Текст книги "Операция «Лесные муравьи»"
Автор книги: Иосиф Халифман
Жанры:
Биология
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 20 страниц)
Иосиф Аронович Халифман
Операция «Лесные муравьи»
Введение
Каждому с детских лет ещё по букварю известна сказка о том, как Солнце, Мороз и Ветер спорили, кто из них сильнее.
Если эту старую сказку перевести на современный экологический лад, она прозвучит примерно так: кто сильнее в охране необходимых для жизни всего живого атмосферы, гидросферы, педосферы – Воздуха, Воды и Почвы?
Ответ на этот вопрос один: Человек.
Человек бесхозяйственными и неразумными действиями своими способен причинить природе подчас огромный урон и вред. И человек же, вдумчиво регулируя своё вторжение в ход природных процессов, может полностью избавиться от нежелательных последствий своего вмешательства.
Первым помощником и другом человека в его трудах по сохранению равновесия в природе, мощным орудием его воздействия на наиболее важные экологические системы был, есть и остаётся лес.
Здоровые массивы леса и лесные полезащитные полосы умеряют вредное действие мороза и солнца, предотвращают ветровую и водную эрозии земель, очищают и обогащают кислородом воздух атмосферы, поддерживают его влажность, питают водные источники и регулируют уровень грунтовых вод, защищают почвы в сопредельных зонах, распространяя благотворное влияние далеко за пределы своих границ.
Но защита самого леса, поддержание его силы и здоровья – задача многогранная и не может решаться одними и теми же средствами и приёмами в разных районах и при разных обстоятельствах.
У защиты природы своя история. Давно люди начали создавать ботанические и зоологические сады, заказники, заповедные парки, в которых под защиту государства или общественных организаций были взяты целые природные комплексы. В данном случае речь идёт о другом: для охраны целого экологического комплекса – лесов под защиту должны быть взяты все полезные виды лесных муравьёв, точнее – их гнёзда – муравейники Формика.
Почему именно они? Об этом и рассказывается в книге.
Один из основоположников науки о лесе, выдающийся натуралист и лесовод Г. Ф. Морозов настоятельно напоминает: «Жизнь животных в лесу тесно спаяна со свойствами леса, представляет собою приспособление к среде леса, находится как в зависимости от леса, с одной стороны, так, с другой стороны, влияет на жизнь леса… Лес есть не только общежитие древесных растений, он представляет собою общежитие более высокого порядка: в нём не только растения приспособлены друг к другу, но и животные к растениям и растения к животным, все это взаимно приспособлено друг к другу… Это взаимное приспособление всех живых существ друг к другу в лесу в тесной связи с внешними географическими условиями создает в этой стихии свой порядок, свою гармонию, свою устойчивость и то подвижное равновесие, какое мы всюду наблюдаем в живой природе, пока не вмешается человек» [1]1
Морозов Г. Ф.Учение о лесе. М., 1949, с. 314.
[Закрыть] .
Но человек может вмешиваться в порядок, стихию, гармонию, устойчивость, подвижное равновесие, царящие в лесу, с тем, чтобы поддерживать и укреплять их, повышая остойчивость той живой системы, которую Г. Ф. Морозов определял как «…единство, сообщество, реальную совокупность, биоценоз, наконец ландшафт» [2]2
Морозов Г. Ф.Учение о лесе. М., 1949, с. 315.
[Закрыть] .
В замечательной лекции героя романа Л. Леонова «Русский лес», в лекции, которая стала волнующей душевной беседой старого лесника с будущими товарищами по ремеслу, профессор Иван Вихров призывал слушателей «создавать творцов и покровителей леса», напоминая:
«Любой букварь неполноценен без вводной странички о значении и красе родной природы, леса в том числе; и плох учитель, если не сумел обучить свою паству этой самой действенной и благородной из наук. Терпеливо растолкуйте детям, что лес входит в понятие отечества… Сумейте использовать безграничное время и энергию своих юных питомцев, одинаково пригодную для разрушения и созидания, – меньше будет загубленных деревьев, поломанных садов, разорённых гнёзд и муравейников, в чем дети нередко видят особое удальство. Есть вещи, непосильные никакому бюджету и ведомству, кроме как всенародному и целеустремленному порыву. Думается, что именно комсомольцу и школьнику, будущим хозяевам преобразуемой земли, полагалось бы возглавить поход в защиту зеленого друга» [3]3
Леонов Л.Собр. соч. в 10 т., т. 9, М., 1953, с. 317.
