Полеты воображения. Разум и эволюция против гравитации
Шрифт:
В отличие от мелких летучих мышей, у крупных летучих мышей – крыланов – большие глаза. Зато у них нет сонара, либо он недоразвит и устроен иначе, что указывает на конвергентную эволюцию. Внешне крыланы напоминают мне птерозавров, хотя они, разумеется, млекопитающие. Были ли сонары у птерозавров? У некоторых были большие глаза, а значит, они летали по ночам, но, вероятно, полагались при этом на зрение. Кстати, мне всегда было интересно, был ли сонар у ихтиозавров – вымерших рептилий, напоминавших дельфинов. У дельфинов весьма чувствительный сонар, который возник в ходе эволюции совершенно независимо от летучих мышей. Но у ихтиозавров, в отличие от дельфинов, были очень большие глаза – и поэтому, возможно, не было сонара.
Летательному аппарату приходится мириться с компромиссом между устойчивостью и маневренностью. Джон Мейнард Смит, великий эволюционист и генетик, во время Второй мировой войны занимался проектированием самолетов, а затем вернулся в университет, чтобы стать биологом. Он подчеркивал, что этот компромисс важен для летающих существ
Если поискать в царстве животных, окажется, что по части восхитительной маневренности и великолепного инструментария всех опережают мухи, особенно цветочницы. В отличие от других насекомых, все двукрылые (от гнуса и комаров до больших долгоножек, они же караморы, латинское название Diptera) обладают только одной парой крыльев. Вторая пара крыльев у них атрофировалась и в ходе эволюции превратилась в жужжальца — отростки с шишечками на концах, расположенные позади оставшихся крыльев. Жужжальца – это тоже летательные инструменты. Они трепещут, словно миниатюрные крылышки, но для полета совсем не той формы и слишком малы, они служат гироскопом, помогают рулить и сохранять равновесие. Если лишить насекомое жужжалец, оно не сможет летать – будет слишком неустойчивым. Устойчивость ему можно вернуть, приклеив хвост из перышка. Джон Мейнард Смит подчеркивал, что первые птерозавры, например, рамфоринх (Rhamphorhynchus), живший в юрский период, обладали очень длинными хвостами с чем-то вроде весла на конце. Вероятно, рамфоринхи очень устойчиво летали, но плохо маневрировали. Сравните их с птеранодонами (Pteranodon), которые жили на 100 миллионов лет позднее. У тех хвоста практически не было. Согласно Мейнарду Смиту, птеранодоны, вероятно, были маневренными, но неустойчивыми. Не имея хвоста-стабилизатора, им приходилось полагаться на тонкое управление летательными поверхностями, которое осуществлял мозг. А может быть, у птеранодона, как у современных летучих мышей, были мышцы в перепонках крыльев? Они очень пригодились бы ему, поскольку птерозаврам, у которых в крыле был только один палец, недоставало тонкой подстройки крыла, которую обеспечивают пальцы летучим мышам (таким же бесхвостым). Наверное, и мозг у птеранодона был сложнее, чем у рамфоринха, ведь ему нужно было обеспечивать весь необходимый “электронный” контроль? И зачем птеранодону огромный вырост на затылке, уравновешивавший торчащие вперед челюсти? Может быть, вся голова служила продольным рулем и автоматически разворачивала все тело птеранодона туда, куда он смотрел?
Такого длинного костистого хвоста, как у рамфоринха, нет ни у одной современной птицы. То, что мы привыкли называть хвостом птицы, – просто перья без костей, тогда как настоящий хвост – это та куцая гузка, которую мы видим у жареной курицы. Зато у археоптерикса, знаменитой ископаемой птицы юрского периода, которая, весьма вероятно, была предком всех птиц, был длинный костистый хвост, как и у большинства рептилий, в том числе и у рамфоринха. Можно предположить, что археоптерикс был аэродинамически устойчив, но не слишком маневрен, согласно Мейнарду Смиту.
ДОЛГОНОЖКА (КАРАМОРА) И ЕЕ “ГИРОСКОПЫ”
У большинства летающих насекомых четыре крыла, однако у мух – только два (отсюда название Diptera). Вторая пара крыльев в ходе эволюции превратилась в органы чувств под названием жужжальца – палочки с шишечкой на конце, которые служат крошечными гироскопами.
