Algorytmy zwierząt. Ewolucja a tajemnica zadziwiających instynktów ebook

SE­RIA IN­TE­LI­GENTNY PRO­JEKT

Se­ria In­te­li­gentny Pro­jekt to pierw­sza tak am­bitna i bo­gata pro­po­zy­cja na pol­skim rynku wy­daw­ni­czym, w ra­mach któ­rej uka­zują się książki do­ty­czące teo­rii in­te­li­gent­nego pro­jektu – In­tel­li­gent De­sign (ID).

Au­to­rzy za­sta­na­wiają się: Czy róż­no­rod­ność ży­cia na Ziemi może być wy­ja­śniona wy­łącz­nie przez pro­cesy czy­sto przy­rod­ni­cze? Czy zło­żone struk­tury bio­lo­giczne mo­gły po­wstać drogą przy­padku i ko­niecz­no­ści, bez udziału in­te­li­gen­cji? Czy Zie­mia jest tylko jedną z wielu ni­czym nie­wy­róż­nia­ją­cych się pla­net?

Teo­ria in­te­li­gent­nego pro­jektu jest ogólną teo­rią roz­po­zna­wa­nia pro­jektu i ma sze­ro­kie za­sto­so­wa­nie w ta­kich dzie­dzi­nach na­uki, jak kry­mi­na­li­styka, hi­sto­ria, kryp­to­gra­fia, astro­no­mia i in­ży­nie­ria. Se­ria In­te­li­gentny Pro­jekt po­ka­zuje, że kon­cep­cja ID po­winna być sto­so­wana rów­nież w za­gad­nie­niach po­cho­dze­nia i roz­woju róż­nych form ży­cia, a także w pró­bie zro­zu­mie­nia nas sa­mych.

Im grun­tow­niej bio­lo­dzy ana­li­zują świat przy­rody oży­wio­nej, tym bar­dziej oka­zuje się on zło­żony. [...] Dzięki se­kwen­cjo­no­wa­niu i in­nym no­wym tech­ni­kom zdo­by­wamy dane wska­zu­jące, że zło­żo­ność or­ga­ni­zmów ży­wych jest o wiele więk­sza, niż uwa­ża­li­śmy wcze­śniej.

Erika Check Hay­den,Hu­man Ge­nome at Ten: Life is Com­pli­ca­ted,„Na­ture” 2010, Vol. 464, s. 664

Pa­mięci mo­jej matki i ojca,w po­dzię­ko­wa­niuza ich nie­usta­jącąmi­łość i po­par­cie.

Po­dzię­ko­wa­nia

Chciał­bym po­dzię­ko­wać Di­sco­very In­sti­tute za chęć pod­ję­cia się za­da­nia opu­bli­ko­wa­nia tej pracy. Do­ce­niam zwłasz­cza wspar­cie oka­zane mi przez Johna We­sta. Dzię­kuję też Jo­na­tha­nowi Wit­towi za jego do­sko­nałe do­radz­two przy re­dak­cji ma­szy­no­pisu oraz Ca­sey­owi Lu­ski­nowi za wiele po­moc­nych su­ge­stii.

Roz­dział 1

Ge­niusz Kra­iny Li­li­pu­tów

Zoo­lo­dzy za­an­ga­żo­wali się w tak skrajne za­prze­cza­nie mo­ty­wa­cjom i ce­lo­wemu za­cho­wa­niu, a na­wet świa­do­mo­ści i zło­żo­nym zdol­no­ściom in­te­lek­tu­al­nym zwie­rząt, że do nie­dawna nie po­szu­ki­wano ani na­wet nie sta­wiano hi­po­tez na te­mat od­po­wia­da­ją­cych za nie me­cha­ni­zmów. Moż­liwe, że obec­nie jest to naj­więk­sza luka kon­cep­tu­alna w eto­lo­gii ewo­lu­cyj­nej[1].Mary Jane West-Eber­hard

W Kra­inie Li­li­pu­tów tkwi ge­niusz. Nie mó­wię o Kra­inie Li­li­pu­tów Jo­na­thana Swi­fta, czyli fik­cyj­nej wy­spie za­miesz­ka­nej przez drobne, pięt­na­sto­cen­ty­me­trowe lu­dziki. Mó­wię o li­li­pu­cim świe­cie pta­ków i psz­czół, ter­mi­tów, mró­wek i mo­tyli. Tkwi w nim ta­jem­ni­czy ge­niusz – szcze­gól­nie do­ty­czy to by­strych owa­dów. Ich mó­zgi są wiel­ko­ści ziarnka se­zamu lub jesz­cze mniej­sze, a jed­nak te owady mogą się po­szczy­cić nie­zwy­kłymi umy­sło­wymi osią­gnię­ciami.

Psz­czoły miodne żyją w zło­żo­nych spo­łecz­no­ściach z ka­sto­wym po­dzia­łem pracy. Każda z psz­czół zna przy­na­leżną jej funk­cję i wy­ko­nuje wią­żące się z nią obo­wiązki. Po­nadto psz­czoły po­sia­dają spe­cja­li­styczne umie­jęt­no­ści na­wi­ga­cyjne i ko­mu­ni­ka­cyjne, które po­ma­gają im szu­kać po­ży­wie­nia i znaj­do­wać nowe miej­sca dla uli. Jest to moż­liwe, mimo że psz­czeli mózg za­wiera tylko jedną ty­sięczną jed­nego pro­centa liczby neu­ro­nów mó­zgo­wia czło­wieka.

Co­roczna trasa mi­gra­cji da­na­idów wę­drow­nych[2] li­czy od 3219 do 4828 ki­lo­me­trów, dzie­lą­cych Ka­nadę i Mek­syk. Cała po­dróż zaj­muje ży­cie na­wet trzech po­ko­leń mo­tyli, co su­ge­ruje, że zna­jo­mość trasy mi­gra­cji jest wro­dzona, a nie na­byta. Każde po­ko­le­nie da­na­idów ma wy­raźny cel na przy­pa­da­jący mu od­ci­nek rocz­nej mi­gra­cji. Ich na­wi­ga­cja jest tak do­kładna, że czę­sto spę­dzają zimę w Mek­syku na tym sa­mym drze­wie, co ich przod­ko­wie.

Je­dwabne pa­ję­czyny mają kilka wy­jąt­ko­wych, trud­nych do po­wie­le­nia przez na­ukow­ców cech, ta­kich jak wy­trzy­ma­łość i ela­stycz­ność. Na uwagę za­słu­guje rów­nież za­cho­wa­nie przę­dą­cych sieci pa­ją­ków. Kształt pro­jek­to­wa­nych przez nie pa­ję­czyn jest ele­gancki i zna­ko­mi­cie funk­cjo­nalny. W wy­padku uszko­dze­nia czę­ści sieci, pa­jąk nie­zwłocz­nie za­biera się do od­na­wia­nia jej pier­wot­nego układu. Sieci peł­nią funk­cję pu­ła­pek, a także zwięk­szają zdol­ność pa­ją­ków do od­naj­do­wa­nia zła­pa­nych ofiar. Dzięki wy­czu­wa­nym w sieci przez ich od­nóża wi­bra­cjom pa­jąki po­tra­fią do­kład­nie zlo­ka­li­zo­wać zdo­bycz na­wet w ciem­no­ści.

Nie­które ga­tunki ter­mi­tów kon­stru­ują gniazda po­dzi­wiane przez ar­chi­tek­tów, in­ży­nie­rów i ar­ty­stów. Gniazda te mogą mie­rzyć po­nad sześć me­trów wy­so­ko­ści i zwy­kle za­wie­rają kom­natę kró­lew­ską, żłobki, ogrody, skła­do­wi­ska od­pa­dów, stud­nię i sys­tem wen­ty­la­cji, który ob­niża tem­pe­ra­turę i usuwa dwu­tle­nek wę­gla.

Do­ro­słe osy ży­wią się nek­ta­rem, lecz po­lują na inne owady, aby za­pew­nić po­ży­wie­nie swoim lar­wom. Po­szcze­gólne ga­tunki os po­lują na różne owady, w tym psz­czoły miodne, żuki, ta­ran­tule i cy­kady. Lecz naj­bar­dziej nie­sa­mo­wite wra­że­nie wy­wiera pa­ra­li­żo­wa­nie schwy­ta­nych przez osy ofiar[3]. Umiej­sco­wie­nie zwoju ner­wo­wego, w który musi być wstrzyk­nięta pa­ra­li­żu­jąca neu­ro­tok­syna, różni się u wszyst­kich ga­tun­ków ofiar[4]. Na przy­kład osa po­lu­jąca na psz­czoły miodne „wkłuwa swoje żą­dło do­kład­nie mię­dzy dwie od­rębne tarczki na dol­nej stro­nie szyi psz­czoły, unie­ru­cha­mia­jąc ją, lecz jej nie za­bi­ja­jąc”[5].

Ba­da­nia po­twier­dziły, że roz­po­zna­wa­nie ofiar to umie­jęt­ność wro­dzona, a wy­ma­ga­jące pre­cy­zji i do­kład­no­ści żą­dle­nie jest kon­tro­lo­wane przez pro­gram ru­chu – wiele pod­pro­ce­dur uło­żo­nych w kon­kretną se­kwen­cję, która umoż­li­wia wy­ko­na­nie da­nego ru­chu czy za­da­nia. Nie jest to zresztą byle jaki pro­gram. Aby to po­jąć, wy­obraźmy so­bie opro­gra­mo­wa­nie po­trzebne do umoż­li­wie­nia za­awan­so­wa­nemu mi­kro­dro­nowi po­da­nie neu­ro­tok­syny w pre­cy­zyj­nie okre­śloną oko­licę psz­czoły miod­nej w celu jej unie­ru­cho­mie­nia. Roz­wa­ża­jąc zło­żo­ność i ewo­lu­cję tego za­cho­wa­nia os, Jerry Fo­dor i Mas­simo Piat­telli-Pal­ma­rini do­cho­dzą do wnio­sku, że „Tego ro­dzaju zło­żone, se­kwen­cyjne, ści­śle za­pro­gra­mo­wane za­cho­wa­nie może pro­wa­dzić do wielu po­ten­cjal­nych błę­dów na każ­dym z ko­lej­nych eta­pów. [...] Nie da się wy­ja­śnić tak skom­pli­ko­wa­nych, wro­dzo­nych pro­gra­mów be­ha­wio­ral­nych (sieci pa­ją­ków czy sche­ma­tów że­ro­wa­nia psz­czół) przez opty­ma­li­za­cję czyn­ni­ków fi­zy­ko­che­micz­nych czy geo­me­trycz­nych”[6].

Wy­mie­nione tu przy­kłady wro­dzo­nych lub za­pro­gra­mo­wa­nych za­cho­wań to tylko nie­które z licz­nych ta­kich przy­pad­ków ob­ser­wo­wa­nych w kró­le­stwie zwie­rząt. Za­ska­ku­jące jest, że w wielu przy­pad­kach za­cho­wa­nia zwie­rząt po­wszech­nie uzna­wa­nych za pry­mi­tywne są rów­nie zło­żone, jak za­cho­wa­nia zwie­rząt bar­dziej roz­wi­nię­tych, w tym ssa­ków. Istot­nie, nie ma ko­re­la­cji po­mię­dzy zdol­no­ściami po­znaw­czymi zwie­rząt a wy­ka­zy­wa­niem przez nie skom­pli­ko­wa­nych, naj­wy­raź­niej wro­dzo­nych za­cho­wań. Być może tę kwe­stię wy­ja­śnia to, że ta­kie za­cho­wa­nia zwie­rząt są za­pro­gra­mo­wane, a za­tem wro­dzone, więc ich wy­ko­ny­wa­nie nie wy­maga znacz­nych zdol­no­ści po­znaw­czych, za to wy­maga spe­cy­ficz­nych „ob­wo­dów” ner­wo­wych kon­tro­lu­ją­cych te za­cho­wa­nia – do­syć skom­pli­ko­wa­nych, lecz naj­wy­raź­niej nie­du­żych mó­zgów.

Bo­gate opisy tych za­cho­wań można zna­leźć wszę­dzie, od pro­gra­mów te­le­wi­zyj­nych Na­tio­nal Geo­gra­phic po na­ukowe książki i ar­ty­kuły. Książka Ge­niusz pta­ków[7] Jen­ni­fer Ac­ker­man i ar­ty­kuł The Ama­zing Mini-Brain: Les­sons from a Ho­ney Bee [Nie­sa­mo­wity mi­ni­mózg. Lek­cje od psz­czoły][8] Mar­tina Giurfy to tylko dwa przy­kłady spo­śród wielu, które można by przy­to­czyć. Nie­które wy­stę­pu­jące w kró­le­stwie zwie­rząt zło­żone za­cho­wa­nia wro­dzone wpra­wiają świat na­uki w osłu­pie­nie.

