Нобелевская премия за пчелиные танцы

Алексей Паевский

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1973 года, без сомнения, самая уникальная в истории этой дисциплины. Даже премия хирургу Кохеру, о которой я писал, не столь уникальна, была еще премия Алексису Каррелю за сосудистый шов. Как ни крути, премия Карлу фон Фришу, Конраду Лоренцу и Николасу Тинбергену «за открытия, связанные с созданием и установлением моделей индивидуального и группового поведения животных» не лезет ни в какие ворота. Этология? Не было такого в истории. Зоология? Тоже не было до Лоренца с утятами и Фриша с пчелами. Нет, конечно, могло случиться сопоставимое в интервале с 1915 по 1938 годы, когда на премию 32 раза номинировали Зигмунда Фрейда (кстати, еще один раз старик Фрейд был номинирован на литературного «нобеля» в 1936 году, Роменом Ролланом, но тогда не срослось). 

Ещё один важный момент. Не так много есть лауреатов нобелевской премии, которые предопределили мою дальнейшую жизнь (еще об одном, Роберте Вудворде, я уже писал). А вот книга нашего сегодняшнего героя, Карла фон Фриша, «Из жизни пчёл», изданная в СССР тогда, когда мне было всего пять лет, стала одной из тех немногих, которые подтолкнули меня к науке. Кстати, издание 1980 года вышло еще при жизни Фриша. А первое издание на немецком появилось за пятьдесят три года до этого, в 1927 году в Гейдельберге. Поистине, книга века!

«Жизнь пчел подобна волшебному колодцу. Чем больше из него черпаешь, тем обильнее он наполняется» — это из седьмого издания. Но обо всём по порядку.

Карл фон Фриш (Karl von Frisch) родился в Вене, в научной среде. Его отец, Антон фон Фриш (часто можно встретить полное имя Антон Риттер фон Фриш, но «риттер» — это аналог английского knight, то есть «рыцарь», что говорит о благородном титуле) был урологом и профессором венского университета. Антон фон Фриш считался заметной величиной в науке и прославился тем, что идентифицировал возбудителя риносклеромы — гранулематозного заболевания носа. Мама ученого, Мария Экснер, была дочкой известнейшего австрийского философа и реформатора тогдашнего школьного образования, Франца Серафина Экснера. Бабушка Карла, Шарлотта Дузензи, принадлежала к одной из самых влиятельных семей Австро-Венгрии. У Марии было четверо братьев – и все тоже стали известными людьми. Об одном из них чуть ниже, а вот самый младший брат, Франц Серафин Экснер, стал известным австрийским физиком, спектроскопистом и ректором Венского университета.

В семье фон Фришей было четыре сына (Карл был младшим), и, что интересно, все они, в итоге, стали профессорами. Карл с детства любил возиться со всякими букашками и травинками, благо жил профессор фон Фриш за городом, на озере Вольфганг. Пишут, что будущий нобелиат даже печатался в различных натуралистских журналах.

Учился мальчик в «Шоттенгимназиуме» — некоем подобии средней школы при бенедиктинском монастыре в Вене. У Карла была мечта — закончить школу и удрать куда-то с научной экспедицией, исследовать животных, открывать новые виды. Но, разумеется, папа был против. Папа хотел, чтобы все дети стали профессорами-медиками, а как стать профессором в экспедиции? Пришлось идти в медицинскую школу Венского университета (по-нашему — медицинский факультет). Тем более, что там тоже были свои люди — дядя Зигмунд Экснер, брат мамы Карла. Известный физиолог, ученик Гельмгольца, между прочим, автор одного из первых руководств по микроскопии.

Фото: derstandard.at.

Так что Карлу пришлось заняться изучением распределением пигмента в зрительных клетках — жуков, бабочек и креветок. Впрочем, юный Фриш всё равно сбежал — в Зоологический институт Мюнхенского университета, где занялся этологией, наукой о поведении.

Введение в этологию за 10 минут.

Поработав под началом известного зоолога Рихарда фон Гертвига, он вернулся в Венский университет, где защитил степень доктора философии. Работа, ставшая его диссертацией, оказалась очень любопытной.

В начале XX века считалось, что ни рыбы, ни беспозвоночные цвета не различают. Экспериментируя на рыбах, Фриш сумел натренировать разные особи гольяна по-разному реагировать на разные цвета. На этой почве случилась научная ссора Фриша со старым и авторитетеным офтальмологом Карлом фон Гессом, который придерживался другого мнения и пытался дискредитировать работу Фриша. Впрочем, потом Фриш решил, что нападки Гесса — это благо, так больше учёных узнают о его работе.

