Глава 5. Анализаторы физических полей

Компас в языке

Направление на магнитные полюса Земли люди умели определять давно. Еще до изобретения компаса древние викинги пользовались куском магнитной руды во время путешествий по северным морям. Сейчас каждый человек знает, что Земля - это огромный вращающийся постоянный магнит. Однако не только из постоянного магнитного поля складывается магнитное поле Земли. В нем есть переменный компонент, составляющий всего 2 процента от постоянного магнитного поля. Но его биологическое действие значительно.

Люди не ощущают магнитного поля Земли и для определения нужного направления по магнитному полю используют компас. А есть ли у животных какие-либо "приборы", которые помогают им ориентироваться в магнитном поле и тем более в геомагнитном поле, которое довольно слабое - всего до 0,7 эрстеда? Напомню, что в лабораториях физики создают магнитные поля в несколько тысяч эрстед. Так вот, в организм живых существ "встроен" довольно чувствительный "магнитный компас". Некоторые экспериментаторы, желая проверить, ощущают ли животные магнитное поле, использовали в своих опытах магниты, поле которых во много раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Реакция животных была не адекватной - либо они совсем не реагировали на искусственные магнитные поля, либо у части организмов реакция была бурная и не вписывалась ни в какие рамки. Сейчас стало ясно, что в этих исследованиях недооценивалось эволюционное развитие жизни. Вся жизнь организмов на Земле развивалась в условиях воздействия геомагнитного поля, и, конечно, живые существа научились ориентироваться в нем. Поэтому сильные магнитные поля животные воспринимают как непривычный временный фактор. Сильные магнитные поля могут оказать биологическое действие на кроветворение, клеточное деление и физиологические параметры некоторых органов, но восприятие информации у животных связано только со слабыми магнитными поля- ми, близкими к напряженности магнитного поля Земли.

Прямым доказательством действия геомагнитного поля на жизнь организмов можно считать реакцию живых объектов на экранирование их от действия магнитных силовых линий. Живые организмы помещают в камеры из сплавов пермаллоя (железо с никелем) или же мю-металла (никель, железо, медь и хром в определенных соотношениях), которые значительно уменьшают действие магнитного поля Земли. На многих организмах экранирование от магнитного поля никак не сказалось, однако на высших растениях при длительном экранировании удалось показать, что происходит задерживание закладки боковых корешков, а первичная кора становится толще и покрывается своеобразными наростами. Бактерии тоже реагировали на сильное понижение естественного магнитного фона. Золотистый стафилококк стал в 15 раз медленнее размножаться, а размеры клеток азотбактера увеличились в 8 раз и даже появились нитчатые формы, чего обычно не происходит. Очень важно было проверить, как реагируют на экранирование от магнитного поля высшие животные - млекопитающие. Эксперименты, проведенные на мышах, показали, что к четвертому поколению у них прекращается воспроизводство, во втором поколении наблюдаются частые выкидыши зародышей. Родившиеся мышата с раннего возраста мало активны и длительное время лежат на спине. У взрослой популяции (примерно 14%) наблюдается прогрессирующее облысение. Сначала лысеет голова, а затем спина. К шести месяцам животные погибают. Гистологический анализ показывает, что экранирование сильнее всего влияет на почки мышей (в них развивается киста и многокамерность), страдает и печень.

Действие искусственных слабых магнитных полей, близких к естественным полям, также влияет на живые организмы. Например, бактерии в переменном магнитном поле с частотой 0,6 герца снижают скорость размножения. В то же время электромагнитное поле с частотой 0,1; 0,5 и 1 герц стимулирует размножение бактерий.