Ze względu na ich nie­znane po­cho­dze­nie, wiele z tych za­cho­wań wciąż opi­suje się jako enig­ma­tyczne bądź ta­jem­ni­cze. Dla­tego wi­duje się książki za­ty­tu­ło­wane The My­stery of Mi­gra­tion [Ta­jem­nica mi­gra­cji][9] czy też Na­ture’s Com­pass: The My­stery of Ani­mal Na­vi­ga­tion [Kom­pas na­tury. Ta­jem­nica na­wi­ga­cji zwie­rząt][10].

W książce O po­wsta­wa­niu ga­tun­ków dzie­więt­na­sto­wieczny przy­rod­nik Ka­rol Dar­win przed­sta­wił re­wo­lu­cyjną tezę o wspól­no­cie po­cho­dze­nia i stop­nio­wej ewo­lu­cji. Nie spo­sób kry­ty­ko­wać Dar­wina za nie­śmia­łość. Ob­sta­wał przy swo­jej te­zie na każ­dym kroku. Lecz na­wet on przy­znał w swo­jej pracy, że wiele in­stynk­tów jest „tak dziw­nych, że ich roz­wój wyda się praw­do­po­dob­nie czy­tel­ni­kowi trud­no­ścią wy­star­cza­jącą do oba­le­nia ca­łej mo­jej teo­rii”[11]. Nie­zra­żony tym Dar­win twier­dził, że in­stynkty są nie­zbęd­nym ele­men­tem jego teo­rii oraz że po­dob­nie jak ogromna róż­no­rod­ność form bio­lo­gicz­nych, roz­wi­nęły się one drogą stop­nio­wej ewo­lu­cji. Jak pi­sał, „nie wi­dzę żad­nej trud­no­ści w tym, że na­tu­ralna se­lek­cja, za­cho­wu­jąc i nie­ustan­nie gro­ma­dząc zmiany w in­stynk­tach, może do­pro­wa­dzić je do do­wol­nego stop­nia uży­tecz­no­ści. [...] W taki spo­sób po­wstały, jak są­dzę, wszyst­kie skom­pli­ko­wane i za­dzi­wia­jące in­stynkty. Ża­den zło­żony in­stynkt nie może po­wstać drogą na­tu­ral­nej se­lek­cji ina­czej niż przez drobne i stop­niowe na­gro­ma­dze­nie wielu ma­łych, lecz ko­rzyst­nych zmian [...]. Za­sada Na­tura non fa­cit sal­tum da się za­sto­so­wać za­równo do in­stynk­tów, jak i do bu­dowy ciała”[12].

Co cie­kawe, Dar­win wy­kre­ślił ostat­nie zda­nie z ko­lej­nych wy­dań O po­wsta­wa­niu ga­tun­ków, cho­ciaż po­zo­stał wierny idei, którą wy­ra­żało. Głów­nym ce­lem tej książki jest od­po­wiedź na py­ta­nie, czy w świe­tle ak­tu­al­nych da­nych na­uko­wych dar­wi­now­skie twier­dze­nie o po­cho­dze­niu zło­żo­nych in­stynk­tów wy­trzy­muje próbę czasu. Czy na­gro­ma­dzone przez mi­nione 160 lat dane na­ukowe świad­czą na ko­rzyść tej kon­cep­cji choćby w ogól­nym za­ry­sie? Je­śli nie, to czy ist­nieje lep­sze wy­ja­śnie­nie – za­czerp­nięte z roz­sze­rzo­nej syn­tezy ewo­lu­cyj­nej[13] bądź wy­kra­cza­jące poza ten pa­ra­dyg­mat? Oto jest główna kwe­stia roz­wa­żana w tej książce.

Zło­żone za­pro­gra­mo­wane za­cho­wa­nia spo­tyka się w ca­łym kró­le­stwie zwie­rząt. Tu­taj sku­pimy się jed­nak na mniej roz­wi­nię­tych zwie­rzę­tach, po­nie­waż zwie­rzęta bar­dziej roz­wi­nięte, na przy­kład ssaki na­czelne, mają znaczne zdol­no­ści po­znaw­cze, a więc wy­ka­zują za­równo za­cho­wa­nia za­pro­gra­mo­wane, jak i na­byte. W ta­kich przy­pad­kach nie za­wsze ła­two jest roz­róż­nić te dwa ro­dzaje za­cho­wań. Ła­twiej po­czy­nić to roz­róż­nie­nie u mniej za­awan­so­wa­nych zwie­rząt, ta­kich jak psz­czoły i mo­tyle.

Wy­ja­śnie­nie po­cho­dze­nia tych za­pro­gra­mo­wa­nych za­cho­wań zwie­rząt z ewo­lu­cyj­nego punktu wi­dze­nia jest wy­zwa­niem, po­nie­waż czę­sto są one dość zło­żone, a po­nadto praw­do­po­dob­nie wa­run­ko­wane przez nie­zwy­kle skom­pli­ko­wane me­cha­ni­zmy neu­ro­lo­giczne. Za­cho­wa­nia zwie­rząt są ude­rza­jąco zróż­ni­co­wane, można śmiało twier­dzić, że rów­nie zróż­ni­co­wane, jak osza­ła­mia­jące bo­gac­two cech fi­zycz­nych spo­ty­ka­nych w kró­le­stwie zwie­rząt. Nie ozna­cza to, że nie da się wy­ja­śnić tych za­cho­wań. Ozna­cza jed­nak, że trzeba cze­goś wię­cej niż bła­hych „ta­kich so­bie ba­je­czek” dla przy­czy­nowo od­po­wied­niego wy­ja­śnie­nia ich ewo­lu­cji.

Do­dat­kową trud­no­ścią jest to, że za­cho­wa­nia zwie­rząt po­zo­sta­wiają po so­bie sto­sun­kowo mało śla­dów w za­pi­sie ko­pal­nym. Nie­za­leż­nie od przy­czyny we współ­cze­snej bio­lo­gii po­cho­dze­nie za­cho­wań zwie­rząt nie zo­stało zba­dane ani pod­dane dys­ku­sji w tym sa­mym stop­niu, co ich fi­zjo­lo­gia i ge­ne­tyka. To wielka szkoda, bo za­cho­wa­nie jest jedną z naj­cie­kaw­szych cech zwie­rząt.

Temu te­ma­towi warto po­świę­cić wię­cej uwagi także dla­tego, że w nie­któ­rych przy­pad­kach za­cho­wa­nie zwie­rząt jest za­sad­ni­czym ele­men­tem teo­rii ewo­lu­cji. Ernst Mayr, czo­łowy teo­re­tyk ewo­lu­cjo­ni­sta XX wieku, uwa­żał, że zmiana w za­cho­wa­niu to klu­czowy czyn­nik ini­cju­jący in­no­wa­cje ewo­lu­cyjne[14]. Mayr twier­dził, że „be­ha­wio­ralne zmiany grały rolę w więk­szo­ści in­no­wa­cji ewo­lu­cyj­nych, stąd po­wie­dze­nie »za­cho­wa­nie jest wy­znacz­ni­kiem ewo­lu­cji«”[15]. Za­tem przed­miot ten wręcz do­maga się dal­szych ba­dań.

Aby zo­ba­czyć, czy któ­reś z kon­ku­ru­ją­cych hi­po­te­tycz­nych wy­ja­śnień za­cho­wa­nia zwie­rząt, w tym neo­dar­wi­nizm, wy­daje się ade­kwatne przy­czy­nowo, przyj­rzymy się kilku ro­dza­jom zło­żo­nych za­pro­gra­mo­wa­nych za­cho­wań w kró­le­stwie zwie­rząt oraz pod­damy oce­nie na­gro­ma­dzone dane na­ukowe w świe­tle tych hi­po­tez. W tym celu wy­ko­rzy­stamy me­todę po­wszech­nie sto­so­waną w na­ukach hi­sto­rycz­nych, znaną jako wnio­sko­wa­nie do naj­lep­szego wy­ja­śnie­nia.

Od Ary­sto­te­lesa do Dar­wina

Hi­sto­ria ba­dań zwie­rząt i ich za­cho­wa­nia sięga sta­ro­żyt­no­ści. Ży­jący w V wieku p.n.e. fi­lo­zof Em­pe­do­kles za­pro­po­no­wał wy­ja­śnie­nie po­cho­dze­nia zwie­rząt, które sta­no­wiło za­po­wiedź dar­wi­now­skiej idei ewo­lu­cji drogą na­tu­ral­nej se­lek­cji (cho­ciaż w prze­ci­wień­stwie do Dar­wina Em­pe­do­kles nie kładł na­ci­sku na gra­du­alizm). W tym sa­mym wieku greccy ato­mi­ści Leu­cyp i De­mo­kryt wy­su­nęli czy­sto ma­te­ria­li­styczną, uwzględ­nia­jącą czyn­nik ewo­lu­cyjny i po­zba­wioną po­ję­cia ce­lo­wo­ści kon­cep­cję ży­cia i Wszech­świata. Lecz czło­wiek, któ­rego opi­nie miały zdo­mi­no­wać my­śle­nie cy­wi­li­za­cji za­chod­niej na ja­kieś dwa ty­siąc­le­cia, pa­trzył na to za­gad­nie­nie zu­peł­nie ina­czej. Uwa­żany za ojca bio­lo­gii Ary­sto­te­les (384–322 p.n.e.) ba­dał i opi­sy­wał za­cho­wa­nie róż­nych zwie­rząt. W trak­ta­cie O ru­chu zwie­rząt na­pi­sał: „Na wstę­pie na­szych ba­dań mu­simy przy­jąć pewne za­ło­że­nia, któ­rymi zwy­kli­śmy się po­słu­gi­wać w ba­da­niach przy­rod­ni­czych. Mia­no­wi­cie mu­simy uznać, że spraw­dzają się one w ten sam spo­sób we wszyst­kich dzie­łach Na­tury. Otóż jed­nym z tych za­ło­żeń jest za­sada: Na­tura nie two­rzy ni­czego na próżno”[16].

Za­tem w prze­ci­wień­stwie do ato­mi­stów Ary­sto­te­les pa­trzył na zwie­rzęta i ich za­cho­wa­nie z per­spek­tywy te­le­olo­gicz­nej, przyj­mu­jąc, że za­cho­wa­nia mają okre­ślone funk­cje i cele. To może się wy­da­wać zdro­wo­roz­sąd­kowe – i być może wła­śnie dla­tego ten po­gląd zdo­mi­no­wał świat Za­chodu na dwa ty­siąc­le­cia. Jed­nak jak się wkrótce prze­ko­namy, sta­no­wi­sko Ary­sto­te­lesa w tej spra­wie wy­pa­dło z łask w epoce no­wo­żyt­nej.

Kon­cep­cja, zgod­nie z którą ga­tunki po­zo­stają w sta­nie nie­zmie­nio­nym od czasu ich po­wsta­nia, nie­po­dziel­nie pa­no­wała w bio­lo­gii do XVIII wieku. Od­szedł od niej Jean-Bap­ti­ste La­marck (1744–1829), pro­po­nu­jąc teo­rię ewo­lu­cji, w któ­rej pod­jął się wy­ja­śnie­nia po­cho­dze­nia za­cho­wań zwie­rząt. Jego Fi­lo­zo­fia zoo­lo­gii (pier­wot­nie opu­bli­ko­wana w roku uro­dze­nia Dar­wina – 1809) to pierw­sza zna­cząca próba opra­co­wa­nia ca­ło­ścio­wej teo­rii wspól­noty po­cho­dze­nia wszyst­kich or­ga­ni­zmów ży­wych od pry­mi­tyw­nych przod­ków.

Głów­nym za­ło­że­niem jego teo­rii było, że or­ga­ni­zmy mają wro­dzoną ten­den­cję do ewo­lu­owa­nia w kie­runku ro­sną­cej zło­żo­no­ści. Jed­nakże La­marck wy­róż­nił się dzięki dru­giemu za­ło­że­niu jego teo­rii: dzie­dzi­cze­niu cech na­by­tych. Przyj­mo­wał, że siłą na­pę­dową dzie­dzi­cze­nia cech na­by­tych jest śro­do­wi­sko. Pi­sał, że „Śro­do­wi­sko wpływa na kształt i uor­ga­ni­zo­wa­nie zwie­rząt, czyli że zmie­nia­jące się znacz­nie śro­do­wi­sko wy­wo­łuje z cza­sem od­po­wied­nie mo­dy­fi­ka­cje za­równo kształtu, jak i sa­mej or­ga­ni­za­cji zwie­rząt”[17]. Pod­kre­ślał, że jest to ra­czej wpływ po­średni niż bez­po­śred­nia mo­dy­fi­ka­cja. Tak sta­no­wiło pierw­sze prawo La­marcka. Dru­gie prawo mó­wiło, że te na­byte ce­chy są dzie­dzi­czone przez po­tom­stwo zwie­rzę­cia. La­marck uwa­żał, że to zmiana w za­cho­wa­niu wy­wo­łuje póź­niej­sze zmiany fi­zyczne[18].