Но рыбы — это рыбы. Как говорится, с ними не всё однозначно на первый взгляд. Будучи дарвинистом, Фриш понимал — у пчёл точно должно быть цветное зрение, всё-таки их пища — в цветках. С 1912 года Фриш переходит обратно в Мюнхен и начинает экспериментировать с пчёлами. Доказать, что пчелы различают цвета оказалось достаточно просто — сначала еду помещали на квадрат определенного цвета, и весьма быстро пчелы садились на этот квадрат и без пищи, даже если этот квадрат поменять местами с квадратами других цветов...

Дальше была война. Всем стало не до пчёл. У Фриша было слабое зрение, потому фронт его миновал. Однако медицинское образование было никуда не деть, и Фриш до 1919 года работал в военном госпитале около Вены. В январе 1919 он вернулся в институт, и именно в этом году он сделал главное свое открытие, принесшее ему Нобелевскую премию через 54 года.

Документальный фильм о танце пчёл.

Он пометил краской несколько рабочих пчел и изучал поведение пчелы, которая нашла пищу и вернулась в улей.

Предоставим слово самому Фришу: «Я едва мог поверить своим глазам, когда она исполнила круговой танец на медовых сотах, чем привела в сильнейшее возбуждение находящихся рядом с ней пчёл, помеченных краской, которые немедленно полетели к месту кормёжки... Это было, как я думаю, наиболее важное наблюдение в моей жизни, во всяком случае, имеющее самые далеко идущие последствия». 

Фриш изучал танец пчёл всю свою жизнь. Он узнал, что танец пчелразличается — если пища близко, то танец круговой, если далеко (дальше 85 м) — «вихляющий», в виде восьмерки. Узнал, что танцем пчелы указывают угол между местонахождением пищи и солнцем, и что при переменной облачности пчёлы ориентируются по плоскости поляризации света от просветов чистого неба…

Иллюстрация: fu-berlin.de.

Фриш прожил достаточно долгую жизнь для того, чтобы дожить до своей Нобелевской премии. Правда, сам он уже не присутствовал на церемонии. Ученому было 87 лет и награду принимал его сын Отто.

Представлявший лауреатов профессор Берг Кронхольм из Каролинского медико-хирургического института, сказал: «Поведение животных очаровывало человека с незапамятных времен, об этом свидетельствуют животные в мифах, сказках и баснях. Однако для слишком долго человека пытался понять его на основе его собственных представлений, на основе его собственного образа мыслей, чувств и действий. Описание по этому принципу может быть довольно поэтичным, но не приводит ни к какому увеличению нашего знания о животных».

Закончить свой рассказ о великом Фрише мне тоже хотелось бы цитатой из предисловия к первому изданию его книжки «Из жизни пчёл». Мне кажется, эти слова должны быть в памяти каждого исследователя: «Если естествоиспытатель будет пользоваться слишком сильными увеличительными стеклами, рассматривая простые вещи, то может случиться так, что за оптическими приборами он не увидит самой природы. Нечто подобное произошло лет двадцать назад с одним почтенным ученым, когда он, изучая в лаборатории способность животных воспринимать цвета, пришел к твердому и, казалось бы, хорошо обоснованному убеждению, что пчелы цветов не различают. Это натолкнуло меня на мысль ближе заняться изучением их жизни. Ведь всякий, кому приходилось в природных условиях наблюдать биологическую взаимосвязь между пчелами и цветами с их великолепно окрашенными венчиками, подумает, что скорее ученый мог допустить ошибку в своих выводах, чем природа — подобную несообразность».

Почему животные не улыбаются?

Уже не первый раз мне попадается вопрос, который приходится «перевернуть с головы на ноги»: на самом деле животные улыбаются и даже смеются. Поэтому правильнее была бы такая форма вопроса: «Почему животные и люди улыбаются и смеются?». На этот вопрос я и попробую ответить. Должен только предупредить: по поводу природы смеха человека написаны тома. Поэтому на исчерпывающий ответ читателю не стоит рассчитывать. В основном я расскажу о точке зрения сравнительной этологии (науки о поведении животных) на природу улыбки и смеха.

А улыбка ли это?

