В основе своей идея исследования была проста. Если звездонос способен обнаружить жертву по электрическому полю, нужно сгенерировать такое поле, чтобы обмануть звездоноса. Похоже на игру с котом лазерной указкой: наблюдая за этой игрой, можно заключить, что для обнаружения жертвы коты используют зрение. Более близкий пример – использование электрического поля для того, чтобы заставить акулу атаковать. Самое известное такое исследование провел Адрианус Кальмейн из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Веками ученые пытались определить функцию ямок («ампул») на морде акулы, и именно Кальмейн показал, что эти ямки представляют собой рецепторы, которые улавливают электрические поля, исходящие от потенциальной жертвы под водой2. Доказал он это, в частности, заставляя акул атаковать «искусственные» электрические поля.
Звучит действительно довольно просто. Проблема в том, что нельзя просто бросить батарейку в воду и наблюдать за реакцией животного: ток будет слишком сильным. Нужно генерировать очень слабые, четко выверенные электрические импульсы – подобные тем, какие исходят в воде от живого существа. Кальмейн достиг в этом совершенства, и он любезно поделился с нами знаниями и оборудованием – самым настоящим «черным ящиком», который мог генерировать нужные электрические поля. Но Кальмейн жил и работал в Сан-Диего, а доктор Гульд был занят своими делами, так что планировать эксперименты, проводить их и фиксировать результаты поручили мне. Поведенческие эксперименты можно было проводить только тогда, когда один из звездоносов в поисках еды выбирался на мелководье аквариума, а происходило это, разумеется, ночью.
Ночь в зоопарке с животными – это ни с чем не сравнимый опыт. В первую ночь я наблюдал за звездоносом из зала для посетителей, пытаясь изучить режим этого животного. Свет в здании автоматически включался и выключался по графику. И вот все погрузилось во тьму, а я остался в коридоре со складным стулом, фонариком и стойким чувством, что за мной наблюдают. Как только ночные млекопитающие привыкли к моему присутствию, здание ожило. Со всех сторон что-то копалось, скреблось, трясло ветками, возилось и периодически кричало (последнее было на счету экзотических обезьян). Это был совершенно уникальный сенсорный опыт.
Ночь набирала обороты, я фиксировал повадки звездоноса, как вдруг началось что-то странное. Повсюду стали раздаваться зловещие щелчки – то в конце коридора, то совсем близко. Дальше хуже. Вглядевшись в темноту коридора, я заметил метнувшуюся прочь тень. Легко стать параноиком в такое время и в таком месте, но спустя некоторое время я сделал действительно неприятные открытия. Щелкающие звуки издавали падавшие с потолка гигантские тараканы, а тень принадлежала огромной крысе, пытавшейся пересечь здание и явно недовольной моим присутствием.
Это был «зоопарк в зоопарке», как его называют смотрители. Приготовление и раздача огромного количества корма для животных – важная часть работы любого зоопарка. Еда привлекает вредителей, но пользоваться ядами и инсектицидами здесь ни в коем случае нельзя. В этой бесконечной битве зоопарки делают все возможное для отлова и локализации бедствия – и всегда проигрывают. Насекомые никогда не казались мне мерзкими, но в ту ночь я сидел на стуле, поджав ноги и опасаясь, что в темноте по моей ноге ненароком пробежит таракан. (Дочитав до седьмой главы, вы узнаете, что тараканам я потом все-таки отомстил.)
После такой разминки бо́льшую часть рабочего времени я проводил в небольшом кабинете в задней части павильона, полностью погрузившись в исследование. Ключевой эксперимент состоял в том, чтобы предоставить звездоносу на выбор два места для поиска добычи: с одной стороны аквариума – с электрическим полем (имитирующим передвижение в воде дождевого червя), а с другой – без. Поле то и дело включалось и отключалось, а я фиксировал результаты на видео. Эксперименты такого типа бывают обманчиво обнадеживающими. Это как подбрасывать монетку: вы можете угадать исход несколько раз подряд и уверовать в свои экстрасенсорные способности, но проверку временем такая удача не пройдет. В случае со звездоносами поначалу все выглядело многообещающе, но чем больше испытаний я проводил, тем очевиднее становилось, что выбор места охоты случаен. Предстояло придумать более хитроумные эксперименты.