Птицам маневренность необходима, в частности, потому, что они летают стаями, где нужно избегать столкновений с соседками. А в стаи птицы сбиваются по самым разным причинам, важнейшая из которых состоит в том, что вместе безопаснее. Хищные птицы обычно хватают одну особь за раз, а расстояние между хищниками, как правило, большое, поскольку у каждого своя охотничья территория. Чем больше твоя стая, тем меньше вероятность, что именно тебя схватит ястреб или орел. Это правило действует особенно надежно, если удается заполучить место в середине стаи. Это преимущество справедливо и для косяков рыб, и для стад копытных. Такие группы могут быть очень большими, достигать сотен тысяч особей.
ДВА
Рамфоринх (вверху) – обладатель длинного хвоста, который, вероятно, позволял ему летать устойчиво, но без особой маневренности. Птеранодон (внизу), более поздний птерозавр, был практически лишен хвоста и в воздухе, возможно, был весьма маневренным, однако неустойчивым.
Таких необычайных размеров достигают перелетные стаи скворцов, поведение которых описывается особым термином мурмурация и отличается поразительной согласованностью. Птицы кружатся, поднимаются, снижаются, поворачивают – и все это словно по команде, будто вся гигантская стая – единый организм. Это впечатление подкрепляется тем, что границы стаи четко обозначены, в ней нет случайных особей. Исполнив восхитительный воздушный танец, птицы пикируют вниз на ночевку, и шелест их крыльев напоминает шум дождя. У наблюдателя возникает искушение заподозрить, будто у стаи есть вожак, однако его нет. Каждая отдельная птица следует общему своду простых правил и внимательно следит за соседками, в результате чего и достигается такая согласованность.
Были созданы компьютерные программы, симулирующие поведение птиц в стае. Начиная с Крэга Рейнольдса и его уникальной для своего времени программы Boids все программисты придерживаются следующего важного принципа: сначала моделируют поведение одной птицы, а затем дополняют его простыми правилами, как реагировать на соседок – например, следить, чтобы они находились от тебя под определенными углами. Затем делают сотни копий этой птицы. Наконец, смотрят, что будет, если выпустить в компьютер все эти сотни копий. В результате смоделированные птицы “сбиваются в стаю” самым реалистичным образом, совсем как живые. Важно понимать, что ни Рейнольдс, ни его последователи не “программировали стаю”. Они программировали одну-единственную птицу. А стая появлялась сама собой как результат клонирования множества копий одной симулированной птицы. Тот же принцип играет важнейшую роль в биологии в целом. Сложные органы и сложное поведение появляются сами собой, когда каждый из множества мелких компонентов следует простым правилам. Сложность в них не встроена, она возникает сама по себе, и эта увлекательная тема заслуживает отдельной книги.
“СЛОВНО ШЕЛЕСТ БЕСЧИСЛЕННЫХ КРЫЛЬЕВ”[10]
Мурмурация стаи скворцов – одно из чудес света.
А теперь вернемся к тому, чем стаи полезны для птиц. Есть еще одна польза, несколько неочевидная, и это относится не к большим стаям, а к знакомым многим из нас косякам перелетных птиц. Они выстраиваются так, чтобы использовать зону пониженного давления, которую создает птица впереди. Лучшая позиция для этого – позади и по диагонали, отсюда и косяки летящих гусей, аистов и многих других птиц. Разумеется, птица во главе косяка этого преимущества лишена. Доказано, что ибисы занимают это место вожака, требующее особых усилий, по очереди. Тем же приемом пользуются и велосипедисты
КОСЯК ЖУРАВЛЕЙ
Все, кроме переднего журавля, используют преимущества зоны пониженного давления, создаваемой журавлем спереди.
во время гонок, а также военные самолеты, чтобы сэкономить топливо. Компания “Аэробус” исследует возможность полетов в таком строю для больших авиалайнеров ради экономии топлива. А третье преимущество стаи – возможность полагаться на других в поисках пищи. Есть экспериментальные данные, что большие синицы высматривают, где и когда кормятся их товарки, и даже подражают им – ищут пищу в тех же местах, где находили ее синицы из той же стаи.
Глава 9
Легче воздуха
Планеры, вертолеты и дельтапланы, пчелы и бабочки, стрижи и орлы, летучие мыши и птерозавры – все они тяжелее воздуха. А воздушные шары и дирижабли – это летательные аппараты легче воздуха. Они плывут в атмосфере безо всяких усилий, поддерживаемые газом (например, водородом или гелием), который легче воздуха, или нагретым воздухом, который легче окружающего холодного. Точнее, их поддерживает более тяжелый воздух, который опускается вокруг них и вытесняет их вверх по закону Архимеда. Насколько мне известно, летательные аппараты легче воздуха существуют только как продукт человеческой изобретательности.