[Закрыть] .
О работе зачинщиков массового похода друзей и покровителей леса, о защите шестиногих стражей его здоровья и долголетия – муравьёв Формика и рассказывается в этой книге. Речь здесь идёт и о начинаниях и поиске старых натуралистов, учёных, и о работе юннатов, зеленых патрулей, воспитанников лесных школ.
Пароль скрещенных антенн
Герой этой повести
Знакомство с героем этой книги хочется начать с опытов одного из английских натуралистов Л. Брайана. Он нашел способ за несколько минут создавать условия, вынуждающие муравьёв наглядно демонстрировать наблюдателю в лаборатории одно из самых характерных своих отличий, одну из интереснейших особенностей муравьиной породы.
В лаборатории Брайана в искусственных гнёздах жили красные муравьи Мирмика рубра. Гнездо было довольно сильное, и для опытов из него можно было брать необходимое количество насекомых, тем более, что в гнездовом садке было прорезано окошко, «лаз», куда легко и удобно вводилась трубочка «черпачка», об устройстве которого будет сказано ниже.
Вот Л. Брайан высыпает под стекло какое-то количество личинок и рабочих муравьёв, и муравьи не расползаются, а сосредоточиваются в одном месте; разделяет обитателей садка на отдельные кучки, но они все равно вновь стягиваются друг к другу; берет садок с ячеистым дном, и тогда Мирмики складывают расплод в одну, а если не умещается, то в несколько соседних ячеек, вновь создавая, таким образом, гнездо: в центре – личинки, вокруг – няньки.
То же получается в подобных опытах с муравьями других видов: они собираются в клубок, кучку, гнездо.
Какие же силы сплачивают муравьёв и что им дает жизнь в тесноте?
Известно, что у муравьёв сильно развит инстинкт заботы о потомстве. В полушутливой повести Эразма Маевского «Доктор Мухолапский», пожалуй, даже слишком натуралистично описаны опыты, в которых муравей с отстриженным брюшком – по сути, уже не муравей, а одна только голова и грудь на ножках – бросается при первом же сигнале тревоги к пакету с личинками или к складу куколок и уносит молодь в более укромное место.
Вот эту реакцию и использовал в своих исследованиях выдающийся знаток муравьёв В. Караваев. Он направлял луч света в камеры гнезда с личинками и таким образом побуждал муравьёв перетаскивать расплод в затемненные отсеки. Однажды начав, муравьи, как заведенные, продолжали уносить личинок, даже когда свет был уже выключен, и не успокаивались, пока не уносили всех.
Но так бывает, оказывается, только при определенных условиях.
Для опытов В. Караваев взял 13 одинаковых гнёзд: 10 – по десятку муравьёв, 2 – по 50, последнее – 100. В каждое гнездо он поместил по 25 личинок одного возраста. На следующий день, когда беспокойство, вызванное переселением, улеглось, в «детские камеры» в течение 5 минут направляли луч света, который приводил в движение настоящую цепь живых токов.
Спустя час исследователь осмотрел камеры с личинками. Оказалось, что в гнезде с сотней муравьёв она была совершенно пуста, в гнёздах с полусотней насекомых осталось по нескольку личинок, а в гнёздах с десятком муравьёв почти все личинки лежали нетронутыми – муравьи бросили их на произвол судьбы. Почему же такой могучий инстинкт, как забота о потомстве, не проявился в малочисленных группах и отчетливо «сработал» в группах более или менее многочисленных?
