Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции - Кеннет Катания

себе, что вы пытаетесь опознать птицу, которая находится далеко от вас. Будет здорово, если вам удастся увидеть ее в полете или услышать ее пение. Но еще лучше, если вы сможете и увидеть ее, и услышать. А теперь представьте, что вы не орнитолог-любитель, а охотник или даже потенциальная жертва. Внезапный шелест в кустах у лесной тропы – и все ваше внимание, ваши глаза и уши сосредоточены на источнике звука: это белка или недружелюбно настроенная медведица с медвежатами? Объединяя зрительную и слуховую информацию, нейроны верхнего двухолмия генерируют сигналы, необходимые для фокусировки зрения и слуха на объекте. Это возможно именно за счет наложения друг на друга оптической, слуховой (в нашем примере) и других карт, включая карту осязания. Таким образом, сигналы, поступающие из одной точки, будь они слуховые или зрительные, представлены в одной области тектума.

Но вернемся к нашим герпетонам. Мы изучили их оптический тектум и предсказуемо увидели оптическую карту. Кроме того, мы увидели карту осязания, а на ней – обширную зону, связанную со щупальцами1. Карты пространственно совпадали и были ориентированы в одном направлении. Иными словами, мы обнаружили новую вариацию стандартного принципа; в тектуме герпетона соединялись зрительная информация от глаз и информация о колебании воды от щупалец.

Это позволило предположить, что щупальца помогают змее охотиться. Для подтверждения или опровержения гипотезы нужно было снять змеиную охоту в таких условиях, при которых герпетон не сможет использовать зрение. Мы выключили свет, а для освещения аквариума использовали инфракрасное излучение, которое не видит змея, но улавливает камера. Запись показала, что герпетон действительно способен поймать рыбу вслепую.

Здесь я должен сделать оговорку, которая может показаться странной после всех этих рассуждений о щупальцах. Основное чувство у змей – зрение. У этих животных очень чувствительные глаза и крупный зрительный нерв, и при невозможности использовать зрение их атаки гораздо менее точны. Так к чему же эта суета вокруг щупалец?

3.2. Комбинация сенсорных сигналов в оптическом тектуме щупальценосной змеи. От щупалец передается сигнал о колебании воды, а от глаз – зрительная информация. Оба сигнала объединяются в оптическом тектуме, что позволяет змее точно определить местоположение рыбы

Давайте снова сравнивать с собой. У человека зрение тоже основное чувство, и когда мы переходим дорогу, то всегда смотрим по сторонам. Это важнейший навык, который родители прививают детям с ранних лет. Но это вовсе не значит, что нам не нужен слух. Мне даже не придется доставать примеры из глубины веков и говорить о пещерных людях и затаившихся саблезубых кошках – сегодня есть нечто другое, что может подкрасться к вам бесшумно и убить среди бела дня: электромобиль. Неожиданная и серьезная угроза для пешеходов и велосипедистов, для которых жизненно важно слышать звук приближающегося автомобиля. И эта угроза настолько серьезна, что Национальное управление безопасности дорожного движения США выпустило требование об имитации шума для автомобилей с электродвигателем. Так что даже в большом современном городе возможность получать сигналы обоих типов – вопрос жизни и смерти. То же относится и к герпетонам – правда, в их случае жизнь и смерть все-таки рыбьи, а не змеиные. Герпетон воспринимает колебания воды вместе с визуальной информацией, что позволяет ему атаковать с предельной точностью. Но, как вы убедитесь далее, атаки щупальценосной змеи примечательны не только точностью.

Рыба-самоубийца

Учитывая, что в арсенале герпетона имеется сразу два типа рецепторов, неудивительно, что снайпер он непревзойденный. Его атаки даже слишком хороши, чтобы быть правдой: свою скользкую и изворотливую жертву змея атакует с головы, иногда почти целиком заглатывая ее в процессе охоты. Сверхъестественная способность.

Но я был не первым, кто заметил эту способность. Герпетолог Джон Мёрфи, специалист по щупальценосным змеям и их ближайшим родственникам, написал прекрасную подробную книгу о семействе Homalopsidae (пресноводных змей), к которому эти змеи принадлежат (Homalopsid Snakes: Evolution in the Mud 3). В ней он пишет, что, просматривая видео кормления щупальценосных змей, заметил кое-что странное. Время обработки добычи было «очень коротким или практически нефиксируемым», а «при некоторых удачных атаках рыба исчезала за один кадр – 1/30 секунды».

Время обработки – это время, затрачиваемое хищником на преследование, поимку и поедание добычи, и мы уже знаем, кто здесь мировой рекордсмен (среди млекопитающих) с показателем 120 миллисекунд. Но кадр видео с частотой 1/30 секунды – это 33 миллисекунды. За такое время звук преодолевает примерно девять метров. Как же змеям удается такой трюк? Атака змеи, как и многие другие действия животных, слишком стремительна для человеческого глаза и для обычной видеокамеры. Пришло время съемки на высокоскоростную камеру.

3.3. Кадры съемки высокоскоростной камерой. Рыба поворачивается в сторону атакующей змеи, устремляясь прямо в ее приближающуюся пасть

Видео в режиме замедленного воспроизведения объяснило сверхкороткое время обработки: рыба как будто сама помогала себя заглатывать, поворачиваясь в сторону змеи, а иногда даже заплывая прямиком в открытую пасть. Это пример открытия, несущего больше вопросов, чем ответов. Почему рыба так себя ведет? На лекциях я рассказывал студентам об устройстве нервной системы рыб, и у меня были некоторые догадки. Похоже, змеи «взламывали» рыбий мозг.

Беги без оглядки

Рыбы – наггетсы животного царства. Сотни миллионов лет они занимают верхние строчки в рейтинге самых популярных блюд. Медленные и рассеянные особи канули в Лету; вероятно, им не удалось сохраниться даже в виде окаменелостей, хотя это было бы слабым утешением. А у быстрых и осторожных больше шансов спастись от хищников и оставить потомство. Этот простой принцип, помноженный на поколения, привел к развитию одной из самых быстрых и эффективных реакций бегства среди животных. Эту реакцию называют «C-старт», потому что сначала рыба изгибается в форме буквы C, а затем резко стартует с места, быстро двигая хвостом. Со стороны кажется, будто рыба телепортируется.

Совершенные и эффективные модели поведения всегда обеспечиваются совершенными и эффективными нейронными цепями. C-старт не исключение. Эту реакцию изучали десятилетиями4, но ее базовые элементы удивительно просты – во всяком случае, в общих чертах, чего достаточно для нас и явно достаточно для змей. По нейронной цепочке можно понять, как активность нейронов вызывает то или иное действие. У рыб все начинается с простого выбора: налево или направо? Решение зависит от того, с какой стороны атакует хищник: логично сбежать в противоположную сторону. Что может пойти не так?

Да, в этом не было бы ничего сложного, если бы решать