Портрет каракатицы в поляризованном свете
У головоногих моллюсков глаза — почти как у нас с вами. Хорошие глаза. Ими еще Дарвин восхищался. Только цвет они не видят. Ну его ведь и кошки с собаками не различают. Зато головоногие моллюски видят поляризованный свет. Не они одни — его и мухи с пчелами видят, и некоторые костистые рыбы, и головастики лягушек. А птицы и звери не видят. Но кальмары, каракатицы и осьминоги — животные в основном сумеречные и ночные. Днем спят. Зачем им видеть поляризованный свет?
Свет, если кто забыл, это электромагнитные волны. Волны на воде колеблются вверх и вниз, перпендикулярно направлению их распространения. Электромагнитные колебания тоже поперечные: каждая волна колеблется в своей собственной плоскости, перпендикулярной лучу. Но плоскостей, перпендикулярных лучу, бесконечно много. Обычный солнечный свет — совокупность волн, колеблющихся во всех возможных плоскостях. Эти плоскости распределены хаотично, т.е. солнечный свет не поляризован. Но если он пройдет сквозь кварцевое стекло, пропускающее световые волны только в одной плоскости, то станет поляризованным (линейно или плоско-поляризованным): волны будут колебаться лишь в этой одной плоскости, иные просто не пройдут. Поляризационный фильтр из кварцевого стекла и пропускает одну-единственную поляризацию световых волн. Посмотришь сквозь очки с поляризующими стеклами и, если плоскости поляризации пучков и света совпадают, — увидишь свет, если не совпадают — ничего не увидишь. Темнота.
Насекомые и ракообразные видят поляризованный свет — различают плоскость его поляризации. Свет, идущий от синего неба, поляризован, и поляризация в любой точке неба зависит от ее положения относительно солнца. Поэтому пчела может ориентироваться по солнцу, даже если оно закрыто облаками и виден лишь кусочек синего неба: поляризация укажет направление на солнце. Муха тоже видит солнце и в облачную погоду, ведь облака — это капельки воды, рассеивающие свет.
Свет, отражающийся от поверхности воды, также частично поляризуется поэтому солнечные блики на песчаном дне поляризованы. И по ним можно ориентироваться, где сейчас солнце. Значит, для речного рака блики света на дне ручья выглядят иначе, чем для нас с вами. Кальмары и осьминоги —- не насекомые, их глаза не фасеточные, а почти как человеческие, тем не менее поляризованный свет они видят: фоторецепторные клетки в сетчатке их глаз расположены так, что плоскости восприятия света в соседних фоторецепторах строго перпендикулярны друг другу. Но осьминог свой охотничий участок на ощупь знает наизусть. А кальмары обычно мигрируют по глубинам, где солнца не видно. Так что представить себе кальмара или каракатицу, ориентирующуюся по солнцу, мне довольно трудно (хотя такое предположение и высказывалось). Для чего же им нужна такая способность?
Этим занялся зоолог по имени Надав Шашар. Он работал в Мэрилендском университете в Балтиморе, а потом в Морской биологической лаборатории в Вудс-Холе (штат Массачусетс) и сотрудничал с целым рядом крупных специалистов по головоногим. Оказалось, что и кальмару, и каракатице, и осьминогу возможность видеть в поляризованном свете очень даже полезна!
Что для кальмара самое важное? Конечно, сожрать кого-нибудь. А на втором месте? Разумеется, не быть сожранным! То же самое и для кальмарьей добычи, и для кальмарьих врагов. Что нужно для этого? Самое лучшее — стать невидимкой. Идеальное решение — быть прозрачным. Увы, совсем прозрачным стать невозможно: глаза-то не спрячешь, светочувствительные клетки должны быть окружены непрозрачным пигментом, иначе как определить направление, откуда пришел свет? Так что уэлсовский человек-невидимка должен быть слеп! Чернильный мешок тоже прозрачным не сделаешь. Но что нельзя сделать прозрачным, можно замаскировать. Например, серебристой обкладкой. Чтобы стать прозрачным, можно многим пожертвовать. Однако все это окажется ни к чему, если враг умеет делать прозрачное видимым!