Наиболее высокочувствительными к слабым магнитным полям оказались рыбы, которые используют их в основном для ориентации, но об этом мы расскажем несколько позже. Организм млекопитающих тоже реагирует на короткое и длительное пребывание в искусственных магнитных полях. У кроликов, например, низкочастотное магнитное поле (8 Гц) влияло на активность ферментов в лейкоцитах крови. Особенно резкое уменьшение активности щелочной фосфотазы в клетках белой крови наблюдалось при создании магнитных полей, близких по своим параметрам к тем, которые наблюдаются при магнитных бурях. Действие переменных и постоянных магнитных полей не ограничивается только изменениями в периферической крови у млекопитающих. Эксперименты показали, что эти поля действуют на электрическую активность мозга. Под действием слабых магнитных полей с частотой 0,01-5 герц у человека увеличивается частота пульса, появляется слабость, головная боль, чувство тревоги - признаки нарушения электрической активности мозга.

При действии сильных магнитных полей в экспериментальных условиях реакции могут быть более отчетливые, чем при влиянии слабых полей. При этом страдают ткани тех органов, где постоянно происходят клеточные деления: костный мозг, селезенка, печень, половые железы. Нарушается биологический ритм клеточных делений, у некоторых животных меняется поведение.

Насекомые, например таракан, очень устойчивы к действию сильных магнитных полей, в то же время у домового усача под влиянием такого поля активность заметно подавляется. Мухи, попавшие в магнитное поле, сначала очень активны, а затем их поведение резко меняется, и они выглядят сонливыми и вялыми.

Ну а теперь посмотрим, какие "магнитные приборы" позволяют животным ориентироваться в пространстве, передавать друг другу информацию и даже проводить локацию.

Многие беспозвоночные животные наделены "магнитным" компасом. Очень четко такой компас работает у плоских червей планарий. Поле даже в 0,05 эрстеда может изменить ориентацию планарий. Американский зоолог Ф. Браун провел такой опыт: поместил планарий в воронкообразный проход, на выходе которого менялось направление магнитных силовых линий. Если выход располагался параллельно силовым линиям, то есть смотрел на север или юг, планарии поворачивали направо. Если выход располагали по направлению "восток-запад", то они поворачивали налево. И так было всегда, пока у выходов не ставили слабый магнит, в результате чего ориентация планарий нарушалась.

Способностью ориентироваться по магнитным полям обладают и те существа, "компас" у которых находится в языке. Речь идет об улитках. Правда, это не совсем тот язык, что у позвоночных животных. Он похож на терку, которую улитка высовывает изо рта и соскабливает ей водорослевые налеты на камнях и сваях. Но в этой терке, или радуле, как ее еще называют, содержится большой процент железа, почему она и может выполнять функции компаса. Трудно объяснить, как микроскопические усилия, создаваемые в радуле улиток, передаются в мозг и анализируются, помогая ориентироваться по сторонам света, однако она, так же как и планарии, реагирует на небольшие кусочки магнита и меняет ориентацию при выходе из прохода.

Магнитное поле ощущают не только крупные организмы, но и простейшие, обитающие в водоемах. Туфелька хвостатая при наложении искусственного магнитного поля, близкого по своему значению к геомагнитному, меняет свою активность, а иногда и траекторию движения. Возможно, в ее цитоплазме заложены пара- и диамагнитные молекулы, чутко реагирующие на изменение магнитного поля. Одноклеточным не уступают в магнитной ориентации и колониальные простейшие. В чистой воде, богатой соединениями железа, развиваются вольвоксы, колониальные жгутиконосцы. Они способны не только различать направление магнитных силовых линий, но и менять свою ориентацию при увеличении общей напряженности поля. Низшие рачки дафнии, тысячами развивающиеся в теплые дни в прудах, тоже способны к ориентации в магнитном поле. Они приспособлены точно ощущать изменение силы и частоты магнитных колебаний. Можно проделать простой опыт. На дно небольшого аквариума, где плавают дафнии, насыпать магнитные опилки. Рачки соберутся только в определенных местах аквариума, как бы повторяя своими скоплениями конфигурацию участков дна, заполненных опилками.

