Восхождение на гору Невероятности - Ричард Докинз

Среди бегающих по земле млекопитающих не только кенгуру и им подобные сумчатые передвигаются скачками. Мой коллега, доктор Стивен Кобб, в одной из своих лекций сказал студентам-зоологам из Университета Найроби, что валлаби водятся исключительно в Австралии и Новой Гвинее. “Сэр, я видел его в Кении”, – возразил кто‐то из студентов. Нет сомнений – ему повстречалось одно из существ с рисунка 4.5.

Этот зверек – долгоног; он не заяц и не кенгуру, а грызун. Как и кенгуру, удирая от хищников, долгоног скачет, чтобы набрать скорость. Точно так же ведут себя некоторые другие грызуны, например, тушканчики. Однако от следующего шага в эволюции по пути к способности летать двуногие млекопитающие явно воздержались. Среди млекопитающих по‐настоящему умеют летать только летучие мыши, причем у них кожистые перепонки охватывают как передние, так и задние конечности. Непонятно, как можно было перейти в развитии от быстрого бега к такому крылу, которое связывает летучую мышь “по рукам и ногам”. К птерозаврам это тоже относится. Мне кажется, что и у летучих мышей, и у птерозавров способность летать выработалась как следствие планирующего спуска с ветвей деревьев или с края обрыва. На каком‐то этапе кто‐нибудь из их предков должен был иметь что‐то общее с шерстокрылом.

Совсем другое дело – птицы. У них свое прошлое, главная роль в котором отводится удивительному приспособлению, а именно перу. Перья – это модифицированные чешуйки рептилий. Не исключено, что поначалу они несли иную функцию, актуальную и в наши дни, – сохраняли тепло тела. Так или иначе, они состоят из рогового вещества, пригодного для формирования легкой, ровной, гибкой и вместе с тем жесткой поверхности с аэродинамическим профилем. Птичье крыло разительно отличается от провисшей кожистой перепонки летучей мыши или птерозавра. Следовательно, у предков птицы должна была быть возможность вырастить подходящее для полета крыло, так чтобы не натягивать его между костей. Достаточно иметь передние конечности с костями. Все остальное обеспечивают перья, жесткие сами по себе. Ноги можно было оставить для бега. На земле птицы вовсе не такие неуклюжие и неповоротливые, как летучие мыши и птерозавры, – ноги позволяют им бегать, прыгать, сидеть на ветке, лазить по стволам и стенкам, охотиться и драться. Попугаи вообще работают ногами, как люди руками. Однако передние конечности предназначены для полета.

Рис. 4.5. Долгоног, Pedetes capensis.

Вот каким могло бы быть начало летной биографии у птиц. Их гипотетический предок – скажем, маленький шустрый динозавр – гонялся за насекомыми и ловил их в прыжке, отталкиваясь сильными задними лапами. Сами насекомые освоили воздушное пространство задолго до него. Они уворачивались от преследователя с удивительным проворством, и если бы динозавр мог на ходу корректировать направление прыжка, это увеличило бы его шансы на успех. В наши дни нечто в этом роде вы можете наблюдать в поведении кошек. Это нелегко, ибо в воздухе нет твердой поверхности, чтобы от нее оттолкнуться. Хорошо было бы изменить положение центра тяжести. Для этого можно переместить какие‐то одни части своего тела относительно других. Например, подвинуть голову или хвост, но самое очевидное – это подвинуть передние конечности. Теперь, когда они заняли удобное положение, их можно было бы использовать более эффективно, если бы их поверхность обеспечивала создание подъемной силы. Есть и другая гипотеза – перья, развивающиеся на первых крыльях, служили еще и ловчей сетью. Идея не такая уж далекая от реальности, как кажется – у некоторых видов летучих мышей крылья так и работают. Но согласно нашей теории, передние конечности должны служить прежде всего для управления полетом. Расчеты показывают, что наиболее эффективные для изменения крена и боковых наклонов в прыжке движения передних конечностей должны напоминать зачаточные движения машущих крыльев.

