Як тварини сприймають світ довкола і які дивовижні здібності мають? Як це допомагає їм виживати і як впливає на нас? Розповідає науковий журналіст Ед Йонґ у книжці «Неосяжний світ. Як органи чуття тварин розкривають приховані світи навколо нас», переклад якої вийде друком у видавництві Vivat. «Куншт» публікує уривок із цього тексту.
10 серпня 1925 року об 11:20 блискавка уразила нафтобазу поблизу міста Коалінга, штат Каліфорнія. Удар спричинив вогняне озеро, яке горіло протягом трьох днів. Полум’я підіймалося так високо, що вночі люди могли читати при його світлі за п’ятнадцять кілометрів звідти. І поки вони читали, вони також могли помітити крихітні чорні цятки, що летіли на тлі клубів диму й прямували до пекла. Ці цятки були згарищними златками.
Відомо, що метелики відчувають потяг до вогню, але їх приваблює саме . Жуки роду Melanophila тягнуться саме до тепла. Величезні групи цих чорних комах завдовжки один сантиметр, були виявлені, за словами ентомолога Ерла Гортона Лінслі, на металургійних заводах, у печах цементних заводів і ваннах із гарячим сиропом на цукроварнях. Одного літа Лінслі бачив, як вони скупчувалися навколо барбекю просто неба, де готували «велику кількість оленячого м’яса». У 1940-х роках комахи регулярно турбували футбольних фанатів на Меморіальному стадіоні Каліфорнійського університету в Берклі, «сідаючи на одяг або навіть кусаючи за шию чи руки», — писав Лінслі. Можливо, що «жуків приваблює дим від близько двадцяти тисяч сигарет, який у безвітряні дні іноді висить хмарою над стадіоном». Ці ситуації небажані для обох видів, оскільки промислові підприємства, вуличні барбекю та футбольні стадіони є чинниками, що відволікають жуків від їхньої справжньої мети — виявлення лісових пожеж.
Прилетівши на місце пожежі, жуки здійснюють, можливо, найграндіозніший процес спарювання у тваринному царстві, коли навколо них горить ліс. Пізніше самиці відкладають яйця на обвуглену охолоджену кору. Коли личинки, які харчуються деревиною, вилуплюються, для них це місце стає райським куточком. Дерева, які вони об’їдають, занадто пошкоджені, щоб захищатися від личинок комах, що живуть усередині. Хижаків, які могли б їх з’їсти, відлякує дим і тепло, що виділяються з вогнищ і попелу. У спокої вони ростуть, дорослішають і, врешті-решт, відлітають у пошуках своїх пожеж. Але лісові пожежі трапляються рідко й непередбачувано, тож жукам необхідно мати дієві способи, щоб виявляти їх на відстані. Оскільки жуки активні вдень, вони не здатні помічати далекі полум’я вночі так, як би це легко могли робити нічні комахи. Вони не можуть покладатися на видимі стовпи диму, оскільки їхній зір, імовірно, недостатньо гострий, щоб відрізнити димові завіси від хмар. І хоча їхні вусики можуть точно виявити запах опаленої деревини, на такі сигнали значно впливає напрямок вітру. Для них найбільш надійним знаком є тепло.
Атоми та молекули в усіх об’єктах постійно рухаються, внаслідок чого відбувається електромагнітне випромінювання. Під час нагрівання об’єкта його молекули рухаються швидше, електромагнітне випромінювання стає сильнішим і на вищих частотах. Серед цього випромінювання є видиме світло, подібне до світіння нагрітого металу, але більша його кількість перебуває в інфрачервоному . Ми не здатні бачити інфрачервоне світло, але можемо його відчувати. Коли ви стоїте біля каміна, інфрачервоне світло випромінюється від дров, що горять. Коли воно доходить до вас, його енергія поглинається й нагріває найближчі ділянки вашої шкіри, активуючи її терморецептори. Ви відчуваєте тепло. Ви також можете визначити, звідки воно поширюється, тому що частини вашого тіла під інфрачервоним освітленням стають гарячішими, а ті, що знаходяться в інфрачервоній тіні, — залишаються прохолодними. Проте цей принцип діє лише на коротких відстанях. Інфрачервоне світло розсіюється від каміна в усіх напрямках, і частина його поглинається під час поширення. Що далі ви відходите від дров, які тріскотять у каміні, то менше цього світла досягає вас, і в результаті передана енергія світла вже не нагріває ваше тіло так відчутно, як раніше. Щоб виявити інфрачервоне світло з великої відстані, джерело має бути дуже інтенсивним (наприклад, сонце), або вам знадобиться спеціальне обладнання. У жуків Melanophila воно є.
