Восхождение на гору Невероятности - Ричард Докинз

От площади поверхности зависит скорость обмена веществ, а также другие важные свойства. К таковым относится способность подниматься в воздух и летать. Нашего блохопотама мог бы унести легчайший ветерок. Зверек взмыл бы к облакам вместе с восходящим потоком теплого воздуха, а потом, целый и невредимый, плавно опустился бы на землю. Если с такой же высоты упадет настоящий гиппопотам, он костей не соберет, а рухнув вниз с пропорционально увеличенной высоты, прокопает себе могилу. Живой гиппопотам может летать только во сне. Блохопотам при всем желании не смог бы не взлететь. Для того чтобы оторвать от земли обычного гиппопотама, надо привязать к нему такие большие крылья, что… впрочем, проект с самого начала обречен на провал, потому что даже гигантским крыльям не поднять колоссальную мышечную массу, которая должна будет приводить их в движение. Если уж вам придет в голову вывести летающее животное, не стоит начинать с гиппопотама.

Дело в том, что если крупный зверь захочет оторваться от земли, ему придется отрастить большие, широкие крылья, точно так же, как ему необходимо иметь почки и легкие с хорошо развитой поверхностью. А маленькому зверю, чтобы оторваться от земли, ничего отращивать не надо. Его тело и так имеет достаточно большую площадь поверхности. Высоко над землей по всему миру роятся тучи мелких насекомых и прочих созданий – так называемый воздушный планктон. Безусловно, у многих из них есть крылышки. Но к воздушному планктону относятся и различные бескрылые существа – они парят в воздухе, хотя и не имеют специальных органов, которые обеспечили бы им несущую поверхность. Просто они маленькие, вот и летают; как мы не тонем в воде, так и они не падают на землю. Можно пойти и дальше в этом сравнении: даже имея крылышки, крошечное насекомое энергично машет ими не столько для того, чтобы удержаться в воздухе, сколько чтобы “плыть” в нем. В данном случае слово “плыть” уместно, ведь с очень маленькими созданиями происходят и другие странные вещи. В таком масштабе огромную роль играет поверхностное натяжение, и маленькое насекомое воспринимает воздух как густую, вязкую среду. Взмахивая крылышками, насекомое, должно быть, ощущает примерно то же, что ощущали бы мы, плавая в сиропе.

Что толку болтаться в воздухе, не имея возможности менять высоту и поворачивать в нужную сторону, спросите вы. Не буду вдаваться в пространные объяснения, но с позиций генетики даже такой полет – уже большое достоинство, тем более для организмов, которые ведут прикрепленный (седентарный) образ жизни. Это особенно актуально для растений – любой участок земли время от времени, скажем, после пожара или наводнения, становится не пригодным для жизни. Растениям нужно много солнца, поэтому для них весь лес, кроме просветов, образовавшихся из‐за падения деревьев, не пригоден. Предки почти всех животных и растений обитали где‐то еще, и, скорее всего, у них есть гены, необходимые для того, чтобы попадать в новые места – неважно, куда. Поэтому семена одуванчика крепятся к невесомым пушинкам, а репейнику нужны крючки – чтобы цепляться за шерсть и мех животных. По той же причине множество насекомых дрейфует вместе с воздушным планктоном и опускается на неосвоенную территорию с каплями дождя.

Легкость, с которой мелкие твари дрейфуют по ветру, наводит нас на единственно возможную мысль: способность летать изначально эволюционировала у маленьких организмов – и пик Полетов на горе Невероятности кажется не таким уж недосягаемым. Очень маленькие существа могут летать вовсе без крыльев. Тех, что чуть покрупнее, поднимают в воздух крошечные крылышки – и вот мы уже направляемся к настоящим крыльям по ровному, отлогому склону горы Невероятности. На самом деле, как показало весьма оригинальное исследование Джоэла Кингсолвера и Мими Коэль из Калифорнийского университета Беркли, все не так примитивно. Кингсолвер и Коэль проверяли гипотезу об иной первоначальной функции крылышек у насекомых – они служили своеобразными солнечными элементами, необходимыми для обогрева. В те незапамятные времена крыльями не махали. Это были просто небольшие выросты на грудной клетке.

Авторы разработали хитроумную методику исследования. Сверяясь с палеонтологическими находками остатков первых насекомых, они изготовили простые деревянные модели. Одни без крыльев, другие с крылышками разной длины, причем у многих моделей крылышки были такие короткие, что их и крыльями‐то не назовешь, да и летать с такими трудновато. Модели насекомых разной величины испытывали в аэродинамической трубе, чтобы определить, насколько они эффективны с точки зрения аэродинамики. Кроме того, встроенные миниатюрные термометры показывали способность моделей улавливать свет яркого прожектора, имитирующий солнечные лучи.

Исследователи выяснили, что самые крохотные насекомые прекрасно летают и без крыльев – о чем мы и говорили. Моя приятная прогулка по склону горы Невероятности несколько осложняется тем выводом, что при очень маленьких размерах крылышки, похоже, не улучшают аэродинамических характеристик насекомого. Пока их длина не достигала сколько‐нибудь существенного значения, они не обеспечивали полезную подъемную силу. При двухсантиметровом туловище заметная подъемная сила возникала при длине крыльев, равной длине тельца. Крылышки, длина которых составляла всего 20 % длины тельца, не приносили модели ни малейшей пользы. На первый взгляд, у нас на пути к вершине возникает неожиданное препятствие: чтобы крылья одним махом выросли до необходимого размера, нужна мутация с очень сильным эффектом. Впрочем, его не так уж трудно обойти, если принять во внимание два дополнительных обстоятельства.

Во-первых, относительно большие крылья дают преимущества в полете только совсем крошечным насекомым. Насекомым покрупнее достаточную подъемную силу обеспечивают даже коротенькие крылья. Если постепенно наращивать длину крыльев при длине туловища 10 см, в какой‐то момент произойдет скачкообразное усиление аэродинамических свойств.

Что во‐вторых, мы поймем, вернувшись к самым мелким моделям насекомых. Для них доказано, что маленькие крылышки уже дают термический эффект. Крылышки чуть‐чуть большего размера лучше работают как солнечные батареи, но не создают подъемную силу. Судя по всему, для самых маленьких насекомых КПД “солнечных батарей” нарастает постепенно. Крылышки длиной 1 мм лучше, чем полное их отсутствие, 2 мм лучше, чем 1 мм – и так далее. Но так далее не до бесконечности. По достижении определенной длины эффективность “солнечных батарей” увеличивается уже гораздо медленнее. Следовательно, можно утверждать, что если преобладает аэродинамическая функция, само по себе постепенное повышение эффективности обогрева не стимулирует рост крыльев. Однако Кингсолвер и Коэль обнаружили хорошее решение этой проблемы. Как только у мелких насекомых развились крылышки ради аккумуляции солнечной энергии, некоторые виды по разным причинам стали увеличиваться в размерах. Тому есть несколько причин, развитие более крупных форм с течением времени – не редкость в животном мире. Может быть, насекомым выгоднее быть большими, потому что их с меньшей вероятностью съедят. Если в процессе эволюции они почему‐либо выросли, то вместе с ними должны были бы вырасти и их “солнечные батареи”, они же крылышки. В таком случае, увеличившись в размерах, насекомое со всеми своими крылышками и прочими органами автоматически перешло бы в ту категорию, для которой важнее аэродинамические преимущества, – и продолжило восхождение на гору Невероятности, пусть и к другому ее пику по другому склону.