Это оставалось загадкой до тех пор, пока в начале тридцатых годов нашего века в саду Золотой Рыбки при Пекинском университете профессор Чи За-чен не заложил свои ставшие знаменитыми опыты.
Профессор решил проследить характер воздействия физического скопления особей на физиологические свойства скопившихся, или проще: учёный задумал выяснить, нет ли объективного различия между свойствами и способностями живых существ, когда они находятся в одиночестве и когда собраны по два, по три или более многочисленными группами?
Подобная затея могла показаться на первый взгляд весьма странной, однако вот что получилось в опытах, поставленных с распространенным в Китае муравьем Кампонотус японикус. Это вид, у которого рабочие особи не одинаковы: размер самых мелких – примерно 9, средних – 11, а крупных – 15 миллиметров. В любой семье все три группы различаются довольно отчетливо.
Для первого опыта Чи За-чен взял крупных, пятнадцатимиллиметровых муравьёв. Разумеется, что насекомых для исследования отбирали каждый раз из одного гнезда и даже из числа одновременно появившихся на свет. Таким образом, в опыт поступили одинаковые по происхождению и наследственным задаткам родные сестры-ровесницы.
Чтобы избежать влияния посторонних условий, отобранных муравьёв до начала опыта некоторое время содержали в искусственном гнезде и кормили одинаково.
Помощники Чи За-чена, хорошо вымыв и просушив 70 одинаковых прозрачных бутылей, насыпали в каждую по 130 кубических сантиметров хорошо просушенного и просеянного через сита песка с песчинками среднего размера. В каждый из 70 сосудов налили по 35 кубических сантиметров дистиллированной воды и поверхность сырого песка тщательно выровняли.
Когда эта процедура была закончена, Чи За-чен поселил в каждую бутыль по одному муравью из числа отобранных для испытания.
Итак, одинаковых насекомых поместили в одинаковые условия. Естественно было ожидать, что это должно побуждать муравьёв к одинаковой деятельности.
Что же получилось?
Попав на сыроватый песок, муравей обычно начинает (и здесь действует строительный инстинкт) рыть норку. Однако муравьи в опытах Чи За-чена принимались за дело отнюдь не сразу и совсем не одинаково.
Одни стали рыть песок тотчас, другие почему-то медлили, да и торопился, и медлил тоже каждый по-своему. Прошло четыре часа, а работали ещё только 47 муравьёв. За сутки число роющих поднялось до 52, и лишь спустя примерно 70 часов все 70 муравьёв рыли песок во всех 70 бутылях.
Обнаружилось также, что и места для работы муравьи выбирали разные. Большинство начинало рыть песок с наиболее освещенной стороны, у самой стеклянной стенки, но были и такие, которые предпочитали тень.
Мало того, большинство Кампонотусов сосредоточенно и неотступно рыли норку в одной точке, некоторые же принимались ковырять песок в двух-трех местах. Многие орудовали ножками и жвалами беспрерывно, пока полностью не скрывались в хорошо заметных углублениях, обрамленных валиком из выброшенных наверх песчинок, а иные беспорядочно суетились, кое-как, вкривь и вкось бороздя песок.
Выходило, что в одинаковых условиях одинаковые по размеру, возрасту и происхождению насекомые ведут себя отнюдь не одинаково. Почему?
Для следующего опыта Чи За-чен отобрал 36 здоровых, полных сил Кампонотусов всех трех «калибров».
Каждому насекомому был присвоен номер и отведена отдельная, персональная бутыль с песком для постоянного проживания. В таком стандартном гнезде жилец проводил 18 часов в сутки, после чего на остальные 6 часов его переселяли в другую бутыль. Так продолжалось три дня. Следующие три дня в качестве временных обиталищ использовали только 18 бутылей, помещая в них по два Кампонотуса. На третью трёхдневку временно вселяли в бутыль уже по три муравья. И, наконец, в последние три дня повторяли условия первого варианта. Во время опыта регистрировали время с момента переселения муравьёв в бутыли и до начала рытья. Учитывали также количество песка, выброшенного муравьями за 6 часов на поверхность.
