Страница:
Животные, живущие стадами, даже достаточно большими, видимо, помнят индивидуальные запахи друг друга, что позволяет им поддерживать известную стабильность своих коллективов. В огромных семьях общественных насекомых невозможно запомнить каждого ее члена «в лицо», и для опознания они пользуются запахом. Он выполняет роль удостоверения личности или, вернее, пропуска.
Каждая семья общественных насекомых – пчел, ос, муравьев, термитов – имеет свой общий, только ей свойственный запах. Чужака стража в дом не пустит. Насекомые, живя вместе, невольно пропитываются им, а вот кролику-самцу приходится специально метить своих детей. Самец сумчатой летяги метит своим запахом самку. Пахучая метка одновременно и обручальное кольцо, и свидетельство о вступлении в брак, и новая фамилия по мужу.
К обонятельному близок химический язык. На нем любят обсуждать свои дела и издавать «приказы» общественные насекомые. В семьях муравьев, имеющих несколько каст, мелкие рабочие нянчатся с детворой, а солдаты странствуют в поисках корма. Малюсеньким личинкам уже известно, кто кем будет, став взрослым. Решает судьбу молодежи старшее поколение. Если пищи вокруг много, солдаты успешно справляются со своей задачей, а сытые царицы откладывают много яиц. Таким семьям нужны няньки. На полноценной пище личинки быстро взрослеют и достигают совершеннолетия, не успев вырасти, а потому на всю жизнь остаются мелкими рабочими муравьями – няньками.
Если корма муравьиной семье не хватает, голодные самцы и самки начинают выделять особое вещество, которое няньки переносят личинкам. Это приказ о мобилизации, то есть распоряжение личинкам стать солдатами. Приказ будет выполнен, если его доведут до сведения личинок на 45—60-й день после их последней линьки. «Новобранцы» могут быстро наладить снабжение продовольствием, и это обстоятельство важно заранее предвидеть. Для этого муравьиному государству нужно иметь точные представления о численности собственной армии.
Судить о ней позволяет концентрация особого вещества, выделяемого каждым солдатом. Когда армия достигнет предельной величины, концентрация этого вещества достигнет такого уровня, который позволит отменить приказ о «рекрутском наборе». Интересно, что и этот приказ будет понятен личинкам только на 45—60-е сутки после последней линьки.
Язык особенно важен для насекомых, живущих большими семьями. Им постоянно приходится обмениваться информацией, устраивать митинги и общие собрания, на которых они объясняются с помощью сильно действующих химических веществ. Кочевые муравьи Америки – эцитоны то живут оседло, то отправляются в двух-трехнедельный поход. С наступлением ночи муравьи выстраиваются в колонны и, забрав весь скарб, личинок и куколок, уходят в многодневный поход. Как они сговариваются, когда начать поход, где его кончить? И кто подает сигнал к выступлению?
Оказывается, подрастающие личинки начинают выделять особое вещество, которое слизывают муравьиные няньки и передают остальным членам семьи. Это вещество, как сигнал горна, играющего «поход», вызывает у муравьев желание кочевать. Когда они его наедятся вдоволь, усидеть на месте уже не могут, хватают в челюсти личинок и марш-марш в поход.
Пройдет 18—19 дней, личинки вырастут, приступят к окукливанию и перестанут выделять «вещество странствий». Муравьи успокаиваются, делают остановку и живут оседло, пока из отложенных маткой яичек не выведутся и не подрастут новые личинки, которые и дадут сигнал к походу. Ученые подсчитали, что муравьиной семье достаточно 10 возбуждающих химических веществ, различные сочетания которых дают им возможность «обсуждать» любые муравьиные проблемы.
Запаховый и химический язык поддается имитации. Среди животных широко распространено использование чужих запахов в качестве поддельных удостоверений личности и фальшивых пропусков. В тропических странах живут муравьи, которые сами муравейников не строят. Взрослая самка заползает в муравейник другого вида муравьев. Стража у входа пропускает ее беспрепятственно. Она предъявляет фальшивый пропуск, выделяя вещество, похожее на маточное вещество царицы муравейника, но действующее еще сильнее. Поэтому рабочие муравьи начинают ухаживать за нею, за ее яичками, личинками, куколками. Постепенно они перестают признавать собственную царицу и убивают ее.
Личинка жужелицы шауми выделяет вещество, сходное с веществом царицы термитника. Предъявив подложные документы, она беспрепятственно добирается до камеры, где обитает царица, и съедает хозяйку дома. Теперь она будет жить в чужом доме, окруженная вниманием огромной армии термитов, которые чистят ее и кормят. Сами термиты убежденные вегетарианцы. Такая пища не совсем удовлетворяет личинку, и она время от времени разнообразит меню своими благодетелями – термитами.
СРЕДСТВА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
Самая характерная особенность животных – их способность к передвижению. Движение – сложная деятельность, которая включает множество биологических, химических и физических процессов. Одна лишь экологическая физиология мышц и двигательного аппарата – столь емкий раздел, что в одной главе невозможно просто даже затронуть все ее аспекты. Я расскажу лишь о механике передвижения, главным образом, жителей верхних этажей леса.
Способы передвижения в пространстве в значительной степени обусловлены средой обитания. Из шести типов перемещений животных, которые выделяются зоологами, обитатели леса используют три. Однако здесь будет рассказано лишь о двух, о лазанье и о полете, причем лишь о пассивном полете, ведь именно он специфичен для обитателей леса. А о передвижении шагами, к которому относят обычную ходьбу, бег и прыжки, будет только упомянуто, так как оно универсально для жителей любых ландшафтных регионов суши.
ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ
АЛЬПИНИСТЫ
Каждая семья общественных насекомых – пчел, ос, муравьев, термитов – имеет свой общий, только ей свойственный запах. Чужака стража в дом не пустит. Насекомые, живя вместе, невольно пропитываются им, а вот кролику-самцу приходится специально метить своих детей. Самец сумчатой летяги метит своим запахом самку. Пахучая метка одновременно и обручальное кольцо, и свидетельство о вступлении в брак, и новая фамилия по мужу.
К обонятельному близок химический язык. На нем любят обсуждать свои дела и издавать «приказы» общественные насекомые. В семьях муравьев, имеющих несколько каст, мелкие рабочие нянчатся с детворой, а солдаты странствуют в поисках корма. Малюсеньким личинкам уже известно, кто кем будет, став взрослым. Решает судьбу молодежи старшее поколение. Если пищи вокруг много, солдаты успешно справляются со своей задачей, а сытые царицы откладывают много яиц. Таким семьям нужны няньки. На полноценной пище личинки быстро взрослеют и достигают совершеннолетия, не успев вырасти, а потому на всю жизнь остаются мелкими рабочими муравьями – няньками.
Если корма муравьиной семье не хватает, голодные самцы и самки начинают выделять особое вещество, которое няньки переносят личинкам. Это приказ о мобилизации, то есть распоряжение личинкам стать солдатами. Приказ будет выполнен, если его доведут до сведения личинок на 45—60-й день после их последней линьки. «Новобранцы» могут быстро наладить снабжение продовольствием, и это обстоятельство важно заранее предвидеть. Для этого муравьиному государству нужно иметь точные представления о численности собственной армии.
Судить о ней позволяет концентрация особого вещества, выделяемого каждым солдатом. Когда армия достигнет предельной величины, концентрация этого вещества достигнет такого уровня, который позволит отменить приказ о «рекрутском наборе». Интересно, что и этот приказ будет понятен личинкам только на 45—60-е сутки после последней линьки.
Язык особенно важен для насекомых, живущих большими семьями. Им постоянно приходится обмениваться информацией, устраивать митинги и общие собрания, на которых они объясняются с помощью сильно действующих химических веществ. Кочевые муравьи Америки – эцитоны то живут оседло, то отправляются в двух-трехнедельный поход. С наступлением ночи муравьи выстраиваются в колонны и, забрав весь скарб, личинок и куколок, уходят в многодневный поход. Как они сговариваются, когда начать поход, где его кончить? И кто подает сигнал к выступлению?
Оказывается, подрастающие личинки начинают выделять особое вещество, которое слизывают муравьиные няньки и передают остальным членам семьи. Это вещество, как сигнал горна, играющего «поход», вызывает у муравьев желание кочевать. Когда они его наедятся вдоволь, усидеть на месте уже не могут, хватают в челюсти личинок и марш-марш в поход.
Пройдет 18—19 дней, личинки вырастут, приступят к окукливанию и перестанут выделять «вещество странствий». Муравьи успокаиваются, делают остановку и живут оседло, пока из отложенных маткой яичек не выведутся и не подрастут новые личинки, которые и дадут сигнал к походу. Ученые подсчитали, что муравьиной семье достаточно 10 возбуждающих химических веществ, различные сочетания которых дают им возможность «обсуждать» любые муравьиные проблемы.
Запаховый и химический язык поддается имитации. Среди животных широко распространено использование чужих запахов в качестве поддельных удостоверений личности и фальшивых пропусков. В тропических странах живут муравьи, которые сами муравейников не строят. Взрослая самка заползает в муравейник другого вида муравьев. Стража у входа пропускает ее беспрепятственно. Она предъявляет фальшивый пропуск, выделяя вещество, похожее на маточное вещество царицы муравейника, но действующее еще сильнее. Поэтому рабочие муравьи начинают ухаживать за нею, за ее яичками, личинками, куколками. Постепенно они перестают признавать собственную царицу и убивают ее.
Личинка жужелицы шауми выделяет вещество, сходное с веществом царицы термитника. Предъявив подложные документы, она беспрепятственно добирается до камеры, где обитает царица, и съедает хозяйку дома. Теперь она будет жить в чужом доме, окруженная вниманием огромной армии термитов, которые чистят ее и кормят. Сами термиты убежденные вегетарианцы. Такая пища не совсем удовлетворяет личинку, и она время от времени разнообразит меню своими благодетелями – термитами.
СРЕДСТВА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
Способы передвижения в пространстве в значительной степени обусловлены средой обитания. Из шести типов перемещений животных, которые выделяются зоологами, обитатели леса используют три. Однако здесь будет рассказано лишь о двух, о лазанье и о полете, причем лишь о пассивном полете, ведь именно он специфичен для обитателей леса. А о передвижении шагами, к которому относят обычную ходьбу, бег и прыжки, будет только упомянуто, так как оно универсально для жителей любых ландшафтных регионов суши.
ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ
Лесные животные, впрочем, как и другие сухопутные позвоночные, весьма разнообразны. Между коротконогой землеройкой и длинноногим окапи на первый взгляд нет ничего общего. Между тем, несмотря на кажущиеся различия, все они подчиняются общей закономерности: средняя длина костей их конечностей равна массе тела в степени 0,35. Совершенно очевидно, что если у землеройки короткие ноги, то ей, чтобы пробежать одинаковое с окапи расстояние, придется сделать гораздо больше шагов. Их количество обратно пропорционально массе или длине тела животного тоже в степени 0,35.
Теперь попробуем взглянуть на перемещение животных с энергетической точки зрения. Что выгоднее, быть большим или маленьким? Элементарные расчеты показывают, что затраты энергии на каждый шаг животного прямо пропорциональны его массе. Это значит, что при каждом шаге на перемещение 1 килограмма веса тела животные, независимо от размеров, затрачивают примерно равное количество энергии. Однако если мелкому зверьку приходится сделать 10 шагов там, где крупное шагнет лишь раз, ему, чтобы переместить 1 килограмм своего веса, придется затратить в 10 раз больше энергии, чем крупному. Выходит, что большим существам перемещение в пространстве обходится дешевле, чем мелким. С этой точки зрения выгоднее быть гигантом, как окапи, чем таким пигмеем, как землеройка.
Таковы закономерности передвижения по горизонтальной плоскости. Однако в зарослях животные, исключая самых крохотных, не могут развивать максимальную скорость. Обычно их ежедневные перемещения в первом лесном этаже невелики, поэтому нет необходимости быть особенно хорошими ходоками или бегунами-стайерами. Развивать значительную скорость на коротком отрезке пути – это куда ни шло, это вполне может пригодиться, но бег па длинные дистанции – удел жителей открытых равнин.
Коренным обитателям леса гораздо важнее умение перемещаться с этажа на этаж и точная оценка, во что могут обойтись подобные прогулки. И здесь закономерности прямо противоположны тем, которые наблюдаются при перемещении по горизонтали.
При беге в гору, тем более при вертикальном подъеме, животным приходится совершать дополнительную работу. При этом они накапливают потенциальную энергию, равную произведению своего веса на величину подъема. Исходя из физических закономерностей, очевидно, что работа по подъему 1 килограмма веса тела на 1 метр будет одинаковой для любого животного. 1 килограммометр потенциальной энергии эквивалентен 2,34 калории, но так как эффективность работы мышц равна всего лишь 25 процентам, фактически это животным обходится в 9 калорий. Для мышонка, весящего 4 грамма, у которого и без того из-за малых размеров расход энергии велик и составляет при полном покое примерно 2 калории в минуту, а во время движения резко возрастает, дополнительные расходы при подъеме на высоту одного метра теоретически должны составить всего 0,036 калории.
Наблюдения за лазающими животными показали, что действительно при подъеме вверх расход энергии у мышей увеличивается всего на 20—25 процентов. У обезьяны весом около 20 килограммов возрастает почти вдвое, а у крупного бурого медведя, который в покое на 1 грамм своего тела тратит в 70—80 раз меньше энергии, чем мышь, 6000—6500 дополнительных калорий, необходимых при движении по вертикали, приводит к увеличению расхода энергии на 500—600 процентов.
Таким образом, мелким животным выгоднее быть верхолазами, чем крупным. Пристрастие к древесному образу жизни обходится рыси или леопарду значительно дороже, чем кунице или белке. Вот почему эти зверьки чувствуют себя на деревьях так уверенно, особенно белки, с одинаковой легкостью спускающиеся и поднимающиеся по вертикали или двигающиеся по спирали вокруг ствола.
Среди ветвей очень важно уметь прыгать. Многие аборигены верхних этажей леса охотно пользуются этим способом передвижения. Большинство способно стремительно передвигаться в кронах деревьев, однако им чаще, чем жителям первого этажа, приходится прыгать с места без предварительного разбега. Та же белка, если ей не угрожает мгновенная опасность, прежде чем совершить длинный прыжок с одного дерева на другое, приостанавливается на конце ветви, а значит, гасит кинетическую энергию, накопленную в процессе движения. Чем быстрее бежит животное, тем дальше оно может прыгнуть, а в некоторых случаях кинетическая энергия разбега может использоваться для прыжка в высоту. Однако точных данных о скорости передвижения в верхних этажах леса чрезвычайно мало, поэтому остановимся только на прыжках с места.
Теоретические расчеты показывают, что животные со сходной конструкцией тела, если у них все размеры увеличиваются в одинаковой пропорции, должны прыгать с места на одинаковую высоту. Иными словами, величина прыжка не зависит от размеров животных. Измерение высоты прыжков показало достаточно большое совпадение теоретических предсказаний с их реальной величиной. Вот несколько цифр, характеризующих «прыгучесть»:
Блоха весом в 0,5 мг прыгает вверх на 20 см
Жук-щелкун » 40 мг » 30 см
Саранча » 3 г » 60 см
Человек » 70 кг » 60 см
Лемур-галаго» 200 г. » 225 см
Пусть читателя не удивляет величина, указанная для человека. Здесь, во-первых, имеется в виду не чемпион по прыжкам, у которого масса соответствующих мышц больше, чем у среднего человека того же веса. А во-вторых, приведенные здесь цифры характеризуют лишь перемещение центра тяжести. У стоящего человека он находится примерно на высоте 1 метра от поверхности земли. Следовательно, при прыжке на высоту 160 сантиметров (согласитесь, что это неплохо и человеку специально не тренированному совершенно недоступно) его центр тяжести поднимется всего на 60 сантиметров.
Приведенные данные показывают, что у животных, которые по массе тела отличаются друг от друга в 100 миллионов раз, высота прыжков изменяется лишь в 10 раз! А если изъять из этого ряда галаго, которого называют чемпионом по прыжкам в высоту, различия будут еще меньше.
Причина различий легко объяснима. Мелким и мельчайшим животным прыгать мешает маленький рост, слишком большая поверхность тела в сравнении с их объемом. Поэтому сопротивление воздуха для них оказывается очень велико, и никакие манипуляции по изменению формы тела не могли бы его существенно снизить. У блохи оно поглощает 3/4 энергии прыжка, а у крупного кузнечика значительно меньше, всего лишь 1/4. Для галаго потеря равняется всего 3 процентам, а для более крупных существ, в том числе человека, столь мала, что не оказывает влияния на высоту прыжка.
Способность галаго совершать гигантские прыжки объясняется очень совершенной конструкцией его конечностей, построенных в расчете на передвижение прыжками, и значительной массой мышц, обеспечивающих движение задних конечностей. Она у них примерно в два раза больше, чем у других позвоночных. Кроме сопротивления воздуха, мелкие и мельчайшие существа сталкиваются и с другими трудностями. Высота прыжка в итоге определяется скоростью отрыва животного от субстрата, иными словами, скоростью, которую тело животного успевает набрать к тому моменту, когда его конечности потеряют контакт с опорой. Лапы животного – система рычагов. Перед прыжком они складываются, а в момент прыжка распрямляются, отталкивая тело от земли. Именно в этот момент животное и приобретает необходимую для прыжка скорость.
Независимо от размера для достижения одинаковой высоты животные должны иметь одинаковую скорость. Путь, который проходит тело животного в процессе разгона, зависит от размеров конечностей: чем они меньше, тем путь короче. Значит, пройдя крохотную дистанцию длиною меньше 1 миллиметра, тело блохи всего за 1 миллисекунду должно приобрести такую же скорость, как тело человека, прошедшее до прыжка значительный путь, и следовательно, двигаться в этот короткий миг с гораздо большим ускорением, чем человек.
Мышцы насекомых не способны сокращаться с такой колоссальной скоростью. Поэтому прыгучесть блохи долгое время вызывала недоумение. Теперь механизм ее прыжка изучен достаточно хорошо. Она взмывает вверх не за счет непосредственного сокращения своих мышц, а благодаря высвобождению заранее накопленной энергии.
В теле насекомых и других членистоногих животных встречается очень интересный белок – резилин. Он подобно резине обладает очень высокой упругостью, превосходя в этом отношении лучшие ее сорта. В честь нее белок и получил свое название. Его резильянс (все от того же корня), то есть коэффициент полезного действия, – 97 процентов. Это очень много. Только 3 процента энергии теряется в виде тепла. Даже резильянс лучших сортов резины не превышает 91 процента. Если резилин на несколько недель оставить в растянутом состоянии, он при этом не потеряет способности мгновенно восстановить первоначальный размер. Можно 50 раз в секунду растягивать кусочек резилина, и он каждый раз, мгновенно сокращаясь, будет отдавать 97 процентов энергии, затраченной на его растяжение!
Однако вернемся к блохе. У основания ее задних конечностей лежат эластичные подушечки, состоящие из уже известного нам резилина. Готовясь к прыжку, блоха поднимает задние ноги и сжимает резилин. Затем, как при спуске ружейного курка, специальный механизм освобождает ноги, и, приобретая большую скорость за счет упругой силы резилина, они отталкивают блоху от земли, и та стремительно взлетает вверх. Резилин, мгновенно распрямляясь, способен развить гораздо большую мощность, чем мышцы, которые, действуя медленнее, вызвали его сжатие. Точно так же катапульта, заряжаемая усилием одного человека, развивает мощность значительно большую, чем ее владелец.
Таким образом, жесткие физические закономерности однозначно определяют, кто из животных может обитать в кронах деревьев, и предписывают им определенные правила поведения, во всяком случае, в сфере двигательной активности.
Теперь попробуем взглянуть на перемещение животных с энергетической точки зрения. Что выгоднее, быть большим или маленьким? Элементарные расчеты показывают, что затраты энергии на каждый шаг животного прямо пропорциональны его массе. Это значит, что при каждом шаге на перемещение 1 килограмма веса тела животные, независимо от размеров, затрачивают примерно равное количество энергии. Однако если мелкому зверьку приходится сделать 10 шагов там, где крупное шагнет лишь раз, ему, чтобы переместить 1 килограмм своего веса, придется затратить в 10 раз больше энергии, чем крупному. Выходит, что большим существам перемещение в пространстве обходится дешевле, чем мелким. С этой точки зрения выгоднее быть гигантом, как окапи, чем таким пигмеем, как землеройка.
Таковы закономерности передвижения по горизонтальной плоскости. Однако в зарослях животные, исключая самых крохотных, не могут развивать максимальную скорость. Обычно их ежедневные перемещения в первом лесном этаже невелики, поэтому нет необходимости быть особенно хорошими ходоками или бегунами-стайерами. Развивать значительную скорость на коротком отрезке пути – это куда ни шло, это вполне может пригодиться, но бег па длинные дистанции – удел жителей открытых равнин.
Коренным обитателям леса гораздо важнее умение перемещаться с этажа на этаж и точная оценка, во что могут обойтись подобные прогулки. И здесь закономерности прямо противоположны тем, которые наблюдаются при перемещении по горизонтали.
При беге в гору, тем более при вертикальном подъеме, животным приходится совершать дополнительную работу. При этом они накапливают потенциальную энергию, равную произведению своего веса на величину подъема. Исходя из физических закономерностей, очевидно, что работа по подъему 1 килограмма веса тела на 1 метр будет одинаковой для любого животного. 1 килограммометр потенциальной энергии эквивалентен 2,34 калории, но так как эффективность работы мышц равна всего лишь 25 процентам, фактически это животным обходится в 9 калорий. Для мышонка, весящего 4 грамма, у которого и без того из-за малых размеров расход энергии велик и составляет при полном покое примерно 2 калории в минуту, а во время движения резко возрастает, дополнительные расходы при подъеме на высоту одного метра теоретически должны составить всего 0,036 калории.
Наблюдения за лазающими животными показали, что действительно при подъеме вверх расход энергии у мышей увеличивается всего на 20—25 процентов. У обезьяны весом около 20 килограммов возрастает почти вдвое, а у крупного бурого медведя, который в покое на 1 грамм своего тела тратит в 70—80 раз меньше энергии, чем мышь, 6000—6500 дополнительных калорий, необходимых при движении по вертикали, приводит к увеличению расхода энергии на 500—600 процентов.
Таким образом, мелким животным выгоднее быть верхолазами, чем крупным. Пристрастие к древесному образу жизни обходится рыси или леопарду значительно дороже, чем кунице или белке. Вот почему эти зверьки чувствуют себя на деревьях так уверенно, особенно белки, с одинаковой легкостью спускающиеся и поднимающиеся по вертикали или двигающиеся по спирали вокруг ствола.
Среди ветвей очень важно уметь прыгать. Многие аборигены верхних этажей леса охотно пользуются этим способом передвижения. Большинство способно стремительно передвигаться в кронах деревьев, однако им чаще, чем жителям первого этажа, приходится прыгать с места без предварительного разбега. Та же белка, если ей не угрожает мгновенная опасность, прежде чем совершить длинный прыжок с одного дерева на другое, приостанавливается на конце ветви, а значит, гасит кинетическую энергию, накопленную в процессе движения. Чем быстрее бежит животное, тем дальше оно может прыгнуть, а в некоторых случаях кинетическая энергия разбега может использоваться для прыжка в высоту. Однако точных данных о скорости передвижения в верхних этажах леса чрезвычайно мало, поэтому остановимся только на прыжках с места.
Теоретические расчеты показывают, что животные со сходной конструкцией тела, если у них все размеры увеличиваются в одинаковой пропорции, должны прыгать с места на одинаковую высоту. Иными словами, величина прыжка не зависит от размеров животных. Измерение высоты прыжков показало достаточно большое совпадение теоретических предсказаний с их реальной величиной. Вот несколько цифр, характеризующих «прыгучесть»:
Блоха весом в 0,5 мг прыгает вверх на 20 см
Жук-щелкун » 40 мг » 30 см
Саранча » 3 г » 60 см
Человек » 70 кг » 60 см
Лемур-галаго» 200 г. » 225 см
Пусть читателя не удивляет величина, указанная для человека. Здесь, во-первых, имеется в виду не чемпион по прыжкам, у которого масса соответствующих мышц больше, чем у среднего человека того же веса. А во-вторых, приведенные здесь цифры характеризуют лишь перемещение центра тяжести. У стоящего человека он находится примерно на высоте 1 метра от поверхности земли. Следовательно, при прыжке на высоту 160 сантиметров (согласитесь, что это неплохо и человеку специально не тренированному совершенно недоступно) его центр тяжести поднимется всего на 60 сантиметров.
Приведенные данные показывают, что у животных, которые по массе тела отличаются друг от друга в 100 миллионов раз, высота прыжков изменяется лишь в 10 раз! А если изъять из этого ряда галаго, которого называют чемпионом по прыжкам в высоту, различия будут еще меньше.
Причина различий легко объяснима. Мелким и мельчайшим животным прыгать мешает маленький рост, слишком большая поверхность тела в сравнении с их объемом. Поэтому сопротивление воздуха для них оказывается очень велико, и никакие манипуляции по изменению формы тела не могли бы его существенно снизить. У блохи оно поглощает 3/4 энергии прыжка, а у крупного кузнечика значительно меньше, всего лишь 1/4. Для галаго потеря равняется всего 3 процентам, а для более крупных существ, в том числе человека, столь мала, что не оказывает влияния на высоту прыжка.
Способность галаго совершать гигантские прыжки объясняется очень совершенной конструкцией его конечностей, построенных в расчете на передвижение прыжками, и значительной массой мышц, обеспечивающих движение задних конечностей. Она у них примерно в два раза больше, чем у других позвоночных. Кроме сопротивления воздуха, мелкие и мельчайшие существа сталкиваются и с другими трудностями. Высота прыжка в итоге определяется скоростью отрыва животного от субстрата, иными словами, скоростью, которую тело животного успевает набрать к тому моменту, когда его конечности потеряют контакт с опорой. Лапы животного – система рычагов. Перед прыжком они складываются, а в момент прыжка распрямляются, отталкивая тело от земли. Именно в этот момент животное и приобретает необходимую для прыжка скорость.
Независимо от размера для достижения одинаковой высоты животные должны иметь одинаковую скорость. Путь, который проходит тело животного в процессе разгона, зависит от размеров конечностей: чем они меньше, тем путь короче. Значит, пройдя крохотную дистанцию длиною меньше 1 миллиметра, тело блохи всего за 1 миллисекунду должно приобрести такую же скорость, как тело человека, прошедшее до прыжка значительный путь, и следовательно, двигаться в этот короткий миг с гораздо большим ускорением, чем человек.
Мышцы насекомых не способны сокращаться с такой колоссальной скоростью. Поэтому прыгучесть блохи долгое время вызывала недоумение. Теперь механизм ее прыжка изучен достаточно хорошо. Она взмывает вверх не за счет непосредственного сокращения своих мышц, а благодаря высвобождению заранее накопленной энергии.
В теле насекомых и других членистоногих животных встречается очень интересный белок – резилин. Он подобно резине обладает очень высокой упругостью, превосходя в этом отношении лучшие ее сорта. В честь нее белок и получил свое название. Его резильянс (все от того же корня), то есть коэффициент полезного действия, – 97 процентов. Это очень много. Только 3 процента энергии теряется в виде тепла. Даже резильянс лучших сортов резины не превышает 91 процента. Если резилин на несколько недель оставить в растянутом состоянии, он при этом не потеряет способности мгновенно восстановить первоначальный размер. Можно 50 раз в секунду растягивать кусочек резилина, и он каждый раз, мгновенно сокращаясь, будет отдавать 97 процентов энергии, затраченной на его растяжение!
Однако вернемся к блохе. У основания ее задних конечностей лежат эластичные подушечки, состоящие из уже известного нам резилина. Готовясь к прыжку, блоха поднимает задние ноги и сжимает резилин. Затем, как при спуске ружейного курка, специальный механизм освобождает ноги, и, приобретая большую скорость за счет упругой силы резилина, они отталкивают блоху от земли, и та стремительно взлетает вверх. Резилин, мгновенно распрямляясь, способен развить гораздо большую мощность, чем мышцы, которые, действуя медленнее, вызвали его сжатие. Точно так же катапульта, заряжаемая усилием одного человека, развивает мощность значительно большую, чем ее владелец.
Таким образом, жесткие физические закономерности однозначно определяют, кто из животных может обитать в кронах деревьев, и предписывают им определенные правила поведения, во всяком случае, в сфере двигательной активности.
АЛЬПИНИСТЫ
Лес – многоэтажный дом. Большинство его обитателей пользуются если не всеми, то, во всяком случае, несколькими этажами. Для этого им пришлось овладеть техникой передвижения в вертикальном и горизонтальном направлениях. Поскольку для перемещения с этажа на этаж здесь не предусмотрены удобные лестницы и тем более лифты, лесным жителям поневоле пришлось обзавестись альпинистским снаряжением. Не меньшие трудности они испытывают, если необходимо совершить прогулку в пределах своего этажа. Тут тоже приходится идти на риск, ведь живут они нередко на головокружительной высоте. И в этом случае альпинистское снаряжение находит применение, обеспечивая некоторую страховку и предохраняя от падения.
Кроме приспособлений, дающих возможность карабкаться вверх и спускаться вниз, надежно цепляясь за ветви или древесные стволы, верхолазам необходимы приспособления, позволяющие балансировать на горизонтальной ветке, перепрыгивать с дерева на дерево, принимать любое положение, не опасаясь головокружения и не страшась высоты. Здесь помогает лишь совершеннейшая координация движений и развитый вестибулярный аппарат, оперативно и с большой точностью информирующий мозг о положении животного в пространстве, о направлении его движения. Ведь передвигаться приходится в условиях ограниченной видимости или даже в полной темноте.
Верхолазам важно очень точно оценить свою линейную и угловую скорость, без чего невозможно выполнение сложных акробатических трюков. На основе этой информации быстродействующие двигательные центры мозга, работающие в автоматическом режиме, формируют команды мышечному аппарату, обеспечивая стремительное и безаварийное движение в хаосе ветвей и стволов.
Верхолазы пользуются двумя способами передвижения по своему многоэтажному дому. Одни – настоящие альпинисты, способные взбираться по вертикальным стволам, и их не останавливает даже абсолютно гладкая кора, по которой животные умеют двигаться в любом направлении. Другая часть древесных животных является собственно лазающими в традиционном понимании этого слова. При перемещении в верхних этажах леса они пользуются «руками» или различными видами устройств, позволяющих обхватывать ветви или даже стволы деревьев и надежно за них держаться.
Если высотники и снабжены дополнительными приспособлениями вроде острых когтей или чего-нибудь еще, то такое альпинистское снаряжение хотя и увеличивает надежность сцепления, но, безусловно, не является главным приспособлением верхолаза.
Типичный пример хватательного устройства – пятипалая рука человека. Между прочим, при высоких скоростях передвижения животным, пользующимся захватами, альпинистское снаряжение может только помешать, не позволяя быстро и без помех отцепляться от субстрата, и самые квалифицированные лазальщики избавились от дополнительных приспособлений. Вот чему мы обязаны появлением ногтей вместо традиционных когтей, обычных для подавляющего большинства млекопитающих, у которых есть пальцы.
Практически нет ни одной группы лесных животных, среди которой не нашлись бы верхолазы. На деревья научились забираться такие существа, которых никак не заподозришь, что они способны стать акробатами. В их числе медлительные, неуклюжие черепахи, громоздкий панцирь которых даже при движении по земле создает массу неудобств, за все цепляясь, мешая преодолевать малейшие неровности почвы, лишая возможности посещать слишком густые заросли травы и кустарников.
Тем не менее черепахи не избегают лесов. И мало того, в их среде нашлись верхолазы, способные регулярно подниматься на второй этаж. Цепляясь за неровности коры всеми четырьмя лапками и острыми зазубренными краями задних щитков на чуть вогнутом нижнем щите панциря, они неторопливо, с истинно черепашьей скоростью поднимаются по практически вертикальным стволам, а добравшись до развилки, преспокойно разгуливают по толстым ветвям.
Самые удивительные верхолазы – змеи. Кажется невероятным, что существо, начисто лишенное конечностей, не имеющее ни рук, ни ног, может жить высоко над землей в кронах деревьев. Однако ряд приспособлений, появившихся у древесных змей, позволяет им чувствовать себя среди ветвей вполне уверенно. Одно из главных – длинное тело. Увеличение размеров – это требование техники безопасности, во время странствий в верхних этажах леса оно дает возможность иметь много точек опоры, а следовательно, надежнее держаться при выполнении различных трюков. Этому же служит уменьшение толщины тела и серьезное уменьшение веса. Легкому существу проще удерживаться на шаткой опоре, не прилагая к тому особых усилий.
Верхолазу совершенно необходима хорошо развитая, мощная мускулатура. Вот почему среди удавов, обладающих недюжинной силой, так много высотников. Морские змеи или обитатели степей и пустынь такой мускулатуры не имеют. Если вы умудритесь схватить и поднять за хвост среднеазиатскую кобру или гюрзу, змея не сможет изогнуться и ужалить вас в руку. У нее на это не хватит силенок. В американском штате Пенсильвания существует необычный вид спорта. Здесь спортсмены состязаются, кто быстрее поймает голыми руками пять гремучих змей. Спорт этот действительно опасен. Когда имеешь дело с особенно ядовитыми рептилиями, приходится постоянно быть начеку, даже если они уже у тебя в руках. Почти любая змея способна, изогнувшись, подняться вверх по собственному телу и укусить за палец.
Другое дело древесные змеи. Сильные мускулы позволяют им не только изогнуться вверх, но и удерживать передний конец, почти половину своего тела, в горизонтальном положении и дотягиваться до соседних ветвей. В такие моменты змеи напрягают продольную мускулатуру, и их тело становится прямым и жестким, как палка. Приподняв передний конец тела вертикально, верхолаз на ощупь находит подходящую ветку и поднимается ступенькой выше. Когда змея охотится, она подкрадывается к добыче медленно, и все это время мышцы позволяют ей поддерживать на весу голову и переднюю часть тела.
Чтобы подняться вверх по высоким стволам, тоже необходимо длинное тело. Змеи-высотники обвиваются вокруг дерева и, двигаясь по спирали, легко взбираются по совершенно гладким стволам. Если кора шероховата, безногие эквилибристы способны брать препятствия «в лоб», подниматься напрямик по вертикали. При этом они пользуются обычным альпинистским снаряжением.
Для древесных змей типично сжатое с боков тело с двумя проходящими вдоль брюха продольными килями. Они образованы роговыми щитками, как бы надломленными в местах их перегиба с брюшной на боковую сторону тела. При движении по горизонтальной поверхности и при подъеме безногие альпинисты опираются на «ребра» щитков, цепляясь ими за мельчайшую шероховатость поверхности. С брюшной стороны кили ограничивают неглубокий желобок, «провал» животика, как у сильно изголодавшегося существа. Он придает телу устойчивость и позволяет с большими удобствами отдыхать или ползать по тонким горизонтальным ветвям.
Совершая сложные переходы через «пропасти» и форсируя вертикальные «стенки», змеи могут надежно подстраховываться. Эту функцию выполняет длинный и цепкий хвост. Он обвивается вокруг ближайшей ветки и гарантирует животное от случайного падения вниз. Впрочем, падение не грозит серьезными осложнениями. Тело древесных змей при незначительном весе имеет достаточно большую поверхность. При падении они «парашютируют», совершая «мягкое» приземление, и избегают серьезных травм.
Альпинистское снаряжение древесных змей позволяет им быстро и уверенно скользить по ветвям и лианам и в случае нужды уноситься настолько стремительно, что возникает впечатление, будто выпущенная из лука стрела пронизывает зеленую чашу в свободном полете, не опираясь на стволы и ветви. Некоторые верхолазы, вроде плетевидок, настолько хорошо приспособлены для жизни в воздушной среде, что по земле передвигаются медленной выглядят здесь беспомощными.
Среди древесных лягушек много превосходных верхолазов. Квакши на головокружительной высоте умеют так легко и непринужденно перепрыгивать с листа на лист, что птицы в сравнении с ними кажутся неуклюжими. Виртуозность воздушных акробатов объясняется наличием особых приспособлений, позволяющих удерживаться на гладкой поверхности стволов и листьев.
На кончиках пальцев древесных лягушек есть диски или пластинки, действующие наподобие резиновых присосок. Чтобы сцепление было надежным и нигде не пропускало воздуха, особые железки периодически выпускают липкую жидкость, а специальные мышцы делают диски более плоскими, что позволяет им плотнее прижиматься к субстрату в момент приземления. Кроме того, кожана горле и животе большинства квакш имеет ячеистое строение и снабжена железками, выделяющими такую же липкую жидкость, как и диски.
При движении древесные лягушки пользуются двумя механизмами прилипания. На гладких поверхностях действуют капиллярные силы сцепления. В этом случае значительная площадь живота служит отличной присоской. На шероховатых поверхностях квакша удерживается, главным образом, с помощью лап. Сцепление возможно при достаточно полной подгонке пальцевых дисков к рельефу поверхности, то есть при совпадении выступов на подушечках с мельчайшими впадинами субстрата. Это позволяет маленьким верхолазам свободно передвигаться по вертикальным плоскостям, даже по мокрому стеклу.
Кроме приспособлений, дающих возможность карабкаться вверх и спускаться вниз, надежно цепляясь за ветви или древесные стволы, верхолазам необходимы приспособления, позволяющие балансировать на горизонтальной ветке, перепрыгивать с дерева на дерево, принимать любое положение, не опасаясь головокружения и не страшась высоты. Здесь помогает лишь совершеннейшая координация движений и развитый вестибулярный аппарат, оперативно и с большой точностью информирующий мозг о положении животного в пространстве, о направлении его движения. Ведь передвигаться приходится в условиях ограниченной видимости или даже в полной темноте.
Верхолазам важно очень точно оценить свою линейную и угловую скорость, без чего невозможно выполнение сложных акробатических трюков. На основе этой информации быстродействующие двигательные центры мозга, работающие в автоматическом режиме, формируют команды мышечному аппарату, обеспечивая стремительное и безаварийное движение в хаосе ветвей и стволов.
Верхолазы пользуются двумя способами передвижения по своему многоэтажному дому. Одни – настоящие альпинисты, способные взбираться по вертикальным стволам, и их не останавливает даже абсолютно гладкая кора, по которой животные умеют двигаться в любом направлении. Другая часть древесных животных является собственно лазающими в традиционном понимании этого слова. При перемещении в верхних этажах леса они пользуются «руками» или различными видами устройств, позволяющих обхватывать ветви или даже стволы деревьев и надежно за них держаться.
Если высотники и снабжены дополнительными приспособлениями вроде острых когтей или чего-нибудь еще, то такое альпинистское снаряжение хотя и увеличивает надежность сцепления, но, безусловно, не является главным приспособлением верхолаза.
Типичный пример хватательного устройства – пятипалая рука человека. Между прочим, при высоких скоростях передвижения животным, пользующимся захватами, альпинистское снаряжение может только помешать, не позволяя быстро и без помех отцепляться от субстрата, и самые квалифицированные лазальщики избавились от дополнительных приспособлений. Вот чему мы обязаны появлением ногтей вместо традиционных когтей, обычных для подавляющего большинства млекопитающих, у которых есть пальцы.
Практически нет ни одной группы лесных животных, среди которой не нашлись бы верхолазы. На деревья научились забираться такие существа, которых никак не заподозришь, что они способны стать акробатами. В их числе медлительные, неуклюжие черепахи, громоздкий панцирь которых даже при движении по земле создает массу неудобств, за все цепляясь, мешая преодолевать малейшие неровности почвы, лишая возможности посещать слишком густые заросли травы и кустарников.
Тем не менее черепахи не избегают лесов. И мало того, в их среде нашлись верхолазы, способные регулярно подниматься на второй этаж. Цепляясь за неровности коры всеми четырьмя лапками и острыми зазубренными краями задних щитков на чуть вогнутом нижнем щите панциря, они неторопливо, с истинно черепашьей скоростью поднимаются по практически вертикальным стволам, а добравшись до развилки, преспокойно разгуливают по толстым ветвям.
Самые удивительные верхолазы – змеи. Кажется невероятным, что существо, начисто лишенное конечностей, не имеющее ни рук, ни ног, может жить высоко над землей в кронах деревьев. Однако ряд приспособлений, появившихся у древесных змей, позволяет им чувствовать себя среди ветвей вполне уверенно. Одно из главных – длинное тело. Увеличение размеров – это требование техники безопасности, во время странствий в верхних этажах леса оно дает возможность иметь много точек опоры, а следовательно, надежнее держаться при выполнении различных трюков. Этому же служит уменьшение толщины тела и серьезное уменьшение веса. Легкому существу проще удерживаться на шаткой опоре, не прилагая к тому особых усилий.
Верхолазу совершенно необходима хорошо развитая, мощная мускулатура. Вот почему среди удавов, обладающих недюжинной силой, так много высотников. Морские змеи или обитатели степей и пустынь такой мускулатуры не имеют. Если вы умудритесь схватить и поднять за хвост среднеазиатскую кобру или гюрзу, змея не сможет изогнуться и ужалить вас в руку. У нее на это не хватит силенок. В американском штате Пенсильвания существует необычный вид спорта. Здесь спортсмены состязаются, кто быстрее поймает голыми руками пять гремучих змей. Спорт этот действительно опасен. Когда имеешь дело с особенно ядовитыми рептилиями, приходится постоянно быть начеку, даже если они уже у тебя в руках. Почти любая змея способна, изогнувшись, подняться вверх по собственному телу и укусить за палец.
Другое дело древесные змеи. Сильные мускулы позволяют им не только изогнуться вверх, но и удерживать передний конец, почти половину своего тела, в горизонтальном положении и дотягиваться до соседних ветвей. В такие моменты змеи напрягают продольную мускулатуру, и их тело становится прямым и жестким, как палка. Приподняв передний конец тела вертикально, верхолаз на ощупь находит подходящую ветку и поднимается ступенькой выше. Когда змея охотится, она подкрадывается к добыче медленно, и все это время мышцы позволяют ей поддерживать на весу голову и переднюю часть тела.
Чтобы подняться вверх по высоким стволам, тоже необходимо длинное тело. Змеи-высотники обвиваются вокруг дерева и, двигаясь по спирали, легко взбираются по совершенно гладким стволам. Если кора шероховата, безногие эквилибристы способны брать препятствия «в лоб», подниматься напрямик по вертикали. При этом они пользуются обычным альпинистским снаряжением.
Для древесных змей типично сжатое с боков тело с двумя проходящими вдоль брюха продольными килями. Они образованы роговыми щитками, как бы надломленными в местах их перегиба с брюшной на боковую сторону тела. При движении по горизонтальной поверхности и при подъеме безногие альпинисты опираются на «ребра» щитков, цепляясь ими за мельчайшую шероховатость поверхности. С брюшной стороны кили ограничивают неглубокий желобок, «провал» животика, как у сильно изголодавшегося существа. Он придает телу устойчивость и позволяет с большими удобствами отдыхать или ползать по тонким горизонтальным ветвям.
Совершая сложные переходы через «пропасти» и форсируя вертикальные «стенки», змеи могут надежно подстраховываться. Эту функцию выполняет длинный и цепкий хвост. Он обвивается вокруг ближайшей ветки и гарантирует животное от случайного падения вниз. Впрочем, падение не грозит серьезными осложнениями. Тело древесных змей при незначительном весе имеет достаточно большую поверхность. При падении они «парашютируют», совершая «мягкое» приземление, и избегают серьезных травм.
Альпинистское снаряжение древесных змей позволяет им быстро и уверенно скользить по ветвям и лианам и в случае нужды уноситься настолько стремительно, что возникает впечатление, будто выпущенная из лука стрела пронизывает зеленую чашу в свободном полете, не опираясь на стволы и ветви. Некоторые верхолазы, вроде плетевидок, настолько хорошо приспособлены для жизни в воздушной среде, что по земле передвигаются медленной выглядят здесь беспомощными.
Среди древесных лягушек много превосходных верхолазов. Квакши на головокружительной высоте умеют так легко и непринужденно перепрыгивать с листа на лист, что птицы в сравнении с ними кажутся неуклюжими. Виртуозность воздушных акробатов объясняется наличием особых приспособлений, позволяющих удерживаться на гладкой поверхности стволов и листьев.
На кончиках пальцев древесных лягушек есть диски или пластинки, действующие наподобие резиновых присосок. Чтобы сцепление было надежным и нигде не пропускало воздуха, особые железки периодически выпускают липкую жидкость, а специальные мышцы делают диски более плоскими, что позволяет им плотнее прижиматься к субстрату в момент приземления. Кроме того, кожана горле и животе большинства квакш имеет ячеистое строение и снабжена железками, выделяющими такую же липкую жидкость, как и диски.
При движении древесные лягушки пользуются двумя механизмами прилипания. На гладких поверхностях действуют капиллярные силы сцепления. В этом случае значительная площадь живота служит отличной присоской. На шероховатых поверхностях квакша удерживается, главным образом, с помощью лап. Сцепление возможно при достаточно полной подгонке пальцевых дисков к рельефу поверхности, то есть при совпадении выступов на подушечках с мельчайшими впадинами субстрата. Это позволяет маленьким верхолазам свободно передвигаться по вертикальным плоскостям, даже по мокрому стеклу.