Полеты воображения. Разум и эволюция против гравитации

Механика полета у живых существ сложнее, чем механика полета рукотворных машин. Отчасти потому, что машущие крылья толкают животное вперед (принцип самолета) и одновременно толкают воздух вниз (скорее как у вертолета). Если посмотреть, как летает птица в замедленной съемке, вы заметите, что изгиб крыла в сочетании с упругой гибкостью перьев толкает птицу вперед, а это, в свою очередь, обеспечивает подъемную силу двумя уже известными нам способами – ньютоновским и бернуллиевским. Одновременно движение крыла вниз дает подъемную силу само по себе, как мы знаем из начала предыдущей главы. Движение крыла вверх не производит обратного воздействия, отчасти это происходит благодаря кривизне крыла, а отчасти благодаря тому, что оно дополнительно изгибается, локтевой и запястный суставы подтягивают его внутрь, так что площадь крыла сокращается по сравнению с мощным движением вниз.

Птицы и другие летающие живые существа толкают себя вперед и обеспечивают подъемную силу при помощи крыльев. Крылья рукотворных летательных аппаратов дают подъемную силу, но не двигают аппарат вперед. Другую крайность, когда крылья отвечают только за движение вперед, но не за подъемную силу, мы наблюдаем у пингвинов, но это под водой, а не в воздухе. Пингвины легче воды, будто поплавки, им не нужны крылья ради подъемной силы. По суше пингвины ходят медленно и неуклюже, зато под водой мчатся, словно дельфины, хотя те толкают себя вперед иначе – при помощи движений хвоста вверх-вниз. И у дельфинов, и у пингвинов прекрасная обтекаемая форма. Должно быть, предки пингвинов без труда достигли такой обтекаемости, поскольку уже отчасти приобрели ее для полетов в воздухе.

Пользуются крыльями для подводного плавания и другие морские птицы – тупики, олуши, гагарки и кайры. Но они, в отличие от пингвинов, летают на крыльях и в воздухе. Оптимальная форма крыла для воздуха не такая, как для воды. Для подводного плавания больше подходят маленькие крылья. Тупики и кайры вынуждены довольствоваться компромиссом, тогда как пингвины получили возможность совершенствовать крылья исключительно для воды. Крылья у тупиков меньше, чем должны быть в идеале для полетов в воздухе, поэтому тупики вынуждены махать крыльями очень быстро, а следовательно, тратить много энергии. Одновременно их крылья больше, чем должны быть в идеале для плавания. Большие бакланы толкают себя вперед под водой огромными лапами, лишь слегка помогая крыльями, которые служат им в основном для полетов. Бескрылая гагарка, вымерший родственник кайры и гагарки, летать не умела, и ее крылья, как и у пингвинов, были идеально приспособлены для плавания. Иногда бескрылую гагарку называют северным пингвином, и в самом деле, ее латинское название – Pinguinus, но в близком родстве с пингвинами она не состоит. Крылья у нее были слишком маленькие для полета и по форме совсем как у пингвина. Словно бы предками бескрылой гагарки были северные гагарки, которые решили, что лучше расстаться с воздухом и делать что-то одно, но хорошо. Печально, что мы с вами лишены удовольствия видеть бескрылую гагарку своими глазами. Они вымерли из-за людей совсем недавно, в XIX веке. Может быть, наши внуки все-таки увидят бескрылую гагарку. Ее геном удалось секвенировать из образца, который хранится в музее в Копенгагене. Один мой коллега сейчас обсуждает возможность воспользоваться современными технологиями генной инженерии и, отредактировав геном гагарки, затем ввести эти клетки в гонады, скажем, пары гусей, и тогда из одного из их яиц вылупится бескрылая гагарка.

СЕВЕРНЫЙ ПИНГВИН

Увы, бескрылые гагарки вымерли в XIX веке.

Вернемся к полетам. Чтобы продвинуться вперед за счет крыльев, нужно совершать в воздухе движения, похожие на гребки. Колибри довели до предела частоту взмахов-гребков, так что крыло при взмахе вверх почти что переворачивается и слышится жужжание. Крыло колибри при взмахе вверх приносит почти столько же подъемной силы, что и при движении вниз, и дает колибри возможность зависать в воздухе, летать вперед спиной, вбок, а иногда и вверх тормашками. Умение зависать в воздухе стало для птиц важным эволюционным открытием. До этого монополией на нектар владели насекомые, поскольку только они могли садиться на цветки, а птицы были для этого слишком тяжелы. В Старом Свете водятся нектарницы – эквивалент колибри Нового Света. Висеть в воздухе умеют не все нектарницы, а только отдельные виды. А некоторые цветы снабжены особыми отростками, которые словно бы специально созданы, чтобы нектарницам было удобно присаживаться на них.

ЯЗЫКАН ОБЫКНОВЕННЫЙ

Эта бабочка и выглядит, и жужжит так, что ее легко принять за колибри. Бражник языкан обыкновенный – профессиональный конкурент колибри, поэтому в результате конвергентной эволюции стал похож на эту птичку.