В протоколах опытов описаны удивительные вещи: одинокому муравью было явно «не по себе», избавившись же от одиночества, очутившись «в обществе», он становился совсем иным.
Интересно, что муравьи, посаженные в бутыли по одному, начинали рыть песок через 160–192 минуты, а собранные по два или по три – уже через 28–33 минуты. Муравей-одиночка за 6 часов выбрасывал на поверхность несколько песчинок, а вдвоем или втроем они резко увеличивали производительность: в некоторых случаях даже в 3500 раз!
Продолжая исследование, профессор Чи За-чен выделил из числа взятых под наблюдение насекомых шесть муравьёв: трех наиболее быстрых и усердных и трех очень медлительных и вялых. Через сколько же времени приступали к работе муравьи в разных парах и тройках? И сколько в каждом случае успевали они сделать? Показания хронометра и результаты тщательного подсчета песчинок показали, что известное правило «с кем поведешься, от того и наберешься» подтверждалось здесь лишь в одном смысле: заразительны были только положительные примеры, отрицательные же подражания не вызывали.
Так, наиболее прилежным из всех подопытных выказал себя муравей М 6. В одиночестве, в роли отшельника поневоле, он через три – пять минут принимался за работу. И в паре, и втроем с гораздо менее ревностными пескокопами он так же оставался верен себе и через такое же время принимался ножками и жвалами усердно разгребать песок в бутыли.
М 3был, напротив, отъявленным лодырем и в одиночестве все шесть часов слонялся по бутыли, ничего не делая. В компании же с другим муравьем принимался рыть песок в среднем через 30 минут, а в группе из трех – уже через 13 минут.
Вялый становился в группе более энергичным, медлительный – более быстрым, ленивый – более прилежным. Вот о чем говорили исследования в бутылях.
Французские энтомологи академик Пьер Грассе и профессор Реми Шовен углубили содержание открытия В. Караваева и Чи За-чена и подтвердили их выводы в новых опытах с муравьями Лептоторакс туберум и Формика руфа.
105 рабочих муравьёв вида Лептоторакс были по одному, двое, трое, пятеро и десятку размещены в 25 устроенных в плитке белого гипса и прикрытых сверху стеклом клетках емкостью 500 кубических миллиметров каждая. В этих маленьких гнёздах поддерживали необходимую влажность; муравьёв кормили древесной пудрой с сахаром и мукой из сухих кузнечиков.
Кормили их щедро и обильно, но уже через 12 дней все подопытные, содержавшиеся поодиночке, погибли, а через 18 погибли и почти все рабочие муравьи из 15 клеток, где они содержались по двое, трое и пятеро. Только там, где их было по десятку, подавляющее большинство осталось живым.
Примерно так же закончились испытания и для 120 лесных муравьёв Формика руфа.
Подобные опыты с пчелами показали, что защитное действие группы сказывается, если содержать пчел хотя бы по две вместе, а при содержании десятками оно проявляется ещё отчетливее, чем при содержании пятерками. Примерно то же получилось и в аналогичных опытах с термитами, которых содержали в группах разной численности.
Общественные насекомые живут в группах значительно дольше, чем изолированные, – таков окончательный вывод французских энтомологов.
Вывод был очень неожиданным, он не укладывался в старые представления, дразнил мысль множеством новых вопросов.
Крупный английский знаток биологии, шмелевед Д. Фри находит, что полное одиночество вредно и шмелям. В группах же шмелевые самки не только дольше живут, но и более плодовиты. Одним словом, на шмелях тоже подтвердился закон, открытый в биологии более высокоразвитых видов общественных насекомых.
