Полеты воображения. Разум и эволюция против гравитации

Брахиация (от brachium, лат. – рука) – это способ перемещения по деревьям, при котором гиббоны раскачиваются на очень длинных руках, перебирая ими, будто ногами, бегущими по воздуху. Гиббон несется по лесу на головокружительной скорости, перелетая – здесь я применяю это слово практически буквально – с ветки на ветку на расстояние в несколько метров. Строго говоря, это не полет, но результаты приблизительно те же. Вероятно, и наши предки практиковали брахиацию на каком-то этапе истории, но я уверен, что тягаться с гиббоном мы не могли бы никогда.

Цветы производят нектар – главное авиатопливо колибри и нектарниц, бабочек и пчел. Пчелы выкармливают свои личинки пыльцой, которую тоже собирают с цветов. Без цветущих растений невозможно существование целого семейства пчел в пределах более широкого класса насекомых, и они эволюционировали вместе (коэволюционировали), начиная еще с мелового периода, примерно 130 миллионов лет назад. Когда нужно быстро перепархивать с цветка на цветок, что может быть лучше крыльев?

Летает и большинство насекомых, и ловить их в воздухе – искусство, которым владеют ласточки и стрижи, мухоловки и мелкие виды летучих мышей. Умело ловят насекомых на лету и стрекозы, которые высматривают их своими огромными глазами.

ЦЕЛАЯ ЖИЗНЬ В ПОЛЕТЕ

Стрижи довели идею жизни в полете до совершенства. Они даже спариваются, не приземляясь. Возможно, ходить по земле для них так же непривычно, как для нас – плавать под водой.

Стрижи поедают насекомых и ловят их исключительно в воздухе. Они настолько преданы полету, что на землю не спускаются. Стрижи даже освоили непростое мастерство спаривания в воздухе. Подобно тому как морские черепахи покинули сушу, чтобы жить в воде, предки стрижей покинули сушу, чтобы жить в воздухе. И те, и другие возвращаются, только чтобы отложить яйца. А в случае стрижей – чтобы высидеть их и выкормить птенцов. Складывается впечатление, что, если бы можно было откладывать яйца на лету, стрижи бы так и делали, подобно тому, как киты ушли на шаг дальше черепах, и теперь им больше незачем возвращаться на сушу.

Стрижи славятся проворством и напоминают нам, что главное преимущество полета – это необычайная скорость перемещения. Сто лет назад огромные океанские лайнеры пересекали Атлантику за много дней. Теперь мы перелетаем ее за считаные часы. Разница в основном объясняется тем, что сила трения в воде больше, чем в воздухе. Даже в воздухе она меняется в зависимости от высоты. Чем выше взлетает самолет, тем ниже лобовое сопротивление в разреженном воздухе – вот почему современные авиалайнеры летают так высоко. Почему же они не взлетают еще выше?

Прежде всего, им не хватило бы кислорода, необходимого двигателю для сжигания топлива. Ракетные двигатели, разработанные для полетов вне пределов земной атмосферы, несут запас кислорода с собой. На устройство самолетов, летающих на очень большой высоте, влияют и другие факторы. Как мы узнаем из 8-й главы, им нужен воздух, чтобы обеспечить подъемную силу, а на очень больших высотах воздух так разрежен, что им нужно лететь быстрее, чтобы получить необходимую подъемную силу. Самолеты, предназначенные для полетов на небольшой высоте, плохо летают на большой, и наоборот. Ракетам не нужна подъемная сила воздуха, поэтому им не нужны крылья. Их двигатель толкает их в направлении, противоположном силе гравитации. А как только они набирают первую космическую скорость, двигатели можно отключить, и ракета начинает невесомо парить, продолжая перемещаться невероятно быстро.

В детстве я не понимал, как ракетные двигатели работают в космосе, ведь там позади них нет воздуха и не от чего “отталкиваться”. Я был неправ. “Отталкивание” тут ни при чем. Приведу две-три более приземленные аналогии. Когда стреляет большое артиллерийское орудие, ощущается мощная отдача. Когда снаряд вылетает из дула, орудие откатывается назад. Никто не считает, что отдача вызвана тем, что снаряд “толкает” воздух перед орудием. На самом деле внутри гильзы взрывается порох, газ оказывает сильное давление во всех направлениях, силы, стремящиеся в стороны, уравновешивают друг друга. Сила, направленная вперед, выталкивает снаряд из дула, почти не встречая сопротивления. Сила, действующая в противоположном направлении, воздействует на само орудие, отчего оно и откатывается на колесах. Та же сила отдачи позволяет вам ехать по льду на санках, стреляя из ружья в направлении, противоположном желаемому движению. Если вам интересно физическое объяснение этого явления, на сей счет у нас есть третий закон Ньютона: сила действия равна силе противодействия. Дело не в том, что пули отталкиваются от воздуха и поэтому санки приходят в движение. В вакууме вы бы ехали еще быстрее. То же самое происходит в вакууме и с ракетным двигателем.