Під крильцями, біля задніх лапок, ці комахи мають пару ямок. У кожному скупченні приблизно із сімдесяти маленьких сфер, які разом нагадують малину неправильної форми. Коли зоолог Гельмут Шмітц вивчав ці сфери під мікроскопом, він побачив, що кожна з них заповнена рідиною та оточує кінчик чутливого до тиску нейрона. Коли інфрачервоне випромінювання потрапляє на сфери, рідина всередині них нагрівається й розширюється. Сфера не може випнутися назовні, бо має тверду зовнішню оболонку, тож натомість вона стискає нерви, активуючи їх. Це інакший тип відчуття тепла, ніж той, який ми розглядали раніше в цьому розділі. На відміну від ховрахів, що впадають у сплячку, або плодових мушок, жуки не просто вимірюють температуру довкілля. Натомість, як і ми, коли гріємося біля каміна, вони відчувають тепло, яке випромінюється гарячими джерелами у формі інфрачервоного світла.
Сферичні рецептори жуків мають бути надзвичайно чутливими, оскільки комахи часто подорожують до місць лісових пожеж та інших гарячих місць за десятки кілометрів. Нафтобаза Коалінга, яку підпалила блискавка 1925 року, розташована посеред посушливої безлісої місцевості, і більшість жуків, які там опинилися, ймовірно, прилетіли з лісів, що за 130 кілометрів на схід. За цією відстанню та імітацією пожежі 1925 року, Шмітц підрахував, що ямки жуків чутливіші, ніж більшість комерційних інфрачервоних детекторів, і не поступаються найсучаснішим квантовим детекторам, що попередньо мають бути охолоджені рідким азотом. Шмітц вважає, що самі собою ці ямки не можуть бути такими чутливими. Жуки повинні мати способи посилити їхню чутливість.
Під час польоту швидкі й ритмічні рухи їхніх крил створюють вібрації, які передаються до ямок, розташованих від них у безпосередній близькості, та викликають коливання сферичних рецепторів, майже активуючи чутливі нейрони. Тепер потрібно набагато менше інфрачервоного випромінювання, щоб вони спрацювали. Подивіться на це під іншим кутом: уявіть собі цеглину, покладену на бік. Якби муха наштовхнулася на неї, цегла б не похитнулася. Але якби вона балансувала на грані, то навіть муха змогла б її перекинути. В такому положенні цеглу легко змістити навіть дуже малою кількістю енергії. Шмітц стверджує, що рухливі крила згарищних златок примушують їхні теплові рецептори працювати аналогічно, налаштовуючи їх на виявлення джерел інфрачервоного випромінювання, які зазвичай були б надто слабкими. Жук, що сидить на дереві, відносно малочутливий. Проте щойно він вилітає на пожежу, його тільце автоматично розширює зону пошуку й перетворює навіть слабкі сліди далекого тепла на спалахи .
Тільця жуків мають ще одну особливість. Як і в усіх комах, їхній екзоскелет дуже добре поглинає інфрачервоне випромінювання, що виділяється вогнем. Жуки були фактично із самого початку пристосовані до виявлення пожеж. У їхніх предків мав лише розвинутися рецептор, який би сприймав інфрачервоне світло, що природно поглинається їхнім тілом. Одинадцять видів жуків роду Melanophila зробили це. Вони настільки адаптувалися, що розповсюдилися на п’яти континентах. Проте до Австралії так і не дісталися. Там у трьох інших видів комах незалежно розвинулися інфрачервоні рецептори, які дали їм змогу отримувати задоволення від спокійного середовища в обвугленому лісі. Здатність виявляти вогонь є настільки корисною навичкою, що вона розвивалася в них щонайменше чотири рази упродовж еволюційного процесу. І пожежі — не єдине джерело тепла, яке тварина може відслідковувати. Деякі види тепла шукають тепло, яке випромінюють людські тіла.