Явление, о котором идёт речь, прослежено также на комнатных и плодовых мухах, тараканах, долгоносиках, чернотелках, саранче…
Стадная и одиночная саранча различаются не только повадками, но и внешне – даже окраска у них разная. Личинки одиночной формы – травянисто-зелёные, а стадные – ярко-жёлтые или оранжевые с чёрным. Взрослые насекомые тоже неодинаковы. Нет необходимости перечислять все условия, определяющие в каждом отдельном случае тип саранчи. Достаточно сказать, что зависит он также и от того, как содержались личинки – поодиночке или группами. Когда личинок стадной саранчи помещали после первой линьки в клеточки по одной, они вырастали одиночными. Если же молодых личинок одиночной саранчи собирали по нескольку штук, они становились типично стадными. При этом большое, иногда решающее значение имеет и то, как долго содержалась личинка в одиночестве, в каком возрасте попала в группу, могли ли личинки в группе соприкасаться, в темноте они содержались или на свету.
Чем глубже исследовалось действие одиночного и группового выращивания личинок и взрослых насекомых, тем разнообразнее становились факты, открываемые научной разведкой. Влияние количества совместно развивающихся особей отчетливо сказывается у разных видов, для каждого из которых существуют своя норма, свои пределы наиболее благоприятной плотности. И это не только у насекомых.
Интересные вещи обнаруживаются, например, в аквариумах, где долго содержались какие-нибудь рыбы. Казалось бы, возможности для их развития здесь если не совсем исчерпаны, то уж наверняка обеднены. Однако некоторые рыбы растут в воде, где до них жили такие же, как они, несравненно быстрее и лучше, чем в свежей. Похоже, что рост ускоряется воздействием оставленного их предшественниками какого-то вещества. В одиночестве же эти рыбы и тугорослы, и маложизнеспособны.
К подобным выводам приводят опыты с животными и птицами. Белые крысы, например, если содержать их по 20 штук, поедают корма каждая в среднем значительно больше, чем размещенные по пять штук.
А в мире птиц открыты и вовсе фантастические примеры влияния группы на особь. Голубь-самец кормит птенцов, как известно, отрыжкой из зобной железы; когда самец выращен в одиночестве, эта железа у него не развивается. У самки, выращенной в одиночестве, не созревают яичники, она не способна нестись… Но достаточно присутствия второй птицы, не обязательно другого пола – в конце концов это может быть даже одна только видимость присутствия, только отражение того же голубя в зеркале, поставленном в клетку, – и самец, и самка вновь обретают свойства, признаки и способности, угнетенные выращиванием в противоестественном одиночестве. А уж если одиночество так действует на голубя, то что сказать об общественных насекомых, живущих биологическими семьями?
Среди большего или меньшего числа себе подобных особь приобретает физиологические свойства и отличия, черты строения и особенности повадок, которых лишена в одиночестве. Как тут не вспомнить о новых, совсем не так давно открытых физических свойствах радиоактивных элементов, которые в определенной критической массе порождают новый вид энергии? Эффект билогической группы открыт и исследуется на таком, казалось бы, академическом объекте, как муравьи. Практическая польза открытия поначалу была не совсем ясна. Но теперь нет сомнений, что овладение действующими здесь закономерностями обещает ввести биологов-натуралистов, а за ними агрономов и зоотехников в целый мир новых явлений. Разгадка больших и малых тайн, связанных с эффектом группы, вооружит человека новой властью над многими скованными пока силами органической природы и среди них над теми, которые питают и поддерживают связи, сплачивающие тысячи особей в целостную семью общественных насекомых, в частности – в семью муравьёв.
О чем говорит темная точка на передней кромке крыла
Всем известная старинная и успевшая стать классической басня о Стрекозе и Муравье тоже будет здесь рассмотрена. Но очередь до неё дойдёт позже. Сейчас с действующими лицами той же басни придётся встретиться по другому поводу, в связи с новой, недавней историей. Значение её может, однако, остаться недооценённым, если не напомнить, что она имеет отношение к флаттеру.