Po­wo­ły­wał się na kilka przy­kła­dów ewo­lu­cji, które we­dług niego do­wo­dziły słusz­no­ści teo­rii dzie­dzi­cze­nia cech na­by­tych. Je­den z przy­kła­dów do­ty­czył wy­dłu­ża­nia się ję­zy­ków mrów­ko­ja­dów, dzię­cio­łów zie­lo­nych i ko­li­brów[19]. Ko­lej­nym przy­to­czo­nym przez niego przy­kła­dem był wzrost ży­raf, któ­rych zwy­czaj że­ro­wa­nia na drze­wach rze­komo wy­dłu­żył ich szyje i nogi, aby mo­gły się­gać wy­żej[20]. Teo­ria La­marcka cie­szyła się dużą po­pu­lar­no­ścią na po­czątku XVIII wieku. Jed­nak pod ko­niec XIX wieku Au­gust We­ismann prze­pro­wa­dził do­świad­cze­nie po­le­ga­jące na ob­ci­na­niu ogo­nów kilku ko­lej­nym po­ko­le­niom my­szy. Zgod­nie z la­mar­ki­zmem na­le­ża­łoby ocze­ki­wać, że z bie­giem czasu po­tomne po­ko­le­nia my­szy będą się ro­dziły z co­raz krót­szymi ogo­nami. Jed­nak tak się nie stało. To i ko­lejne do­świad­cze­nia o bar­dziej roz­strzy­ga­ją­cym cha­rak­te­rze do­pro­wa­dziły do od­rzu­ce­nia la­mar­ki­zmu. Jed­nak czę­sto po­mija się to, że po­stu­lo­wana przez La­marcka kon­cep­cja za­cho­wa­nia zwie­rząt jako siły na­pę­do­wej ewo­lu­cji no­wych cech fi­zycz­nych stała się istot­nym ele­men­tem dar­wi­now­skiej teo­rii ewo­lu­cji.

W rze­czy sa­mej wpływ La­marcka na Dar­wina nie ogra­ni­czał się tylko do tej kwe­stii. Cy­tu­jąc hi­sto­ryka na­uki Pe­tera Bow­lera: „Do­ży­wot­nie przy­wią­za­nie Dar­wina do teo­rii mie­sza­nego dzie­dzi­cze­nia (mie­sza­nia się cech po­ko­le­nia ro­dzi­ciel­skiego)[21] i w nie­wiel­kim za­kre­sie do la­mar­ki­zmu było in­te­gralną czę­ścią jego świa­to­po­glądu”[22]. To prze­ko­na­nie znaj­do­wało od­zwier­cie­dle­nie w jego wy­ja­śnie­niach po­cho­dze­nia cech fi­zycz­nych i za­cho­wa­nia. Po­dob­nie jak La­marck, Dar­win uwa­żał, że zwy­czaje zwie­rząt wy­wie­rają wpływ na ich fi­zjo­lo­gię, a po­wstałe zmiany fi­zjo­lo­giczne mogą być dzie­dzi­czone przez po­tom­stwo. Po­wo­ły­wał się na kilka przy­kła­dów, w tym na zwi­sa­jące uszy nie­któ­rych zwie­rząt do­mo­wych[23] oraz ptaki nie­loty na wy­spach, na któ­rych nie ma dra­pież­ni­ków[24]. Dar­win pod­su­mo­wał swój spo­sób my­śle­nia o uży­wa­niu i nie­uży­wa­niu na­rzą­dów na­stę­pu­jąco: „W ogól­no­ści mo­żemy wnio­sko­wać, że przy­zwy­cza­je­nie uży­wa­nia lub nie­uży­wa­nia w nie­któ­rych wy­pad­kach ode­grało ważną rolę w mo­dy­fi­ko­wa­niu kon­sty­tu­cji i bu­dowy róż­nych or­ga­nów, czę­sto jed­nak sku­tek jego łą­czył się, a nie­kiedy pod­po­rząd­ko­wy­wał na­tu­ral­nej se­lek­cji zmian wro­dzo­nych”[25].

For­mu­łu­jąc de­fi­ni­cję kon­cep­cji in­stynktu, Dar­win na­pi­sał, że kiedy czyn­ność wy­ko­nuje zwie­rzę, „zwłasz­cza bar­dzo młode, bez żad­nego do­świad­cze­nia i przy tym wy­ko­ny­wana jest przez wiele osob­ni­ków w taki sam spo­sób, bez żad­nej zna­jo­mo­ści celu – to czyn­ność taką na­zy­wamy zwy­kle in­stynk­towną”[26]. Dar­win uwa­żał też, że in­stynkty są po­rów­ny­walne do przy­zwy­cza­jeń. Sto­so­wał kon­cep­cję uży­wa­nia i nie­uży­wa­nia do in­stynk­tów zwią­za­nych z za­cho­wa­niem, pi­sząc: „nie ma żad­nego nie­praw­do­po­do­bień­stwa w przy­pusz­cze­niu, że w zmie­nia­ją­cych się wa­run­kach ży­cia na­tu­ralna se­lek­cja może gro­ma­dzić w pew­nym za­kre­sie nie­wiel­kie zmiany w in­stynk­cie bę­dące w ja­ki­kol­wiek spo­sób uży­teczne. Praw­do­po­dob­nie w nie­któ­rych wy­pad­kach wcho­dzą rów­nież w grę przy­zwy­cza­je­nia oraz uży­wa­nie i nie­uży­wa­nie na­rzą­dów”[27].

Po­now­nie zwra­ca­jąc uwagę czy­tel­nika na kwe­stię zwie­rząt udo­mo­wio­nych, Dar­win po­dał przy­kłady zmian w ich za­cho­wa­niu pod wpły­wem do­ko­ny­wa­nej przez lu­dzi se­lek­cji w kie­runku kon­kret­nych za­cho­wań[28]. Cho­ciaż za­kła­dał, że przy­zwy­cza­je­nia mogą być dzie­dzi­czone, zda­wał so­bie sprawę z ogra­ni­czeń sto­so­wa­nia za­sady zmien­no­ści i na­tu­ral­nej se­lek­cji do pew­nych za­cho­wań. Na­pi­sał: „Można wy­raź­nie wy­ka­zać, że naj­dziw­niej­sze ze wszyst­kich in­stynk­tów, a mia­no­wi­cie in­stynkty psz­czoły i wielu mró­wek, nie mo­gły po­wstać w ten spo­sób”[29].

Dar­win roz­po­zna­wał fun­da­men­talną róż­nicę mię­dzy zło­żo­nymi za­cho­wa­niami zwie­rząt a umie­jęt­no­ściami lu­dzi, na­by­wa­nymi głów­nie po­przez ucze­nie się. Jak sam stwier­dził, „czło­wiek nie może przy pierw­szej pró­bie wy­ko­nać na przy­kład to­pora ka­mien­nego lub czółna... Musi się on na­uczyć wy­ko­ny­wa­nia tej pracy przez prak­tykę, na­to­miast bóbr, który bu­duje swą tamę czy ka­nał, jak rów­nież ptak bu­du­jący swoje gniazdo lub pa­jąk tka­jący swoją cu­downą sieć mogą wy­ko­nać te czyn­no­ści od pierw­szego razu tak samo do­brze lub pra­wie rów­nie do­brze, jak wów­czas, kiedy są stare i do­świad­czone”[30].

Dar­win nie wie­dział nic o ge­nach ani mu­ta­cjach ge­ne­tycz­nych. Jed­nak kiedy na­ukowcy za­częli po­zna­wać ta­jem­nicę ge­ne­tyki, ich spo­strze­że­nia włą­czono w dar­wi­nizm i osta­tecz­nie ochrzczono współ­cze­sną syn­tezą ewo­lu­cyjną[31], a na­zwę tę ukuł wnuk dar­wi­ni­sty Tho­masa Henry’ego Hux­leya, Ju­lian Hux­ley, w wy­da­nej w 1942 roku książce Evo­lu­tion: The Mo­dern Syn­the­sis. Ta uno­wo­cze­śniona po­stać dar­wi­ni­zmu po­wstała na pod­sta­wie prac kilku na­ukow­ców z róż­nych dys­cy­plin, w tym zoo­loga Ern­sta Mayra, ge­ne­ty­ków The­odo­siusa Do­bzhan­sky’ego, Ro­nalda Fi­shera, Tho­masa Hunta Mor­gana, Johna Bur­dona San­der­sona Hal­dane’a i pa­le­on­to­loga Geo­rge’a Gay­lorda Simp­sona[32].

Obec­nie do­mi­nu­jący, usta­no­wiony przez współ­cze­sną syn­tezę po­gląd zwy­kle na­zywa się neo­dar­wi­ni­zmem. Pod­sta­wowe za­ło­że­nie neo­dar­wi­ni­zmu głosi, że ewo­lu­cja opiera się głów­nie na lo­so­wych mu­ta­cjach ge­ne­tycz­nych i na­tu­ral­nej se­lek­cji[33]. Syn­teza jest jed­nak bar­dziej skom­pli­ko­wana, po­nie­waż ewo­lu­cję umoż­li­wia wiele me­cha­ni­zmów. Na­leżą do nich mię­dzy in­nymi: mu­ta­cje ge­ne­tyczne, re­kom­bi­na­cja ge­ne­tyczna, du­pli­ka­cja ge­nów, dryf ge­ne­tyczny, efekt za­ło­ży­ciela czy efekt wą­skiego gar­dła. Ce­chą wspólną wszyst­kich tych me­cha­ni­zmów jest to, że do­ty­czą po­je­dyn­czych ge­nów.

Bio­log ewo­lu­cyjny Mi­chael Lynch przy­po­rząd­ko­wał te me­cha­ni­zmy czte­rem pod­sta­wo­wym si­łom ewo­lu­cyj­nym: na­tu­ral­nej se­lek­cji, mu­ta­cjom, re­kom­bi­na­cji i dry­fowi ge­ne­tycz­nemu. Na­pi­sał: „Bio­rąc pod uwagę 100 lat po­świę­co­nych na­uce ewo­lu­cji, roz­sądny jest wnio­sek, że te cztery sze­ro­kie ka­te­go­rie obej­mują wszyst­kie pod­sta­wowe siły ewo­lu­cyjne”[34]. Wy­ja­śnił, że ewo­lu­cję na­leży ro­zu­mieć sze­rzej niż tylko jako na­tu­ralną se­lek­cję i ad­ap­ta­cję. Po­zo­stałe siły ewo­lu­cyjne mają cha­rak­ter „nie­adap­ta­cyjny, co ozna­cza, że nie są funk­cją wła­ści­wo­ści przy­sto­so­waw­czych osob­ni­ków”[35].

Po­wyż­sze sta­nowi naj­bar­dziej skró­towe pod­su­mo­wa­nie współ­cze­snej teo­rii ewo­lu­cji, obec­nie roz­sze­rzo­nej o wiele twór­czych uzu­peł­nień i su­ge­ro­wa­nych mo­dy­fi­ka­cji. W dal­szej czę­ści książki przyj­rzymy się nie­któ­rym z pro­po­no­wa­nych me­cha­ni­zmów po­moc­ni­czych za­an­ga­żo­wa­nych w ewo­lu­cję zło­żo­nych za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych. Lecz na­wet dzi­siaj wielu bio­lo­gów uważa na­tu­ralną se­lek­cję i lo­sowe mu­ta­cje ge­ne­tyczne za bliź­nia­cze fi­lary teo­rii ewo­lu­cji, dla­tego po­świę­cimy tro­chę czasu, żeby wy­ja­śnić te po­ję­cia nieco le­piej.

Z grub­sza rzecz uj­mu­jąc, na­tu­ralna se­lek­cja to prze­ży­wa­nie naj­le­piej przy­sto­so­wa­nego. Je­żeli po­tom­stwo po­siada lo­sową mu­ta­cję ge­ne­tyczną, która spra­wia, że jest nieco szyb­sze lub by­strzej­sze, i je­żeli dana mu­ta­cja zwięk­sza jego szanse na prze­ży­cie i re­pro­duk­cję, to ist­nieje więk­sze praw­do­po­do­bień­stwo, że na­tura utrwali tę mu­ta­cję w ko­lej­nym po­ko­le­niu po­tom­nym – drogą na­tu­ral­nej se­lek­cji. We­dług zwo­len­ni­ków neo­dar­wi­ni­zmu, w ciągu se­tek mi­lio­nów lat hi­sto­rii ewo­lu­cji długi ciąg lo­so­wych mu­ta­cji prze­sia­nych przez sito na­tu­ral­nej se­lek­cji do­pro­wa­dził do po­wsta­nia no­wych form po­cho­dzą­cych od jed­nego lub kilku pier­wot­nych or­ga­ni­zmów jed­no­ko­mór­ko­wych. Jak już wiemy, Dar­win nie czy­nił wy­jątku dla zło­żo­nych za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych, które na­zy­wał in­stynk­tami. On i jego na­stępcy twier­dzili, że także te za­cho­wa­nia można uznać za efekt sy­ner­gi­stycz­nego dzia­ła­nia sze­roko ro­zu­mia­nej zmien­no­ści lo­so­wej i na­tu­ral­nej se­lek­cji.

Zoo­lo­dzy kon­tra psy­cho­lo­dzy

Na po­czątku XX wieku nie ist­niała od­rębna dys­cy­plina na­uki, zaj­mu­jąca się za­cho­wa­niem zwie­rząt – dzi­siaj znana jako eto­lo­gia. Na­ukowcy ba­da­jący za­cho­wa­nie zwie­rząt re­kru­to­wali się z dys­cy­plin zoo­lo­gii i psy­cho­lo­gii. Z tego względu wy­kształ­ciły się dwa bar­dzo się od sie­bie róż­niące po­dej­ścia. Zoo­lo­dzy (głów­nie Eu­ro­pej­czycy) sku­piali się na ob­ser­wa­cji zwie­rząt w ich śro­do­wi­sku na­tu­ral­nym. Psy­cho­lo­dzy (po­cho­dzący głów­nie z Ame­ryki Pół­noc­nej) pre­fe­ro­wali do­świad­cze­nia la­bo­ra­to­ryjne[36].

Praca psy­cho­lo­gów do­pro­wa­dziła do po­wsta­nia be­ha­wio­ry­zmu. Uwa­żali, że pro­ce­sów my­ślo­wych nie można zba­dać na­ukowo, i sku­piali się na zja­wi­skach ta­kich jak od­po­wiedź na bo­dziec, na przy­kład pod­czas ha­bi­tu­acji. Ta me­toda zy­skała roz­głos dzięki zja­wi­sku wa­run­ko­wa­nia paw­ło­wow­skiego, na­zwa­nym po jego od­krywcy Iwa­nie Paw­ło­wie.

Zoo­lo­dzy kry­ty­ko­wali psy­cho­lo­gów za nad­mierne sku­pia­nie się na jed­nym ga­tunku, szczu­rze bia­łym, i za­nie­dby­wa­nie ba­da­nia in­nych ga­tun­ków. Po­nadto za­rzu­cali psy­cho­lo­gom, że sku­piali się nie­mal wy­łącz­nie na za­cho­wa­niu wy­uczo­nym, po­mi­ja­jąc za­cho­wa­nia in­stynk­towne[37].

Na­tu­ra­li­styczne po­dej­ście do za­cho­wa­nia zwie­rząt za­wdzię­czamy Kon­ra­dowi Lo­ren­zowi i Niko Tin­ber­ge­nowi. Au­striacki przy­rod­nik Lo­renz (1903–1989) zo­stał uznany za ojca eto­lo­gii, któ­rej pod­wa­liny stwo­rzył w la­tach trzy­dzie­stych XX wieku. Głów­nym obiek­tem jego ba­dań były in­stynk­towne za­cho­wa­nia pta­ków. W pracy z 1936 roku sfor­mu­ło­wał sześć za­sad do­ty­czą­cych ba­da­nia in­stynk­tów i eto­lo­gii.

• Zwie­rzę wy­ka­zuje czyn­no­ści in­stynk­towne na­wet w wy­padku, gdy nie ma do­świad­cze­nia w ich wy­ko­ny­wa­niu ani moż­li­wo­ści na­ucze­nia się ich od star­szego przed­sta­wi­ciela ga­tunku.

• Kon­trola re­gu­la­cyjna za­cho­wań in­stynk­tow­nych może być nie­za­leżna od ucze­nia się i do­świad­cze­nia.

• Pro­ste mo­dele, ta­kie jak bo­dziec–od­po­wiedź, nie wy­star­czają do wy­ja­śnie­nia za­cho­wań in­stynk­tow­nych.

• Cza­sami za­cho­wa­nia in­stynk­towne za­cho­dzą bez za­dzia­ła­nia ja­kie­go­kol­wiek bodźca.

• Zwie­rzę dąży do wy­ko­ny­wa­nia swo­ich czyn­no­ści in­stynk­tow­nych.

• Po­dob­nie jak bu­dowę na­rzą­dów, wzorce za­cho­wa­nia można wy­ko­rzy­sty­wać do oceny wspól­noty po­cho­dze­nia ga­tun­ków i od­twa­rza­nia drzew fi­lo­ge­ne­tycz­nych[38].

W 1951 roku Tin­ber­gen (1907–1988), ho­len­der­ski bio­log i or­ni­to­log, opu­bli­ko­wał prze­ło­mową książkę w dzie­dzi­nie eto­lo­gii, Ba­da­nia nad in­stynk­tem[39]. W do­nio­słej pracy do­ty­czą­cej me­to­do­lo­gii ba­dań za­cho­wa­nia zwie­rząt[40] sfor­mu­ło­wał cztery py­ta­nia, czyli pod­sta­wowe kwe­stie, na któ­rych musi się sku­pić eto­log:

1) Jaki czyn­nik wy­wo­łuje dane za­cho­wa­nie?

2) W jaki spo­sób dane za­cho­wa­nie roz­wi­nęło się w trak­cie ży­cia zwie­rzę­cia?

3) Dla­czego zwie­rzę prze­ja­wia dane za­cho­wa­nie?

4) W jaki spo­sób wy­ewo­lu­owało dane za­cho­wa­nie?

Te py­ta­nia do­ty­kają od­po­wied­nio kwe­stii przy­czy­no­wo­ści, roz­woju, zna­cze­nia prze­ży­wa­nia i ewo­lu­cji. Ana­li­zu­jąc za­cho­wa­nie zwie­rząt, na­ukowcy wciąż sto­sują cztery py­ta­nia Tin­ber­gena – co samo w so­bie jest cał­ko­wi­cie roz­sądne, jed­nakże skut­kuje po­mi­ja­niem kwe­stii, jak i dla­czego za­cho­wa­nia za­pro­gra­mo­wane (wro­dzone) w ogóle po­wstały. Okre­śle­nie, w jaki spo­sób dane za­cho­wa­nie może być ad­ap­ta­cyjne, nie jest toż­same z udzie­le­niem od­po­wie­dzi na py­ta­nie, dla­czego po­wstało. Prze­cież na­wet w wy­padku okre­ślo­nego śro­do­wi­ska i da­nej po­trzeby ist­nieje ogromna liczba za­cho­wań, które mogą mieć war­tość przy­sto­so­waw­czą. Dla­czego więc zwie­rzę wy­biera pewne kon­kretne za­chwa­nie? Po­nadto okre­śle­nie, w jaki spo­sób na­tu­ralna se­lek­cja zmie­niała dane za­cho­wa­nie z bie­giem czasu (py­ta­nie o kwe­stię ewo­lu­cji), nic nam nie mówi o przy­czy­nach po­wsta­nia tego za­cho­wa­nia.

Zło­żone za­cho­wa­nia za­pro­gra­mo­wane

Kon­cep­cje Lo­renza i Tin­ber­gena zo­stały pod­dane ostrej, w du­żej mie­rze traf­nej, kry­tyce przez psy­cho­lo­gów be­ha­wio­ral­nych. W re­zul­ta­cie do 1950 roku eto­lo­gia prze­stała zaj­mo­wać do­mi­nu­jącą po­zy­cję w ba­da­niach nad za­cho­wa­niem zwie­rząt[41], cho­ciaż wciąż do­cho­dziło do zna­czą­cych od­kryć w tej dzie­dzi­nie.

Sta­no­wi­sko be­ha­wio­ry­stów miało w tym za­kre­sie de­cy­du­jące zna­cze­nie. Do ogrom­nej zmiany w ba­da­niach nad za­cho­wa­niem zwie­rząt do­szło, gdy psy­cho­lo­dzy, póź­niej znani jako be­ha­wio­ry­ści, po­rzu­cili kon­cep­cję czy­sto wro­dzo­nego za­cho­wa­nia.

Mimo to wielu eto­lo­gów i in­nych na­ukow­ców ba­da­ją­cych za­cho­wa­nie zwie­rząt wciąż uznaje ogólną kon­cep­cję wro­dzo­nego za­cho­wa­nia. Dane na­ukowe po­ka­zują, że wielu za­cho­wań zwie­rzęta naj­wy­raź­niej nie na­by­wają po­przez na­ukę. Czę­sto się uczą, ale jak zo­ba­czymy w ko­lej­nych roz­dzia­łach, w ta­kich przy­pad­kach je­dy­nie udo­sko­na­lają już obecne za­cho­wa­nia.

Ta­kie za­cho­wa­nia można na­zy­wać in­stynk­tami lubza­cho­wa­niem wro­dzo­nym, oba z tych po­jęć są po­wszech­nie znane. Jed­nak mu­simy mieć na uwa­dze, że róż­nie się je ro­zu­mie w bio­lo­gii i to­czą się o nie spory. Zna­cze­nie prze­ło­mo­wych ba­dań za­cho­wa­nia zwie­rząt Lo­renza i Tin­ber­gena roz­po­znano i do­ce­niono. W 1973 roku wraz z Kar­lem von Fri­schem otrzy­mali Na­grodę No­bla w dzie­dzi­nie fi­zjo­lo­gii i me­dy­cyny.

Szes­na­sto­wieczny hisz­pań­ski na­tu­ra­li­sta Go­mez Pe­re­ira sfor­mu­ło­wał me­cha­ni­styczną teo­rię za­cho­wa­nia zwie­rząt, zgod­nie z którą ruch zwie­rząt – na­zy­wany przez niego ru­chami wi­tal­nymi – nie wy­ma­gał żad­nego świa­do­mego pro­cesu my­ślo­wego[42]. Uprzed­nio cy­to­wana de­fi­ni­cja Dar­wina była ko­lejną próbą zde­fi­nio­wa­nia in­stynktu. Nie­dawno John Al­cock okre­ślił in­stynkt jako „za­cho­wa­nie po­ja­wia­jące się w cał­ko­wi­cie funk­cjo­nal­nej po­staci za pierw­szym ra­zem, kiedy się po­ja­wia, mimo braku do­świad­cze­nia zwie­rzę­cia w od­czy­ty­wa­niu sy­gna­łów po­bu­dza­ją­cych je do tego za­cho­wa­nia”[43]. Na­to­miast Ja­mes i Ca­rol Gou­l­do­wie de­fi­niują za­cho­wa­nie wro­dzone jako za­cho­wa­nie opie­ra­jące się na wro­dzo­nych ob­wo­dach neu­ro­no­wych od­po­wie­dzial­nych za „prze­twa­rza­nie da­nych, po­dej­mo­wa­nie de­cy­zji i re­ży­se­ro­wa­nie od­po­wie­dzi przy braku wcze­śniej­szego do­świad­cze­nia”[44]. Uważa się, że ten in­stynkt be­ha­wio­ralny jest za­ko­do­wany w kon­kret­nych ge­nach. De­fi­ni­cje Al­cocka i Gou­l­dów są do­brym punk­tem wyj­ścia, lecz są zbyt ogra­ni­czone ze względu na to, że wiele za­pro­gra­mo­wa­nych za­cho­wań po­siada kom­po­nent roz­wo­jowy.

Na po­czątku swo­ich ba­dań Lo­renz zde­fi­nio­wał wzo­rzec za­cho­wa­nia in­stynk­tow­nego jako „se­kwen­cję za­cho­wań po­wstałą na pod­sta­wie dzie­dzi­czo­nych szla­ków w ośrod­ko­wym ukła­dzie ner­wo­wym, czy­niącą ten wzo­rzec rów­nie nie­zmien­nym, jak jego struk­tura hi­sto­lo­giczna czy ja­ka­kol­wiek ce­cha mor­fo­lo­giczna”[45].

Lo­renz uwa­żał, że za­cho­wa­nie zwie­rząt jest mie­sza­niną za­cho­wań wro­dzo­nych i na­by­tych. Tin­ber­gen za­pro­po­no­wał ogólną de­fi­ni­cję, włą­cza­jącą ga­tu­nek: „Każde zwie­rzę po­siada ści­śle ogra­ni­czoną, ale wy­soce zło­żoną ma­szy­ne­rię be­ha­wio­ralną, która jest za­ska­ku­jąco stała w da­nym ga­tunku czy po­pu­la­cji”[46].

Jed­nak, jak już wspo­mnia­łem, psy­cho­lo­dzy be­ha­wio­ralni od­rzu­cają każdą taką kon­cep­cję. Na przy­kład kry­tyk kon­cep­cji in­stynktu, psy­cho­log Mark Blum­berg pi­sze: „Po­ję­cie in­stynktu czę­sto jest po pro­stu udo­god­nie­niem w od­no­sze­niu się do zło­żo­nych, ga­tun­kowo spe­cy­ficz­nych za­cho­wań, które zdają się po­wsta­wać z ni­czego. Lecz to tylko ilu­zja, któ­rej sprzyja kon­cep­cja in­stynktu”[47].

