Книга: Летающие ящеры и древние птицы

Природа в роли авиаконструктора

Природа в роли авиаконструктора

Любите ли вы пускать мыльные пузыри? А запускать воздушного змея? А делать бумажные самолетики? Как вы думаете, почему все они летают? Ну, пузыри — понятно — потому что очень легкие. Змея поднимает и держит ветер. А бумажные самолетики взмывают в воздух, когда мы придаем им ускорение. Но потом падают. А может ли пузырь, воздушный змей или бумажный самолетик полететь туда, куда ему захочется? Нет, конечно. Смешно и спрашивать.

Вот и в природе есть такие же пассивные летуны. Летят не туда, куда хотят, а куда ветер дует. Особенно много их в растительном царстве.

Парашютики одуванчика знают все. Стоит ветру посильнее задуть над летней белоголовой лужайкой, — и полетел пушистый десант. Высоко в небо может подняться, но рано или поздно все равно на земле окажется. Там новые одуванчики и прорастут.

Похожие воздушные семена есть у многих растений. Парашюты козлобородника, на первый взгляд, производят впечатление гигантских. Они как у одуванчика, только в три раза больше. На больших пушинках-парашютах летают также семена бодяка и иван-чая.

А семена ломоноса летают на длинной опушенной нитке.

У некоторых деревьев семена снабжены крылатками, которые способны вращаться в полете. Подобно маленьким пропеллерам они ввинчиваются в воздух. Все видели, как осенью крутятся над землей носики клена. Есть крылатки у ясеня, липы и вяза. Бывают и более экзотические «пропеллеры», например у тюльпанного дерева и китайского ясеня айланта.

Растительные «летательные аппараты» могут показаться на первый взгляд слишком примитивными и бессмысленными. Действительно, зачем семечку одуванчика улетать с родной лужайки неизвестно куда? Ведь оно может упасть в воду, на голые камни или на птичий двор — курам под ноги. Сидело бы себе дома — целее было бы. На самом деле, полет семян имеет огромное биологическое значение. Представьте себе, что все одуванчики мира живут на одной лужайке. Если все будет хорошо, то рано или поздно им станет тесно, они начнут попросту давить друг друга. А вдруг с лужайкой что-то случится? Например, зальет водой. Или приедет трактор и вспашет ее всю, ни одной травинки целой не оставит. Что тогда? А тогда не будет больше в мире ни одного одуванчика. Они вымрут. Понятно теперь, зачем семенам летать? Они тем самым дают растениям шанс на выживание, что бы ни случилось там, откуда они родом.

В роли пассивных летунов часто оказываются и животные. В начале осени иногда можно увидеть «летучих» пауков. Маленькие черные комочки несутся по ветру на длинной паутинке. Это молодые паучки «ищут счастья» в далеких краях.

На собственной паутине умеют летать многие гусеницы. А некоторых мелких насекомых ветер уносит просто потому, что они очень легкие и не могут ему сопротивляться. На большой высоте в воздухе можно встретить, например, бескрылых тлей. Сильный ветер может поднять в воздух и перенести на большое расстояние даже относительно крупных животных. Помните сказочный дождь из мышей и лягушек? Такое вполне могло случиться на самом деле. Вот только шансов остаться целыми и невредимыми при падении на землю с большой высоты у таких животных мало. Все-таки, они довольно тяжелые. Не поэтому ли мы никогда не найдем у крупных животных каких-либо приспособлений для исключительно пассивного перемещения по ветру? Только люди отваживаются на такое. Наполненный теплым воздухом или легким газом, разноцветный шар поднимает высоко в небо смельчаков в корзине. Но такой летательный аппарат хорош только при тихой погоде. Ураган может забросить его неизвестно куда. Помните, как это произошло с героями романа Жюля Верна «Таинственный остров»?

Лучше, конечно, летать не куда ветер дует, а куда захочешь. Активный полет гораздо совершеннее пассивного. Растения вовсе к нему не способны, а животным, чтобы летать направленно, требуются специальные приспособления.

Самая простая разновидность активного полета — планирование. Отличным его примером служит полет летяги. Это небольшой зверек с пушистым хвостом, близкий родственник белки. На боках у летяги — между передними и задними лапами — тянутся особые складки кожи, покрытые мехом. Оттолкнувшись от ветки дерева, летяга расправляет эти складки. Они позволяют ей значительно удлинить прыжок, превращая его в небольшой полет. Его рекордная дальность у нашей обыкновенной летяги — 50 м. Зверек легко может перелететь через небольшую лесную прогалину и «оторваться», таким образом, от хищного преследователя — соболя или куницы. Планируя, летяга всегда немного теряет высоту и не может изменить направление полета. Это основные недостатки самого простого способа полетать.