Это повествование хочется начать с напоминания об одном мечтателе, жившем на окраине глухого провинциального городка царской России. Ночи напролёт просиживал он за столом при свете керосиновой лампы, выводя математические формулы полёта к звёздам. Может быть, только в наши дни, когда с земли Советов поднялись, выходя на свои орбиты, первые искусственные спутники и первые космонавты, мир по-настоящему оценил всё величие давнего подвига.
Как же не сказать здесь, что, пытаясь мысленно заглянуть в будущее, учёный, прокладывавший в своих инженерных расчётах путь межпланетных кораблей, предвидел, что, даже отрывая ракеты от Земли и отправляя их в космос, человек не удовлетворится, не остановится, будет дальше совершенствовать летательные аппараты, будет искать не только новые пути ко все более высоким целям, но и новые, более простые средства полёта.
Размышляя об этих средствах, К. Э. Циолковский обращал свой взор прежде всего к природным летательным аппаратам, к насекомым, летающим посредством одной пары крыльев, и приходил к выводу, что если аэропланы когда-нибудь заменятся орнитоптерами, то разумное устройство их потребует от нас ещё более тщательного изучения полета птиц и насекомых.
Первым разобравшись в том, почему крылья продолговаты, и начисто разбив доводы учёных, считавших, что «гусь в полете должен расходовать лошадиную энергию», создатель науки о ракетоплавании заметил, что рождение ракет для космических полетов нисколько не помешает появлению орнитоптеров – птицелетов и энтомоптеров – насекомопланов.
Отец русской авиации Николай Егорович Жуковский в своих работах развил мысли об устройстве летательного аппарата птиц и насекомых и способах их полета, объяснил планирование птицы и всякого аппарата тяжелее воздуха.
В последние годы крылья живых существ внимательно изучаются во всем мире. Подвинулось и исследование полета насекомых. Оказалось, здесь имеют значение жилки крыльев: от того, как они размещены, зависит механика крыла.
Но тогда пришлось спросить: почему, каким образом?
Естествоиспытатель, который ставит перед собой подобные вопросы, совершает первый шаг к открытию. Пришло время, и такие шаги были сделаны первоначально инженером В. А. Слесаревым, затем биологом Ю. М. Залесским и рядом других исследователей, посвятивших себя разгадке тайны летящего насекомого. Испытывая природу и учась у нее, стали они закладывать камни в основание новых мостов, ведущих в будущее.
Друзья знаменитого художника Архипа Ивановича Куинджи в своих воспоминаниях, относящихся к концу прошлого века, приводят историю бабочки, которая случайно залетела в мастерскую живописца и осенним утром примерзла к стеклу. Пробуя освободиться, она так сильно обтрепала крыло, что не могла больше летать. А. И. Куинджи принялся спасать насекомое. Из собственных волос смастерил он каркас крыла, а между волосами вклеил вырезанные из тонкой бумаги заплатки, которые мастерски раскрасил, скопировав рисунок с другого крыла.
И вот бабочка вновь полетела, и художник был очень рад этому: он не ставил перед собой иной задачи – он хотел только вернуть бабочке возможность летать…
Прошло примерно полвека, и другой русский художник – Владимир Евграфович Татлин, известный не только картинами, но и нашумевшим когда-то проектом грандиозной башни Интернационала, выставил на всеобщее обозрение модель летательного прибора – конструкцию под названием «Летатлин». Свыше десяти лет работал художник над построенным без единого расчета и собранным из ясеня, лозы, пробки, липы, сыромятных ремней, китового уса, шелка, дюраля 36-килограммовым орнитоптером.
Художники подражали природе. Ученые исследуют её в разных планах, ищут её законы. При этом они на каждом шагу обнаруживают, что птицы и насекомые чрезвычайно искусные летуны, а летательные аппараты их много экономичнее тех, которые построены человеком. Насекомые, например, не меняя положения тела, с помощью одних крыльев с необычайной легкостью совершают в воздухе такие маневры, которые недоступны самым лучшим самолетам. Иная крохотная мушка, без лупы её и не рассмотреть, за всю жизнь выпьет, может быть, только несколько капель нектара, а как летает!
