3. Мир света

Мы знаем, какую огромную роль в жизни насекомых играет звук и запах. И может показаться естественным, что зрение играет меньшую роль: разнополые насекомые отыскивают друг друга по запаху или - в пределах слышимости - по звуку. Не могут же они видеть друг друга на расстоянии сотен метров, а то и нескольких километров, не разглядят они друг друга в лесу или среди травы. По запаху или по звуку определяют насекомые представителей своего вида. Запах и звук служит им нередко защитой; наконец, огромную роль запах играет в поисках пищи. Казалось бы, для зрительной информации и не остается существенного места. Для человека зрение - самое важное чувство: лишенный зрения человек во многом отделен от окружающего мира. И как бы ни были развиты слух, обоняние, осязание, они все вместе не заменят ему зрения, так как окружающий мир человек в основном воспринимает визуально, наглядно: 90 процентов информации получает благодаря зрению.

Иное дело - насекомые. Обоняние у них, как ты теперь знаешь, не только во много раз тоньше, чем у человека, но при помощи запахов они могут определить форму и величину предмета (так называемое топохимическое чувство). Именно с помощью запахов некоторые виды наездников, специализирующиеся на откладке яичек в скрытно живущих личинок, находят их и не только точно определяют место, где находится личинка, но узнают, в каком она положении. Запах помогает наездникам вонзать свой яйцеклад в определенную точку на теле личинки. А ведь личинка нередко находится в древесине на глубине 5-6 сантиметров. Но сколько бы раз наездник ни проделывал такую операцию, он не ошибется. И все это благодаря запаху.

Да, запах играет огромную роль в жизни насекомых. И тем не менее зрение для них также очень важно.

Есть довольно известный жучок, которого все знают под именем светлячка. Днем этот маленький бурый жучок ничем не примечателен, зато ночью превращается в живой зеленый фонарик. Фонарик летает. А в траве светится другой фонарик - он принадлежит насекомому, похожему на червячка (в народе он так и называется "иванов червь"), хотя это тоже жук - самка летающего светлячка. Огоньки-фонарики (у самки он ярче) помогают светлякам отыскивать друг друга.

В наших краях живет один вид светляков, поэтому для них важен сам факт - горящий "фонарик". В тропических лесах светляков много, и там просто свечение уже не может играть такой роли. Иначе произошла бы невообразимая путаница. И вот тут зрение насекомых играет особо важную роль. Световые сигналы у этих насекомых строго дифференцированы: одни виды подают постоянные сигналы, другие - прерывистые, причем паузы могут быть и в несколько секунд и в несколько миллисекунд; у одних - долгие паузы и короткие вспышки, у других - наоборот. Одни сигналят в одиночку, другие - собираясь в стаи; одни включают и выключают фонарики на земле, другие - в полете, причем есть такие, которые светятся лишь при подъеме, и такие, которые делают это только спускаясь. Наконец, очень разнообразны сами фонарики: есть круглые и удлиненные, широкие и узкие; разнообразно их количество - от одного до нескольких десятков, фонарики могут находиться в самых разных местах: и на голове, и на боках, и на спине, и на груди. Наконец, они бывают разнообразны по цвету: и синие, и красные, и желтые, и зеленые.

Светляков в мире насекомых много, и все-таки в какой-то степени это частный случай. Однако этот частный случай может натолкнуть на мысль, что зрение у насекомых вообще очень острое и что они прекрасно различают цвета. Но прежде чем говорить о том, как видят насекомые, давай поговорим о том, чем они видят, то есть о глазах наших шестиногих соседей по планете.

Глаза насекомых так же разнообразны, как и они сами. Однако у всех есть сходство - многочисленность глаз. Каждый, кто видел вблизи стрекозу или муху, бабочку или пчелу, обращал внимание, что глаза у них занимают относительно большую площадь, но далеко не все знают, что глаз насекомого состоит из множества (иногда нескольких десятков тысяч) маленьких глазков - омматидиев. И каждый глазок видит какой-то маленький определенный участок. Затем крошечные изображения складываются в общее целое, как мозаичное панно.

