Неотрицаемое. Наш мир и теория эволюции - Билл Най

Если вы часто летаете самолетами, следующее наблюдение будет для вас знакомым. Если же нет – в следующий раз, находясь рядом с самолетом, обратите внимание на то, что спереди крыло самолета толще, чем сзади. При ближайшем рассмотрении наибольшей толщины крыло достигает на расстоянии примерно четверти длины от передней кромки крыла. Расстояние от передней кромки крыла до задней называется хордой (как отрезок в пределах окружности). Самая широкая часть крыла находится на линии первой четверти хорды крыла, и именно здесь мы, люди, прокладываем самую большую опорную балку или лонжерон. Он проходит вдоль крыла (перпендикулярно корпусу самолета). С перьями, которые птицы используют для полета, дело обстоит примерно так же. Ствол пера, используемого для полета, проходит по линии первой четверти хорды пера. Перья археоптерикса устроены таким же образом.

Перья хвоста у современных и у древних ископаемых птиц симметричны. От левого края до правого все они имеют примерно один размер. Эти перья не связаны с силой или нагрузкой на маховые перья птицы. Но погодите, погодите… тут есть кое-что еще. У современных птиц есть дополнительные перья – покрывные, которые находятся поверх основных перьев. У современных летающих птиц эти покрывные перья используются для сглаживания воздушного потока, идущего поверх крыла птицы. Они работают точно так же, как обтекатели, которые мы ставим на наши самолеты. Загляните под крыло современного лайнера, и вы увидите длинные обтекатели, по форме напоминающие каноэ, – они заставляют воздух плавно обтекать механизмы, регулирующие поверхности для увеличения подъемной силы, например закрылки. Обтекатели добавляют самолету вес, но это компенсируется снижением сопротивления воздуха. Покрывные перья у птиц также добавляют немного веса. Они также требуют энергии птицы, чтобы расти и сменяться по мере изнашивания. Они напоминают ваши ногти, которые постоянно растут вследствие износа. (Попробуйте оставить клейкую ленту на своих ногтях на нескольких часов. Вы увидите, как сильно мы изнашиваем свои ногти. Неожиданно!)

Под хвостовым оперением (empennage) подразумеваются хвостовые перья или оперение хвоста – птицы или самолета. Обратите внимание на латинский корень penne, который обозначает «перо». На протяжении веков люди использовали перья для письма[7]. Говоря о хвостовом оперении, нельзя не обратить внимание на то, что перья в хвосте павлина по сути точно такие же, как и хвостовые перья у других птиц. Дикое и яркое оперение, которое демонстрируется павлином в период ухаживания, полностью состоит из удлиненных, декорированных, больших и маленьких покрывных перьев. Как и остальные птицы, которые летают, павлины не подвергают свои покрывные перья высоким нагрузкам, несмотря на их мощь и размер.

В одном замечательном исследовании ученые с помощью рентгеновской установки проанализировали окаменелости перьев археоптерикса и ископаемые перья родственных видов. В результате они определили, что с вероятностью в 80 % его перья были темными или черными, как у ворона. Если вы когда-либо бросали летающую тарелку, вы, возможно, замечали, что более темные диски – жестче. То же самое справедливо и для пищевых контейнеров: чем они менее прозрачны, тем крепче и жестче. Та к называемый пластмассовый пигмент-наполнитель влияет на жесткость изделия. То же самое верно и в отношении кератина, основного материала перьев. Темные перья будут жестче и, возможно, будут лучше годиться для полета.

В 2013 году был открыт одиннадцатый экземпляр археоптерикса. Судя по всему, археоптерикс появился примерно в то же время, что и несколько других пернатых рептилий. Анализ перьев с лодыжек археоптерикса показал, что он, вероятно, мог летать – по крайней мере, в какой-то мере. Даже если его перья не были пригодны для полноценного полета, другие современные ему виды тем не менее все же имели вполне подходящие для полетов перья. Итак, расследование продолжается, господа присяжные заседатели.