Позвоночных животных, умеющих планировать, немного. Зато есть удивительные! Например, веслоногие лягушки из Юго-Восточной Азии. Эти небольшие амфибии ведут древесный образ жизни и умеют перелетать с ветки на ветку и от ствола к стволу, подобно летяге. Только летают они «ногами»! Растопыривают перепонки между пальцами и планируют на них.

Есть и еще один уникальный природный планер — ящерица летучий дракон. Живет во влажных лесах на Филиппинах, в Малайзии и Индонезии. Эта рептилия почти всю жизнь проводит на верхушках деревьев, где охотится на насекомых. С дерева на дерево перелетает, планируя на кожистых перепонках, расположенных по бокам тела. В обычном состоянии перепонка сложена, прижата к телу и практически незаметна. Прыгая, летучий дракон расправляет кожистую складку, которая поддерживается «ложными ребрами» — кожными косточками, не связанными со скелетом тела. Ложные ребра для «крыльев» летучего дракона — все равно, что спицы для зонтика.

В тех же тропических лесах живут шерстокрылы. Их принцип планирующего полета тот же, что у летяги. Правда, летательная перепонка гораздо шире — она поддерживается не только передними и задними лапами, но и хвостом животного. Шерстокрылы крупнее летяги. Длина тела больше 40 см, вес почти 2 кг. Несмотря на такую увесистость, шерстокрыл способен пролететь над землей 140 м. Зато по земле продвигается только ползком и очень медленно — перепонка мешает.

Принцип полета летяги, шерстокрыла и летучего дракона люди использовали в конструкции дельтаплана. В отличие от воздушного шара этот аппарат летит направленно — туда, куда толкнет его пилот, начиная движение с вершины холма. Но летит он не очень долго. Его полет — это просто длинное планирующее приземление. Для того чтобы во время полета менять высоту и направление по своему усмотрению, необходим мотор. Хотя иногда дельтапланеристы попадают в восходящие потоки и могут долго оставаться в воздухе.

У животных роль мотора выполняют мышцы. Самый совершенный полет в природе — это полет с помощью активно двигающихся крыльев. В настоящее время им владеют многие насекомые, птицы и летучие мыши. В середине мезозоя — 170 млн лет назад — похвастаться способностью к полету с помощью крыльев из крупных животных могли только птерозавры — летающие ящеры. Однако не они первыми на Земле покорили воздушную среду. Пионерами воздуха были насекомые.

Первые крылатые шестиногие появились на нашей планете примерно 350 млн лет назад — на 150 млн лет раньше, чем птерозавры. Нам как представителям позвоночных животных может это не понравиться, но придется признать: полет насекомых гораздо совершеннее, чем полет наших более близких родственников: птиц, летучих мышей и уж тем более — птерозавров. Насекомые — вот истинные короли воздуха!

Крылья насекомых устроены принципиально иначе, чем крылья всех позвоночных. Мы не будем подробно останавливаться здесь на их устройстве. Скажем только, что скорость движения крыла может доходить до 1000 колебаний в секунду. Отсюда и необыкновенная маневренность маленьких летунов в воздухе. Насекомые могут резко менять направление движения под любым углом, летать задним ходом с той же скоростью, что и передним. Скорость полета насекомого достигает 15 м в секунду.

Ну вот, скажете вы, если летающим ящерам далеко в полете до каких-то букашек, стоит ли тогда и читать про них? И уж тем более интересоваться ими как летательными аппаратами, если по сравнению с насекомыми они — просто неуклюжие этажерки? Так-то оно так, но есть одно «но». Насекомые, действительно, непревзойденные летуны, но лишь в рамках своей весовой категории. У самых крупных насекомых в истории Земли размах крыльев был не больше 80 см. Размах крыльев летающих ящеров достигал 12 м. Чувствуете разницу? Одно дело поднять в воздух существо весом самое большее в 100 г и совсем другое — стокилограммовую махину. Природе — как авиаконструктору — пришлось, по меньшей мере, дважды решать проблему освоения воздушной среды. Первый раз — мелкими и легкими животными, а второй — крупными и тяжелыми. Разные задачи потребовали принципиально разных решений.

Что общего у птерозавра, птицы и летучей мыши? Все они «летают руками», то есть — с помощью передних конечностей — этим и отличаются от насекомых, крылья которых не имеют к конечностям никакого отношения, а формируются из покровных тканей. Интересно, что полет птиц, летучих мышей и летающих ящеров возник совершенно независимо. Но тем не менее у всех этих «летательных аппаратов» много общего, хотя есть и различия. Попробуем разобраться в их конструкциях.

Слово «птерозавр» означает «крылатый ящер». Птерозавры жили на нашей планете примерно тогда же, когда и динозавры, — в мезозое. Так называется эпоха в истории Земли, которая началась 250, а закончилась — 70 млн лет назад. В мезозое разнообразие рептилий достигло своего максимума, но к концу эры большинство видов вымерло. Почему? Точного ответа на этот вопрос пока еще никто не знает, но большинство ученых склоняется к версии, что массовое вымирание мезозойских пресмыкающихся произошло из-за резкого изменения климата на планете.