Pro­blem wielu be­ha­wio­ry­stów zwie­rząt ze sło­wem wro­dzone przed­sta­wia Pa­trick Ba­te­son w for­mie kom­pi­la­cji sied­miu uży­wa­nych de­fi­ni­cji: „obecne od uro­dze­nia; sta­no­wiące róż­nicę w za­cho­wa­niu uwa­run­ko­waną róż­nicą ge­ne­tyczną; przy­sto­so­wane w toku ewo­lu­cji; nie­zmienne przez cały okres roz­woju; wspólne dla wszyst­kich przed­sta­wi­cieli da­nego ga­tunku; obecne za­nim za­cznie być uży­teczne; nie­wy­uczone”[48].

Ze względu na trud­no­ści z de­fi­ni­cją, po­ję­cie wro­dzone nie jest już sto­so­wane przez na­ukow­ców zaj­mu­ją­cych się za­cho­wa­niem zwie­rząt. We­dług psy­cho­loga i ba­daczki funk­cji po­znaw­czych zwie­rząt Sary Shet­tle­worth, „sto­pień, w któ­rym na wzorce za­cho­wań lub zdol­no­ści po­znaw­cze może wpły­wać do­świad­cze­nie, jest tak zmienny, że po­ję­cia na­byte i wro­dzone (lub geny czy wy­cho­wa­nie) to już prze­ży­tek”[49]. Shet­tle­worth pre­fe­ruje w za­mian po­ję­cia pre­dys­po­zy­cji lubist­nie­ją­cej wcze­śniej skłon­no­ści[50]. Po­dob­nie Jerry Ho­gan i Jo­han Bol­huis pro­po­nują de­fi­nio­wane jako „roz­wi­ja­jące się bez wpływu funk­cjo­nal­nego do­świad­cze­nia”[51] okre­śle­nie pre­funk­cjo­nalne jako lep­szy za­mien­nik dla słowa wro­dzone. Wszyst­kie po­ję­cia pro­po­no­wane przez Shet­tle­worth, Ho­gana i Bol­hu­isa wy­dają się od­po­wied­nie.

Blum­berg su­ge­ruje, że kon­cep­cję in­stynktu kom­pro­mi­tuje ko­ja­rze­nie jej z błęd­nym po­glą­dem o pro­jek­cie i te­le­olo­gii w za­cho­wa­niu. Pi­sze: „Po­ję­cia za­miaru, celu i pro­jektu są nie­od­łącz­nym ele­men­tem ra­cjo­na­li­stycz­nego spoj­rze­nia na in­stynkt”[52]. Twier­dzi rów­nież, że przy­czyną tego zja­wi­ska jest głę­boko za­ko­rze­niona u lu­dzi ten­den­cja do do­pa­try­wa­nia się te­le­olo­gii, na przy­kład w wy­ra­fi­no­wa­nych za­cho­wa­niach zwie­rząt, które wy­dają się za­pro­jek­to­wane w per­fek­cyjny spo­sób, aby umoż­li­wić im prze­trwa­nie i roz­mna­ża­nie. Blum­berg kon­ty­nu­uje swój wy­wód, twier­dząc, że ta pre­dys­po­zy­cja „do pa­trze­nia na świat i wszyst­kie jego cuda przez pry­zmat pro­jektu prze­szko­dziła nam w zro­zu­mie­niu zło­żo­no­ści bio­lo­gicz­nej, w tym za­cho­wa­nia”[53]. Jak na iro­nię, jego kry­tyka kon­cep­cji in­stynktu wi­kła go w za­rzu­ca­nie lu­dziom, że in­stynk­tow­nie wi­dzą w za­cho­wa­niu zwie­rząt za­miar, cel i pro­jekt tam, gdzie ich nie ma. Oto jak zjeść ciastko i mieć ciastko.

Po­dob­nie po­ję­cia in­stynktu i wro­dzo­nego za­cho­wa­nia są ter­mi­nami kon­tro­wer­syj­nymi, róż­nie ro­zu­mia­nymi. Dla­tego będę mó­wił głów­nie o zło­żo­nych za­cho­wa­niach za­pro­gra­mo­wa­nych (CPB)[54]. To po­ję­cie wy­klu­cza pro­ste za­cho­wa­nia wro­dzone oraz zło­żone za­cho­wa­nia na­byte, ta­kie jak wy­ra­bia­nie przez czło­wieka sie­kier lub pi­sa­nie li­stów. Będę się po­słu­gi­wał tym po­ję­ciem, od­no­sząc się do za­cho­wań opi­sa­nych na sa­mym po­czątku tej książki – ude­rza­ją­cych za­cho­wań, ob­ser­wo­wa­nych u mi­gru­ją­cych pta­ków i mo­tyli, ter­mi­tów, psz­czół i pa­ją­ków.

Gwoli ści­sło­ści, po­ję­ciem zło­żone za­cho­wa­nie za­pro­gra­mo­wane będę okre­ślał tylko za­cho­wa­nie speł­nia­jące po­niż­sze pięć kry­te­riów:

1. zło­żo­ność,

2. ce­lo­wość,

3. za­pro­gra­mo­wa­nie,

4. przy­god­ność,

5. dzie­dzicz­ność.

A te­raz pod­dajmy każde z tych pię­ciu okre­śleń szcze­gó­ło­wej ana­li­zie.

Zło­żo­ność do­ty­czy zło­żo­no­ści in­ży­nie­ryj­nej i może od­no­sić się do skom­pli­ko­wa­nego za­cho­wa­nia, na przy­kład na­wi­ga­cji lub ko­mu­ni­ka­cji zwie­rząt. Może także wska­zy­wać na zło­żo­ność kon­struk­cji układu za­an­ga­żo­wa­nego w wy­twa­rza­nie tego za­cho­wa­nia. To kry­te­rium po­zwala od­róż­nić oma­wiane za­cho­wa­nia od za­cho­wań, które są pro­stymi od­ru­chami.

Warto zwró­cić uwagę, że taka zło­żo­ność wiąże się z wy­spe­cy­fi­ko­waną lub funk­cjo­nalną zło­żo­no­ścią. Można po­wie­dzieć, że każdy lo­sowy ciąg li­ter jest zło­żony. Jed­nakże tylko ciągi ma­jące ja­kiś sens, ta­kie jak li­tery w zda­niu lub ko­do­wa­nie edy­tora tek­stu, któ­rego uży­łem w trak­cie pracy nad tą książką, są wy­spe­cy­fi­ko­wane. Za­cho­wa­nia, na które zwró­cimy uwagę, są zło­żone, co w tym kon­tek­ście ozna­cza wy­spe­cy­fi­ko­wane, po­nie­waż kon­tro­luje je wiele (czę­sto bar­dzo wiele) ge­nów bę­dą­cych formą in­for­ma­cji bio­lo­gicz­nej.

Za­cho­wa­nie ce­chuje ce­lo­wość, gdy jest skie­ro­wane na osią­gnię­cie da­nego celu lub ma ja­kąś funk­cję, na przy­kład bu­do­wa­nie sieci przez pa­jąka w celu zdo­by­cia po­ży­wie­nia i prze­trwa­nia. Ko­lej­nym przy­kła­dem jest na­wi­ga­cja pta­ków, która umoż­li­wia mię­dzy in­nymi mi­gra­cję i lo­ka­li­zo­wa­nie źró­deł po­ży­wie­nia. Re­duk­cjo­ni­styczna skłon­ność współ­cze­snej bio­lo­gii jest nie­wy­godna dla dys­ku­sji o celu lub te­le­olo­gii, ale J. Scott Tur­ner ją od­rzuca. „Co, je­śli zja­wi­ska ta­kie jak in­ten­cjo­nal­ność, ce­lo­wość i pro­jekt nie są ilu­zo­ryczne, ale zu­peł­nie praw­dziwe – co, je­śli są klu­czo­wymi atry­bu­tami ży­cia?”, pyta. „Jak to moż­liwe, że na­sza spójna teo­ria ży­cia stara się prze­su­nąć te zja­wi­ska na boczny tor?”[55] Istot­nie, ce­lo­wość jest nie­zbędną skła­dową zło­żo­nych za­pro­gra­mo­wa­nych za­cho­wań oraz ży­cia w ogóle.

Za­pro­gra­mo­wa­nie zwy­kle wiąże się z obec­no­ścią al­go­rytmu i prze­twa­rza­niem in­for­ma­cji. Zgod­nie z ma­te­ma­tyczną de­fi­ni­cją al­go­rytm to „for­malna pro­ce­dura dla każ­dej ope­ra­cji ma­te­ma­tycz­nej, zwłasz­cza ze­staw do­brze zde­fi­nio­wa­nych za­sad, po­zwa­la­ją­cych roz­wią­zać pro­blem w skoń­czo­nej licz­bie kro­ków”[56]. Kon­cep­cja al­go­rytmu jest sto­sun­kowo nowa – opra­co­wano ją w XX wieku. W książce Ad­vent of the Al­go­ri­thm Da­vid Ber­lin­ski pi­sze, że za­wdzię­czamy ją głów­nie pracy czte­rech wy­bit­nych ma­te­ma­ty­ków – Kurta Gödla, Alana Tu­ringa, Alonzo Chur­cha i Emila Po­sta[57]. Pier­wot­nie al­go­rytm miał być czy­sto teo­re­tyczną kon­cep­cją w ma­szy­nie Tu­ringa, czyli abs­trak­cyj­nym mo­delu kom­pu­tera, wy­my­ślo­nym przez Tu­ringa w 1936 roku. W póź­niej­szym cza­sie skon­stru­owano kom­pu­tery zdolne do ob­słu­gi­wa­nia al­go­ryt­mów za po­mocą za­pi­sa­nych pro­gra­mów.

Co cie­kawe, Mayr po­pie­rał kon­cep­cję pro­gra­mów w bio­lo­gii. De­fi­nio­wał je jako „za­ko­do­waną lub uprzed­nio upo­rząd­ko­waną in­for­ma­cję, która kon­tro­luje pro­ces (lub za­cho­wa­nie), kie­ru­jąc go ku okre­ślo­nemu ce­lowi”[58]. Ele­men­tem wspól­nym pro­gra­mo­wa­nia jest de­cy­do­wa­nie, zwy­kle o tym, kiedy wy­ko­nać dane dzia­ła­nie. De­cy­zja taka może być pro­sta (na przy­kład – po­szu­ki­wać je­dze­nia czy nie) lub bar­dziej zło­żona, tak jak w wy­padku drogi na­wi­ga­cji czy też ko­or­dy­na­cji cza­so­wej mi­gra­cji. Pro­gra­mo­wa­nie gra rolę w roz­wi­ja­niu się da­nego za­cho­wa­nia u zwie­rzę­cia. Obej­muje roz­wój osob­ni­czy (on­to­ge­nezę), który od­po­wiada za wy­kształ­ca­nie się w zwie­rzę­ciu zdol­no­ści prze­ja­wia­nia okre­ślo­nych za­cho­wań.

Zło­żone za­pro­gra­mo­wane za­cho­wa­nie musi też ce­cho­wać przy­god­ność. In­nymi słowy, nie jest za­cho­wa­niem ko­niecz­nym, lecz z po­wo­dze­niem mo­głoby być za­stą­pione in­nym za­cho­wa­niem bez uszczerbku dla po­myśl­no­ści da­nego ga­tunku. Jako przy­kłady można przy­wo­łać wiele róż­nych ro­dza­jów za­pro­gra­mo­wa­nych form ko­mu­ni­ka­cji w świe­cie owa­dów. Okre­ślone me­tody ko­mu­ni­ka­cji (sy­gnały wzro­kowe, sy­gnały dźwię­kowe, fe­ro­mony) są przy­godne, po­nie­waż mo­głyby być za­stą­pione in­nymi, peł­nią­cymi tę samą funk­cję sy­gna­łami. Tak samo jest w wy­padku róż­nych me­tod na­wi­ga­cyj­nych sto­so­wa­nych przez zwie­rzęta. Jak zo­ba­czymy póź­niej, przy­god­ność za­cho­wań sta­nowi nie lada wy­zwa­nie dla osób po­szu­ku­ją­cych wy­ja­śnie­nia ich po­cho­dze­nia.

Po­nadto zło­żone za­pro­gra­mo­wane za­cho­wa­nie musi być dzie­dziczne. To kry­te­rium po­zwala od­róż­nić CPB od za­cho­wań wy­uczo­nych. Nie­pod­le­ga­ją­cych dzie­dzi­cze­niu za­cho­wań wy­uczo­nych nie uważa się za CPB.

Sto­so­wa­nie po­ję­cia zło­żo­nego za­pro­gra­mo­wa­nego za­cho­wa­nia za­miast in­stynktu czyza­cho­wa­nia wro­dzo­nego oczy­wi­ście nie za­koń­czy wszyst­kich spo­rów w za­kre­sie po­cho­dze­nia tych za­cho­wań, lecz może po­móc ostu­dzić emo­cje w dys­ku­sji i do­pre­cy­zo­wać ter­mi­no­lo­gię.