Впервые люди смогли взглянуть на мир глазами насекомого в 1918 году, когда немецкий ученый Экснер сфотографировал окно и видневшийся за окном собор сквозь глаз светляка, помещенный на предметное стекло микроскопа. Эта и опубликованная вскоре знаменитая фотография человека, сделанная сквозь глаз насекомого, наглядно показали, что насекомое действительно видит маленькие участки каждым глазком в отдельности и что маленькие участки складываются в одно большое целое. Такая теория даже получила название "мозаичной" и стала классической. Ученые, конечно, понимали, что увиденное ими изображение окна или человеческого лица - вовсе не то же самое, что видит насекомое: ведь изображение передается в мозг, и как оно там обрабатывается, какими становятся образы, было неизвестно. Конечно, рано или поздно люди бы узнали это - ведь Экснер сделал только первый шаг и пользовался он весьма примитивной, с нашей точки зрения, аппаратурой. Сейчас, когда ученые имеют возможность использовать новейшие достижения техники, когда в дело включились биофизики и электроники, когда в глаз насекомому удается вживить самые тончайшие электроды, когда люди научились проникать в мозг насекомого и получать от него нужную информацию, вопрос этот мог бы быть как-то прояснен. Но как ни парадоксально, именно достижения науки, новая техника и аппаратура не только не прояснили вопрос, что и как видит насекомое, но и значительно усложнили его.

По классической теории "мозаичного видения" считалось, что каждый глазок-омматидий имеет "сектор обзора", равный 2-3 градусам, причем лучи света должны падать прямо на глазок под одним определенным углом. Таким образом, получилось, что каждое изображение, принимаемое омматидием, вплотную примыкает к изображению соседнего омматидия, и так далее.

Сегодняшние электрофизиологические опыты показали: совсем не обязательно, чтоб лучи падали на глазок под определенным, одним-единственным, углом - углы могут быть разные, а главное, сектор обзора каждого омматидия по крайней мере в десять раз больше, чем предполагает классическая теория. Таким образом, каждый глазок видит гораздо больше, и изображения, принимаемые отдельными омматидиями, перекрывают друг друга. И как они преобразуются в мозгу насекомых, пока еще совершенно не ясно.

Классическая теория оказалась несостоятельной, новая пока еще не набрала достаточных фактов, чтоб сделать обобщения и выводы. Но это вовсе не значит, что люди вообще ничего не могут сказать о зрении насекомых. Напротив, по другим направлениям, изучавшим различные аспекты зрения насекомых, сделано немало интереснейших открытий, которые позволяют судить и о "дальнозоркости", и о "близорукости" насекомых, и об остроте их зрения, о реакции на цвет и форму предметов.

Начнем с того, что насекомые в большинстве своем "близоруки". Конечно, среди них есть и такие, как муха диопсида, способная видеть на расстоянии 135 метров, но это как раз то исключение, которое подтверждает правило. Обычно же насекомые не видят дальше двух метров. Так видит самая зоркая из наших насекомых - стрекоза, а пчела уже на расстоянии метра ничего не увидит. Для шмеля в данном случае предельное расстояние - полметра. Но и это хорошо по сравнению с другими насекомыми. Некоторые из них, как, например, рабочие муравьи, проводящие большую часть жизни в муравейнике, вообще способны различать лишь свет и темноту. (Правда, советский ученый Г. А. Мазохин-Поршняков, сумевший вживить в глаз муравья электрод толщиной в один микрон, выяснил, что некоторым из этих насекомых - конечно, не тем, кто проводит жизнь в темноте, - свойственно цветовое зрение!)

Такое различие в способностях видеть на расстоянии не случайно. Мы теперь точно знаем, что все строение, все действия, все повадки животных прочно связаны с образом их жизни и со средой, в которой они живут. Именно среда и образ жизни создали все, чем располагают животные, и определили их "способности".

Классическим примером тому может служить жучок, живущий в воде и за свою манеру плавать по поверхности кругами прозванный вертячкой. Люди заметили, что у этого жука не два, а четыре глаза, стоящие друг от друга на расстоянии, - как бы пара верхних и пара нижних. Потом выяснили, что это все-таки не четыре, а два глаза, но разделившиеся. Зачем это вертячке?

Известно, что видимость в воде и в воздухе различная. Если глаз приспособлен видеть в воде, то в воздухе он будет беспомощен, и наоборот. А вот вертячка может с одинаковым успехом смотреть и в воде и над водой, потому что пара "верхних" глаз у нее приспособлена видеть в воздушной среде, "нижняя" - в водной.