Я прочел все работы Кальмейна и выяснил, что под электропроницаемым барьером из желеобразного вещества – агара – можно спрятать настоящую добычу. Кальмейн использовал такой барьер, чтобы не дать акуле почувствовать запах, колебания воды вокруг рыбы или увидеть ее. Но агар не блокирует электрическое поле. Идея заключалась в том, что если акула действительно воспринимает электричество, то она почувствует добычу и атакует. Именно так все и происходило. Акулы пробивали тонкий агар и добирались до жертвы. Результат эксперимента стал главным доказательством того, что акулы обладают электрорецепцией.
Несколько недель я учился строить агаровые барьеры, чтобы прятать в воде дождевых червей, но в итоге никаких признаков восприятия электрического поля звездоносом так и не зафиксировал. Отрицательный результат, однако, имел и положительную сторону: теперь мне еще больше хотелось разгадать тайну звезды и определить ее функцию. Я чувствовал себя детективом, расследующим сложное дело, и уже с совершенно иными чувствами читал научные статьи и книги. Как только у меня возникал вопрос, оказывалось, что какой-нибудь
Мне не понадобилось много времени, чтобы прочесть всю имеющуюся литературу о разнообразии кротов и об органах чувств у каждого вида. Это оказалось безумно увлекательно. Я делал все то же самое, что и при работе над какой-нибудь скучной курсовой, но только вопросы теперь задавал я сам – и нестерпимо хотел найти ответы. Ощущения были такими, будто я вновь иду вдоль ручья неподалеку от родительского дома, надеясь найти за поворотом какое-нибудь невероятное существо. Это стало для меня настоящим откровением.
Книга, саламандры и семинар
В 1989 году я не мог воспользоваться интернет-поисковиком или зайти на
Глава 16 моей новой любимой книги, «Электрорецепция у амфибий», дала толчок новым экспериментам. Я узнал, что среди огромного многообразия существ, обладающих электрорецепцией, есть крупная саламандра, похожая на угря и метко названная двухпалой амфиумой[4]. Обитает она на юго-востоке США, и не путайте ее, пожалуйста, с трехпалой амфиумой, которая водится там же и у которой тоже есть электрорецепторы. Есть и еще более странное создание – аллеганский скрытожаберник, весьма крупная плоская саламандра, живущая под камнями в ручьях и реках. Ее английское название –
В книге приводилась подробная таблица, отражающая степень изученности вопроса для каждого из видов, и по ней было легко найти источники, на которые ссылались авторы. Электрорецепторы были обнаружены на коже многих саламандр, а вот как именно они работают, оставалось невыясненным – в таблице стояли вопросительные знаки. Никто не знал, как амфибии используют электрорецепторы! Это было отличное направление для будущих исследований, а значит, и для потенциальной магистерской диссертации. Более того, несколько подходящих саламандр обитали в Смитсоновском зоопарке.
После недолгих уговоров мне дали добро на побочный проект по изучению электрорецепции у амфибий в павильоне рептилий и земноводных. Я начал с аксолотля, поскольку его способность воспринимать электрические поля уже была доказана. И действительно: каждый раз, когда прибор включался, аксолотль атаковал, нападая на источник электрического поля как на добычу. Этот маленький успех придал мне воодушевления подобно живительному эликсиру.
Примерно в это же время в Мэрилендском университете состоялся семинар по эволюции мозга. Его проводил Гленн Норткатт, профессор нейробиологии из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Так у меня появился шанс встретиться с авторитетным ученым, который знает о мозге и его эволюции больше, чем кто-либо другой. Я ужасно боялся подойти к нему. Что я скажу? Я шел на встречу, чувствуя себя примерно как на той проселочной дороге в Пенсильвании, когда хотел познакомиться с незнакомцем, способным взяться за дробовик.
Волноваться оказалось не о чем. Стрельбы (то есть блиц-опроса по нейроанатомии) не случилось. Гленн дружелюбно пожал мне руку и стал расспрашивать о работе в зоопарке. Мне только того и надо было! Я достал из рюкзака книгу об электрорецепции, открыл ту самую главу 16 и выпалил: «Не могу поверить, что никто до сих пор не выяснил, как саламандры реагируют на электричество!» И я в красках описал, как аксолотль атаковал электрическое поле. Чего я не знал, так это того, что Гленн и сам изучал аксолотлей у себя в лаборатории. Его заинтересовало мое исследование, а таблицу из главы 16, как мне показалось, он знал наизусть (справедливости ради, он знал наизусть всю книгу). Он одобрил идею изучать электрорецепцию саламандр для магистерской диссертации и даже предложил мне поступать в Калифорнийский университет в Сан-Диего.
