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

Дежавю

Новая загадка подходила мне идеально. Если бы существовала картотека биологов по специализациям, я бы к тому времени значился там как «исследователь странных отростков». Звездоносы обучили меня лучшей для этой области тактике: никакой предвзятости, максимум внимания к деталям и постепенное отсеивание «подозреваемых».

Самое популярное среди исследователей объяснение заключалось в том, что герпетон использует щупальца в качестве приманки. Мне это казалось маловероятным. Щупальца не похожи на червя или любую другую наживку. Давайте сравним их с кончиком языка грифовой черепахи – подлинным шедевром эволюции. Когда черепаха поджидает добычу, «червь» наполняется кровью и выделяется на фоне замаскированной пасти рептилии. При появлении рыбы черепаха соблазнительно им покачивает – подобно тому, как рыбак подтягивает блесну. Как и любая приманка, фальшивый червь срабатывает не всегда, но в большинстве случаев рыба соблазняется. Она замирает, подплывает ближе, отступает и подплывает снова. Самая большая ошибка для черепахи – атаковать слишком рано: ведь рыбы быстро учатся. В искусственной среде небольшого аквариума первые несколько рыб достаются хищнику, зато потом на приманку уже никто не ведется. Вероятно, это важный фактор отбора и развития терпения у засадных хищников. Если у вас всего один патрон, лучше поберечь его до того момента, когда шансы на успех будут максимальными.

А как насчет щупалец? Я наблюдал множество встреч герпетонов с рыбами разных видов, и рыбы редко реагировали на щупальца. При охоте змея замирает, сливаясь с окружающей средой, причем совершенства маскировке добавляет налет из водорослей на чешуе. Я не замечал, чтобы змея шевелила щупальцами для привлечения внимания рыбы. Более того: в тех редких случаях, когда рыба начинала пощипывать щупальце, змея как раз не атаковала. Кажется нелогичным, однако, если подумать, этому можно найти объяснение. Грифовая черепаха поджидает добычу с широко открытой пастью, так что когда приманка срабатывает, жертва уже в ловушке. А щупальценосной змее нужно еще успеть раскрыть челюсти и броситься на рыбу. Учитывая, что атака начинается из состояния покоя, змея должна набрать определенную скорость – как человеку нужно замахнуться, прежде чем ударить. Ситуация напоминает боксерский клинч: чем ближе рыба к голове хищника, тем в большей она безопасности. Змея редко атакует рыбу, подплывающую к ней вплотную, иллюстрируя все ту же заповедь: не трать силы впустую, не распугивай добычу. Суммировав все эти наблюдения, я отверг гипотезу о щупальцах-приманках без дополнительных экспериментов.

Следующей в списке была гипотеза о щупальцах-рецепторах. В ее пользу говорил тот факт, что у других змей органы чувств располагаются там же, где отростки у щупальценосной змеи (например, термочувствительные ямки у гремучих, или ямкоголовых, змей). Это могло быть совпадением, а могло объясняться, например, тем, что эта область головы у змеи обильно иннервируется и потому лучше подготовлена к развитию сенсорных структур в процессе эволюции. Предстояло разобраться, действительно ли там много нервных окончаний. Если да, можно будет по крайней мере предположить, что щупальца выступают своего рода рецепторами.

К этой работе я привлек своего магистранта Дункана Лейча. Мы начали с изучения анатомии щупалец, и результаты сказали нам о многом. Оказалось, что щупальца буквально испещрены нервными волокнами, но эти волокна вовсе не оканчиваются в наружных чешуйках. Напротив, волокна образуют многочисленные тончайшие нити, которые пересекаются в центре каждого щупальца подобно натянутым вантам, удерживающим мачту корабля.

Картина была прямо противоположна той, что наблюдалась у звездоноса: у того нервные окончания располагались непосредственно под поверхностью кожи. Маловероятно, чтобы «вантовая» организация нервных волокон у змеи повышала точность распознавания объектов при касании, поскольку рецепторы (нервные окончания) отделены от внешней среды плотными чешуйками. Зато такая структура идеальна для обнаружения изменений в сопротивлении воды – даже при малейшем отклонении щупальца. Иными словами, щупальца могли служить датчиками движения воды. Эта гипотеза имела смысл, поскольку любое движение рыбы вызывает колебания воды, а герпетон поистине одержим рыбой.

Мы проверили чувствительность к движению, зарегистрировав активность нервных окончаний у змей под наркозом. В точку! Даже при микроскопическом движении щупалец нейроны возбуждались и генерировали импульсы, называемые потенциалами действия. Чувствительность оказалась настолько высокой, что нам так и не удалось определить нижний порог возбуждения. Что еще важнее, реакция наблюдалась и в ответ на движение близкого объекта в воде1. Складывалось впечатление, будто в процессе эволюции у змей развился особый тип сверхчувствительных вибрисс. (Тюлени, например, используют свои вибриссы более привычного вида именно для улавливания колебаний воды, вызванных рыбой.)

Но нужно было рассмотреть и другие гипотезы, чтобы исключить прочие возможные функции щупалец. В конце концов, было бы ужасно глупо не заметить щупальца-электрорецепторы у змеи после долгого безуспешного поиска таковых у крота. Но нервные окончания герпетона никак не реагировали на электрические поля. Наконец, чтобы точно ничего не упустить, я внимательно изучил каждую чешуйку щупалец на предмет поверхностных чувствительных клеток или пор, которые указывали бы на скрытые сенсоры, но ничего не обнаружил.

Идея о том, что щупальца предназначены для улавливания колебаний воды, набирала очки. Но требовалось больше доказательств. В случае со звездоносом главным доказательством нашей гипотезы стал мозг. А как насчет мозга герпетона? Тут мы подходим к принципиальному различию между млекопитающими и другими классами животных. Внешний шестислойный неокортекс (как часть коры головного мозга) и соответствующие кортикальные карты есть только у млекопитающих. У змей этой структуры попросту нет. Однако есть другие, и в них тоже содержатся сенсорные карты. Одна из важнейших структур мозга змеи – оптический тектум.

Смешанные чувства

Практически вся воспринимаемая картина окружающего мира у человека, как и у змеи, – результат совместной работы разных органов чувств. Так, у человека тесно связаны зрение и слух. Всё вокруг нас – машины, птицы, люди, домашние животные, самолеты, фильмы – производит огромное множество комбинаций визуальных и звуковых стимулов. Эта информация сводится воедино в оптическом тектуме, который у млекопитающих называется верхним двухолмием. Там она представляется в виде сенсорных карт, во многом похожих на карты неокортекса, о которых говорилось выше. Отличие состоит в том, что в неокортексе карты разных органов чувств разделены: например, у человека зрительная кора (оптическая карта) отделена от соматосенсорной коры (соматосенсорной карты). Но в оптическом тектуме рептилий и в верхнем двухолмии млекопитающих карты накладываются друг на друга, как слои в торте. Роль глазури на этом торте выполняет оптическая карта, а прочие карты содержатся в слоях ниже.

Такая организация позволяет нейронам оптического тектума воспринимать комбинации сигналов разного типа и формировать более точную картину окружающего мира2. Представьте