Geny za­cho­wa­nia?

Zło­żone za­pro­gra­mo­wane za­cho­wa­nia dzieli się na trzy ro­dzaje za­cho­wań: 1) za­cho­wa­nia w pełni funk­cjo­nalne za pierw­szym ra­zem, kiedy się prze­ja­wiają, czyli nie­wy­ma­ga­jące do­świad­cze­nia, 2) za­cho­wa­nia roz­wi­ja­jące się wraz z doj­rze­wa­niem zwie­rzę­cia, przy czym ten roz­wój jest także za­pro­gra­mo­wany, 3) za­cho­wa­nia roz­wi­ja­jące się dzięki za­pro­gra­mo­wa­nemu ucze­niu się.

Shet­tle­worth twier­dzi, że pod­ło­żem więk­szo­ści za­cho­wań są pro­ste me­cha­ni­zmy: „Przez ostat­nie 30–40 lat w ko­gni­ty­wi­styce po­rów­naw­czej po­wstała silna ten­den­cja ku fa­wo­ry­zo­wa­niu »pro­stych« me­cha­ni­zmów. Cię­żar do­wodu na ogół spo­czywa na oso­bach usi­łu­ją­cych przy­pi­sać dane za­cho­wa­nie in­nym pro­ce­som niż ucze­niu aso­cja­cyj­nemu i/lub ga­tun­kowo spe­cy­ficz­nym błę­dom per­cep­cyj­nym czy efek­tom re­spon­denc­kim”[59].

Ba­da­nia nad ge­ne­tyką za­cho­wa­nia zwie­rząt po­zwo­liły na wy­od­ręb­nie­nie kilku za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych, które naj­wy­raź­niej wa­run­kuje po­je­dyn­czy gen[60]. Jako przy­kład można przy­to­czyć rytm oko­ło­do­bowy mu­szek owo­có­wek (Dro­so­phila), wa­run­ko­wany przez różne wa­rianty genu pe­riod (per). Jed­nakże co naj­mniej trzy inne geny (tim, clk i cyc) są współ­od­po­wie­dzialne za re­gu­la­cję rytmu oko­ło­do­bo­wego, który w rze­czy­wi­sto­ści jest dość zło­żony[61]. Sieć neu­ro­nowa od­po­wia­da­jąca za to za­cho­wa­nie rów­nież jest dość zło­żona – sieć neu­ro­nów ze­ga­ro­wych „składa się z licz­nych, nie­za­leż­nych oscy­la­to­rów, z któ­rych każdy może ge­ne­ro­wać okresy wzmo­żo­nej ak­tyw­no­ści”[62].

Ko­lej­nym przy­kła­dem po­je­dyn­czego genu, który naj­wy­raź­niej kie­ruje za­cho­wa­niem za­pro­gra­mo­wa­nym, jest gen fo­ra­ger, wy­stę­pu­jący w ge­no­mie larw much. Ten gen ma dwa al­lele (wa­rianty), wpły­wa­jące na za­cho­wa­nie ży­wie­niowe. Je­den z nich (wa­riant „ro­ver”) wa­run­kuje po­ko­ny­wa­nie przez larwy naj­więk­szych od­le­gło­ści pod­czas że­ro­wa­nia, a drugi (wa­riant „sit­ter”) po­wo­duje, że larwy po­zo­stają w gru­pach bli­sko sie­bie. Jed­nakże ten ob­raz pro­stego me­cha­ni­zmu kom­pli­kują wy­niki ba­dań, które do­wio­dły, że ge­ne­tyczny „prze­łącz­nik” kon­tro­lują czyn­niki epi­ge­ne­tyczne[63].

Choć re­ak­cji „walka lub ucieczka” my­szy nie kon­tro­luje po­je­dyn­czy gen, sta­nowi ona ko­lejny przy­kład po­dob­nego me­cha­ni­zmu, ob­ser­wo­wa­nego w przy­ro­dzie. Re­gu­la­cja po­ziomu se­ro­to­niny w dwóch ty­pach neu­ro­nów mó­zgo­wych działa jak prze­łącz­nik, uak­tyw­nia­jący jedną z tych dwóch re­ak­cji, wy­bie­raną na pod­sta­wie po­ziomu za­gro­że­nia w śro­do­wi­sku[64].

Choć te ba­da­nia po­ka­zują, że po­je­dyn­cze geny mogą mieć duży wpływ na nie­które za­cho­wa­nia, nie ozna­cza to, że choćby naj­prost­sze za­cho­wa­nia mogą być kon­tro­lo­wane za po­mocą wy­łącz­nie jed­nego genu. W przy­to­czo­nych przy­kła­dach geny dzia­łają jak włą­cza­jące i wy­łą­cza­jące pewne za­cho­wa­nia prze­łącz­niki. Na­wet w wy­padku sto­sun­kowo pro­stych za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych można stwier­dzić, że wiele z nich jest kon­tro­lo­wa­nych przez ze­stawy ge­nów oraz me­cha­ni­zmy epi­ge­ne­tyczne.

Epi­ge­ne­tyka sta­nowi część roz­sze­rzo­nej syn­tezy ewo­lu­cyj­nej. Jest to roz­sze­rze­nie współ­cze­snej syn­tezy (neo­dar­wi­ni­zmu). Warto przy­po­mnieć, że neo­dar­wi­nizm kon­cen­truje się na ge­nach – mu­ta­cjach ge­ne­tycz­nych, ge­ne­tyce po­pu­la­cyj­nej i ana­li­zie sta­ty­stycz­nej ge­ne­tyki ilo­ścio­wej[65]. Ta­kie po­dej­ście po­zo­sta­wiło wiele istot­nych luk. Jak za­uwa­żyli Mas­simo Pi­gliucci i Gerd Mül­ler, „nie zdo­łało wy­ja­śnić, w jaki spo­sób zmiana, która za­szła w or­ga­ni­zmie, urze­czy­wist­nia się w fe­no­ty­pie”. W prze­ci­wień­stwie do dar­wi­ni­zmu, je­śli przyj­mie się per­spek­tywę roz­sze­rzo­nej syn­tezy ewo­lu­cyj­nej, „skon­cen­tro­wa­nie na ge­nach musi ustą­pić miej­sca szer­szemu spoj­rze­niu, bio­rą­cemu pod uwagę wie­lo­przy­czy­nowe czyn­niki ewo­lu­cyjne”[66].

Mimo to na­cisk na ewo­lu­cję drogą mu­ta­cji ge­ne­tycz­nych nie znik­nął, a kon­cep­cja ta po­zo­staje w do­sko­na­łej kon­dy­cji i usi­łuje się nią tłu­ma­czyć ewo­lu­cję pew­nych za­cho­wań. Na przy­kład Scott Car­roll i Pa­trice Sho­wers Cor­neli twier­dzą, że „tak, jak inne ce­chy fe­no­ty­powe, za­cho­wa­nie jest funk­cją wpływu ge­nów i śro­do­wi­ska. Zmien­ność ob­ser­wuje się na wszyst­kich po­zio­mach de­mo­gra­ficz­nych – na po­zio­mie da­nego osob­nika z bie­giem czasu, mię­dzy osob­ni­kami, mię­dzy po­pu­la­cjami i mię­dzy ga­tun­kami”[67].

Jak więk­szość współ­cze­snych ewo­lu­cjo­ni­stów, za­kła­dają oni, że nie­wiel­kie zmiany ewo­lu­cyjne mogą na­ra­stać i po­wo­do­wać ma­kro­ewo­lu­cyjne zmiany w za­cho­wa­niu. Ale czy taka eks­tra­po­la­cja jest uza­sad­niona? Trzeba być re­ali­stą w kwe­stii stanu ba­dań w tej dzie­dzi­nie. Na te­mat po­cho­dze­nia zło­żo­nych za­cho­wań wia­domo jesz­cze mniej niż na te­mat po­cho­dze­nia zło­żo­nych cech fi­zycz­nych. Cho­ciaż w ge­ne­tyce do­ko­nano nie­sa­mo­wi­tego po­stępu, a na­sza wie­dza na te­mat ele­men­tów bu­dul­co­wych or­ga­ni­zmów (mię­dzy in­nymi bia­łek) się po­głę­biła, cią­gle wiemy bar­dzo nie­wiele na te­mat ge­ne­tyki zło­żo­nych za­cho­wań. Ak­tu­alne po­zo­staje zda­nie z pod­ręcz­nika z 2010 roku, za­ty­tu­ło­wa­nego Evo­lu­tio­nary Be­ha­vio­ral Eco­logy [Ewo­lu­cyjna eko­lo­gia be­ha­wio­ralna]: „Wciąż nie­wiele wiemy o tem­pie i ro­dzaju zmian ewo­lu­cyj­nych (punk­tu­alizm czy gra­du­alizm) za­cho­dzą­cych w ce­chach be­ha­wio­ral­nych oraz nie wiemy, czy tym zmia­nom od­po­wia­dają po­dobne zmiany w ce­chach fe­no­ty­po­wych, ta­kich jak mor­fo­lo­gia”[68]. Za­uważ­cie, że to ko­men­tarz bio­lo­gów bę­dą­cych zwo­len­ni­kami ewo­lu­cyj­nego pa­ra­dyg­matu XXI wieku, czyli wy­zna­nie wier­nych wy­znaw­ców.

Jed­nak jest to wy­zna­nie zbyt ogra­ni­czone. Ta­jem­nicą po­zo­stają nie tylko tempo i ro­dzaj zmian w za­cho­wa­niu. Za­gadka po­cho­dze­nia zło­żo­nych za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych (CPB) jest jesz­cze więk­sza. By zro­zu­mieć dla­czego, mu­simy przejść do szcze­gól­nie ude­rza­ją­cych przy­kła­dów zło­żo­nych za­cho­wań za­pro­gra­mo­wa­nych – sys­te­mów na­wi­ga­cji i mi­gra­cji.

Roz­dział 2

Na­wi­ga­cja i mi­gra­cja

Ster­nika czy­nią re­guły: tak, a nie ina­czej wpra­wiaj w ruch ster, sta­wiaj ża­gle, wy­ko­rzy­stuj po­myślny wiatr, opie­raj się wia­trowi prze­ciw­nemu, ob­ra­caj na swą ko­rzyść wiatr zmienny, wie­jący z róż­nych stron – wszystko we wła­ściwy spo­sób[1].Lu­cjusz An­ne­usz Se­neka

W kró­le­stwie zwie­rząt ob­ser­wuje się tak za­chwy­ca­jące i ta­jem­ni­cze przy­padki mi­gra­cji, że ba­da­cze do tej pory nie zdo­łali od­kryć wszyst­kich ich se­kre­tów, a tym bar­dziej wy­ja­śnić, jak te umie­jęt­no­ści wy­ewo­lu­owały. Za­an­ga­żo­wane w mi­gra­cję zdol­no­ści na­wi­ga­cyjne wy­dają się wro­dzone – co robi wra­że­nie tym bar­dziej, że po­dobne wro­dzone umie­jęt­no­ści nie wy­stę­pują u lu­dzi. W kilku ba­da­niach stwier­dzono, że lu­dzie nie mają wro­dzo­nego po­czu­cia kie­runku. Ilość czasu po­trzeb­nego nam do wy­na­le­zie­nia do­kład­nych i wia­ry­god­nych me­tod na­wi­ga­cji dłu­go­dy­stan­so­wej do­wo­dzi, jak trudne jest to za­da­nie. Sta­nowi też punkt od­nie­sie­nia przy oce­nia­niu wy­jąt­ko­wych zdol­no­ści na­wi­ga­cyj­nych zwie­rząt, które do nie­dawna z ła­two­ścią prze­ści­gały me­tody na­wi­ga­cyjne sto­so­wane przez lu­dzi.

Obec­nie wiemy, że zwie­rzęta sto­sują część z me­tod póź­niej wy­na­le­zio­nych przez lu­dzi. Ja­mes i Ca­rol Gou­l­do­wie pi­szą: „Wy­zna­cza­jąc na­szą po­zy­cję na Ziemi, mu­simy po­le­gać w rów­nej mie­rze na szczę­ściu i ta­len­cie, po­dej­mu­jąc nie­zgrabne próby od­two­rze­nia wro­dzo­nego kom­pasu we­wnętrz­nego zwie­rząt, po­zba­wieni ma­gicz­nego po­łą­cze­nia umie­jęt­no­ści zmy­sło­wych i wro­dzo­nych pro­ce­so­rów, bę­dą­cych stan­dar­do­wym wy­po­sa­że­niem in­nych ga­tun­ków”[2].