Вот бомбардировщик «Стелс». Радар его не видит. Stealth в переводе с английсого — подкрадывающийся. Бегом подкрадываться нельзя. «Стелс» тихоходен. Днем его ну почти из рогатки сбить можно. Он подкрадывается ночью. А теперь представьте, что изобретен радар, который «стелсы» видит (знающие люди говорят, у нас такие есть), — самолет станет беззащитен, как наши тихоходные дальние бомбардировщики первых месяцев Отечественной войны.
Так вот, для кальмара его поляризационное зрение — все равно что радар, видящий «стелсы»! Шашар с коллегами изучил в поляризационном микроскопе совершенно прозрачных (для человеческого глаза) планктонных животных, на которых охотятся мелкие или молодые кальмары. Оказалось, в поляризованном свете видны не только глаза, но и мускулатура, а также усики-антенны рачков. Не очень хорошо, но видны. И кальмары этим пользуются.
Когда в аквариуме со взрослыми североамериканскими длинноперыми кальмарами Loligo peaiei (обыкновенный промысловый виду восточных берегов США) подвешивали прозрачные стеклянные шарики диаметром 1 см – одни обычные, другие поляризующие свет, то кальмары подплывали поляризационно-активным шарикам почти в пять раз чаще, чем к обычным, и охотнее схватывали их (в три с лишним раза чаще, чем обычные). Для человеческого же глаза они ничем не различались!
Новорожденных кальмарьих личинок запускали в аквариум с живым зоопланктоном и освещали аквариум то поляризованным светом, то деполяризованным. В поляризованном свете кальмарята нападали на планктонных рачков с расстояния, на 70% большего, чем в деполяризованном, — 6,1 длины своего тела против 3,6. А вот успех нападения (доля схваченных рачков) в обоих случаях был одинаков: тут уж дело не в том, чтобы заметить добычу, а чтобы суметь ее изловить!
Кальмары, как и очень многие рыбы, охотятся в сумерках, утром и вечером (каждый рыбак знает: рыба клюет на зорьке!). На восходе и закате как ночная, так и дневная добыча уже (или еще) видит плохо, поэтому тут шанс поймать ее выше, чем схватить ночное животное ночью или дневное днем. Но вот что для кальмара главное — в сумерках степень поляризованности подводного светового поля достигает максимума, и кальмары — даже новорожденные! — сбивают планктонных «микростелсов» с помощью поляризационного антистелсового радара.
Однако осьминоги способны на много большее! Н. Шашар и Т. Кронин изучали, до какой степени осьминоги различают поворот плоскости поляризации. Для этого исследователи тренировали осьминогов (попросту купленных в зоомагазине) на примитивной установке: из середины прямоугольного кусочка поляризационного фильтра 4 x 4 см вырезали кружок диаметром 2 см и вставляли его обратно, повернув на тот или иной угол. Осьминог должен был притронуться к кружку, если кружок был повернут, — за это ему давали кусочек вкусной креветки, или награждали креветкой, если он показывал, что разницы в плоскости поляризации нет (тут доля ошибочных ответов всегда была больше). За неправильный ответ осьминогов не наказывали, но они быстро поняли, что от них требуется. Это человеческий глаз отличить повернутый кружок от неповернутого не может. А осьминог — смог!
Осьминожий глаз способен различать поляризацию света потому, что микроворсинки на поверхности световоспринимающих рецепторных клеток сетчатки (они у головоногих не такие, как у позвоночных, а похожи на клетки насекомых) расположены под прямым углом. Следовательно, он может воспринимать поворот плоскости поляризации только как минимум на 45°. В первых же опытах выяснилось, что осьминоги прекрасно опознают поворот плоскости на 90 - 180° и 45 - 135°. Но дальше — больше: число правильных ответов осьминогов в 2 - 3 раза превышало число неверных при повороте плоскости поляризации не только на 45°, но и на 30°, и даже 20°, и лишь при 10° осьминожий глаз «отказывал» — число правильных ответов падало до половины. Исследователи всячески ухищрялись, чтобы подопытные осьминоги не получали «подсказки» по запаху, повороту плоскости поляризации вправо или влево, вверх или вниз или еще каким-то способом. Нет, осьминоги делали выбор исключительно по разнице поляризации света между серединой «мишени» и окружающим пространством. Как они этого достигали, если клетки сетчатки на такое не способны? Скорее всего небольшими поворотами глаз или головы из стороны в сторону. Приглядывались...