Очень важный отправной пункт — договориться, что можно считать у животных улыбкой или смехом. За эталон сравнения мы берем человеческую улыбку и человеческий смех. В биологии одинаковыми терминами принято называть гомологичные структуры — например, органы, которые уже имелись у общих предков сравниваемых видов. Скажем, гомологичны друг другу (как передние конечности) крыло птицы и рука человека. Кроме органов, гомологичными могут быть и унаследованные от общих предков гены. Очевидно, что кроме органов и генов могут быть гомологичными и многие формы поведения — они ведь тоже наследуются.

Для органов хорошо разработаны критерии, помогающие установить их гомологию (см., например, соответствующую статью в Википедии). Для генов такой критерий — сходство их нуклеотидных последовательностей. Но как же установить, гомологичны ли улыбка человека и оскал зубов шимпанзе или собаки? Может быть, они только внешне похожи? Даже если они демонстрируются в сходных ситуациях и выполняют похожую роль, они вполне могли возникнуть независимо (биологи называют такие признаки аналогичными). Тогда обезьянью «улыбку», конечно, можно так называть (как мы называем крылом и крыло птицы, и крыло бабочки) — но всё-таки надо помнить, что это нечто совсем другое, чем человеческая улыбка.

Однако некоторые критерии, разработанные для выяснения гомологии органов, годятся и при определении гомологии форм поведения. Так, если, при всём несходстве форм поведения у двух видов, между этими двумя формами можно найти ряд промежуточных форм поведения у других, родственных видов, то это сильный довод в пользу их гомологии (см. Критерий переходных форм). Если за две формы поведения отвечают сходные цепи нейронов мозга — это тоже довод в пользу их гомологии (например, гомологичен чесательный рефлекс у всех наземных позвоночных — от лягушек до собак). Сейчас появились и другие возможности устанавливать гомологию поведенческих актов. Даже не зная точных нейронных цепей, можно установить, какие участки мозга активируются при том или ином поведении (для этого используют, например, позитронно-эмиссионную томографию). Иногда удается даже узнать, какие гены отвечают за конкретную форму поведения — например, какие из них начинают активнее работать и производить белки при определенной форме поведения.

Так вот, с помощью разных методов установлено, что орангутаны, шимпанзе и гориллы точно и улыбаются, и смеются. Вероятно, улыбаются и смеются собаки. Что совсем уж неожиданно — почти наверняка смеются крысы. Когда это открыли, ученые долго не хотели этому верить. Но сейчас это общепризнанный факт.

Покажем друг другу зубы!

Младенцы начинают улыбаться даже в том случае, если родились глухими и слепыми. У нормальных младенцев так называемая «социальная улыбка» появляется к концу первого месяца жизни в ответ на вид человеческого лица (или его нарисованной схемы). Эти данные показывают, что улыбка — врожденная форма поведения (хотя впоследствии и регулируется произвольно).

То же можно сказать и о смехе. Такие врожденные формы поведения человека почти всегда можно найти и у его ближайших родственников, приматов.

И люди, и животные улыбаются, когда хотят продемонстрировать друг другу дружелюбие. При этом улыбка — оскаленные зубы! — вроде бы должна восприниматься как угроза. И действительно, бывает ведь «зловещая улыбка», «издевательский смех» или «торжествующий смех» победителя над побежденным. Но обычная улыбка воспринимается прямо противоположным образом — как «дружелюбный оскал». Показывая зубы, улыбающийся как бы говорит адресату: «Вот как я мог бы с тобой поступить, но не поступлю!» (эту идею высказал великий этолог Конрад Лоренц). Так что улыбка — это ритуализованная угроза, превращенная в приветствие. Еще можно было бы назвать ее «укус без укуса». Между улыбкой и укусом есть и промежуточные формы поведения: например, при «игре со щекоткой» (см. ниже) щенки и многие дети в возрасте 2–3 лет демонстрируют, кроме улыбки и смеха, «игровые» укусы.

Смех животные чаще всего используют при шуточном нападении — например, при игре, когда партнеры щекочут друг друга или один щекочет другого. (Почти всегда в этой ситуации смеются и люди.) Человекообразные обезьяны от щекотки издают звуки, довольно похожие на человеческий смех. В частности, звуки издаются и при вдохе, и при выдохе (у людей звуки обычно издаются на выдохе, а у человекообразных обезьян почти во всех случаях — только на вдохе). Интересно, что при смехе люди не произносят букв и слогов (ученые говорят, что при этом отсутствуетартикуляция). Связано это прежде всего с тем, что при смехе работа центров речи у человека подавляется.