А стрекоза охотится за летающими насекомыми. Чтобы поймать насекомое, надо его хорошо видеть. Поэтому у стрекозы и глаза огромные - занимают чуть ли не всю голову. И угол охвата тоже очень большой - чуть ли не во все стороны смотрит стрекоза, не поворачивая головы. Но если стрекоза увидит муху издали, то пока долетит до нее, муха может удрать, спрятаться. Стрекоза напрасно потратит силы и останется ни с чем, может быть, упустит добычу, которая в это время была ближе и доступнее. Метра два, очевидно, как раз то расстояние, которое позволяет стрекозе бросаться за добычей наверняка.

Но тут есть и свои сложности: преследуя добычу, стрекоза видит ее впереди, на фоне неба. Догнав, она должна на какое-то время подняться над мухой или комаром, так как хватает добычу обычно своими длинными, цепкими, волосистыми ногами. Пока муха на фоне неба, стрекоза хорошо видит ее - темную на светлом фоне. Но, оказавшись ниже стрекозы, муха может исчезнуть на фоне пестрого пейзажа. Однако этого не происходит. Г. А. Мазохин-Поршняков выяснил: 20-30 тысяч глазков-омматидиев, которые имеются у стрекозы, разделяются на два типа. Находящиеся в верхней части глаза - крупные - могут различать лишь темное и светлое. Ими стрекоза пользуется во время преследования мухи. Когда же муха оказывается на фоне пестрого пейзажа, в дело вступают омматидии второго типа, находящиеся в нижней части глаза и способные различать цвета.

Стрекоза надеется только на зрение- обоняние не помогает ей в охоте. Поэтому число омматидиев, или фасеток (отсюда название - фасеточные глаза насекомых), у них большое. У бабочек, отыскивающих визуально нужные им цветы, - 1700 фасеток. Для мухи зрение тоже очень важно, и у нее не менее 4 тысяч фасеток. Муравьям помогает осязание. И фасеток у них меньше - 1200. Но это у муравьев-разведчиков. У самцов, которые во время брачного полета должны отыскать и узнать самок своего вида, - до 500 фасеток, а у самок - 200. У рабочих, занятых в муравейнике, - всего около десятка, к тому же очень маленьких, а у некоторых вообще лишь по одной фасетке. Для этих муравьев зрение почти не играет никакой роли, в то время как для стрекоз оно имеет первостепенное значение. Для некоторых видов роющих ос имеет значение не только само зрение, но и его острота. Эти осы охотятся на определенных мух и никогда не путают их с другими. Некоторые специализируются на мухах, имеющих подражательную окраску. Но если окраска обманет и птиц и людей, то ос она не обманывает - они подмечают какие-то очень мелкие, малозаметные детали в окраске и никогда не ошибаются, так же как не ошибаются и те осы, которые охотятся исключительно на пчел и никогда не нападают на мух-пчеловидок, хотя видят не спокойно сидящих насекомых, а летящих. Тут разницу заметить еще труднее. И тем не менее... Впрочем, это связано с еще одним качеством зрения насекомых - способностью реагировать на движущиеся предметы и различать их.

Пчела или муха, пролетевшая мимо нас с достаточной скоростью, может показаться просто каким-то темным пятнышком. А для некоторых насекомых движение, показавшееся нам мгновенным, окажется настолько медленным, что они прекрасно смогут рассмотреть мельчайшие подробности летящей пчелы или мухи.

Чтоб проверить, насколько зрение некоторых насекомых острее человеческого (если брать его за эталон), проделали следующий опыт: в глаза пчелы вживляли тончайшие электроды, которые были соединены с записывающим аппаратом - катодным осциллографом. На пленке осциллографа отмечалась реакция пчелы на вспышки света. Постепенно увеличивая частоту вспышек, ученые добились того, что реакция пчелы слилась в одну сплошную линию (при более медленных вспышках появлялись на осциллографе всплески, чередующиеся с паузами). А эта сплошная линия появилась лишь тогда, когда частота вспышек достигла 300 в секунду. Для сравнения: у человека при таком опыте сплошная линия появилась бы при 25-30 вспышках в секунду.