Птерозавры не динозавры, а лишь родственники их. Те и другие произошли независимо друг от друга от более древних архозавров. Главное отличие птерозавров от прочих рептилий — это наличие крыльев и способность к активному полету.

Крылья у всех птерозавров устроены сходным образом. Однако прежде, чем познакомиться подробнее с этим уникальным летательным приспособлением, нам нужно взглянуть на… собственные руки!

Скажете: «Что мы их не видели, что ли? Чего на них смотреть-то?» Но взглянуть на собственные ладони можно по-разному. Одно дело, когда мы смотрим, достаточно ли они чисты, чтобы садиться за стол или браться за книжку. Это скучно. Но совсем другое дело, если мы посмотрим на наши руки, как на типичные конечности четвероногого существа. Вот так приехали! Какие же мы четвероногие существа?

Оказывается, с научной точки зрения, очень даже четвероногие. Все наземные позвоночные животные, включая нас с вами, построены по единому плану. Так уж случилось в истории развития животного мира, что первые существа с костным скелетом, которые вышли на сушу, были четвероногими. От них произошли все более поздние наземные позвоночные, включая птерозавров и людей. Поэтому наши конечности имеют в основе единый план строения. Трудно поверить в это, сравнивая переднюю лапку лягушки, крыло птицы и копыто лошади. И тем не менее это так. Все разнообразие ног наземных позвоночных животных можно вывести из одной типичной базовой формы, которая называется «пятипалая конечность». И во что уж совсем трудно поверить, так это в то, что «пятипалая конечность» произошла от плавника рыбы. Но поверить придется. Больше ей просто неоткуда было взяться.

Наши с вами «пятипалые передние конечности», то бишь руки, конечно, не очень похожи на ту изначальную базовую форму, но все же подойдут для простого сравнительного анализа, которым мы с вами сейчас займемся. Главное, что у нас все пять пальцев на месте, а это, как мы увидим в дальнейшем, в природе бывает далеко не всегда.

Вернемся к птерозаврам. Их крылья представляли из себя видоизмененные передние конечности. Чтобы понять, как именно они были видоизменены, нужно для начала пересчитать наши пальцы. Ну-ка, начинаем от большого: первый, второй, третий, четвертый. Стоп. Дальше можно не считать. У птерозавров на четвертом пальце все заканчивалось, пятый отсутствовал вовсе, как будто его никогда и не было. На самом деле, он был, но птерозавр утратил его в процессе эволюции.

Теперь посмотрите внимательно на свой четвертый палец. Его еще называют безымянным. Как вы думаете, можно ли, пользуясь исключительно этим пальцем, поднять в воздух наше тело? Чушь какая! Действительно, наш безымянный палец — довольно слабая конструкция. Сам по себе он мало на что способен, даже при работе с компьютерной клавиатурой от него толку меньше, чем от указательного, среднего и большого. Одни лишь скрипачи да пианисты, наверное, его ценят.

А вот у птерозавров четвертый палец передней конечности был самым главным. Именно на нем они и летали. Кости «безымянного» пальца птерозавров были примерно в двадцать раз толще и длиннее, чем кости прочих. Этот палец служил опорой переднего края крыла ящера, основой его каркаса. Три прочих пальца с когтями на концах были хорошо видны на передней стороне крыла. Птерозавры использовали их для цепляния за разные поверхности, на которые они приземлялись.

Кожистая перепонка крыла была прикреплена к телу в основании передних конечностей, затем по всей длине четвертого пальца и к боковой поверхности тела. Основная плоскость крыла птерозавров не имела никаких дополнительных опорных структур. Она была подобна мягким парусам воздушного змея, которых делают обычно из бумаги или полиэтилена. Закрепленные на жесткой рамке, сами по себе они остаются эластичными и могут выгибаться под напором воздуха в любую сторону. Также и крыло птерозавров. Без дополнительных опорных структур оно было недостаточно жестким для сложного маневренного полета.

И как только птерозавры могли довольствоваться таким несовершенным летательным аппаратом на протяжении миллионов лет? Впрочем, объясняется это просто. Им не от кого было улетать. Ни одно живое существо тогда не могло представлять для птерозавров серьезной опасности в воздухе. Поэтому естественный отбор не был направлен на усовершенствование их крыльев.

Тело у всех птерозавров было покрыто не чешуей, как у многих других рептилий, а шерстью. У них была мощная мускулатура и развитая дыхательная система. Черепная коробка крупная, что говорит о большом мозге. Глаза были также немаленькие. Скорее всего, птерозавры вели дневной образ жизни. Жили они возле водоемов и питались в основном рыбой.

Палеонтологи разделяют всех летающих ящеров на две группы — рамфоринхов и птеродактилей. Остановимся на некоторых представителях тех и других подробнее.