А вот смех крыс просто так услышать нельзя. Они смеются слишком тоненько — издают ультразвуки частотой 50 кГц. Обычно смеются крысята — во время игры или когда приглашают друг друга поиграть.

Зачем улыбки и смех нужны животным

Улыбки и смех характерны для социальных (общественных) животных, которые при драках могут нанести друг другу серьезные травмы. Как правило, они тормозят агрессию, служат средством умиротворения. В играх с шуточным нападением смех сигнализирует, что это — игра, что нападающий не будет кусаться по-настоящему. При этом очень важно, чтобы сигнал был понятен — недаром и люди самых разных культур обычно легко отличают искреннюю улыбку от угрожающего оскала. (Доказано, что лучше это получается у «изгоев», которым особенно важно наладить контакт с соплеменниками; см. Чтобы отличить искреннюю улыбку от поддельной, нужно стать изгоем, «Элементы», 27.11.2008.)

Конечно, у людей (а может быть, и у животных) улыбка и смех могут выполнять множество других функций (прочитать о них можно, например, в книге А. Г. Козинцева. Человек и смех). Я упомяну только о нескольких из них.

С часто смеющимися крысами охотнее общаются и играют их сородичи. Яак Панксепп (Jaak Panksepp), открывший смех у крыс, так описывает его возможные функции: «Смех — признак хорошего характера и умения ладить с окружающими; поэтому часто смеющиеся крысы воспринимаются как хорошие партнеры для игр, а такие игры иногда могу кончаться и размножением. Смех — признак психического здоровья, как пышный хвост павлина — признак его физического здоровья». То есть предполагается, что смех играет роль при половом отборе. Кажется вполне правдоподобным, что и юмор у людей развился под действием полового отбора (см., например, Чувство юмора и щедрость — результаты полового отбора?, «Элементы», 18.12.2008).

Показано, что частота смеха у крыс — хороший показатель не только психического, но и физического здоровья. Видимо, связь здесь двусторонняя: «довольные» крысы чаще смеются, но и сам частый смех полезен для здоровья. Человека это тоже касается. И у человека, и у животных в одни и те же, достаточно древние, отделы мозга «впечатаны» основные эмоции. К ним можно отнести и удовольствие. Когда животное получает положительные стимулы (например, ест вкусную пищу), включается «система вознаграждения». Активируются определенные нейроны, выделяющие нейромедиатор дофамин. По-видимому, животные, как и люди, испытывают при этом положительные эмоции. Так вот, эта система включается и у людей, и у животных при смехе (даже от щекотки!). Чтобы их пощекотали, крысы готовы выполнять те же задания, что и для получения пищевой награды, — нажимать на рычаг или проходить лабиринт. При этом, по-видимому, при еде и при смехе в клетках мозга активируются похожие гены.

Недавно было показано, что другая популяция выделяющих дофамин нейронов в подкорковых структурах мозга реагирует не на положительные стимулы, а на новизну или неожиданные события. Интересно, что в таких ситуациях (например, попав в незнакомую клетку или встретившись с незнакомой крысой) крысы часто смеются! Возможно, их смех в таких ситуациях можно сравнить с «нервным смехом» у человека. А нервный смех часто помогает «разрядить эмоции» — например, после испуга или напряжения...Можно предположить, что подобные механизмы задействованы и в восприятии юмора — ведь часто шутки и анекдоты вызывают смех именно из-за неожиданного развития событий! Хотя, конечно, в восприятии юмора участвует и кора мозга.

Интересно, что дофамин выделяется даже тогда, когда мы улыбаемся «нарочно», то есть когда ничего радостного или смешного не происходит. Этот и многие другие примеры показывают, что не только «лицо — зеркало души», но и «душа — зеркало лица». Поразительно, как точно эти научные результаты предвосхитил философ И. Кант:

«Детей, особенно девочек, нужно в раннем возрасте приучать к непринужденному смеху, ибо веселое выражение лица постепенно отражается и на внутреннем мире и вырабатывает расположение к веселости, приветливости и благосклонности ко всем».

Почаще смешите своих детей — и нам всем станет веселее жить, когда они вырастут!

Как смеются крысы, можно посмотреть и послушать здесь.
Как смеются гориллы и детеныши орангутанов — здесь.
А как щекочут говорящую гориллу по ее просьбе — здесь.

Ответил: Сергей Глаголев