По сравнению со способностью киви разыскивать пищу в земле способность мигрирующих рыб, например лососей, находить путь вверх по реке к своим родным водоемам, куда они отправляются для нереста, кажется почти сверхъестественной. На самом деле магия здесь ни при чем; по всей вероятности, рыбы находят дорогу на родину, ориентируясь сначала по солнцу, а затем по запаху. Однако никто еще точно не показал, как именно они это делают. Каждый год лососи совершают путь из океана, где они кормились, к устьям родных рек, а затем с невероятной решимостью плывут вверх по реке, многократно преодолевая пороги и стремясь во что бы то ни стало добраться до своих нерестилищ.
Миграция лососей состоит из двух этапов. Сначала они плывут от морских «пастбищ» к устью реки, а затем путешествуют вверх по реке до мест нереста. Путь к устью реки может насчитывать много сотен километров, как, например, у шотландского лосося, который кормится у берегов Гренландии, почти в 4000 км от Шотландии. Предполагают, что на этом этапе миграции лосось ориентируется по солнцу, примерно так же, как птицы. Пойманные лососи теряют способность ориентироваться, когда небо покрыто облаками, а в лабораторных условиях они руководствуются искусственным «солнцем».
Навигация по солнцу является, вероятно, достаточно точной, для того чтобы лосось оказался на расстоянии около 100 км от своей родной реки. Начиная с этого места, лосось отыскивает путь вверх по реке, руководствуясь какими-то другими ориентирами. Ученых давно интересовала эта способность лосося находить свои родные места, где происходит их нерест, выбирая нужное направление на каждом разветвлении реки. Лососи, которые были помечены перед тем, как они покинули водоем, где вылупились из икры, через несколько лет вернулись для размножения в то же место. Иногда на одно и то же место возвращалось до 10 000 и более меченых лососей и ни один не сбивался с пути. Теперь уже достаточно точно доказано, что лосось каким-то образом улавливает особый запах своего родного водоема. Хеморецепторы у лососевых рыб лежат в неглубоких U-образных трубочках, расположенных прямо впереди глаз (фото XIV). Вода входит в один конец трубочки, проходит над хеморецепторами и выходит из другого конца, подгоняемая пульсирующими движениями микроскопических ресничек или током воды по поверхности кожи, вызванным движениями рыбы. Эксперименты американских исследователей, затыкавших «ноздри» лосося ватными тампонами, показали, что эти рыбы на пути к нерестилищу руководствуются обонятельными сигналами. Лососи с тампонами совершенно теряли способность находить верный путь (иногда это удавалось им чисто случайно); вместе с тем лососи, «ноздри» которых не были закрыты, находили дорогу к «дому» даже в том случае, если их выпускали в реку выше их родного притока. Они плыли вниз по течению навстречу массе других лососей, поднимавшихся вверх, пока не находили правильный путь.
Эти данные были подкреплены результатами электрофизиологических исследований. Нескольким лососям, выловленным на их нерестилищах, пропускали через ноздри воду, взятую в разных участках реки. Когда хеморецепторы лосося омывались водой из его родного притока, в обонятельной луковице, находящейся на основании мозга, наблюдалась мощная электрическая активность, тогда как вода из чужих нерестилищ не вызывала никакого ответа; вместе с тем под действием воды, взятой из реки ниже нерестилища подопытного лосося, в его обонятельной луковице можно было наблюдать слабую реакцию.
Отсюда следует, что вода из родного нерестилища лосося обладает определенным запахом, отличающимся от запахов чужих нерестилищ. Было вычислено, что даже из очень небольшого притока реки в ее устье поступает достаточное количество различных веществ, чтобы рыбы могли уловить специфический запах родных мест. Однако для идентификации этого запаха понадобятся длительные и дорогостоящие исследования. Концентрации соответствующих веществ столь малы, что это сильно затрудняет их анализ; кроме того, в воде слишком много различных веществ, которые могут участвовать в создании специфического запаха водоема. Он может быть обусловлен водорослями или веществами, вымываемыми из наносов реки. Химический анализ не выявил никакой существенной разницы между пробами воды, взятыми из различных притоков реки, но при исследовании реакции рыб на различным образом обработанную воду удалось установить, что растворенное в воде вещество, которое привлекает рыб, представляет собой органическое соединение, т. е. имеет растительное или животное происхождение.