Перепроверили результаты на другом опыте с мухами и осами. В цилиндр, окрашенный изнутри черными и белыми полосами, были посажены насекомые. При вращении цилиндра насекомые пытались все время держаться около белых полос. Держались они и тогда, когда человек перестал различать белые и черные полосы и все слилось для него в один серый цвет, и много позже. И лишь когда вращение цилиндра достигло скорости примерно 300 оборотов в секунду, насекомые перестали придерживаться определенного места.

Особенность зрения заключается в том, что изображение предмета будет восприниматься, пока оно какое-то время продержится на сетчатке глаза. Это закон для всех. Но человек увидит движущийся предмет в том случае, если он задержится на сетчатке не менее чем на пять сотых секунды (если меньше, изображение "смажется", и человек увидит лишь промелькнувшую тень). Для мухи же, чтоб разглядеть движущийся объект, достаточно и одной сотой секунды!

Конечно, не у всех насекомых такая восприимчивость, такая быстрота реакции. Например, для некоторых видов тараканов и кузнечиков достаточно 8-10, а для саранчи и жуков-плавунцов 20-40 вспышек в секунду, чтоб произошло слияние. Но теряя в одном, насекомые выигрывают в другом - например, в восприимчивости к силе света. Замечено, что те насекомые, которые хорошо видят быстро движущиеся предметы, более требовательны к освещению и наоборот - тот же таракан может прекрасно видеть в полумраке. Все это, конечно, связано с образом жизни: таракану или саранче не надо никого преследовать, не надо никого ловить и движение объекта для них не имеет значения. Для дневных насекомых важна не только реакция, но и освещенность: известно, например, что мухи становятся сразу пассивными, едва в комнате задергиваются шторы (для таракана или сумеречной бабочки, как известно, уменьшение света не имеет значения). Можно проделать такой опыт: осторожно накрыть сложенными в лодочки ладонями сидящего на цветке шмеля, и он не только не попытается ужалить, но очень скоро затихнет в темноте. Мало того, он будет "спать" и тогда, когда окажется на свету, и проснется лишь через некоторое время.

Тот, кто бывал в лесу ранним утром, очевидно, мог заметить: птицы просыпаются с первыми лучами солнца, насекомые же много позже, когда лес полностью освещен и сила этого освещения достаточно велика. Зато насекомые могут точно фиксировать силу света. Для многих насекомых, летающих в сумерках, сигналом к вылету служит уменьшение света.

Однако при всех "недостатках" зрения насекомых у них есть и явное преимущество, такое, которого нет у других животных и у людей, - способность видеть "невидимое", а именно - ультрафиолетовые лучи.

Лет примерно сто назад был проведен очень простой, но очень эффектный опыт. На площадку, где находились муравьи одного из видов, проводящих всю жизнь в темноте, была поставлена бутылка с сероуглеродом - прозрачной жидкостью, поглощающей ультрафиолетовые лучи. Поскольку сероуглерод эти лучи поглощает, муравьям бутылка кажется темной. И они, жители темноты, плохо переносящие яркий свет, собрались вокруг бутылки.

Однако открытие это, хоть и вызвало определенный интерес среди биологов, дальнейшего развития не получило. Зато астрономы однажды очень оригинально использовали эту особенность зрения муравьев.

Известные французские астрономы братья Анри открыли целый ряд новых звезд и неизвестных ранее туманностей. Однако открыли лишь теоретически, предположительно: более точных исследований они в то время произвести не могли.

Астрономам известно, что невидимые звезды и туманности испускают ультрафиолетовые излучения, а братья Анри знали еще и то, что муравьи воспринимают такие излучения и реагируют на них. И вот знаменитые астрономы позвали "на помощь" муравьев. Анри посадили насекомых в коробку, коробку приставили к окуляру телескопа, а сам телескоп направили на тот участок неба, где, по их предположению, находились невидимые звезды и туманности. Оставалось только наблюдать за муравьями. Как только муравьи начинали суетиться - это значило, что коробка попадала в зону ультракороткого излучения и в данный момент телескоп направлен на неизвестную звезду или туманность.

Позднее все открытия братьев Анри, которые они сделали с помощью муравьев, были подтверждены точными исследованиями.

