Навигаторы

Подавляющее большинство насекомых имеет гнезда и норки. Даже некоторые насекомые-бродяги и те строят норки, чтобы отложить туда яичко.

Помногу раз в день насекомые оставляют свое пристанище, улетая за добычей, за кормом для личинок, но всегда, несмотря ни на что, возвращаются точно к своему гнезду, хотя оно так мало, что полностью маскируется не только деревьями и неровностями местности, но даже листиком, камешком или былинкой. Иногда в непосредственной близости от одного гнезда находится другое такое же, но насекомое никогда не спутает своего гнезда с чужим.

Облюбовав богатое нектаром место, пчелы летят к нему, даже если в их полетах создается естественный (непогода) или искусственный (лабораторные эксперименты) перерыв.

Людей издавна поражали штурманские способности насекомых. Уже знакомый нам французский энтомолог Ж.-А. Фабр описывает, как песчаная оса-бембекс безошибочно находит свое гнездо. "Для норок бембексы выбирают пологие песчаные склоны. Бембексы имеют привычку, улетая за добычей, засыпать вход в норку так, что даже при самом внимательном наблюдении не отличишь его от окружающей местности. Вот прилетает оса, безо всяких разведок и поисков она бросается на одно место, ничем не отличающееся от соседних - всюду одинаковый песок. Передними ножками она начинает энергично рыть песок и через некоторое время скрывается в норке. И так каждый раз. Бембекс никогда не колеблется, разыскивая вход в норку, не ощупывает, не ищет. Резкое снижение, быстрое рытье в точке приземления - и оса в норке.

Попытаемся сбить осу с толку. Прикроем вход в норку плоским камнем величиной в ладонь. Прилетевшая оса без малейших колебаний садится на камень и пытается рыть его, но роет не где попало, а именно на том месте, под которым находится норка. Твердость камня заставляет ее прекратить это занятие. Она бегает по камню, шныряет под него и принимается рыть как раз там, где это нужно.

Сделаем другое. Нанесем жирной черной земли, размельчим ее и покроем слоем в несколько сантиметров норку и почву вокруг нее площадью примерно в квадратный метр. Возникает картина, совершенно незнакомая бембексу. Темным квадратом выделяется слой земли на желто-сером фоне песка. Найдет ли оса теперь свою дверь? Вот она прилетела и рассматривает сверху столь странно изменившуюся местность. Садится посредине нашего квадрата как раз над входом в норку и прокладывает себе путь, тотчас же находя вход.

Можно обильно залить нашу земляную покрышку над норкой эфиром. Резкий запах его поначалу отталкивает осу. Она садится поодаль, но затем перебирается на землю, все еще сильно пахнущую эфиром, роет и сразу входит в гнездо".

Ж.-А. Фабр понял, что в принципе оса руководствуется зрением и памятью, хотя и не мог объяснить, как и каким образом. Но его в данном случае интересовала, так сказать, микронавигация, нахождение самого входа в норку в отличие от общего генерального направления к ней. Фабру казалось, что к этому причастны усики, и он, поймав осу, удалил их, однако и после удаления усиков оса по-прежнему быстро находила свое гнездо.

Интересно понаблюдать за повадками осы-помпила. Эти осы охотятся на пауков и, лишь завладев добычей, роют норку, чтобы отложить яичко. Помпил кладет парализованного им паука на какое-нибудь возвышение, пучок травы, кучку былинок и начинает искать подходящее место для норки. Время от времени оса наведывается к пауку - пощупает его, куснет и снова возвращается к земляным работам. Если осу что-то беспокоит, она переносит паука поближе.

Пока помпил роет норку, переместим паука на полметра в сторону. Вот оса бежит навестить добычу - бежит прямо к тому месту, где оставила паука. Она уже несколько раз тут была и потому без всяких колебаний находит пучок травы, на котором лежал паук. Но паук исчез. Помпил тщательно обследует траву и, убедившись, что паука нет, медленно шагая, ищет его в окрестности. Заметив паука, оса хватает его, переносит на новое место в двух-трех метрах от старого и продолжает постройку норки.

Если теперь вновь переместить паука, можно проверить память и ориентацию осы, ведь она была на новом месте только раз, да и то мимоходом - положила паука и ушла. Кроме того, оса может перепутать новое место со старым. Вот помпил бросил работу и... бежит точно к новому месту. Опять нет добычи. Опять поиски и т. д.

Можно много раз повторять опыт, и каждый раз оса будет без колебаний бежать к последнему месту, где была оставлена добыча. Если же паука чем-нибудь прикрыть, то помпил уже не находит его. Это позволяет предположить, что в своих поисках оса руководствуется зрением и памятью.

О том, что домашние медоносные пчелы легко и безошибочно находят путь к улью, люди знают давно. Во время экспериментов пчел уносили за несколько километров от пасеки в шумный город с его громадами домов, пылью, дымом. Пчелы попадали в незнакомую обстановку, разительно отличающуюся от привычных лугов и лесных полянок, но, будучи выпущены здесь на свободу, они либо сразу, либо после одного как бы разведывательного круга направлялись к своему улью.

Чем же руководствуются насекомые, ориентируясь в пространстве? Что помогает им безошибочно выбирать направление? Многочисленные эксперименты и наблюдения дали один ответ - солнце и биологические часы, необходимые для внесения поправок на суточное движение светила по небосводу.

Глаза насекомых (в особенности летающих и вообще сильноподвижных) прекрасно приспособлены для солнечной навигации. Они имеют так называемое фасеточное строение - состоят из многих тысяч омматидиев - оптически изолированных друг от друга секторов. Каждый омматидий воспринимает только те лучи, которые параллельны его продольной оси. Чтобы точно выдерживать нужное направление, насекомому достаточно сохранять изображение солнца в одном из омматидиев.