В последнее время идентифицирован ряд химических веществ, привлекающих насекомых; правда, для этого потребовалось много времени и усилий. Найти такие вещества было очень важно, поскольку их можно использовать в качестве «приманки» для отлова насекомых-вредителей. Обоняние играет очень большую роль в жизни насекомых: они используют его не только при добывании пищи, но и при поисках партнеров для спаривания, распознают по запаху членов своего сообщества или семьи; кроме того, обоняние имеет большое значение для организации деятельности сообщества. Во всех этих случаях запахи служат средством общения между отдельными насекомыми; соответствующие вещества носят название феромонов. Подобно тому как гормоны служат химическими «посыльными», передающими команды от одной части организма к другой, феромоны передают информацию вне организма — от одних особей к другим. Пчелиная матка, например, привлекает трутней запахом секрета особых желез, расположенных на ее ротовых частях. Этот специфический запах, привлекающий только самцов, настолько сильный, что может привлекать их на расстоянии нескольких сот метров. Более того, этот запах не только привлекает трутней, но и побуждает их спариваться с маткой: так, если смочить кусочек промокательной бумаги секретом желез пчелиной матки и подвесить его на высоте около 5 м от земли, т. е. на уровне полета матки, то трутни будут пытаться спариваться с бумагой. Во время брачного полета матку окружает множество трутней; в процессе спаривания им передается запах матки, и другие трутни по ошибке начинают их преследовать.
Один из феромонов, который необходимо идентифицировать, секретируется самками шелкопряда. Он носит название бомбикол (от латинского названия тутового шелкопряда — Bombyx mori). Чтобы выделить бомбикол, понадобилось вырезать пахучие железы у более чем трехсот тысяч самок шелкопряда. Это была очень трудная задача, за которой последовала еще более кропотливая работа: проанализировать жидкий экстракт желез и установить, какое именно вещество привлекает самцов шелкопряда. Для этого экстрагируемую жидкость делили на две части так, чтобы в каждой из них содержались различные химические вещества. Затем каждую часть испытывали на самцах шелкопрядов, чтобы установить, какая из них вызывает реакцию и, следовательно, содержит феромон. Многократно повторяя эту процедуру, жидкость постепенно очищали, и в конце концов осталась капля маслянистой жидкости — всего 4 мг. Это был чистый бомбикол; одной миллионной доли пикограмма (один пикограмм равен миллионной доле грамма) этого вещества было достаточно, чтобы самец шелкопряда пришел в возбужденное состояние.
Теперь хорошо известно, что у многих насекомых феромоны служат для привлечения самца к самке и наоборот; иногда насекомые могут привлекать особей противоположного пола на расстоянии нескольких километров (фиг. 28). На таком расстоянии они не могут определить, с какой стороны доносится запах, но они летят против ветра, а как только теряют запах, начинают двигаться по кругу и в конце концов оказываются достаточно близко к источнику запаха, чтобы обнаружить небольшое повышение его концентрации; это позволяет насекомым найти правильное направление, приводящее их к цели. Для привлечения насекомых теперь используют феромоны, найденные методом проб и ошибок. Это гораздо проще, чем выделять их путем систематического анализа необработанного материала, экстрагируемого из тел насекомых; химический анализ этого материала настолько трудоемок, что испытание реакции насекомых на множество разнообразных химических веществ занимает обычно гораздо меньше времени. Обычно сначала находят несколько соединений, которые вызывают хотя бы слабую реакцию насекомых, а после этого уже относительно легко сузить их круг и найти среди них одно, обладающее очень сильным действием.
Фиг. 28. Перистые антенны мотылька усажены хеморецепторами, с помощью которых самец может уловить запах самки, удаленной от него на 2…3 км.
Средиземноморские пестрокрылки (Ceratitis capitata) являются вредителями апельсиновых и лимонных плантаций; исследования показали, что их привлекает дягильное масло. К сожалению, это вещество довольно редкое и к тому же дорогостоящее; однако в результате дальнейших испытаний было найдено дешевое синтетическое соединение, которое удивительно хорошо привлекает самцов пестрокрылки. Одно из преимуществ использования химических атрактантов для снижения численности вредителей состоит в том, что они обладают очень сильным действием: например, одна самка пилильщика (вредитель древесины) заманивает в ловушку до 11000 самцов. Другая очень важная особенность этих веществ состоит в том, что каждое из них привлекает особей только одного вида, а это значит, что такая ловушка не погубит полезных или безвредных насекомых, которые при обычном опрыскивании посевов часто страдают больше, чем вредители. Если же вредители попадают в ловушку и мгновенно погибают, то это исключает возможность перехода ядохимикатов из их организма к хищным животным, которые часто гибнут, поедая отравленных насекомых. Другой способ борьбы с вредителями с помощью феромонов состоит в том, чтобы как бы «окутать» территорию соответствующим запахом, в результате чего хеморецепторы оказываются перевозбужденными, насекомые приходят в замешательство и теряют способность находить партнеров для спаривания.