Признаюсь, я просто очарован живыми существами, способными летать. Может быть, я просто завидую. Та к или иначе, меня завораживает эта хитроумная стратегия: оторвавшись от земли и пролетев некоторое расстояние над землей или океаном, можно, «не замочив ног», спастись от хищника, найти пищу или выискать место, чтобы пустить корни. Однако полет для любого организма, как и для сконструированной человеком машины, – это сложное дело. В машиностроении мы говорим, что достаточно большой двигатель может заставить летать что угодно. Гораздо более трудная задача – это рулевое управление. Представьте себе автомобиль, которым вы не можете управлять. Вам не понадобится гарантия, потому что машина гарантированно разобьется. Полет требует непрерывного, точного управления по трем осям: наклон, поворот, спуск и подъем (крен, рысканье, тангаж). Полет без контроля станет для птицы в буквальном смысле дохлым номером. Так неужели археоптерикс умел все это делать?

Тщательное изучение черепа археоптерикса, в частности, показывает, что он не только имел перья и крылья, пригодные для полета, но и обладал достаточно крупным мозгом, чтобы уметь летать. Почти все наши самолеты имеют горизонтальные стабилизаторы или хвостовые крылья и вертикальные хвосты – это торчащие вверх детали со встроенным подвижным рулем. Но взгляните на бомбардировщик Б-2: у него нет вертикального оперения и вообще нет хвоста. Военные разработчики хотели избавиться от вертикального оперения, отражающего радиоволны радара. Любой аппарат с вертикальным оперением обнаружить гораздо легче, чем самолет, который по каким-то причинам его не имеет. Обратите внимание, что хвостовое оперение самолета, подобно оперению стрелы, направляет самолет и заставляет его лететь туда, куда хотим мы.

Проектировка самолета без торчащего хвоста стала неплохой сделкой для моего скромного мирка конструирования военных самолетов (у меня какое-то время был допуск к секретной работе). Очевидно, что для птицы обходиться без хвостового оперения проще. Сконструировав самолет без хвоста, люди, по большому счету, сделали это через 150 млн лет после того, как до этого додумались птицы. Это потребовало от нас многолетних исследований и развития системы компьютеризированного управления полетами, достаточно быстрой для того, чтобы постоянно следить за разными контрольными поверхностями самолета, такими как внутренние и внешние элероны. Возможно, у археоптерикса не было подобных забот, потому что у него для этого были перья и мозги.

При всем при этом напрашивается разумный вывод, что археоптерикс все-таки немного умел летать, ну или, как минимум, мог взлетать и парить в воздухе, удерживая свое тело на восходящих потоках горячего воздуха точно так же, как это делает большинство современных птиц. Вообще, это довольно занятная мысль. Даже если он действительно не мог работать своими крыльями так, как это делают современные птицы, даже если перья на его крыльях не были достаточно длинными или сильными для того, чтобы правильно распределять и поддерживать вес тела, даже если его мозг не мог проложить маршрут через теплое море или густой лес, скорее всего, он все равно практическилетал.

Как ни крути, у археоптерикса, по сути, было полукрыло. У велоцираптора было нечто наподобие четверти крыла или даже его восьмушки. И знаете что? Эти промежуточные версии отлично функционировали; просто функции, к которым они были приспособлены, немного отличались от задач ястреба и его крыла. Возможно, археоптерикс порхал с ветки на ветку. Может быть, он спрыгивал с высокой ветви или скалы и мог медленно планировать вниз, чтобы при посадке не сломать себе ногу или не свернуть шею. А может быть, он просто полулетал? Ведь полукрыло может сгодиться и на это! А что если все эти перья служили ничем иным как теплой шубой для этих животных, удерживая тепло их тел? Что если все мои размышления об их аэродинамических способностях – просто фантазии, безосновательные выводы? Или, может быть, их перья были всего лишь украшением, привлекающим потенциальных партнеров? С точки зрения эволюции такая способность была бы «пригодной» и очень даже полезной. В любом случае полукрыло было необходимо археоптериксу для выживания.