Поскольку ось Земли наклонена, по мере вращения планеты вокруг Солнца меняются времена года. А значит, места, где лучше всего кормиться и размножаться, все время разные, в зависимости от сезона. Перемещения на большие расстояния требуют затрат, но многие животные готовы на это ради того, чтобы найти места с более благоприятной погодой. И разумеется, более благоприятная – это не обязательно та, которую мы, люди, считаем подходящей для летнего отдыха. Киты мигрируют из теплых краев, где спариваются, в более прохладные воды, где течения обеспечивают больше питательных веществ для их пищевой цепочки. Крылья позволяют птицам покрывать огромные дистанции. Мигрируют многие виды птиц, однако рекорд расстояния принадлежит полярной крачке, которая ежегодно преодолевает путь в 20 тысяч километров от Северного полярного круга, где птицы спариваются, до Южного полярного круга и обратно. Дорога занимает всего два месяца. Такие колоссальные расстояния за столь короткое время можно покрыть только по воздуху. Полярная крачка получает два лета в году без ветров, и этот яркий пример показывает, почему мигрирующих видов животных так много.

МИРОВОЙ РЕКОРДСМЕН ПО МИГРАЦИИ

Полярная крачка перелетает от полюса до полюса и никогда не видит зимы – только два полярных лета на расстоянии в 20 тысяч километров друг от друга.

Многие мигрирующие животные проявляют чудеса навигации и совершают настоящие подвиги выносливости. Европейские ласточки зимуют в Африке, а на следующее лето возвращаются в ту же точку, в свое собственное гнездо. Как птицам такое удается, долгое время оставалось тайной, и только сейчас ее начинают разгадывать. Орнитологи надевают на лапки птиц специальные колечки, которые снабжены миниатюрными GPS-передатчиками. Для отслеживания курса больших стай перелетных птиц использовались даже радары. Мы начинаем понимать, что у птиц есть несколько приемов навигации, и разные виды на разных стадиях миграционного процесса предпочитают разные сочетания методов. Свою роль играют и ориентиры на местности, особенно на последних этапах пути, когда они возвращаются в старое гнездо. Но и во время долгого путешествия птицы следуют течению рек, побережьям и горным хребтам. Многие виды организуют миграцию так, чтобы молодых во время первого перелета сопровождали старшие и более опытные. Птицы пользуются не только ориентирами на местности, но и встроенными компасами. Уже установлено, что некоторые виды ощущают магнитное поле Земли. Как именно они видят и чувствуют, куда указывает компас, не всегда понятно, но сам факт уже доказан. Причем слово “видеть” здесь, вероятно, вполне уместно, поскольку главенствующая на сегодня теория гласит, что этот аппарат находится в глазном яблоке птицы.

“И ВСЕ, ЧТО МНЕ НУЖНО, – КРАСАВЕЦ-КОРАБЛЬ, ДА СВЕТ ПУТЕВОДНОЙ ЗВЕЗДЫ”[2 - Дж. Мейсфилд “Морская лихорадка”, перевод П. Долголенко. (Прим. пер.)]

Проведите воображаемую линию вверх через две звезды в широкой части ковша Большой Медведицы, которые расположены дальше всего от ручки, и продолжайте ее до первой яркой звезды. Это и будет Полярная звезда.

Давно известно, что перелетные птицы (как и насекомые, и другие животные) пользуются солнцем как компасом. Разумеется, солнце меняет видимое положение в небе – утром оно на востоке, а к вечеру переходит на запад, в полдень проходя юг (или север, если вы в Южном полушарии). Это означает, что перелетная птица может ориентироваться по солнцу, только если знает, который час. А внутренние часы у всех животных действительно есть. Более того, они есть в каждой клетке. Именно внутренние часы вызывают у нас желание заниматься теми или иными делами, есть или спать в определенные часы дня и ночи. Исследователи во время экспериментов помещали людей в подземные бункеры, полностью отрезанные от всего мира. Люди продолжают вести обычную повседневную жизнь – засыпают и просыпаются, включают и выключают свет, едят и так далее в пределах 24-часового ритма. На самом деле это не ровно 24 часа, а, например, на 10 минут больше, и поэтому суточный ритм постепенно перестает соответствовать смене дня и ночи во внешнем мире. Вот почему эти ритмы называются циркадными (от circa diem, лат. – около дня), а не просто, скажем, дианными (от dies, лат. – день). При нормальных обстоятельствах циркадные часы перезапускаются при виде солнца. Перелетные птицы, как и все животные, снабжены такими часами, которыми и пользуются, если нужно ориентироваться по солнцу как по компасу.

Некоторые перелетные птицы летают ночью, и они умеют читать звезды. Большинство из нас знает, что Полярная звезда стоит практически точно над Северным полюсом, независимо от вращения Земли. Поэтому в Северном полушарии вполне можно полагаться на Полярную звезду как на компас. Но как узнать, которая из множества звезд – Полярная?

В детстве отец научил нас с сестрой массе всего полезного. Среди прочего он показал, как найти Полярную звезду, ориентируясь на ковш Большой Медведицы: нужно прочертить воображаемую линию вверх через две звезды, которые находятся дальше всего от ручки ковша, и вести ее до первой же яркой звезды. Это и есть Полярная звезда. По ночам можно прокладывать путь по ней, конечно, если дело происходит в Северном полушарии. Если же вы находитесь в Южном полушарии, придется прибегнуть к более сложным методам: над Южным полюсом нет никакой удобной яркой звезды, созвездие Южного Креста совсем не так близко от полюса. К этой задаче мы еще вернемся.

Как же летающие ночью птицы различают звезды, даже если они мигрируют в Северном полушарии, где к нашим услугам всегда есть Полярная звезда? Теоретически они могли получить карту звездного неба по наследству записанной в генах, но это несколько надуманно. Есть более правдоподобный способ, и благодаря блестящей серии экспериментов Стивена Эмлена из Корнельского университета мы знаем, что именно к нему прибегают североамериканские индиговые овсянковые кардиналы.