О насекомых следует поговорить отдельно. Магнитное поле Земли для них - важнейший ориентир. Первыми, на кого обратили ученые свои взоры, были термиты. Еще бы, они все свои подземные галереи и входы в термитники устраивают в направлении магнитного меридиана. И самку, беспрерывно производящую яйца и имеющую брюшко величиной с небольшой огурец, они укладывают вдоль магнитного меридиана.

А мухи! Обратите внимание, как они ориентируются при посадке. Ученые занялись этим вопросом, и оказалось, что даже домовые мухи в помещении без окон и при искусственном освещении предпочитают садиться по осям север - юг и восток - запад. Конечно, наблюдаются колебания в расположении тела при посадке, но они никогда не превышают ±20° в ту или другую сторону от оси.

Пчелы безошибочно разыскивают корм и свой улей. Известно, что важнейшим ориентиром для сборщиц меда служит солнце. Даже когда небо покрыто тучами, пчелы знают, где оно находится, для этого им достаточно маленького кусочка неба. Они видят поляризованные лучи и по их направлению определяют местоположение солнца. Прилетев в улей, они передают своим соплеменникам информацию о том, где можно взять большие сборы нектара и пыльцы. Эту информацию пчелы передают друг другу довольно своеобразно: танцами, движением хвостового отдела. Этим они показывают, как далеко надо лететь и в каком направлении. Однако танцующая пчела может передать неверное направление месторасположения корма, иногда ошибаясь на 5-10°. После экранирования магнитного поля ошибки уменьшались до 3°. Это говорит о том, что пчелы используют магнитное поле Земли для ориентации, а ошибки связаны с изменением геомагнитного поля.

Рыбы живут в мире электрических полей. Однако и магнитное поле в их ориентации, локации, как сейчас выяснилось, играет важную роль. Несколько тысяч километров могут преодолеть рыбы во время ежегодных миграций к дому. Ранее была описана их необычная способность находить родную реку и то место, где они впервые появились на свет. Но какими ориентирами пользуются рыбы в открытом море, когда их химические анализаторы не могут ощутить запаха родного водоема. Вероятно, они также обладают способностью ориентироваться по магнитным линиям Земли. Тщательные эксперименты в природных и в лабораторных условиях подтвердили этот вывод. В лаборатории работали с молодью стеклянного угря. Ее запускали в специальные лабиринты, в которых было до 250 разветвлений. Рыбки должны были решать задачу выбора, взять правое или левое направление на каждом очередном разветвлении. И они всегда избирали то направление, как если бы они двигались от Саргассова моря. Вспомним, ведь там они выклюнулись из икры и прошли личиночный период. 11 тысяч наблюдений провели на широте Ленинграда, Одессы и Калининграда, и всякий раз молодь угря в каждом географическом пункте выбирала определенное направление движения по линии от Саргассова моря к месту испытаний. Такую ориентацию можно осуществить только при наличии рецепторов, улавливающих геомагнитные силовые линии и определенный угол движения по отношению к магнитному меридиану. Но как доказать, что именно магнитное поле помогает угрям ориентироваться в лабиринтах? Очень просто - экранировать от магнитных полей или же компенсировать магнитное поле искусственными магнитами. В результате рыбы теряют способность ориентации в лабиринтах и движутся по всем направлениям.

Рыбы не только используют магнитное поле для ориентации во время миграций, но и могут лоцировать им свои жертвы. Так, у щуки вокруг головы, примерно в области глаз, создается переменное магнитное поле с частотой 8-9 герц. Это привилегия не только рыб. Магнитное поле создается вокруг головы большинства позвоночных животных, и обусловлено оно электрическим действием мозга и его альфа-ритмами. Однако хищные рыбы, в нашем случае щука, используют переменное магнитное поле для обнаружения рыбок, спрятавшихся в траве. Своим переменным магнитным полем они как бы наводят электрический потенциал, который они могут воспринимать с помощью электрорецепторов. Зубатый хищник действует точно по закону Фарадея. Он пересекает магнитными линиями тело рыбы, индуцирует в нем электрические потенциалы между хвостом и головой и таким образом определяет, где рыба и в какую сторону направлены ее хвост и голова.