По мнению исследователей, это — первое доказательство способности животных ориентироваться исключительно по характеру поляризации света. Полагают, что таким способом осьминоги могут общаться друг с другом (сомнительно: уж больно они необщительные создания!) и «взламывают» камуфлирующую окраску их потенциальной добычи, усиливая слабо заметную в обычном свете контрастность. Предполагается, что распознавание поляризационного контраста отчасти заменяет осьминогам отсутствующее у них цветовое зрение. Это похоже на правду!
Американцы объявили недавно, что их противотанковые ракеты способны находить неподвижные танки противника, тщательно замаскированные листвой, потому что броня нагревается на солнце сильнее, чем листья. Не напоминает ли Вам, уважаемый читатель, антикамуфляжное искусство осьминога нечто подобное?
Каракатицы — более общительные создания, чем осьминоги. И именно у них Н. Шашар, Ф. Ратледж и Т. Кронин обнаружили то, что они назвали секретным, защищенным от подглядывания, каналом связи в поляризованном свете. Головоногие моллюски, хотя и лишены цветового зрения, окрашены ярко и пестро. Меняют они цвет с такой скоростью, что хамелеон — ленивец по сравнению с ними. В мгновение ока становятся то почти прозрачными и бесцветными, то сплошь темно-красными, пятнистыми, полосатыми, мраморными, да хоть в клеточку! Это и цветной камуфляж (не менее эффектный и не менее эффективный, чем у хамелеонов), и выражение настроения (вся гамма чувств кальмара, видящего врага-самца, добычу или хищную рыбу, мгновенно отражается на его теле!), и способ связи между животными в стае. Осуществляется это благодаря множеству хроматофоров — расположенных в коже пигментных клеток красного, оранжевого, желтого, бурого или черного цвета, снабженных нервами и мышцами и молниеносно расширяющихся до размеров веснушки или сокращающихся в точку. Кроме того, у них имеются иридофоры и лейкофоры — клетки с кристаллами гуанина, отражающими и преломляющими падающий свет. Они действуют как микроскопические зеркальца и призмы и могут создавать на теле животного иризирующие (переливающиеся) картины и металлический отблеск, как на надкрыльях жука-бронзовки. Так, в частности, возникает чистейший ярко-синий или ярко-зеленый цвет, хотя ни синего, ни зеленого пигмента в хроматофорах нет. Именно эти кристаллы меняют картину поляризации света, отраженного от кожи моллюска. Особенно важно, что их расположение в клетках зависит от напряжения или расслабления мускулатуры кожи, вследствие чего кристаллы могут либо лежать плоской стопкой, либо встать дыбом — с соответствующим изменением картины поляризации. Это хорошо видно, если посмотреть на каракатицу через очки с поляризационными фильтрами.
Кстати, это и доказывает, что, хотя головоногие моллюски активны в основном в сумерки и по ночам, яркого солнечного света они никак не избегают (кроме, конечно, глубоководных видов). Более того, в хрусталике и роговой оболочке глаза каракатиц (как и у рыб) имеются специальные компоненты, поглощающие ультрафиолет, задача которых — защитить клетки сетчатки от солнечной УФ-радиации. А раз они в глазах есть, значит, нужны, значит, сталкиваются каракатицы в своей жизни с ярким дневным солнцем южных широт!
Если кальмаров исследователи ловили по соседству в море, а осьминогов покупали в зоомагазине, то каракатицы у них были доморощенные, хоть в Америке они и не водятся. То были потомки каракатиц, давно привезенных в виде яиц из Франции. В Вудсхолской лаборатории наладили их разведение так успешно, что поставляют их в другие лаборатории и зоопарки США. Вся суть оказалась в кормлении. Выращивать планктонных личинок кальмаров и осьминогов очень трудно, потому что малыши не едят личинок-науплиев артемии, стандартный стартовый корм для всяческой рыбьей мелочи, чрезвычайно популярный среди аквариумистов. При содержании на артемии кальмарчики и осьминожки помирают: в ней не достает необходимых им аминокислот и липидов. Франко-испанской группе зоологов удалось вырастить осьминожью малышню только тогда, когда они наладили искусственное разведение раков-отшельников: их личинки оказались для осьминожат подходящей пищей.