Po­nie­waż pra­co­wa­łem nad róż­nymi sys­te­mami na­wi­ga­cyj­nymi sa­mo­lo­tów w cza­sie mo­jej ka­riery in­ży­nier­skiej, kiedy po raz pierw­szy spo­tka­łem się ze zło­żo­nymi za­cho­wa­niami za­pro­gra­mo­wa­nymi (CPB), moją uwagę przy­kuły wy­czyny na­wi­ga­cyjne zwie­rząt. Moja zna­jo­mość trud­no­ści zwią­za­nych z pro­jek­to­wa­niem sys­te­mów na­wi­ga­cji spra­wiła, że po­czu­łem chęć zgłę­bie­nia te­matu nie­zwy­kłych osią­gnięć na­wi­ga­cyj­nych zwie­rząt. Gdy za­czą­łem zgłę­biać to za­gad­nie­nie od strony na­uko­wej, z za­sko­cze­niem od­kry­łem, że w wielu przy­pad­kach na­wi­ga­cja zwie­rząt na­wet dzi­siaj jest rów­nie do­bra lub lep­sza od sys­te­mów za­pro­jek­to­wa­nych przez czło­wieka.

Ry­bi­twy po­pie­late po­ko­nują naj­dłuż­sze trasy mi­gra­cyjne spo­śród wszyst­kich zwie­rząt. Prze­by­wa­jąc wio­sną na pół­kuli pół­noc­nej, roz­mna­żają się na Oce­anie Ark­tycz­nym, nie­opo­dal bie­guna pół­noc­nego. Kilka mie­sięcy póź­niej lecą na An­tark­tydę, by spę­dzić lato na pół­kuli po­łu­dnio­wej. Dłu­gość trasy ich po­dróży w obie strony wy­nosi od 40 234 do 48 280 ki­lo­me­trów. Na pod­sta­wie in­for­ma­cji z ob­rą­czek można stwier­dzić, że naj­star­szy znany nam osob­nik miał 34 lata, a w trak­cie swo­jego ży­cia mógł prze­le­cieć po­nad 1 609 340 ki­lo­me­trów[3]. Jak już wspo­mnia­łem, da­na­idy wę­drowne po­ko­nują bli­sko pięć ty­sięcy ki­lo­me­trów mię­dzy Ka­nadą a Mek­sy­kiem, a cała po­dróż zaj­muje ży­cie wielu po­ko­leń mo­tyli. Jak or­ga­ni­zmy ta­kie jak ry­bi­twy po­pie­late i da­na­idy wę­drowne do­ko­nują tak nie­zwy­kłych wy­czy­nów na­wi­ga­cyj­nych? Jak mo­gło dojść do po­wsta­nia ich na­wi­ga­cyj­nych zdol­no­ści drogą śle­pego i stop­nio­wego pro­cesu ewo­lu­cyj­nego?

Od­po­wia­da­jąc na to py­ta­nie, po pierw­sze, na­leży zwró­cić uwagę na to, że wszyst­kie zwie­rzęta, rów­nież lu­dzie, uży­wają róż­nych tech­nik na­wi­ga­cji i ko­rzy­stają z róż­nych źró­deł in­for­ma­cji o po­zy­cji – na przy­kład punk­tów orien­ta­cyj­nych, Słońca, spo­la­ry­zo­wa­nego świa­tła sło­necz­nego, kom­pasu ma­gne­tycz­nego, gwiazd, sub­stan­cji che­micz­nych, za­pa­chów, tem­pe­ra­tury i gra­wi­ta­cji. We­dług Ja­mesa i Ca­rol Gou­l­dów można wy­od­ręb­nić sześć stra­te­gii na­wi­ga­cyj­nych:

1. Tak­sja: ruch po­dą­ża­jący za bodź­cem, na przy­kład świa­tłem (fo­to­tak­sja) lub sub­stan­cją che­miczną (che­mo­tak­sja).

2. Na­wi­ga­cja we­dług punk­tów orien­ta­cyj­nych: wy­ko­rzy­sty­wa­nie w na­wi­ga­cji zna­nych punk­tów w te­re­nie, zwane rów­nież pi­lo­to­wa­niem. Orien­ta­cja we­dług kom­pasu: po­dą­ża­nie sta­łym kur­sem w sto­sunku do da­nej wska­zówki.

3. Na­wi­ga­cja wek­to­rowa: na ogół nie­za­leżne od punk­tów orien­ta­cyj­nych po­dą­ża­nie we­dług se­kwen­cji wska­zań kom­pa­so­wych.

4. Na­wi­ga­cja zli­cze­niowa: nie­uwzględ­nia­jące punk­tów orien­ta­cyj­nych ob­li­cza­nie ak­tu­al­nej po­zy­cji po­przez sza­co­wa­nie kie­runku ru­chu i od­le­gło­ści prze­by­tej na każ­dym od­cinku.

5. Na­wi­ga­cja rze­czy­wi­sta: na­wi­go­wa­nie na pod­sta­wie zna­jo­mo­ści miej­sca do­ce­lo­wego. Jest to me­toda na­wi­ga­cji wy­ma­ga­jąca zmy­słu mapy[4].

Ilu­stra­cja 2.2 przed­sta­wia ogólny sche­mat zwie­rzę­cego sys­temu na­wi­ga­cji. Do pod­sta­wo­wych jego ele­men­tów na­leżą: czuj­nik okre­śla­jący obecną po­zy­cję, prze­twa­rza­nie in­for­ma­cji z czuj­nika, in­for­ma­cje po­zwa­la­jące okre­ślić ścieżkę do­ce­lową oraz al­go­rytm kon­tro­lny. W na­stęp­nej czę­ści roz­działu opi­szę te me­tody na­wi­ga­cyjne do­kład­niej, po­da­jąc przy­kłady, w jaki spo­sób są one wy­ko­rzy­sty­wane przez pewne zwie­rzęta.

Na­wi­ga­cja we­dług punk­tów orien­ta­cyj­nych

Ten ro­dzaj na­wi­ga­cji po­lega na wy­ko­rzy­sty­wa­niu wi­docz­nych ce­lów lą­do­wych (punk­tów orien­ta­cyj­nych). Jest to naj­prost­sza me­toda na­wi­ga­cyjna, sto­so­wana przez czło­wieka. Naj­ła­twiej jej użyć w wy­padku, gdy punkty orien­ta­cyjne są wi­doczne z da­leka. W gę­stym le­sie desz­czo­wym, gdzie nie ma moż­li­wo­ści zo­ba­cze­nia żad­nych da­leko po­ło­żo­nych obiek­tów, jej wy­ko­rzy­sta­nie by­łoby trudne. Ist­nieją przy­padki sto­so­wa­nia tego ro­dzaju na­wi­ga­cji na mo­rzu (na­wi­ga­cja te­re­stryczna). Ka­pi­ta­no­wie stat­ków i nie­które ptaki wy­ko­rzy­stują punkty orien­ta­cyjne nad wodą, gdy znaj­dują się wy­star­cza­jąco bli­sko lądu, by za­cho­wać z nim kon­takt wzro­kowy. Statki wy­ko­rzy­stują la­tar­nie mor­skie jako klu­czowe punkty od­nie­sie­nia.

Cho­ciaż zwie­rzęta sto­sują także bar­dziej skom­pli­ko­wane me­tody na­wi­ga­cyjne, więk­szość z nich i tak ko­rzy­sta z ja­kiejś formy na­wi­ga­cji we­dług punk­tów orien­ta­cyj­nych. Wiele z nich za­pa­mię­tuje za­ob­ser­wo­wane w cza­sie drogi miej­sca i two­rzy so­bie na ich pod­sta­wie pewną formę mapy ko­gni­tyw­nej oko­licy. Aby okre­ślić, w jaki spo­sób psz­czoły i osy ko­rzy­stają z punk­tów orien­ta­cyj­nych, Niko Tin­ber­gen prze­pro­wa­dził na nich kilka ba­dań. Osy z ro­dziny grze­ba­czo­wa­tych prze­cho­wują zdo­bycz w no­rach, do któ­rych drogę mu­szą po­tra­fić wier­nie od­two­rzyć. Po­ło­że­nie nor usta­lają za po­mocą miej­sco­wych punk­tów orien­ta­cyj­nych. Ba­da­nia Tin­ber­gena do­wio­dły, że osy wy­ka­zują silne upodo­ba­nie wo­bec ciem­nych, trój­wy­mia­ro­wych wskaź­ni­ków[5]. Jedną z przy­czyn, dla któ­rych punkty orien­ta­cyjne mu­szą być wy­raź­nie wi­doczne, jest bar­dzo słaby wzrok os (20/2000)[6]. Jak ko­men­tują Gou­l­do­wie: „Nie ma wąt­pli­wo­ści, że psz­czoły i osy ro­dzą się, wie­dząc, jak wy­bie­rać i sto­so­wać punkty orien­ta­cyjne”[7]. Za­tem praw­do­po­dob­nie ro­dzą się z ja­kąś po­sta­cią za­pro­gra­mo­wa­nej wie­dzy pro­ce­du­ral­nej. Ba­da­nia wy­ka­zały też, że mrówki uży­wają punk­tów orien­ta­cyj­nych, na­wi­gu­jąc mię­dzy swo­imi gniaz­dami a miej­scami że­ro­wa­nia[8].

Na­wi­ga­cja zli­cze­niowa

Na­zwa tej me­tody na­wi­ga­cyj­nej w ję­zyku an­giel­skim, dead rec­ko­ning, jest skró­tem od de­du­ced rec­ko­ning [kal­ku­la­cja wy­de­du­ko­wana]. W na­wi­ga­cji zli­cze­nio­wej nie wy­ko­rzy­stuje się punk­tów orien­ta­cyj­nych, lecz do­ko­nuje się do­kład­nych po­mia­rów ru­chu statku – jego kie­runku oraz – co bar­dzo istotne – pręd­ko­ści[9].

Ob­li­cza­nie pręd­ko­ści po­lega na dzie­le­niu prze­by­tej drogi przez czas, który upły­nął. To może się wy­da­wać pro­ste, lecz do­piero od kilku stu­leci mamy na­rzę­dzia po­zwa­la­jące w spo­sób do­kładny od­mie­rzać od­le­głość i czas. Wcze­śniej nie było do­kład­nych ze­ga­rów. Sza­co­wa­nie pręd­ko­ści zwy­kle po­le­gało na wy­rzu­ca­niu przed­miotu za burtę na dzio­bie statku i cze­ka­niu, aż znaj­dzie się na wy­so­ko­ści rufy. Na­stęp­nie dzie­liło się dłu­gość statku przez czas, w któ­rym przed­miot prze­miesz­czał się o tę znaną od­le­głość. Na­rzę­dziem do po­miaru czę­sto była klep­sy­dra pia­skowa. Inna me­toda po­le­gała na wy­ko­rzy­sty­wa­niu liny z za­wią­za­nymi na niej w sta­łych od­stę­pach wę­złami, wrzu­ca­nej do wody na ru­fie. Im szyb­ciej po­ru­szał się sta­tek, tym da­lej od statku prąd po­ry­wał miej­sce, gdzie lina za­nu­rzała się w wodę, wo­bec czego dłuż­szy od­ci­nek po­zo­sta­wał po­nad li­nią wody. Na­zwa „wę­zła” jako jed­nostki pręd­ko­ści wy­no­szą­cej 1852 me­try na go­dzinę po­cho­dzi od liczby wę­złów na li­nie, po­zo­sta­ją­cych po­nad li­nią wody przy wy­ko­rzy­sta­niu tej me­tody ob­li­cze­nio­wej. Choć ta me­toda w du­żej mie­rze wy­szła z uży­cia, wę­zły po­zo­stają pod­sta­wową jed­nostką pręd­ko­ści za­równo w na­wi­ga­cji mor­skiej, jak i po­wietrz­nej.

Mo­głoby się wy­da­wać, że na­sta­nie ery lot­nic­twa i zwią­za­nej z nią tech­no­lo­gii na po­czątku XX wieku na­tych­miast uczyni na­wi­ga­cję sto­sun­kowo ła­twą. Tak się jed­nak nie stało. Wcze­sna na­wi­ga­cja lot­ni­cza była tak pry­mi­tywna, że jed­nym ze spo­so­bów wy­zna­cza­nia po­zy­cji sa­mo­lotu było ma­lo­wa­nie zna­ków na da­chach bu­dyn­ków, na przy­kład na sto­do­łach, i kon­stru­owa­nie prze­zna­czo­nych do tego celu bu­dowli. Roz­po­zna­wa­nie ta­kich zna­ków wy­ma­gało ich za­uwa­że­nia na po­wierzchni ziemi, dla­tego były zu­peł­nie nie­przy­datne w nocy, a także przy za­mgle­niu czy za­chmu­rze­niu. Z cza­sem po­wstały na­ziemne sys­temy ra­dio­na­wi­ga­cyjne, które po­zwo­liły na sto­sun­kowo do­kładną na­wi­ga­cję sa­mo­lo­tów na dużą od­le­głość na­wet w gę­stej mgle i w nocy.