Среди птиц тоже можно найти виды, совершающие упорядоченные сезонные миграции на тысячи километров. Пожалуй, дальше всех мигрируют кроншнепы, гнездящиеся на Аляске и на зиму улетающие в теплые края к островам Таити и Гавайским. Примерно 10 тысяч километров занимает их путь, из которых 3 тысячи километров они летят над морем. Даже представить себе трудно, 3 тысячи километров над водными просторами! Ведь это небольшая птица! И не сбивается с пути! Навигационная способность, как и у всех птиц, отличная.

Механизм биологической навигации у птиц еще не раскрыт. Есть несколько теорий, из которых следует, что либо птица пользуется "биокомпасом", улавливающим неизвестные пока поля, либо ориентируется по физическим параметрам: по силам Кориолиса, положению солнца над горизонтом, звездам и геомагнитному полю. Не исключено, что для ориентации и навигации птицы используют и "биокомпас" и физические параметры. Во всяком случае, магнитное поле Земли для ориентации птиц играет большую роль.

Примерно 15 лет назад советский исследователь В. И. Данилов и американский зоолог Л. Талкингтон предположили, что роль магнитометра у птиц может играть "гребешок" - специальное образование в глазу. Совместное действие на гребешок света и геомагнитного поля приводит к фотомагнитному эффекту. В результате в гребешке возникают токи, которые раздражают волокна зрительного нерва.

Есть предположения, что птицы могут связывать одновременно гравитацию и геомагнитное поле. Ведь сила земного притяжения хотя и незначительно меняется при перемещении с севера на юг и обратно, но птицы способны различить эту разницу. Магнитные поля в разных точках Земли имеют разный наклон. Существует четыре точки с постоянным наклоном магнитного поля и соответствующей гравитацией - две в северном полушарии и две в южном. Пользуясь этими точками, птицы без труда определяют соотношение земного притяжения и наклонение геомагнитного поля.

Нельзя не упомянуть об "энергетической" упорядоченной сетке. По мнению ряда исследователей, Землю покрывает особая "энергетическая" сеть, то есть все поля, несущие энергию: гравитационное, магнитное, электромагнитное, электрическое, не гомогенно распределены по поверхности Земли, а образуют определенные структуры в виде сети с шестиугольными, треугольными или квадратными ячеями. Причем сеть соподчиненная: крупные ячеи огромны, их размеры составляют сотни километров, ячеи меньших размеров - в десятки километров - расположены внутри крупных, в них - ячеи километровые и так далее, пока размер ячеек не доходит до нескольких сантиметров и даже миллиметров. В крупных энергетических узлах наблюдаются аномалии полей. Но на этих разломах и энергетических точках повышенная биопродуктивность. Однако до настоящего времени вопрос остается спорным и для окончательного выявления "энергетической" сети требуется провести тщательные эксперименты. Есть данные, что вертикальная составляющая магнитного поля в энергетических точках меняется, а раз так, то это тоже прекрасный ориентир для перелетных птиц.

А может быть, и у самих живых существ есть свое магнитное поле? О некоторых таких полях мы уже говорили - "компас" в радуле моллюсков. В некоторых же случаях само тело живых существ может представлять собой магнитный диполь. Ученые размещали высушенных насекомых на поплавке либо подвешивали мух на тонкие нити, и они "работали" как магнитная стрелка. Правда, достаточно было их смочить, как это свойство исчезало, уж очень невелико их собственное магнитное поле.

У семян пшеницы, ячменя, ржи тоже есть собственное магнитное поле, слабое, всего несколько гамм. Однако показано, что южный магнитный полюс у них находится на зародышевом конце, а на противоположном - северный. Но есть среди семян и перевертыши, когда зародыш оказывается на северном полюсе. Вполне может оказаться, что собственная "магнитная стрелка" в теле живого и есть тот первый датчик, который позволяет животному или растению ориентироваться в магнитном поле. Видимо, в этой области нас еще ждут новые открытия.