Однако даже этот необычный случай, ставший вскоре широко известным, не привлек внимания ученых к способностям насекомых видеть ультрафиолетовые лучи.

По-настоящему этот вопрос получил свое развитие, когда им заинтересовался знаменитый австрийский ученый Карл Фриш. Свои наблюдения и опыты Фриш проводил в основном на пчелах, и именно ему мы обязаны тем, что жизнь пчел и, в частности, их зрение известны лучше, чем жизнь и поведение других насекомых. Именно Фриш открыл знаменитый "язык" пчел, значение их танцев, треска крыльев, именно Фриш открыл у пчел три дополнительных к основным глаза на голове. Правда, глаза эти не зрячие в нашем понимании и значение их пока не совсем понятно, но известно, что, если закрасить глазки светонепроницаемым лаком, зрительная ориентация пчел становится гораздо хуже. И именно Фришу обязаны мы тем, что сейчас известно о цветовом и ультрафиолетовом зрении пчел и вообще насекомых.

Для начала Фриш проделал простой опыт: приучил пчел, подкармливая их сахарным сиропом, прилетать на листы бумаги зеленого и синего цвета. Потом, когда пчелы стали прилетать уже без подкармливания, Фриш разложил вокруг листы серой бумаги разных оттенков и интенсивности, в том числе и такой же интенсивности, как синие и зеленые. Однако пчелы не спутали листы и садились именно на те, к которым были приучены. Экспериментируя с разного цвета листами, Фриш в конце концов установил, что пчелы способны различать голубовато-зеленый, фиолетовый, желтый, синий, пурпуровый (он не соответствует нашему понятию пурпурного, и Фриш назвал его "пчелиным пурпуровым") и ультрафиолетовый. Причем последний имеет, видимо, для пчел особое значение. Чтоб убедиться в этом, Фриш время от времени покрывал листы бумаги, на которые были приучены прилетать пчелы, прозрачным фильтром, не пропускавшим ультрафиолетовых лучей. И пчелы начинали путаться - зеленый или синий цвет уже становился для них каким-то иным.

Почему насекомые летят к свету, даже если это грозит им гибелью? Какая сила влечет их так неудержимо

О значении для насекомых ультрафиолетовых лучей люди могли догадываться, но поняли это значение лишь тогда, когда научились фотографировать в ультрафиолетовых лучах. И мир, который люди увидели глазами насекомых, представился им совершенно иным. По-иному выглядели сами насекомые, особенно крылья бабочек, по-иному стали выглядеть цветы - яркие для нас и бесцветные для насекомых или наоборот: неотличимые для нас и очень разные для насекомых. Например, многие цветы, которые нам кажутся белыми, не отражают ультрафиолетовых лучей, и пчелы видят их голубовато-зелеными. Окраска цветков для пчел зависит от того, какое количество ультрафиолетовых лучей они отражают или в какой степени эти лучи являются дополнительными к основному цвету.

Получив возможность смотреть на мир глазами насекомых, люди увидели не только этот мир в ином свете, но и разглядели ряд подробностей, не различимых простым глазом. Так, например, на, казалось бы, гладких лепестках цветков обнаружились видимые лишь в ультрафиолетовых лучах узоры, которые служат не только для опознания самого цветка-медоноса, но и указывают насекомым, где, в какой части цветка надо брать нектар.

Как сейчас выяснено, ультрафиолетовые лучи воспринимаются многими насекомыми. Насекомые различают и цвета, причем разные насекомые видят цвета по-разному. А бабочки - пока единственные, известные людям насекомые, которые видят красный цвет. И это, безусловно, тоже не причуда, не каприз природы - это насущная необходимость для нормального существования этих насекомых.

Итак, можно было бы задать наивный вопрос: у кого же глаза лучше - у насекомых или у более развитых животных? Вопрос, хоть и напрашивается сам собой, действительно наивный. Во-первых, у самих насекомых зрение не у всех одинаково. Во-вторых, глаза насекомых приспособлены, как уже говорилось, к их образу жизни. Для такого образа жизни они самые лучшие. Если бы глаза насекомого удалось пересадить какой-нибудь птице или зверьку, мы, по сути дела, ослепили бы этих животных. Мало того, глаз стрекозы, например, был бы совершенно бесполезен для кузнечика или мухи, и наоборот.