По сравнению с теорией планирующего спуска теория разбега, прыжка и промежуточной коррекции траектории переворачивает все с ног на голову. В первом случае прототип крыла поначалу должен был обеспечить плавный спуск с верхушки дерева. Лишь потом животные стали рулить с помощью крыльев и в конце концов научились ими махать. По теории прыжков за насекомыми, сначала встал вопрос управления полетом, и лишь потом сформировались передние конечности с пригодной для создания подъемной силы поверхностью. Это очень изящная теория, так как аэродинамическая поверхность должна была бы регулироваться на более поздних стадиях эволюции той же нервной цепочкой, которая отвечала за контроль над центром тяжести прыгающего древнего животного. Может быть, птицы начинали летать, подскакивая и отталкиваясь от земли, а летучие мыши – планируя вниз с ветки на ветку. А может, птицы тоже сначала только планировали, слетая с верхушек деревьев. Дискуссия пока не закрыта.

В любом случае с той давней поры современные птицы далеко улетели. Я бы сказал, разлетелись далеко в разные стороны, ибо они покорили великое множество пиков горы Невероятности. Сапсан, завидев добычу, несется вниз со скоростью выше 160 км/ч. Ястребы и колибри зависают на одном месте, сохраняя позицию с такой точностью, о какой вертолетчики могут только мечтать. Полярная крачка на ежегодные миграции из Арктики в Антарктику и обратно тратит по полгода, преодолевая расстояние почти в 20000 км. Там, где холодные волны будоражат ревущие сороковые, странствующий альбатрос, несомый огромными крыльями, размах которых превышает три метра, огибает полюс против часовой стрелки, неотрывно следуя за буйными ветрами и используя энергию этого естественного двигателя, а не машущего крыла. Фазан и павлин отрываются от земли – внезапно и резко – лишь иногда, если почуют близкую опасность. Другие – например, страусы, нанду и покинувшие этот мир новозеландские большие моа – слишком сильно выросли, чтобы летать, и по сравнению с мощными ногами, способными и быстро бегать, и лягнуть как следует, их крылышки оказались не развиты совсем. Полная противоположность – стрижи, которые почти всегда находятся в воздухе, с их хилыми, неуклюжими лапками и элегантными, вытянутыми кзади крыльями. Они даже спариваются и спят на лету, а садятся только на гнезда. Чтобы сесть на землю, стрижи должны выбрать высокое место, так как с ровной поверхности они не смогут взлететь. Стрижи вьют гнезда из того, что попадается им в воздухе и что они успевают сорвать с дерева, с пронзительным криком пролетая мимо. Cтрижу так же трудно и непривычно ходить по земле, как человеку – прыгать с парашютом или плавать под водой. Наш мир – это стабильный, недвижный фон для нашей деятельности. Но если смотреть черными глазами стрижа, то нормальная, естественная картина мира – это вечное мелькание бескрайних далей на крутых виражах. Для стрижа наша земная твердь сошла бы за головокружительный аттракцион.

Не все птицы машут крыльями, но, вероятно, птичьему парению и планированию предшествовал полет с машущим крылом. Последний довольно сложен и до конца не изучен. Напрашивается мысль, что подъемная сила создается непосредственно при сильных и ритмичных, направленных вниз ударах крыльев о воздух. Отчасти это верно, особенно в момент взлета, но главным образом подъемная сила, как и у самолета, обеспечивается формой крыльев – при достаточной скорости относительно воздуха. Подъемная сила возникает, когда ветер обдувает крылья, которые имеют специфический изгиб или наклонены под нужным углом, – либо, что то же самое, когда птица, неважно, по какой причине, движется вперед относительно воздуха. Взмахи крыльев в основном связаны с созданием необходимой положительной тяги (тяги для движения вперед). Суть в том, что крылья не просто так машут вверх-вниз – это залог их эффективности. Птица искусно производит вращательные движения от плеча при одновременной слаженной работе всех суставов и вдобавок получает дополнительный выигрыш просто за счет изгиба перьев. В результате всех этих вращений, сгибаний и согласованных действий энергия машущих крыльев трансформируется в положительную тягу примерно так же, как это происходит, когда кит бьет хвостом. Крылья создают подъемную силу благодаря поступательному движению в воздухе подобно крыльям самолета, хотя у самолета они неподвижны и потому устроены проще. Чем выше скорость, тем больше подъемная сила – вот почему “Боинг-747” держит высоту, несмотря на свой исполинский вес.