В своей работе 2010 года группа Репперта также показала, что мухи сохраняют свою магнитную чувствительность и тогда, когда их криптохромные гены заменяют генами, кодирующими криптохром у бабочек-монархов[86]. Это доказывает, что бабочка-монарх может также использовать криптохром для обнаружения магнитного поля Земли. Работа той же группы ученых в 2014 году показала, что, как и европейская малиновка, с которой мы познакомились в главе 1, бабочка-монарх обладает светочувствительным компасом, который она использует, чтобы найти свой путь от Великих озер до мексиканских гор; и, как и предполагалось, он должен находиться в антеннах[87].
Но каким образом световой пигмент также может обнаруживать невидимое магнитное поле? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вернуться к нашей знакомой европейской малиновке.
Птичий компас
Как мы уже отмечали в главе 1, наша планета представляет собой гигантский магнит с магнитным полем, влияние которого распространяется от внутреннего ядра в космос на тысячи километров. Этот намагниченный «пузырь», «магнитосфера», защищает все живое на Земле, потому что без него солнечный ветер — поток высокоэнергетических частиц, испускаемых Солнцем, — давно бы уничтожил нашу атмосферу. И в отличие от магнетизма обычного стержневого магнита, поле Земли меняется с течением времени, потому что его источником является расплавленное железное ядро Земли. Точно описать происхождение этого магнетизма довольно сложно, но обычно его объясняют через эффект «динамо-машины», который заключается в том, что электрические токи, порожденные циркуляцией жидких металлов в земной коре, в свою очередь, генерируют магнитное поле.
Так, жизнь на Земле обязана своим существованием этому защитному магнитному экрану. Но его польза для живых существ этим не ограничивается; ученые уже более века знают, что многие виды развили оригинальные способы ее использования. Так же как моряки используют магнитное поле Земли в течение тысяч лет, чтобы перейти океаны, многие другие обитатели Земли, в том числе морские и наземные млекопитающие, птицы (подобные нашей малиновке) и насекомые, в течение миллионов лет развили чувство, которое обнаруживает магнитное поле Земли, чтобы использовать его для навигации.
Самые ранние свидетельства о такой способности были представлены российским зоологом Александром фон Миддендорфом (1815–1894), который записывал места и даты прибытия нескольких видов перелетных птиц. На основании этих данных он нанес на карту ряд кривых, которые он назвал «изопиптезы» (линии одновременного прилета). По этой карте, отражавшей направления прилета птиц, он обнаружил тенденцию «сближения линий к северу», в направлении Северного магнитного полюса. Когда он опубликовал свои выводы в 1850 году, он предположил, что перелетные птицы ориентируются по магнитному полю Земли, используя его как «воздушные мореплаватели», которые могут перемещаться «несмотря на ветер, погоду, ночь и облачность»[88].
Большинство других биологов XIX века относились к этим выводом скептически. Парадоксально, что даже те ученые, которые были готовы принять более диковинные псевдонаучные явления вроде паранормальной активности — а многие видные ученые конца XIX века действительно их признавали, — не могли поверить, что магнитное поле влияет на жизнь. К примеру, Джозеф Ястров, американский психолог и исследователь психологии, в июле 1886 года опубликовал письмо в журнале Science, озаглавленное «Существование магнитной чувствительности». Он описал эксперименты, которые провел с целью проверки, могут ли люди так или иначе чувствовать магнитное поле, но сообщил, что вообще не обнаружил какой-либо чувствительности.
Тем не менее если вы оставите Ястрова с его мыслями позади и пойдете дальше, то в XX веке вы сможете найти работу Генри Йигли, американского физика, проводившего исследования для войск связи армии США во время Второй мировой войны. Навигация птиц представляла интерес для военных, так как почтовых голубей по-прежнему использовали для передачи сообщений и авиационные инженеры надеялись узнать об их навигационных способностях. Тем не менее, как именно птицам удавалось находить свой путь домой столь безошибочно, так и оставалось загадкой. Йигли разработал теорию о том, что почтовые голуби чувствуют как вращение Земли, так и ее магнитное поле. Это, по его словам, позволяет создавать «навигационную сеть» в птичьем мозге, давая ему координаты широты и долготы. Он даже проверил свою теорию, присоединив небольшие магниты к крыльям десяти голубей и немагнитных медных полосок того же веса — к крыльям десяти других. Восемь из десяти птиц с медными полосками, прикрепленными к крыльям, нашли свой путь домой, но только одному из десяти голубей с магнитами удалось вернуться в гнездо. Йигли пришел к выводу, что птицы используют для ориентирования магнитную навигационную чувствительность, которая могла быть нарушена прикрепленными магнитами[89].
Хотя результаты эксперимента Йигли были первоначально отклонены как надуманные, некоторые исследователи также не ставили под сомнение тот факт, что многие животные обладают чувствительностью к магнитному полю Земли и это позволяет им остро чувствовать направление. Морские черепахи, например, могут вернуться к пляжу, на котором родились, через тысячи километров от места кормежки в океане без каких-либо визуальных ориентиров; и исследователи показали, что навигационное чувство снижается, если к их головам прикрепить мощные магниты. В 1997 году команда из Университета Окленда в Новой Зеландии опубликовала исследование в журнале Nature с предположением, что радужная форель использует клетки магнитных рецепторов, расположенных в носу[90]. Если это подтвердится, это будет первый пример вида, который способен «унюхать» направление магнитного поля Земли! Микробы используют магнитное поле Земли, чтобы ориентироваться в мутной воде; и даже организмы, которые не мигрируют, такие как растения, по всей видимости, сохранили чувство магниторецепции.
Способность животных к обнаружению магнитного поля Земли больше не вызывает сомнений. По-прежнему тайной остается лишь то, как они это делают, не в последнюю очередь потому, что магнитное поле Земли является чрезвычайно слабым и вряд ли может влиять на какие-либо химические реакции в организме. Есть две основные теории, и обе, вероятно, будут верны для разных видов животных. Первая состоит в том, что магнитная чувствительность функционирует по принципу обычного магнитного компаса, а вторая — в том, что магниторецепция сродни «химическому компасу».
Первая теория — о том, что в той или иной форме обычный механизм компаса находится где-то в теле животного, была подкреплена открытием крошечных кристаллов магнетита, природного минерала оксида железа, у многих животных и микроорганизмов, что, вероятно, и обеспечивает их магнитную чувствительность. Например, бактерии, которые используют магнитную чувствительность для того, чтобы ориентироваться в мутных морских отложениях, часто содержат продолговатые кристаллы магнетита.
К концу 1970 года магнетит был обнаружен в телах различных видов животных, способных к навигации по магнитному полю Земли. Примечательно, что магнетит был найден внутри нейронов в верхней части клюва самых известных птичьих навигаторов — почтовых голубей[91]. Предположительно нейроны реагируют на магнитные сигналы, улавливаемые кристаллами магнетита, а затем посылают сигнал в мозг животного. Более поздние исследования показали, что голуби были дезориентированы и утрачивали способность отслеживать геомагнитное поле, когда маленькие магниты были прикреплены к верхним частям их клювов, где эти богатые магнетитом нейроны, по-видимому, и расположены. Казалось, что источник животной магниторецепции наконец-то удалось локализовать[92].
