привязаны к задним конечностям, в отличие от крыльев летучих мышей и птерозавров, поэтому птичьи лапы свободны для бега. У многих птиц мощные лапы, и бегают они очень быстро – страусы разгоняются до 70 км/ч. Ящерицы – дальние родственницы птиц, и некоторые ящерицы-василиски, в том числе шлемоносный василиск (очень подходящее название), обитающий в Южной и Центральной Америке, носятся по воде на сильных задних лапах со скоростью 25 км/ч – почти так же быстро, как по земле. Западноамериканская поганка исполняет величественный и немного смешной брачный танец, при котором самец и самка вместе бегут по воде так быстро, что поверхности касаются только лапы и хвост. Примерно такую же способность задействуют и альбатросы, когда разбегаются перед взлетом с воды, только у них уходит на это больше сил. Лапы у альбатросов большие, перепончатые, ножки поганок почти лишены перепонок, но на каждом пальце есть листоподобные выросты, позволяющие достичь примерно того же.
Бесспорные хозяева воздушного пространства – насекомые, которые завладели им почти за 200 миллионов лет до того, как к ним присоединились позвоночные, первыми из которых были птерозавры. Я привык думать, что, как только появляется ниша (какой-то образ жизни или специализация), как тут же какое-нибудь живое существо эволюционирует, чтобы ее занять. Трудно понять, почему позвоночные давным-давно не заняли многочисленные ниши, связанные с полетом: спасение от хищников, поиски пищи с воздуха, миграция на дальние расстояния, ловля насекомых на лету – все то, о чем мы с вами говорили во 2-й главе. В свете 4-й главы я бы предположил, что насекомые заняли воздушное пространство так быстро благодаря маленьким размерам.
ЛЕБЕДИ НА ОКСФОРДСКОМ КАНАЛЕ
Большим птицам очень трудно взлететь.
Но они все равно взлетают.
Примерно 300 миллионов лет назад, в каменноугольный период, существовали гигантские стрекозы с размахом крыльев в 70 сантиметров, которые порхали – если это слово здесь уместно – среди гигантских плаунов и папоротников.
Вероятно, вы заметили забавную ошибку в научно-фантастическом триллере Майкла Крайтона “Парк юрского периода”. Герои встречают стрекоз с метровым размахом крыльев. Автор слишком увлекся собственным сюжетом и забыл, что изначально он строился на прекрасной идее: ученые, восстановившие фауну парка динозавров, вывели всех тамошних обитателей из ДНК, выделенной из крови, которую пили комары, впоследствии увязшие в смоле. Но комары не пьют кровь стрекоз – и вообще самые древние насекомые, сохранившиеся в янтаре, жили на 100 миллионов лет позднее гигантских стрекоз каменноугольного периода.
Доказано, что гигантизм у стрекоз каменноугольного периода был возможен только потому, что тогда в атмосфере было больше кислорода. По самым смелым оценкам, его доля, вероятно, доходила до 35 % (для сравнения, сегодня – 21 %). У насекомых воздух проникает по трубочкам во все тело, если атмосфера была более богата кислородом, это сдвигало верхнюю границу размера несколько выше. Большое количество кислорода в атмосфере приводило к тому, что лесные и степные пожары (в результате удара молнии) случались чаще. Возможно, гигантские стрекозы спасались на своих огромных крыльях от вездесущего огня. В этом им везло больше, чем их ползающим современникам, гигантским многоножкам каменноугольного периода в 2,5 метра длиной или гигантскому скорпиону Pulmonoscorpius размером 70 сантиметров – по-моему, таким существам самое место в страшном сне. Что касается существа под названием Eryops, то его можно описать как гигантского тритона – это был прожорливый хищник, достигавший трехметровой длины, который в каменноугольный период занимал нишу образа жизни крокодилов.
У насекомых нет костей. Чтобы лучше представить себе их скелет, можно рассмотреть их более крупных родственников – омаров. У тех вместо костей что-то вроде роговых суставчатых трубок[8] – так называемый экзоскелет, – внутри которого прячутся мягкие и влажные ткани организма. Крылья насекомых – не видоизмененные передние конечности, как у птиц, а тонкие, как бумага, отростки экзоскелета, подвижно закрепленные на панцире груди. Мышцы, которые поднимают крылья, тянут вниз ближний к телу конец крыла изнутри панциря, поэтому крыло поднимается вверх, словно рычаг. У небольшого числа крупных насекомых, вроде стрекоз, движение крыла вниз обеспечивается мышцами на дальней стороне крепления, как и следует ожидать. Но у гораздо большего количества насекомых у этого движения другой механизм, не такой очевидный. Мышцы, идущие вдоль груди, сокращаются, отчего верхняя часть панциря груди выпячивается. Это косвенно толкает крылья вниз, поскольку они крепятся на груди.
Насекомые способны махать крыльями с невероятной частотой – у некоторых мошек она достигает 1046 раз в секунду, на две октавы выше “до” первой октавы. Это вариант того безумно раздражающего жужжания, которое вы слышите, когда вас вот-вот укусит комар, которое поэт Д. Г. Лоуренс назвал “ненавистной дудочкой”[9]. Невероятно трудно было бы достичь таких частот за счет одних лишь нервов, которые командовали бы мышцам крыла “вверх-вниз” тысячу раз в секунду. Они и не командуют. Вместо них у насекомых автоколебательные мышцы, которые вибрируют сами по себе, запуская нечто вроде очень частой дрожи. Летательные мышцы гнуса или комара – это маленькие поршневые двигатели, которые либо включены, либо выключены. Центральная нервная система просто приказывает: “Лети” (“включай автоколебательный двигатель”). А через некоторое время говорит: “Остановись” (“выключай двигатель”). Все время, пока мускульный двигатель включен, он вибрирует на заданной частоте, которая определяется “частотой настройки” крыльев. Крыло – словно маятник, который качается с заданной частотой, но несравнимо быстрее, чем маятник любых часов. Нота, которую мы слышим, меняется – будь то жужжание комара или шмеля. Но в основном это происходит потому, что, когда насекомое меняет направление, поведение “маятника” меняется под воздействием так называемых сил инерции. Именно поэтому морской хронометр Харрисона стал таким большим шагом вперед – только там были задействованы значительно более медленные колебания. Маятниковые часы на качающемся корабле теряют точность.
ГИГАНТСКИЙ ВОДЯНОЙ КЛОП
Самое крупное насекомое с автоколебательным механизмом крыла. Осторожно: мощные челюсти!
Некоторые более крупные насекомые, например стрекозы и саранча, устроены иначе. Как и у птиц, каждый взмах вверх и каждое движение вниз у них подчиняются командам центральной нервной системы. Автоколебательные механизмы движения мышц обычны для более мелких насекомых, но не для всех. Вероятно, самые крупные насекомые, которые летают таким образом, – гигантские водяные клопы – это грозные тропические создания со страшными челюстями, они больно кусаются, но не ядовиты. По большей части они живут в воде, но могут и летать. Именно благодаря большим размерам это насекомое выбрал для изучения автоколебательной мускулатуры мой оксфордский наставник профессор Прингл по прозвищу Весельчак Джон (улыбку он выдавливал
