Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих - Арик Кершенбаум Страница 23

Движение в текучей среде (будь то жидкость или газ) представляется правдоподобным сценарием для иных планет, но задача получить достаточно сильную суммарную тягу вперед напрямую зависит от свойств этой среды. Завихрения образуются в любой текучей среде, и, поскольку других возможностей летать для шмеля не существует, естественный отбор скорее всего придет к аналогичным решениям и на других планетах. Инопланетные пчелы будут жужжать так же, как наши.

Помимо очевидных гребных движений крыльев птиц и насекомых либо плавников рыб, есть и другие способы передвигаться в текучей среде. Как уже упоминалось, микроскопические существа могут использовать покров из мелких волосков, так называемых ресничек, скоординированное биение которых и обеспечивает продвижение в воде. В основном этот способ пригоден лишь при очень малых размерах, однако загадочные гребневики (одна из древнейших форм животных; они похожи на медуз, но не приходятся им близкими родственниками) используют набор колеблющихся ресничек для плавания, правда достаточно медленного (1–2 см/с).

Еще больше впечатляет реактивное движение кальмаров, осьминогов и «живых ископаемых» наутилусов. Выбрасывая назад на большой скорости струю воды, они создают резкую тягу вперед, что позволяет умчаться от хищников. Но в то время, как наутилусы используют реактивную струю постоянно, кальмары и осьминоги двигаются так лишь в крайнем случае — реактивное движение кажется невыгодным по сравнению с гребными движениями рыб и птиц. Однако реактивная струя, подобная той, которую выбрасывают кальмары, использовалась их родственниками, аммонитами, которые были чрезвычайно широко распространены в древних морях на протяжении более 300 млн лет. При подходящих условиях использование реактивной струи, вероятно, вполне целесообразный способ передвижения на любой планете.

Текучие среды редко бывают неподвижными. Прежде всего, разницы температур, которые могут возникать из-за нагрева от солнца сверху или разогретых пород снизу, дают различия в плотности и давлении, в результате чего появляются течения, переносящие газ или жидкость с места на место. Животные могут отдаться на волю течения, позволяя ему нести их куда угодно, и многие планктонные организмы и другие морские существа поступают именно так. Но собственное движение среды, как ни странно, можно еще использовать и для получения сил, направленных в другие стороны, что позволяет животному двигаться, не прилагая значительных усилий.

Птицы, как известно, тяжелее воздуха, и потому их тянет вниз, что грозит им катастрофой. Но птицы умеют изменять угол наклона крыла таким образом, что восходящий поток создает подъемную силу, уравновешивающую вес птицы. Чудесным образом они приобретают «нейтральную плавучесть», совсем как рыбы. Эта подъемная сила, создаваемая потоком воздуха, и есть та сила, благодаря которой держатся в воздухе самолеты, — я это упомянул на тот случай, если вас интересует, почему сопла самолета направлены не вниз, а назад (многие рано или поздно задаются этим вопросом). Движение вперед создает воздушные потоки над крыльями, которые создают подъемную силу.

Необходимость держаться в воздухе при планировании несколько ограничивает возможности птицы произвольно менять направление полета, но помимо того, что поток воздуха обеспечивает подъемную силу, птицы умеют менять конфигурацию своих крыльев, чтобы создавать силу, направляющую их полет влево или вправо, — ведь и дельтапланерист до определенной степени может управлять полетом. Рыбы и насекомые затрачивают немало энергии, чтобы создать поток текучей среды над своими плавниками или крыльями, но альбатрос пользуется непрерывными воздушными потоками не только для того, чтобы парить над морем, но и для перелетов.

В этом разделе я хотел подчеркнуть, насколько непросто двигаться в текучей среде — и дело не в специфике текучих сред, характерных для Земли, а в том, что столь ненадежная подвижная среда не обеспечивает точки опоры. С другой стороны, преимущества жизни в текучей среде огромны: она гораздо меньше препятствует движению, чем твердая. Поэтому у животных возникли разнообразные способы использования текучей среды себе на благо. Насекомые летают — иногда с трудом, но всегда довольно эффектно, дельфины стремительно плавают и резвятся, выпрыгивая из воды, медузы неспешно передвигаются ритмичными толчками, а аммониты когда-то рассекали моря, выбрасывая струи воды. Нельзя быть до конца уверенными, что животные исчерпали все возможные техники передвижения в текучей среде, однако, похоже, земные текучие среды (главным образом вода и воздух) не обладают никакими специфическими свойствами, которые привели бы к появлению особых стратегий передвижения, характерных именно для этих сред. Нельзя, конечно, исключать возможность, что в других мирах существуют неизвестные нам способы движения, но можно быть уверенными, что по крайней мере некоторые из способов, наблюдаемых на Земле, встречаются и на других планетах.

В воде (или любой другой жидкости) достичь нейтральной плавучести значительно легче, чем в воздухе или другом газе. Вода примерно в 1000 раз плотнее воздуха, поэтому между жидкостями и газами существуют некоторые важные различия. Твердым телам трудно удержаться в воздухе, поэтому освоить атмосферу для животных оказалось намного труднее, чем океан. Теоретически возможно представить себе животное, парящее в воздухе благодаря газовому мешку, наполненному, вероятнее всего, водородом, который, кстати, способны производить многие бактерии и другие микроорганизмы в процессе метаболизма. Это был бы невероятно эффективный способ путешествовать вокруг света, питаясь всевозможным «атмосферным планктоном» подобно тому, как синие киты поглощают огромное количество криля в океане. Вместо того чтобы затрачивать большое количество энергии, как ласточки и летучие мыши в погоне за добычей, которая сама использует активный полет, чтобы удирать от них, такой небесный кит мог бы планировать без усилий, собирая по пути столь же пассивно парящие в воздухе микроорганизмы.

Подобное воображаемое создание получило название «фортовский пузырь» ^[51] или просто «флоатер» ^[52], но на Земле таких существ нет. Почему это так и могут ли фортовские пузыри оказаться обычным явлением на других планетах? Помимо опасности катастрофического возгорания, которое стало причиной крушения дирижабля «Гинденбург» и ознаменовало конец эры водородного воздухоплавания у людей, должна быть еще какая-то причина, по которой эволюция животных не пошла по этому пути. Все дело в вязкости. В воде мелкие организмы почти не тонут, даже если они тяжелее воды. Течения и завихрения удерживают их на плаву, и даже слабого трепетания ресничек достаточно, чтобы их крохотные тельца висели в толще воды. С воздухом все иначе. Даже микроорганизму будет крайне трудно парить в столь разреженной среде, как атмосфера. От ресничек не будет никакого проку, и только движение воздушных потоков — которое, правда, бывает очень мощным — могло бы удержать эти существа в воздухе. В действительности на Земле, если подняться высоко над поверхностью, не найдется воздушных микроорганизмов, которые могли бы стать аналогом питательного планктона, поэтому нет и парящих китов, питающихся ими.