У одних насекомых зрение, светочувствительность играют большую роль, у других - меньшую, но для всех свет играет важную роль в регуляции годового цикла. Как известно, в определенное время насекомое откладывает яички и окукливается, появляется из куколки и так далее. В определенное время насекомое "замирает" - пережидает неблагоприятные условия суровой зимы. Одни насекомые зимуют во взрослом состоянии, другие - на разных стадиях своего развития. Но в любом случае насекомое подготавливается к зимовке: должны прекратиться рост и развитие, а стало быть, питание, должна до предела сократиться мышечная активность.

Одно время считалось, что все это регулирует, всем этим управляет изменение температуры - ведь известно же, что в холодные ночи многие насекомые оцепеневают. И даже днем, если скрывается неожиданно солнце и небо затягивают облака, насекомые прекращают активную деятельность. Однако это не настоящая диапауза, не состояние временного физиологического покоя, необходимого для того, чтобы организм переждал неблагоприятное для него время. Изменение температуры не может обмануть насекомое, потому что диапауза у него наступает не в результате похолодания, а в результате изменения светового дня. Как бы слабо у насекомых ни было зрение, длина светового дня, или, как его называют ученые, длина фотопериода, улавливается ими с удивительной точностью. Свет для насекомых настолько важен, что они будут реагировать на него, даже лишившись зрения: например, гусеница и ослепленная будет тянуться к источнику света, а таракан - стремиться в темноту.

Зная "притягательную силу" ультрафиолетовых лучей для многих насекомых, ученые устраивают специальные ловушки, чтоб пополнить свои коллекции или собрать насекомых для лабораторных исследований. Определив стремление жуков - амбарных долгоносиков, опасных вредителей, к ультраизлучению, англичане стали применять против них такой способ борьбы, как ультрасветовые ловушки. Но, пожалуй, самый простой и самый реальный способ борьбы с некоторыми насекомыми был предложен английским ученым Вильямсом. Известно, что бабочки летят на свет. Будь то свеча или фонарь, грозит ли бабочке смерть от пламени или от раскаленного фонарного стекла, она неуклонно стремится к источнику света. И, даже опалив раз крылышки, но случайно уцелев, бабочка не сделает нужного вывода и снова ринется в огонь. Существует немало теорий относительно этого явления, названного фото- или светотропизмом, но все они в той или иной степени еще требуют доказательства. Мы еще поговорим с тобой об этом. Сейчас же нас интересует другое. Раз насекомые летят к свету, надо их использовать, решил английский ученый, и ему за четыре года с помощью светоловушки удалось выловить почти полмиллиона насекомых. Попытки использовать свет для ловли вредных насекомых делались и до Вильямса, но они были малоэффективны: почему-то в ловушки попадались одни самцы. Вильямсу же удалось установить любопытную закономерность: самцы и самки летают на разной высоте, причем самки - гораздо выше.

Метод борьбы с вредными насекомыми при помощи светоловушек еще не разработан. Некоторые специалисты считают, что он бесперспективен. Фактически еще не изучен как следует лёт насекомых. Например, не изучена высота лёта (хотя известно, что насекомые летят и на метровой и на шестнадцатиметровой высоте), не выяснены причины, побуждающие насекомых подниматься выше или опускаться. Известно, что на полет влияют и метеорологические факторы, и время года, и даже часы, в которые этот лёт происходит. Но как это все влияет, не ясно.

И тем не менее этот способ борьбы с вредителями имеет шанс стать на практическую основу. Доказательство тому - успехи, достигнутые советскими учеными.

Примером может служить операция на Телецком озере против непарного шелкопряда, которую провела экспедиция Красноярского института физики Сибирского отделения Академий наук СССР.

За одну только ночь на каждую кварцевую лампу-светоловушку прилетело не менее 500 тысяч бабочек. Если бабочка весит 1 грамм, то каждая лампа за ночь уничтожила полтонны опасного вредителя.

Можно привести и другие примеры: борьбу с насекомыми при помощи светоловушек в Туве, тоже проведенную красноярцами, привлечение светоловушками комаров и так далее. Но это только начало. Требуется еще большая работа, нужно еще очень много узнать. И рано или поздно человек получит новое, очевидно мощное, оружие для борьбы с вредными насекомыми.