Loty nad oce­anem po­zo­sta­wały pro­ble­ma­tyczne ze względu na to, że sys­temy na­wi­ga­cji ra­dio­wej i ra­dary miały za­sięg ogra­ni­czony do kil­ku­set ki­lo­me­trów. Dla­tego czę­sto opie­rano się na astro­na­wi­ga­cji, któ­rej wy­ko­rzy­sta­nie było wy­klu­czone w wa­run­kach za­chmu­rze­nia.

Na­wi­ga­cja dłu­go­dy­stan­sowa sa­mo­lo­tów ule­gła znacz­nej po­pra­wie dzięki wy­na­le­zie­niu in­er­cyj­nych sys­te­mów na­wi­ga­cyj­nych, wy­ko­rzy­stu­ją­cych ży­ro­skopy i ak­ce­le­ro­me­try[10]. Te czuj­niki umoż­li­wiają ob­li­cza­nie przez sys­tem na­wi­ga­cji pręd­ko­ści i kie­runku ru­chu. Do­kład­ność in­er­cyj­nych sys­te­mów na­wi­ga­cyj­nych sa­mo­lo­tów ma swoje ogra­ni­cze­nia. Do­kład­ność przed­sta­wia się w po­staci błędu w cza­sie jed­nej go­dziny pracy. Wy­so­kiej ja­ko­ści sys­temy na­wi­ga­cji sa­mo­lo­tów ce­chują się błę­dem wiel­ko­ści około 800 me­trów na go­dzinę lotu.

Nie­które zwie­rzęta wy­ko­rzy­stują po­stać na­wi­ga­cji zli­cze­nio­wej znaną jako sca­la­nie drogi. Zwie­rzęta ko­rzy­sta­jące z tej me­tody śle­dzą kurs kom­pa­sowy i prze­bytą od­le­głość. Jak zwie­rzę może śle­dzić kurs kom­pa­sowy? Rzecz ja­sna, nie ku­puje kom­pasu w miej­sco­wym skle­pie spor­to­wym i nie tasz­czy go ze sobą na mi­gra­cyjne wę­drówki. Na długo przed wy­na­le­zie­niem przez lu­dzi kom­pasu zwie­rzęta ko­rzy­stały z ge­nial­nych, wbu­do­wa­nych w swoje ciała kom­pa­sów. To rów­nie za­sta­na­wia­jące, jak wro­dzona zdol­ność zwie­rząt do od­czy­ty­wa­nia wska­zań tych in­stru­men­tów.

Śle­dząc in­for­ma­cje o kur­sie kom­pa­so­wym i prze­bytą od­le­głość, zwie­rzęta po­tra­fią ob­li­czyć bez­po­śred­nią drogę po­wrotną do ich punktu wyj­ścia, na­wet je­śli po­dró­żo­wały bar­dzo okrężną drogą, że­ru­jąc da­leko od ro­dzin­nego gniazda. Nie wra­cają „po swo­ich śla­dach”, czyli dłuż­szą w ta­kim wy­padku drogą.

Ilu­stra­cja 2.3 przed­sta­wia przy­kła­dową drogę ru­chu zwie­rzę­cia w ta­kiej sy­tu­acji. Ba­da­nia wy­ka­zały, że zwie­rzęta po­tra­fią po­dą­żać tą bez­po­śred­nią drogą po­wrotną, nie wy­ko­rzy­stu­jąc punk­tów orien­ta­cyj­nych[11].

Gou­l­do­wie su­ge­rują, że zdol­ność psz­czół do po­dob­nych wy­czy­nów po­ka­zuje, że „psz­czoły miodne po­tra­fią sto­so­wać ko­nieczną do na­wi­ga­cji zli­cze­nio­wej try­go­no­me­trię ze znaczną pre­cy­zją”[12]. To ozna­cza, że po­tra­fią ob­li­czyć za­równo kie­ru­nek, jak i od­le­głość po okręż­nych lo­tach przez nie­znane te­ry­to­rium.

Ist­nieją dwa ogra­ni­cze­nia w wy­ko­rzy­sty­wa­niu na­wi­ga­cji zli­cze­nio­wej przez zwie­rzęta la­ta­jące. Jed­nym z nich jest wpływ wia­tru na drogę lotu, po­nie­waż do­sta­tecz­nie silny wiatr może wpro­wa­dzić błąd w ob­li­czaną zmianę po­zy­cji[13]. Dru­gim jest to, że do­kładne ob­li­cze­nie pręd­ko­ści wzglę­dem Ziemi i sza­co­wa­nego po­ło­że­nia wy­maga zna­jo­mo­ści wy­so­ko­ści lotu. Pewna grupa ba­da­czy stwo­rzyła hi­po­te­tyczny mo­del neu­ro­nalny, przed­sta­wia­jący sca­la­nie drogi u psz­czół[14]. W tym mo­delu uwzględ­niono, w jaki spo­sób mo­głoby do­cho­dzić do tych ma­te­ma­tycz­nych ob­li­czeń na pod­sta­wie in­for­ma­cji z czuj­ni­ków na­wi­ga­cyj­nych. Ba­da­cze pod­dali swój mo­del sy­mu­la­cji na skon­stru­owa­nym przez sie­bie eks­pe­ry­men­tal­nym ro­bo­cie. W mo­delu za­warto za­sto­so­wa­nie try­go­no­me­trii i in­nych, skom­pli­ko­wa­nych ob­li­czeń ma­te­ma­tycz­nych[15].

Na­wi­ga­cja we­dług kom­pasu

Na­wi­ga­cja we­dług kom­pasu po­lega na po­dą­ża­niu za kur­sem kom­pa­so­wym, czyli po­dą­ża­niu za na­rzę­dziem lub sy­gna­łem wska­zu­ją­cym kie­ru­nek geo­gra­ficzny (o na­wi­ga­cji we­dług wek­to­rów mówi się w wy­padku po­dą­ża­nia za se­kwen­cją wska­zań kom­pa­so­wych). Ta me­toda na­wi­ga­cyjna u lu­dzi po­lega na wy­ko­rzy­sty­wa­niu pod­ręcz­nych urzą­dzeń, re­je­stru­ją­cych pole ma­gne­tyczne Ziemi i wska­zu­ją­cych pół­noc. Zwie­rzęta na­to­miast wy­ko­rzy­stują różne ro­dzaje sy­gna­łów wska­zu­ją­cych kie­ru­nek geo­gra­ficzny, w tym in­for­ma­cje do­ty­czące pola ma­gne­tycz­nego, po­zy­cji Słońca, gwiazd i po­la­ry­za­cji świa­tła.

Kom­pas ma­gne­tyczny

Zja­wi­sko ma­gne­ty­zmu po raz pierw­szy wy­ko­rzy­stano w kom­pa­sie w Chi­nach około 1088 roku[16]. Tam za­po­znali się z nim eu­ro­pej­scy że­gla­rze. Na po­czątku nie zda­wano so­bie sprawy, że ist­nieje róż­nica mię­dzy pół­nocą rze­czy­wi­stą a pół­nocą ma­gne­tyczną.

Po do­ko­na­niu tego od­kry­cia Por­tu­gal­czycy opra­co­wali ta­bele sys­te­ma­ty­zu­jące wiel­ko­ści tych róż­nic w sto­sunku do kon­kret­nego po­ło­że­nia. Jed­nak na po­czątku XVII wieku od­kryto, że po­ło­że­nie bie­gu­nów ma­gne­tycz­nych nie jest stałe[17]. W wy­padku bie­guna pół­noc­nego róż­nica wy­nosi od 16 do 24 ki­lo­me­trów rocz­nie, co rzecz ja­sna utrud­nia nie­za­wodną na­wi­ga­cję[18].

Obec­nie wiemy, że wiele zwie­rząt po­siada zmysł ma­gne­tyczny, któ­rego używa do okre­śla­nia kie­runku. Mają go przed­sta­wi­ciele róż­no­rod­nych grup zwie­rząt, w tym krę­gowce, nie­które mię­czaki, sko­ru­piaki i owady[19]. Do­kładny me­cha­nizm dzia­ła­nia zmy­słu ma­gne­tycz­nego po­zo­staje nie­ja­sny.

Wiemy, że ptaki wy­ko­rzy­stują go pod­czas mi­gra­cji[20]. Nie znamy wszyst­kich szcze­gó­łów, ale wiemy, że ptaki po­sia­dają do­brze za­pro­jek­to­waną umie­jęt­ność okre­śla­nia swo­jej po­zy­cji na­wi­ga­cyj­nej na pod­sta­wie pola ma­gne­tycz­nego Ziemi. Za­letą kom­pasu ma­gne­tycz­nego jest do­stęp­ność nie­za­leż­nie od wa­run­ków po­go­do­wych. Stwier­dzono, że wy­stę­puje on u licz­nych mi­gru­ją­cych pta­ków śpie­wa­ją­cych oraz go­łębi pocz­to­wych. Młode osob­niki praw­do­po­dob­nie po­le­gają głów­nie na kom­pa­sie ma­gne­tycz­nym pod­czas swo­jej pierw­szej mi­gra­cji, po­nie­waż po­tra­fią wy­le­cieć w pra­wi­dło­wym kie­runku mi­gra­cyj­nym przy braku in­nych wska­zó­wek[21]. To su­ge­ruje, że pod­sta­wowe in­for­ma­cje mi­gra­cyjne są za­pro­gra­mo­wane.

Lwia część po­cząt­ko­wych ba­dań do­ty­czyła wła­ści­wo­ści kom­pasu ma­gne­tycz­nego i jego moż­li­wego umiej­sco­wie­nia w ciele ba­da­nego zwie­rzę­cia. Wy­niki nie­któ­rych do­świad­czeń su­ge­rują, że ptaki mają re­cep­tory wy­kry­wa­jące ma­gne­tyzm w siat­kówce, no­sie, dzio­bie i uchu we­wnętrz­nym[22]. Wy­ło­niono dwie sub­stan­cje bę­dące głów­nymi kan­dy­da­tami na czuj­nik ma­gne­tyczny – ma­gne­tyt i kryp­to­chrom.

Ma­gne­tyt to sil­nie ma­gne­tyczny mi­ne­rał – tle­nek że­laza o wzo­rze su­ma­rycz­nym Fe3O4. Do bez­krę­gow­ców, w któ­rych ciele wy­kryto ma­gne­tyt, na­leżą da­na­idy wę­drowne, lan­gu­sty, ćmy i ter­mity[23]. Ma­gne­tyt wy­kryto także u kilku ga­tun­ków krę­gow­ców, w tym pta­ków, ło­sosi, del­fi­nów, żółwi mor­skich, ślep­ców, a na­wet tra­szek[24]. Ja­mes Gould zwraca uwagę, że czuj­niki wy­ko­rzy­stu­jące ma­gne­tyt jako je­dyne cha­rak­te­ry­zują się czu­ło­ścią wy­star­cza­jącą do wy­kry­cia pola ma­gne­tycz­nego i wy­do­by­cia z niego istot­nych in­for­ma­cji[25]. Po­zo­staje za­gadką, w jaki spo­sób krysz­tałki ma­gne­tytu są wy­twa­rzane i wbu­do­wy­wane w or­ga­ni­zmy zwie­rząt[26].

Dru­gim wio­dą­cym kan­dy­da­tem na czuj­nik ma­gne­tyczny jest kryp­to­chrom, białko obecne w or­ga­ni­zmach wielu zwie­rząt i ro­ślin. Jest on fo­to­re­cep­to­rem świa­tła nie­bie­skiego, znaj­du­ją­cym się w czop­kach siat­kówki oka u wy­po­sa­żo­nych w niego zwie­rząt.

Za­kłada się, że kryp­to­chrom może peł­nić funk­cję czuj­nika ma­gne­tycz­nego w skom­pli­ko­wa­nym pro­ce­sie, w któ­rym wy­kry­cie świa­tła skut­kuje po­wsta­wa­niem pary rod­ni­ków (elek­tro­nów o prze­ciw­nych spi­nach), na które od­dzia­łuje pole ma­gne­tyczne[27]. We­dług ostat­nich ba­dań naj­bar­dziej prze­ko­nu­jące do­wody na ten spo­sób wy­kry­wa­nia pola ma­gne­tycz­nego uzy­skano dla pta­ków[28].

Wy­niki no­wych ba­dań su­ge­rują też, w jaki spo­sób in­for­ma­cje do­ty­czące wy­kry­cia pola ma­gne­tycz­nego mogą być wy­sy­łane do mó­zgu. W jed­nym z nich stwier­dzono od­po­wiedź neu­ro­nów mó­zgów go­łębi i po­twier­dzono, że po­tra­fią one wy­kry­wać trzy ce­chy wła­ściwe dla pól ma­gne­tycz­nych: ich kie­ru­nek, na­tę­że­nie i po­la­ry­za­cję[29]