Однако опыты показали, что насекомые способны правильно выбирать направление полета, даже когда солнце закрыто густыми тучами или (в лабораторных условиях) виден лишь маленький участок неба без солнца. Как же происходит ориентация в таких случаях?

Известно, что солнечный свет представляет собой электромагнитные колебания во всех плоскостях, перпендикулярных направлению луча света. Но, рассеиваясь в атмосфере, в особенности в облаках, свет доходит до нас частично поляризованным, то есть колебания уже совершаются преимущественно в каком-нибудь одном направлении (в одной плоскости поляризации).

Из оптики известно, что плоскость поляризации света всегда перпендикулярна плоскости, проходящей через три точки: глаз наблюдателя, солнце и точку пространства, на которую наблюдатель смотрит. Значит, можно, не видя солнца, определить его местоположение на небе, если суметь определить плоскость поляризации света.

Насекомые обладают такой способностью. Омматидии их глаз разделены на 8 частей, расположенных звездочкой и образующих поляроидные фильтры. Благодаря этому для насекомых пасмурное небо имеет неодинаковую яркость в различных элементах одного и того же омматидия. Наиболее ярко освещена та часть омматидия, плоскость поляроида которой совпадает с плоскостью поляризации. Именно это позволяет насекомым уверенно ориентироваться при полетах в пасмурные дни.

Особенность строения и функционирования глаза насекомых (в частности, пчел) была положена учеными-биониками в основу разработки современного оборудования для приборов солнечной навигации.

Кроме решения навигационных проблем, фасеточное строение глаз, дающее не одно изображение предмета, попавшего в поле зрения насекомого, а серию независимых изображений, позволяет судить о скорости этого предмета, так как он последовательно воспринимается различными омматидиями. Эта особенность фасеточного зрения тоже использована инженерами при создании прибора, измеряющего скорость самолета относительно земли.

Для технической реализации подобных способностей насекомых уже сейчас возникает необходимость в специальных инженерно-биологических (бионических) экспериментах, один из которых, выполненный как раз при конструировании измерителя скорости самолета, весьма интересен и может быть приведен в качестве примера.

Объектом исследования служил жук-хлорофанус, глаза которого, как и у других насекомых, имеют фасеточное строение. Жук был приклеен спинкой к концу спицы, которая вводилась внутрь полого цилиндра со светлыми и темными вертикальными полосами. Ногами жук удерживал легкую сферическую ажурную конструкцию, состоящую из трех элементов, похожих на латинскую букву Y. Пытаясь передвигаться, жук перебирал ногами и тем самым перемещал сферу. У точки соединения элементов лабиринта жуку приходилось "сворачивать" на один из них (движение здесь относительное - фактически жук, оставаясь на месте, перемещает свою дорогу). В опыте выбор жуком направления обусловливался изменяющимся зрительным возбуждением от чередования полосок на стенке цилиндра при его вращении. Используя несколько цилиндров с разной толщиной полос, позволяющих возбуждать отдельные омматидии глаза жука, ученые построили математическую модель функционирования глаза, на основании которой и были собраны материалы для разработки измерителя путевой скорости самолета.

В своих "штурманских расчетах" насекомые не могут обойтись без биологических часов, корректирующих направление в зависимости от времени суток. Если паука-волка, обитающего по берегам водоемов, отвезти на лодке подальше и бросить в воду, он прямо поплывет к тому берегу, где его поймали. Однако стоит подержать такого паука несколько дней в темноте, как его биологические часы станут идти неправильно, и он уже не сможет найти свой берег.

Песчаные блохи, живущие на берегу моря, тоже ориентируются по солнцу. Если выпустить такую блоху вдали от моря, она резво поскачет к берегу. Не было случая, чтобы эти блохи заблудились. Но достаточно их перевезти в местность с географической долготой, сильно отличающейся от привычной, как они сразу же теряют способность определять нужное направление. Их часы работают по старому времени, а солнце, естественно, находится в иной части небосвода, согласно местному времени.

Муравьям в их походах за пищей и в воровских набегах за куколками других муравьев тоже необходимо ориентироваться в пространстве. Раньше считали, что они определяют путь по запаху своего следа и следов своих собратьев. Но простые и убедительные опыты с поворотом части муравьиной тропы, находящейся на вращающемся диске, показали, что муравьи в лучшем случае используют запах следов как рельсы; лишенные возможности видеть солнце или хотя бы освещенный солнцем привычный ландшафт местности, они не могут выбрать нужное направление и сплошь да рядом путают, где "дом", а где источник пищи.

Эти и многие другие опыты и наблюдения полностью подтвердили, что насекомые ориентируются по солнцу.

Можно привести еще один пример, когда изучение работы органа насекомого, имеющего отношение к навигации, было успешно использовано инженерами. У некоторых двукрылых насекомых за крыльями расположен придаток, называемый жужжальцем. Оно имеет форму палицы и соединено с телом насекомого тоненьким черешком. При полете жужжальце все время вибрирует, причем свободный его конец совершает круговые движения. Если по каким-либо случайным причинам направление полета меняется, жужжальце, стремясь сохранить неизменной свою ось вращения, вызывает натяжение черешка. Благодаря этому мозг получает сигнал о том, что насекомое "сбилось с курса". На основе изучения этого органа инженеры разработали новый пластинчатый вибрационный прибор - геротрон, пришедший на смену классическому гироскопу-волчку, который становится непригодным при больших ускорениях современных летательных средств.