Тем не менее пришлось снова вернуться к исходной точке в 2012 году, когда еще одна работа была опубликована в Nature. Она описывала подробное 3D-изучение клюва голубя с использованием метода МРТ. Исследование показало, что магнетит в клетках клюва голубя почти наверняка не имеет ничего общего с магниторецепцией. На самом деле богатые железом клетки, называемые макрофагами, участвуют в выработке иммунитета к патогенам, но, насколько известно, не влияют на чувствительность к магнитному полю[93].
И вот как раз сейчас наступает самый подходящий момент для того, чтобы вернуться к выдающемуся немецкому орнитологу Вольфгангу Вильчко, с которым мы познакомились в главе 1. Интерес Вильчко к птичьей навигации разгорелся в 1958 году, когда он присоединился к исследовательской группе во Франкфурте под руководством орнитолога Фрица Меркеля. Меркель был одним из немногих ученых, которые в то время изучали магнитную чувствительность животных. Один из его учеников, Ганс Фромм, уже показал, что некоторые птицы могут ориентироваться внутри пустых закрытых помещений. Это доказывало, что их навигационные способности не были основаны на визуальных ориентирах. Фромм предположил два возможных механизма: либо птицы получали какие-то радиосигналы от звезд, либо же они могли чувствовать магнитное поле Земли. Вольфганг Вильчко склонялся ко второй версии.
Осенью 1963 года Вильчко начал проводить эксперименты с европейскими малиновками, которые, как вы помните, обычно мигрируют между Северной Европой и Северной Африкой. Он поместил малиновок, пойманных в середине миграции, внутрь специальных камер, защищенных от магнитного излучения. Затем он подвергал птиц воздействию слабого искусственного статического магнитного поля, генерируемого устройством под названием «катушка Гельмгольца», которое может имитировать геомагнитное поле, но силу и направление которого можно изменять. Он обнаружил, что птицы, отловленные во время миграции, осенью или весной становились беспокойными и группировались с той стороны камеры, которая совпадала с направлением искусственного поля. После двух лет кропотливых усилий, в 1965 году, он опубликовал результаты, демонстрирующие, что птицы чувствительны к направлению наведенного поля и, соответственно, как он полагал, могут аналогично обнаруживать и магнитное поле Земли.
Эти эксперименты придали больший авторитет идее птичьей магниторецепции и дали толчок дальнейшим исследованиям. Но в то же время никто не имел ни малейшего представления, как это чувство работает: как чрезвычайно слабое магнитное поле Земли действительно может влиять на органы животных? Ученые не могли даже договориться о том, где в теле животных расположен чувствительный орган, отвечающий за магниторецепцию. Даже после того, как кристаллы магнетита были найдены у некоторых видов животных, подтверждая идею работы механизма обычного магнитного компаса, навигационная способность малиновки оставалась загадкой, потому что в ее теле магнетит обнаружен не был. Чувствительность малиновки также имеет некоторые необъяснимые особенности, которые не согласуются с принципом работы магнитного компаса; например, удивительно то, что птицы теряли способность, когда им завязывали глаза, указывая на то, что они должны «видеть» магнитное поле Земли. Но как животные могут видеть магнитное поле?
В 1972 году Вильчко (Вольфганг к тому времени стал работать в команде со своей женой Розвитой) обнаружили, что компас малиновки отличается от всех ранее изученных. Обычный компас имеет намагниченную иглу, один конец которой (ее южный полюс) притягивается к Северному магнитному полюсу Земли, а обратный конец — к Южному. Но есть и другой вид компаса, который не делает различий между магнитными полюсами. Такой компас, как вы помните из главы 1, называется инклинометром, он указывает на то, какой полюс находится ближе, и показывает, удаляетесь вы от полюса или приближаетесь к нему, но не указывает, к какому именно. Одним из способов получения такого рода информации является измерение угла между силовыми линиями магнитного поля и поверхностью Земли (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Линии магнитного поля Земли и угол магнитного наклонения
Этот угол магнитного наклонения (inclination angle — отсюда и название для такого рода компаса) является почти вертикальным (указывает на землю) близко к полюсам и параллельно земле на экваторе. Между экватором и полюсами магнитные силовые линии проходят под острым углом к поверхности, достигая 90° на ближайшем полюсе. Таким образом, любое устройство, которое измеряет этот угол, может выступать в качестве инклинометра и обеспечивать информацию о направлениях.
В своих экспериментах в 1972 году Вильчко поместили птиц в защищенную от геомагнитного поля камеру и подвергли их воздействию искусственного магнитного поля. Что отличает этот эксперимент от предыдущих, так это то, что они поменяли полярность, повернув магнит на 180°, но это не оказало никакого влияния на поведение птиц: они ориентируются по отношению к ближайшему магнитному полюсу, каким бы он ни оказался, поэтому их чувствительность нельзя объяснять принципом обычного магнитного компаса. Исследование 1972 года показало, что магниторецепция малиновки работает по принципу инклинометра. Но как именно она работает, так и осталось загадкой.
Затем в 1974 году Вольфганг и Розвита были приглашены в Корнелльский университет в США американским экспертом по миграции птиц Стивом Эмленом. В 1960 году он разработал вместе со своим отцом Джоном, также весьма уважаемым орнитологом, специальную камеру для птиц, которая известна как воронка Эмлена[94]. Воронка имеет форму перевернутого конуса со штемпельной подушечкой на дне и промокательной бумагой на внутренних наклоненных сторонах (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Воронка Эмлена
Когда птица подпрыгивает или пытается взобраться по наклонной стенке, она оставляет видимые следы, которые дают информацию о предпочтительном направлении, в котором бы она полетела, если бы смогла выбраться. Среди видов птиц, которых изучали Вильчко в Корнельском университете, был индиговый овсянковый кардинал, небольшая североамериканская певчая птица, которая, как и европейская малиновка, мигрирует с помощью внутреннего компаса. Результаты годичного изучения поведения этой птички внутри воронки Эмлена были опубликованы в 1976 году[95]. Было установлено, что индиговый овсянковый кардинал, несомненно, как и малиновка, может обнаруживать геомагнитное поле. Вольфганг Вильчко считает, что эта первая публикация о корнельских исследованиях стала настоящим прорывом для его команды, потому что она развеяла все сомнения в том, что мигрирующие птицы имеют встроенный магнитный компас, и привлекла внимание многих ведущих орнитологов мира.
Конечно, никто в середине 1970-х годов не имел понятия, как именно работает биологический магнитный компас. Однако, как мы видели в главе 1, в том же году, в котором Вильчко и Стивен Эмлен опубликовали свою работу, немецкий химик Клаус Шультен предложил объяснение химического механизма, который связывает свет с магниторецепцией. Окончив Гарвард, Шультен с докторской степенью в области химической физики вернулся в Европу, где получил должность в Институте биофизической химии Макса Планка в Геттингене. Там он заинтересовался возможностью электронов, генерируемых в быстрой триплетной реакции под воздействием света, становиться квантово-запутанными. Его расчеты показали, что если запутанность действительно участвует в химических реакциях, то на скорость этих реакций должно влиять внешнее магнитное поле, и предложил способ доказательства своей теории.
