Серия «Ed Yong (1981--) An immense world: how animal sens»

Introduction (перевод см. ниже)
The Only True Voyage
...The senses constrain an animal’s life, restricting what it can detect and do. But they also define a species’ future, and the evolutionary possibilities ahead of it. For example, around 400 million years ago, some fish began leaving the water and adapting to life on land. In open air, these pioneers—our ancestors—could see over much longer distances than they could in water. The neuroscientist Malcolm MacIver thinks that this change spurred the evolution of advanced mental abilities, like planning and strategic thinking. Instead of simply reacting to whatever was directly in front of them, they could be proactive. By seeing farther, they could think ahead. As their Umwelten expanded, so did their minds.

Эд Йонг (1981-) Необъятный мир: как органы чувств животных открывают скрытые сферы вокруг нас. (2022)
Введение - Единственное настоящее путешествие.
...Органы чувств влияют на жизнь животного, ограничивая то, что оно может обнаружить и сделать. Но они также определяют будущее вида и открывающиеся перед ним эволюционные возможности. Например, около 400 миллионов лет назад некоторые рыбы начали покидать воду и приспосабливаться к жизни на суше. На открытом воздухе эти первопроходцы — наши предки — могли видеть на гораздо большие расстояния, чем в воде. Нейробиолог Малкольм Макайвер считает, что это изменение стимулировало развитие таких продвинутых умственных способностей, как планирование и стратегическое мышление. Вместо того, чтобы просто реагировать на то, что находится прямо перед ними, они могут действовать на опережение. Заглядывая дальше, они могут думать о будущем. По мере того как расширялся их мир, расширялся и их разум.

1. Leaking Sacks of Chemicals (перевод см. ниже)
Smells and Tastes
...But John Caprio, a physiologist who studies catfish, says the difference between smell and taste couldn’t be clearer. Taste is reflexive and innate, while smell is not. From birth, we recoil from bitter substances, and while we can learn to override those responses and appreciate beer, coffee, or dark chocolate, the fact remains that there’s something instinctive to override. Odors, by contrast, “don’t carry meaning until you associate them with experiences,” Caprio says. Human infants aren’t disgusted by the smell of sweat or poop until they get older. Adults vary so much in their olfactory likes and dislikes that when the U.S. Army tried to develop a stink bomb for crowd control purposes, they couldn’t find a smell that was universally disgusting to all cultures. Even animal pheromones, which are traditionally thought to trigger hardwired responses, are surprisingly flexible in their effects, which can be sculpted through experience.

Taste, then, is the simpler sense. As we’ve seen, smell covers a practically infinite selection of molecules with an indescribably vast range of characteristics, which the nervous system represents through a combinatorial code so fiendish that scientists have barely begun to crack it. Taste, by contrast, boils down to just five basic qualities in humans—salt, sweet, bitter, sour, and umami (savory)—and perhaps a few more in other animals, which are detected through a small number of receptors. And while smell can be put to complex uses—navigating the open oceans, finding prey, and coordinating herds or colonies—taste is almost always used to make binary decisions about food. Yes or no? Good or bad? Consume or spit?

...Reptiles, birds, and mammals taste with their tongues. Other animals aren’t so restricted. If you’re very small, food isn’t just something you put in your mouth, but something you can walk upon. As such, most insects can taste with their feet and legs. Bees can detect the sweetness of nectar just by standing on a flower. Flies can taste the apple you’re about to eat by landing on it. Parasitic wasps can use taste sensors on the tips of their stings to carefully implant their eggs in the bodies of other insects. One species can even taste the difference between hosts that have already been parasitized by other wasps and those that are currently vacant.

...Insects can taste with other body parts, too, which expands the uses to which they can put this typically limited sense. Some can find good sites for laying their eggs using taste receptors on their egg-laying tubes. Some have taste receptors on their wings, which might alert them to traces of food as they fly. Flies will start grooming themselves if they taste the presence of bacteria on their wings. Even decapitated flies will do this.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных раскрывают скрытые сферы вокруг нас. (2022)
1. Протекающие мешки с химикатами
Запахи и вкусы
..Но Джон Каприо, физиолог, изучающий сома, говорит, что разница между запахом и вкусом очевидна как никогда. Вкус является рефлекторным и врожденным, в то время как обоняние - нет. С рождения мы испытываем отвращение к горьким веществам, и хотя мы можем научиться преодолевать эти реакции и ценить пиво, кофе или темный шоколад, факт остается фактом: есть что-то инстинктивное, что нужно преодолевать. Запахи, напротив, “не несут в себе смысла, пока вы не свяжете их с каким-то опытом”, - говорит Каприо. Младенцы не испытывают отвращения к запаху пота или какашек, пока не станут старше. Взрослые настолько сильно различаются по своим обонятельным предпочтениям, что, когда армия США попыталась разработать вонючую бомбу для борьбы с толпой, они не смогли найти запах, который был бы универсально отвратительным для всех культур. Даже феромоны животных, которые, как традиционно считается, вызывают запрограммированные реакции, на удивление гибки в своем воздействии, которое можно определить с помощью опыта.

Таким образом, вкус - это более простое чувство. Как мы уже видели, обоняние включает в себя практически бесконечный набор молекул с неописуемо широким спектром характеристик, которые нервная система представляет с помощью комбинаторного кода, настолько сложного, что ученые только начали его расшифровывать. Вкус, напротив, у человека сводится всего к пяти основным качествам — соленому, сладкому, горькому, кислому и умами (пикантному) — и, возможно, еще к нескольким у других животных, которые распознаются небольшим количеством рецепторов. И хотя обоняние можно использовать в сложных целях — для навигации в открытом океане, поиска добычи и координации стад или колоний, — вкус почти всегда используется для принятия бинарных решений о еде. Да или нет? Хорошо это или плохо? Есть или выплевывать?

...Рептилии, птицы и млекопитающие ощущают вкус с помощью языка. У других животных нет таких ограничений. Если вы очень маленький, пища - это не просто то, что вы кладете в рот, но и то, по чему вы можете ходить. Таким образом, большинство насекомых ощущают вкус с помощью лапок. Пчелы могут почувствовать сладость нектара, просто стоя на цветке. Мухи могут попробовать яблоко, которое вы собираетесь съесть, приземлившись на него. Осы-паразиты могут использовать вкусовые датчики на кончиках своих жал, чтобы аккуратно откладывать яйца в тела других насекомых. Один вид может даже почувствовать разницу между хозяевами, на которых уже паразитировали другие осы, и теми, которые в данный момент свободны.

...Насекомые могут ощущать вкус и другими частями тела, что расширяет возможности их обычно ограниченного восприятия. Некоторые из них могут находить подходящие места для откладки яиц, используя вкусовые рецепторы на своих яйцекладущих трубках. У некоторых из них есть вкусовые рецепторы на крыльях, которые могут предупреждать их о наличии следов пищи во время полета. Мухи начинают ухаживать за собой, если чувствуют присутствие бактерий на крыльях. Даже обезглавленные мухи делают это.

Endless Ways of Seeing (перевод см. ниже)
Light
...In the third of Nilsson’s stages, shaded photoreceptors cluster into groups. Their owners can now knit together information about light from different directions to produce images of the world around them. For many scientists, this is the point when light detection becomes actual vision, when simple photoreceptors become bona fide eyes, and when animals can truly be said to see. At first, their vision is blurry and grainy, suitable only for crude tasks like finding shelter or spotting looming shapes. But with the addition of focusing elements like lenses, their view sharpens, and their Umwelt fills with rich visual detail. High-resolution vision is the fourth of Nilsson’s stages. When it first appeared, it would have intensified the interactions between animals. Conflicts and courtships could play out over distances longer than touch or taste would allow and at speeds too fast for smell. Predators could now spot their prey from afar, and vice versa. Chases ensued. Animals became bigger, faster, and more mobile. Defensive armor, spines, and shells evolved. The rise of high-resolution vision might explain why, around 541 million years ago, the animal kingdom dramatically diversified, giving rise to the major groups that exist today. This flurry of evolutionary innovation is called the Cambrian explosion, and stage-four eyes might have been one of the sparks that ignited it.

Nilsson’s four-stage model addresses a concern of Charles Darwin, who was unsure how complex modern eyes could have evolved. “To suppose that the eye, with all its inimitable contrivances…could have been formed by natural selection, seems, I freely confess, absurd in the highest possible degree,” he wrote in The Origin of Species. “Yet reason tells me, that if numerous gradations from a perfect and complex eye to one very imperfect and simple, each grade being useful to its possessor, can be shown to exist…then the difficulty of believing that a perfect and complex eye could be formed by natural selection, though insuperable by our imagination, can hardly be considered real.” The gradations Darwin imagined do indeed exist: Animals have every conceivable intermediate from simple photoreceptors to sharp eyes. And different animal groups have repeatedly and independently evolved diverse eyes using the same opsin building blocks. The jellyfish alone have evolved stage-two eyes at least nine times, and stage-three eyes at least twice. Eyes, far from being a blow to evolutionary theory, have proved to be one of its finest exemplars.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных открывают скрытые сферы вокруг нас. (2022)
Бесконечные возможности видения
Свет
На третьем этапе, по Нильсона, затененные фоторецепторы объединяются в группы. Теперь их владельцы могут связывать воедино информацию о свете, падающем с разных направлений, для получения изображений окружающего мира. Для многих ученых это тот момент, когда распознавание света становится настоящим зрением, когда простые фоторецепторы становятся настоящими глазами и когда можно сказать, что животные действительно видят. Поначалу их зрение нечеткое и зернистое, пригодное только для выполнения простых задач, таких как поиск укрытия или определение приближающихся фигур. Но с добавлением фокусирующих элементов, таких как линзы, их зрение становится более четким, а умвельт наполняется богатыми визуальными деталями. Зрение с высоким разрешением - это четвертый этап работы Нильсона. Когда оно только появилось, оно должно было усилить взаимодействие между животными. Конфликты и ухаживания могли происходить на расстояниях, превышающих возможности осязания или обоняния, и на скоростях, недоступных обонянию. Хищники теперь могли издалека определять свою добычу, и наоборот. Начались погони. Животные стали крупнее, быстрее и подвижнее. Эволюционировали защитная броня, шипы и панцири. Развитие зрения с высоким разрешением может объяснить, почему около 541 миллиона лет назад животный мир резко разнообразился, что привело к появлению основных групп, существующих сегодня. Этот шквал эволюционных инноваций называется кембрийским взрывом, и глаза четвертой стадии, возможно, стали одной из искр, которые его разожгли.

Четырехступенчатая модель Нильсона отвечает на вопрос Чарльза Дарвина, который не был уверен в том, насколько сложными могли стать современные глаза. “Предположение о том, что глаз со всеми его неповторимыми приспособлениями... мог образоваться в результате естественного отбора, кажется, признаюсь откровенно, абсурдным в высшей степени”, - писал он в "Происхождении видов". “И все же разум подсказывает мне, что если можно доказать существование многочисленных градаций от совершенного и сложного глаза до очень несовершенного и простого, каждая из которых полезна для своего обладателя... тогда трудность поверить, что совершенный и сложный глаз мог быть сформирован естественным отбором, хотя и непреодолимо для нашего воображения, вряд ли можно считать реальной”. Градации, которые представлял себе Дарвин, действительно существуют: у животных есть все мыслимые промежуточные звенья - от простых фоторецепторов до острого зрения. И у разных групп животных неоднократно и независимо развивались разные глаза, используя одни и те же опсиновые "кирпичики". Только у медуз глаза второй стадии развивались по меньшей мере девять раз, а глаза третьей стадии - по меньшей мере дважды. Глаза, отнюдь не являющиеся ударом по эволюционной теории, оказались одним из ее лучших образцов.

4. The Unwanted Sense (перевод см. ниже)
Pain
...In September 2010, the European Union extended its regulations on animal research to cephalopods—the group that includes octopuses, squid, and cuttlefish. Being invertebrates, cephalopods aren’t usually covered by laws that protect the welfare of backboned lab animals like mice or monkeys. But they also have much larger nervous systems than most invertebrates—500 million neurons in an octopus, compared to 100,000 in a fruit fly. They show intelligent and flexible behaviors that surpass those of some vertebrates like reptiles and amphibians. And, as the EU noted in its directive, “there is scientific evidence of their ability to experience pain, suffering, distress and lasting harm.” That statement came as a surprise to Robyn Crook, who had worked with cephalopods and knew of no such evidence. The EU seemed to have assumed that apparently intelligent animals must be capable of suffering. But at the time, no one even knew if they had nociceptors, let alone if they experienced pain. “There was a huge disconnect between what science knew at that point and what legislators presumed science knew,” Crook tells me.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных раскрывают скрытые сферы вокруг нас. (2022)
4. Нежелательное чувство (перевод см. ниже)
Боль
...В сентябре 2010 года Европейский союз распространил свои правила проведения исследований на животных на головоногих моллюсков — группу, в которую входят осьминоги, кальмары и каракатицы. Будучи беспозвоночными, головоногие моллюски обычно не подпадают под действие законов, защищающих благополучие лабораторных животных со спинным мозгом, таких как мыши или обезьяны. Но нервная система у них также гораздо крупнее, чем у большинства беспозвоночных: у осьминога 500 миллионов нейронов, а у плодовой мушки — 100 000. Они демонстрируют разумное и гибкое поведение, которое превосходит поведение некоторых позвоночных, таких как рептилии и амфибии. И, как отметил ЕС в своей директиве, “существуют научные доказательства их способности испытывать боль, страдание, дистресс и долговременный вред”. Это заявление стало неожиданностью для Робин Крук, которая работала с головоногими моллюсками и не знала о таких доказательствах. В ЕС, похоже, исходили из того, что, по-видимому, разумные животные должны быть способны страдать. Но в то время никто даже не знал, есть ли у них ноцицепторы, не говоря уже о том, чувствуют ли они боль. “Существовал огромный разрыв между тем, что знала наука на тот момент, и тем, что, как предполагали законодатели, знала наука”, - говорит мне Крук.

5. So Cool (перевод см. ниже)
Heat
...Parasitism may be grisly, but it’s one of the most common lifestyles in nature. It’s likely that the majority of animal species are parasites, which survive by exploiting the bodies of other creatures. Many of these freeloaders are fastidious about their choice of hosts and need some way of finding the right targets. Smells provide good cues. But hundreds of millions of years ago, another possibility emerged.
The ancestors of birds and mammals independently evolved the ability to produce and control their own body heat, divorcing their temperatures from the temperatures of their surroundings. This ability, known technically as endothermy and colloquially as warm-bloodedness, endowed birds and mammals with speed and stamina, durability and possibility. It allowed them to survive in extreme environments and stay active over long durations and distances. It also made them very easy to track. Their unwavering body heat made them perpetually blaring beacons, which parasites could use to find hosts, and especially blood vessels. Blood, after all, is a superb source of food—rich in nutrients, well balanced, and usually sterile. It’s no surprise that at least 14,000 animal species have evolved to feed on it, or that many of these—bedbugs, mosquitoes, tsetse flies, and assassin bugs—are attuned to heat.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных раскрывают скрытые сферы вокруг нас. (2022)
5. Так круто
Жара
...Паразитизм может быть ужасным, но это один из самых распространенных видов жизни в природе. Вероятно, большинство видов животных являются паразитами, которые выживают, используя тела других существ. Многие из этих нахлебников придирчивы к выбору хозяев и нуждаются в каком-то способе поиска подходящих объектов. Запахи дают хорошие сигналы. Но сотни миллионов лет назад появилась другая возможность. Предки птиц и млекопитающих независимо друг от друга развили способность вырабатывать тепло собственного тела и контролировать его, отличая свою температуру от температуры окружающей среды. Эта способность, известная технически как эндотермия, а в просторечии как теплокровность, наделяла птиц и млекопитающих скоростью и выносливостью, долговечностью и возможностями. Это позволяло им выживать в экстремальных условиях и оставаться активными в течение длительного времени и на больших расстояниях. Это также облегчало их отслеживание. Постоянное тепло их тела заставляло их постоянно подавать сигналы, которые паразиты могли использовать для поиска хозяев, и особенно кровеносных сосудов. Кровь, в конце концов, является превосходным источником пищи — богатой питательными веществами, хорошо сбалансированной и, как правило, стерильной. Неудивительно, что по меньшей мере 14 000 видов животных эволюционировали, чтобы питаться им, или что многие из них — клопы, комары, мухи цеце и насекомые—убийцы - приспособлены к теплу.

9. A Silent World Shouts Back (перевод см. ниже)
Echoes
...When an odontocete surfaces for air, scientists can sidle over in a small boat, lean across with a long pole, and plonk the tag on the animal’s flank. When it dives out of view, the device records both its clicks and the returning echoes. It captures a detailed journal of the animal’s dive—everything it hears and everything it’s trying to hear. Since 2003, one team of researchers has deployed acoustic tags on dense-beaked whales near the Canary Islands. These animals are silent when they first start to dive, perhaps to avoid attracting eavesdropping predators like orcas. Once they hit 400 meters, they start to click, and they’ll typically find something to eat within minutes. These dark depths are apparently so rich in fish, crustaceans, and squid that the dense-beaked whale can afford to be picky. It might ensonify thousands of creatures but chase just a few dozen, selecting only the best morsels using the fine discriminatory abilities that Au and Nachtigall saw in their captive animals. The whales are so efficient that they only need about four hours of daily foraging to sustain their large bodies.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных открывают скрытые сферы вокруг нас. (2022).
9. Безмолвный мир откликается эхом.
...Когда кит всплывает на поверхность, чтобы глотнуть воздуха, ученые могут подплыть к нему на маленькой лодке, перегнуться через борт с помощью длинного шеста и прикрепить метку к боку животного. Когда оно скрывается из виду, устройство записывает как его щелчки, так и возвращающееся эхо. На нем запечатлен подробный дневник погружений животного — все, что оно слышит, и все, что пытается услышать. С 2003 года одна группа исследователей применяет акустические метки на тупорылых ремнезубах вблизи Канарских островов. Эти животные ведут себя тихо, когда только начинают нырять, возможно, чтобы не привлекать подслушивающих хищников, таких как косатки. Как только они достигают 400 метров, они начинают щелкать и, как правило, находят что-нибудь съедобное в течение нескольких минут. Эти темные глубины, по-видимому, настолько богаты рыбой, ракообразными и кальмарами, что тупорылый ремнезуб может позволить себе быть разборчивым. Это может привлечь тысячи существ, но преследовать всего несколько десятков, отбирая только лучшие кусочки, используя прекрасные способности к распознаванию, которые Ау и Нахтигалл наблюдали у своих животных в неволе. Киты настолько эффективны, что им требуется всего около четырех часов ежедневного поиска пищи, чтобы поддерживать свои большие тела.

9. A Silent World Shouts Back (перевод см. ниже)
Echoes
...In 2000, Kish founded a nonprofit called World Access for the Blind to teach other blind people to echolocate. He and his fellow instructors, who are also blind, have trained thousands of students in dozens of countries. Echolocation is still a niche skill and one that’s frowned upon by some parts of the blind community for being socially inappropriate, counter to tradition, or too hard for all but a prodigious few. Kish disagrees. Echolocation could be more common if only more echolocators were allowed to teach. Kish himself was the first fully blind person in the United States to be certified as an orientation and mobility specialist—someone who helps blind people learn to get around. “There is active resistance to blind people teaching other blind people how to be blind,” he tells me. “It’s a sort of reinforced custodialism.” Kish says that many blind children will naturally try to explore through noise. If they’re not using their tongues, they might snap their fingers or stomp their feet. But parents often see these behaviors as weird or antisocial, and put a stop to them before they can bloom into a sophisticated sonar sense. Kish’s parents never did that. They allowed him to click. They bought him a bicycle. “They regarded my blindness as very much incidental and supported my freedom to move, to discover, to learn how to relate to my environment,” he says. That freedom eventually changed the nature of his brain.

Эд Йонг (1981-) Огромный мир: как органы чувств животных открывают скрытые сферы вокруг нас. (2022).
9. Безмолвный мир откликается эхом.
...В 2000 году Киш основал некоммерческую организацию World Access for the Blind, чтобы обучать других слепых людей эхолокации. Он и его коллеги-инструкторы, которые также являются слепыми, обучили тысячи студентов в десятках стран. Эхолокация по-прежнему остается нишевым навыком, и некоторые представители сообщества слепых относятся к ней неодобрительно, считая ее социально неприемлемой, противоречащей традициям или слишком сложной для всех, за исключением очень немногих. Киш не согласен. Эхолокация могла бы стать более распространенной, если бы только было разрешено обучать большему количеству эхолокаторов. Сам Киш был первым полностью слепым человеком в Соединенных Штатах, получившим сертификат специалиста по ориентации и мобильности — человека, который помогает слепым людям научиться передвигаться. “Существует активное сопротивление тому, чтобы слепые люди учили других слепых, как быть слепыми”, - говорит он мне. “Это своего рода усиленная опека”. Киш говорит, что многие слепые дети, естественно, пытаются исследовать мир с помощью шума. Если они не используют язык, они могут щелкать пальцами или топать ногами. Но родители часто расценивают такое поведение как странное или антиобщественное и пресекают его до того, как оно перерастет в сложное звуковое восприятие. Родители Киша никогда так не поступали. Они разрешили ему щелкать мышью. Они купили ему велосипед. “Они рассматривали мою слепоту как нечто случайное и поддерживали мою свободу двигаться, открывать что-то новое, учиться тому, как соотноситься с окружающей средой”, - говорит он. Эта свобода в конечном итоге изменила природу его мозга.