Неотрицаемое. Наш мир и теория эволюции - Билл Най

Тем не менее совсем несложно представить себе иную систему классификации живых существ, основанную на их действиях и способностях, а не на внешности. Пчелы, птицы и летучие мыши могут летать. Их крылья выглядят совершенно по-разному, но каждый из них и связанных с ними групп животных, имеют аналогичные структуры, которые решают аналогичные проблемы. Им надо питаться, спариваться и размножаться. Все они сошлись на одинаковом или аналогичном решении проблемы полета. В биологии это называется конвергентной эволюцией, где крылья считаются аналогичной структурой. И все же, посмотрите внимательно, и вы увидите, что по структуре эти крылья очень разные, да и появились они на совершенно разных этапах истории жизни на Земле.

Для понимания смысла эволюции необходимы оба способа анализа и классификации живых существ. Если физические структуры организмов различаются, но их функции аналогичны или даже идентичны, то, значит, эти виды имеют весьма отдаленную связь. Если структуры органов и костей почти одинаковы – значит, у них тесная связь, даже если их формы довольно разные. Генетический анализ – это еще один способ проверить степень родства между двумя видами, независимо от того, насколько похожими или разными они могут казаться.

Когда дело доходит до полета, каждое существо сталкивается с одними и теми же проблемами физики, теми же самыми уравнениями механики и энергии. Чтобы летать, нам нужно, чтобы воздух под нами двигался с достаточной силой для того, чтобы удерживать вес летящего объекта, будь то ястреб, оса, истребитель F-18 «Хорнет», летучая рыба или летучая мышь. Посмотрите на птицу – чем она больше, тем лучше. Ее крылья двигаются вниз и вверх. Если вы когда-либо учились плавать стилем баттерфляй, то это похожие движения. Вместо зачерпывания воды и отбрасывания ее назад, птицы захватывают воздух и отталкивают его вниз и назад. Это обеспечивает телу подъем и тягу. В физике все, что течет, считается жидкостью. Так что, как вода и кленовый сироп, воздух тоже может считаться жидкостью. В полете можно делать особый трюк, о котором мы можем знать сознательно или бессознательно.

Когда крыло или плоская поверхность движется сквозь жидкость, она может развивать подъемную силу, просто отклоняя потоки. Подъем происходит в тот момент, когда создается так называемый угол атаки. Поэтому, когда сокол находится в воздухе, он может создать подъемную силу, летя по ветру. Он может взмыть вверх, используя энергию ветра и угол атаки своих крыльев. Важным фактором для любого летательного объекта, будь он сотворен природой или человеком, является то, что он легковесен. Птицы сохраняют низкий вес благодаря полым костям и тому, что большая площадь их крыла покрывают перья. Перья, состоящие из примерно того же материала, что и наши ногти, обладают удивительной для своего веса силой, а растут они так, что смыкаются, образуя почти единую поверхность. С помощью мускулов, расположенных под точками крепления перьев, птицы могут так плотно сжимать их, что между ними практически не проходит воздух. Или птицы могут вывернуть свои перья наружу, словно лопасти пропеллера или вентилятора. Перья на кончиках крыла обеспечивают некоторое движение вперед, в то время как внутренние перья обеспечивают подъем. Птицы могут управлять конфигурацией каждого пера с поразительной эффективностью.

Крылья пчел работают не так, по крайней мере, не совсем так. Вместо крыльев с перьями, каждое из которых может закручиваться, создавая разные углы, пчелы имеют четыре крылышка. Если посмотреть на них повнимательнее, можно различить по две пары с каждой стороны тела. Как только пчела поднимается в воздух, крылья с каждой стороны тела соединяются друг с другом с помощью крошечных крючков («hamuli» по-латински – «крючки»), формируя два единых крыла по обе стороны ее туловища (большинство пчел, которых мы наблюдаем – самки). Пчелиные крылья очень гибкие. С помощью мышц, которые занимают большую часть пространства грудной клетки пчелы, пчелы отбрасывают свои крылья вниз и назад, что напоминает движение крыльев птиц, только выглядит чуть более суматошно.

Фотографии, выполненные в высокоскоростном режиме, дали возможность увидеть, что пчелы поворачивают свои крылья в тот момент, когда возвращают их из положения сзади, а затем проводят крыльями вперед, чтобы начать следующее движение взмаха. Поначалу в такое трудно поверить. Попробуйте сами – вытяните руки перед собой. Поднимите ладони вперед и проведите руками дугу, отводя их так, будто отталкиваете воздух назад и вниз. Когда прямая рука оказывается позади вас, поднимите ее вверх, продолжая начатую окружность так, чтобы тыльная сторона смотрела в пол, а ладонь была обращена наверх. Верните руку в ее вывернутом положении в исходную позицию. У нас так не получится. А вот пчелы делают то же самое со скоростью 230 раз, и не в минуту, а в секунду. Это поразительно. Пчелы создают подъем или восходящий импульс как при движении крыльев вниз, так и при их поднятии в исходное положение. С ума сойти! Они создают тягу, когда машут крыльями и вверх, и вниз, и вверх, и вниз, а все потому, что их крылья помещены в углубления, которые позволяют им крутить крыльями таким, по человеческим меркам, нестандартным образом. Неудивительно, что в «Хотите верьте, хотите нет» Рипли говорилось о том, что пчелы бросают вызов законам аэродинамики (первый абзац этой книги). В 1960-х годах полеты пчелы еще не изучались.

Летучие мыши немного напоминают и птиц, и пчел, а все из-за строения своих крыльев. Как и птицы, летучие мыши не могут выворачивать свои крылья наизнанку. Как и у пчел, крыло летучей мыши представляет собой единую, хотя и гибкую, мембрану. У крыльев летучих мышей, птиц, пчел есть общее качество – поверхность крыла, которую они обращают к потоку воздуха, изогнутая и гибкая. Птицы добиваются этого тем, что каждое перо в их крыльях может двигаться практически независимо друг от друга. Крылья пчел – это гибкие мембраны, натянутые между заполненных жидкостью вен. Крылья летучей мыши представляют собой кожу, растянутую на костяном остове. Все эти конструкции зачерпывают воздух и, двигаясь, отбрасывают его назад и вниз. В эволюционной биологии мы говорим, что эти крылья аналогичны. Теперь слово аналогично стало достаточно обыденным, но здесь, в этой дисциплине, оно используется особым образом, для описания определенного типа отношений. Пчелы, птицы, летучие мыши используют гибкие крылья, чтобы летать. Но все эти крылья в ходе эволюции развивались различными путями. Все они используют одни и те же принципы физики, но имеют очень разные конфигурации.

Загляните внутрь крыла летучей мыши и вы увидите, что оно совсем не похоже на крыло мухи. На что оно похоже, так это на это строение ваших рук. У вас есть плечевая, лучевая, локтевая кости, пять кистевых, пять пястных костей и пятнадцать фаланг. То же самое и у летучих мышей. И представьте себе – так же и у птиц. Это было одним из самых важных наблюдений и озарений Дарвина. Все эти кости находятся на одном и том же месте – что в руке, что в крыльях. Просто каждая из них как будто была немного вытянута или подогнана под другие кости для формирования единой структуры руки или крыла. В эволюционной биологии мы называем такие структуры и конфигурации гомологичными. Они имеют одинаковую форму, но недостаточно одинаковы с функциональной точки зрения. Мы с вами не можем летать. А летучие мыши не могут играть на пианино. Птицы могут петь, но они не могут держать куриную ножку. (Ой, простите…) Я нарисовал эскиз; он на следующей странице.