Каракатицы производят на свет не планктонных личинок, а сразу донную молодь, и артемию малыши есть могут, но пищу необходимо обогатить жирными кислотами и аминокислотами. На ней и держатся они первые пять недель (правда, выживаемость все равно хуже, чем на гаммарусах и мизидах, зато артемия гораздо дешевле). Потом им добавляют мелких живых креветок, а в возрасте 7 - 8 недель при длине тела около 2 см начинают приучать к мороженой креветке. Это критический момент в их жизни. Каракатицам трижды в день дают пищу из рук, на конце палочки, потрагивая и поглаживая их. Дня за три они привыкают, а через неделю уже достаточно просто бросать корм в аквариум Дальше больших проблем нет: едят мороженую креветку, рыбу, кальмара, мясе двустворчатых моллюсков, словом, что дадут, лишь бы нарезано было тонкими длинными ломтиками. Не привередливее бродячей кошки! И растут, как на дрожжах, до 4,3 кг - это и для кошки вполне прилично! Специально для научных исследований разводят их в Национальном центре США по ресурсам головоногих моллюсков в Галвестоне (Техас), там уже семь поколений в неволе получено. Вот на таких-то доморощенных каракатицах и ставились опыты по изучению роли поляризованного света в коммуникации между животными.
Когда Шашар, Ратледж и Пронин с помощью электронного микроскопа установили, что обыкновенные каракатицы тоже различают плоскость поляризации света, это их не удивило: если могут кальмары и осьминоги, почему у каракатиц должно быть иначе? Но посмотрев на каракатиц через объектив поляриметра, они увидели необычное зрелище. Собственно говоря, когда каракатица тихо дремлет на дне, замаскировавшись и накидав себе на спину песка, ничего не заметно. И когда каракатица вся напряжена - подкрадывается ли к добыче, или самец готовится спариться с самкой, или она кладет яйца - никакой поляризации тоже не видно. А вот если каракатица медленно плывет над дном или лежит на дне, внимательно осматриваясь вокруг, - тогда ее лоб, кольцо вокруг глаз и полоски вдоль рук ярко светятся в поляризованном свете. Причина - иридофоры. Именно они определяют металлический иризирующий отблеск вокруг глаз головоногих моллюсков или, подобно микроскопическим зеркальцам, обеспечивают точное подражание цвету дна. Отражение и преломление света иридофорами зависит от их положения относительно поверхности кожи, а оно - от мышечного тонуса. Лежат тельца параллельно поверхности тела (каракатица спит) или стоят дыбом (она сильно возбуждена) - не отражают, лежат немного под углом (каракатица внимательна, но спокойна) - вот и поляризационная картина.
Каракатицы своеобразно реагируют на свое изображение в зеркале с искажающим поляризационную картину фильтром. Обычно, увидев себя в зеркале, она воспринимает отражение как чужую особь и отплывает подальше; лишь очень редко не проявляет никакой реакции. Но если поляризационное отражение искажено, она, как правило, подходит к нему поближе; отсутствие реакции наблюдается вдесятеро чаще, чем при неискаженном отражении. Иными словами, хотя каракатица и не понимает, что в зеркале она видит саму себя, она ведет себя так, будто увидела другую каракатицу, чем-то явно заинтересованную — не спящую спокойно, но и не в максимальном напряжении сил, и либо подплывает выяснить ситуацию, либо, чаще, считает, что это ее не касается. Значит, она получает информацию о состоянии предполагаемого соседа — и именно через поляризованный свет!
Каракатицы прекрасно общаются между собой языком поз и окрасок. Но этот канал связи доступен каждому наблюдателю, в том числе и хищнику, А вот поляризационный канал связи и информации — только тому, кто умеет видеть в поляризованном свете. Для акулы, тюленя, дельфина и человека это секрет. Вот оно — шестое, седьмое или какое еще по счету чувство, не знакомое человеку!