Когда профессор ушел на следующую встречу, я закрыл книгу и задумался о планах на будущее. И только тут я заметил на обложке его имя. Редактор серии! Я был в ужасе от своей оплошности. Неудивительно, что он так хорошо знал книгу, которую редактировал. Позже я немного успокоился и решил, что все сложилось неплохо: ведь знай я об этом раньше, я был бы слишком взволнован, чтобы так непринужденно обсуждать с профессором свои идеи.
И последний факт об этой книге. На ее обложке – три имени: Гленн Норткатт (редактор серии), Теодор Баллок и Вальтер Хайлигенберг (редакторы тома). Все трое впоследствии вошли в совет на защите моей магистерской. Гленн Норткатт стал моим научным руководителем. Неизвестно, как сложилась бы моя судьба, если бы кто-то не решил однажды, что книга «Электрорецепция» должна стоять на полке университетской библиотеки.
Калифорнийское звено
Доктор Гульд написал рекомендацию, и меня приняли в Калифорнийский университет на программу по нейробиологии. Это была осень 1990 года. Обычно студенты магистратуры выбирают тему на втором или третьем году обучения, но я уже знал, что моя диссертация будет посвящена электрорецепторам и нейроанатомии земноводных. Правда, не так-то просто оказалось избавиться от мыслей о звездоносе. Можно сказать, что я был привит «антигеном», вызывавшим отсроченный, но системный иммунный ответ. Время шло, а я не мог перестать думать о таинственной звезде и ее функции. Но все же мне предстояло еще кое-чему научиться.
Начало обучения в магистратуре похоже на восхождение на гору. Ты упорно поднимаешься по крутому склону, с каждым шагом заполняя пробелы в знаниях. Узнать надо столько, что думать о самом подъеме некогда, но когда через некоторое время ты останавливаешься на минутку и оглядываешься назад, то где-то вдалеке видишь крошечную парковку и не веришь, что начал
Нам предоставляли большу́ю свободу в выборе предметов и лабораторий, что позволяло получить опыт работы с разными методами и оборудованием. Я уже поднаторел в области поведения животных, так что решил заняться чем-то диаметрально противоположным и выбрал микроскопию. В то время существовало два основных метода микроскопических исследований: световая микроскопия и электронная. Световой микроскоп – это то, что вы видите на столе в любой лаборатории, показанной в кино: прибор размером с кофеварку с двумя окулярами и подставкой для предметного стекла с образцом. Для студента-биолога умение смотреть в световой микроскоп все равно что умение водить машину: этому учатся все.
Другое дело – электронная микроскопия. Электронные микроскопы бывают двух типов: просвечивающие и сканирующие (растровые). Эти приборы обычно огромные и располагаются на консолях со множеством ручек и кнопок, а также с отдельным монитором для просмотра изображения (представьте себе уменьшенную версию обзорного экрана на звездолете «Энтерпрайз» из «Звездного пути»). Такой инструмент позволяет проникнуть в мир очень, очень (очень!) маленьких объектов. Обычный световой микроскоп дает увеличение в тысячу раз. Просвечивающий электронный микроскоп – более чем в миллион. Именно этого – абсолютной четкости – я и искал. Я записался на занятия в недавно открывшийся в Калифорнийском университете Национальный центр микроскопии и визуализационных исследований (
Был там и другой электронный микроскоп – сканирующий, мой любимый. Если световой и просвечивающий микроскопы позволяют рассматривать срезы тканей и изучать их внутреннее строение, то сканирующий микроскоп дает невероятно детальное и зачастую очень красивое изображение всей поверхности неповрежденного образца. Вы наверняка видели такие снимки – настоящие произведения искусства, где блохи и муравьи превращаются в монстров, похожих на Годзиллу. А еще этот микроскоп позволяет идентифицировать все виды рецепторов на коже – вкусовых, обонятельных… и даже электрических.
Научившись пользоваться обоими приборами, я начал работать под руководством Гленна над выявлением электрорецепторов, механорецепторов и вкусовых луковиц на коже аксолотля и других видов саламандр. Мне предстояло составить схему расположения этих рецепторов. Профессор, можно сказать, занимался высшей математикой развития и эволюции органов чувств и мозга животных – он искал ответы на важнейшие вопросы: как и когда эволюционировали разные структуры. Я же всего лишь делал первые маленькие шаги к своей диссертации, посвященной электрорецепции у амфибий.
Поделиться книгой: