Полеты воображения. Разум и эволюция против гравитации

Роберт Гук в своей книге Micrographia, вышедшей в 1665 году, одним из первых зарисовал то, что видел в микроскоп, и поразил своих читателей сложными изящными структурами живых организмов. Неудивительно, что его внимание привлекло и перо, “ибо здесь можем мы наблюдать саму Природу, которая приложила все силы, чтобы создать вещество, которое было бы как достаточно легким, так и весьма прочным и жестким”. Далее Гук замечает, что “самые прочные тела по большей части еще и самые тяжелые”, а следовательно, если бы перо было создано иначе, чем в его нынешнем виде, оно было бы значительно тяжелее. Перья крыла скользят друг по другу, поэтому крыло идеально складывается, словно веер, и подстраивается под разные условия полета. В этом отношении крыло птицы совершеннее крыла летучей мыши или птерозавра, которым приходится расплачиваться за возможность менять форму крыла свисающими складками кожи. Опахало крыла состоит из сотен бородок, которые сцепляются и расцепляются с соседними бородками, словно застежка-молния. Такое устройство позволяет достичь того идеального сочетания силы и легкости, которым восхищается Гук. Но это не бесплатно: перо требует постоянного ухода – птица должна клювом приглаживать его, чтобы бородки были хорошо сцеплены и лежали в порядке. Если достаточно долго наблюдать за птицей, наверняка увидишь, как она прихорашивается, причем особое внимание уделяет крыльям. От этого зависит ее жизнь в буквальном смысле, поскольку плохо уложенные перья крыла мешают нормальному полету, и тогда птица не сможет спастись от хищника. Или поймать добычу. Или уклониться от столкновения.

ЧЕТЫРЕХКРЫЛЫЙ ДИНОЗАВР

Такую конструкцию могли бы перенять птицы, но этого не произошло.

Перья – это видоизмененные чешуйки рептилий. Вероятно, изначально они эволюционировали не для полета, а для теплоизоляции, как шерсть млекопитающих. Мы в очередной раз видим, как эволюция воспользовалась тем, что у нее уже есть. (Другой пример: самец черногрудого рябка, обитающий в пустыне, вынужден носить воду своим птенцам издалека. Перья на его грудке изменены таким образом, чтобы впитывать воду, словно губка. В них самец приносит воду домой, и его птенцы высасывают ее.) Плотный пушистый перьевой покров в дальнейшем стал толще за счет укрепленного ствола посередине пера, а его упругая гибкость стала идеальной для полета. Вся летательная поверхность крыла птицы покрыта перьями, и ее площадь очень велика относительно площади поверхности остального тела птицы. Основную нагрузку в полете берут на себя так называемые маховые перья первого порядка. Это большие перья, которыми в основном и писали наши предки, предварительно очинив их.

Только недавно было обнаружено, что перья были распространены у группы динозавров, от которых произошли птицы. По-видимому, тираннозавры (Tyrannosaurus), наводившие ужас на все живое, имели оперение, что почему-то делает их не такими страшными и даже по-своему умилительными. Существовали и четырехкрылые оперенные динозавры. Они жили в меловой период, 120 миллионов лет назад, то есть позднее знаменитого археоптерикса (Archaeopteryx), которого часто называют первой птицей. Вероятно, существа вроде микрораптора (Microraptor, на рисунке) были способны не только парить, но и летать по-настоящему.

ЖУК-СКАКУН

Чемпион по спринту в мире насекомых – и к тому же умеет летать.

Перья достаточно жесткие, чтобы не было необходимости в дополнительных костях позади скелета конечности, и птицы экономят и на самом скелете, который может быть гораздо короче крыла. Одновременно перья достаточно упруги, чтобы прекрасно работать при взмахах. Более того, для натяжения крыла не нужно задействовать задние конечности, следовательно, птицы, в отличие от летучих мышей и птерозавров, прекрасно ходят и бегают (а мелкие – еще и прыгают). Это большое преимущество по сравнению с неуклюжей пародией на ходьбу у птерозавров и летучих мышей.

То же самое преимущество есть и у насекомых. Они вообще не задействуют в полете лапки, поэтому те остаются свободными для ходьбы и бега. Жук-скакун может и взлететь, когда надо спастись от ящерицы, но предпочитает пешую охоту наподобие муравьев и пауков. А во время охоты он может преодолевать по 2,5 м/с, что примерно в 125 раз больше длины его тела. Пытаться понять, что значила бы такая скорость для человека, не совсем честно, но вы можете проделать эти расчеты ради развлечения. И только взгляните на великолепные ноги жука-скакуна – длинные, спортивные!

У крыльев насекомых нет специального каркаса, в отличие от укрепленных костным скелетом крыльев летающих позвоночных. Скелет насекомого – это так или иначе экзоскелет, то есть вся внешняя оболочка тела насекомого – его скелет. Крылья – отростки экзоскелета груди, поэтому они автоматически достаточно жесткие, чтобы вынести вес маленького летающего живого существа.