Что дает ей эту возможность?
Ю. М. Залесский искал ответ на этот вопрос, выясняя роль, которую играют в полете отдельные участки крыла.
Он педантично изучал множество различных и по-разному летающих насекомых – мух, комаров, сетчатокрылых, кобылок, кузнечиков, различных жуков. Хирургическими ножницами отрезал он отдельные части крыльев, а затем предоставлял оперированным насекомым свободу и следил, как они летят, что изменилось в полете.
У стрекоз разных видов на всех четырех крыльях аккуратно удалялась птеростигма – так исследователи насекомых называют глазок, темное хитинистое утолщение у переднего края вершины крыла.
Глазок-птеростигма есть и на крыльях насекомых некоторых муравьёв (о том, что это за крылатые муравьи, речь пойдет дальше), но её значение здесь пока специально не исследовалось. Что касается стрекозы, этот вопрос изучен Ю. М. Залесским. После удаления птеростигмы насекомое менее равномерно взмахивает крыльями, полет его становится как бы порхающим.
Птеростигма регулирует взмахи крыла и имеет механическое значение.
Когда об этом узнал крупнейший наш специалист в области аэродинамики М. К. Тихонравов, он сразу вспомнил о флаттере.
Пора сказать, что так названы те вредные колебания крыла, которые иногда могут разрушить крылья летательных аппаратов.
Известный лётчик-испытатель Марк Галлай, вспоминая о первой своей встрече с этим неожиданно и неизвестно откуда возникающим, но вполне реальным воздушным чудовищем, рассказывал, что однажды будто огромные невидимые кувалды со страшной силой забарабанили по его самолету. Всё затряслось так, что приборы на доске стали невидимыми, как спицы вращающегося колеса. Казалось, крылья полощутся, как вымпел на ветру. Летчика швыряло по кабине из стороны в сторону. Штурвал, будто превратившийся в какое-то совершенно самостоятельное живое и притом обладающее предельно строптивым характером существо, вырвался из рук и метался по кабине так, что все попытки поймать его ни к чему, кроме увесистых ударов по кистям и пальцам, не приводили. Грохот хлопающих листов обшивки, выстрелы лопающихся заклепок, треск силовых элементов конструкции сливались во всепоглощающий шум.
Вот он, флаттер!
Немало замечательных конструкций разрушено этим бичом скоростных полетов, немало пилотов-испытателей погибло, не в силах совладать с ним и разбившись вместе с поднятой в воздух конструкцией.
Теперь всё это в прошлом. Выдающийся советский математик, ныне президент Академии наук СССР, академик М. В. Келдыш разработал специальную теорию возникновения внезапных колебаний крыла и оперения самолета под действием аэродинамических сил. На основе этой теории были найдены способы устранения флаттера. Коварное препятствие на пути создания новых самолетов удалось устранить, утяжеляя у конца крыльев переднюю кромку. Там, где имеется такое утяжеление, вредные колебания не возникают.
Но ведь птеростигма – это и есть утолщение передней кромки конца крыльев!
Получается, что биологи, исследуя полет насекомых, обнаружили на крыльях стрекозы в птеростигме прообраз того самого приспособления, которым авиационные конструкторы после долгих и дорогостоящих поисков оснастили крылья скоростных самолетов. И прообраз этого усовершенствования, оказалось, существует на крыльях многих насекомых миллионы лет.
Предки современных стрекоз, известные по отпечаткам в отложениях пермского периода, также имели на своих крыльях птеростигмы.
Именно в связи с раскрытием назначения птеростигмы на крыльях стрекозы М. К. Тихонравов говорил, что природа иногда указывает, как самые сложные задачи решаются с поразительной простотой.
В 1972 году в известном всему научному миру «Журнале сравнительной физиологии» была напечатана обстоятельная статья шведского исследователя Норберга Эке. В ней говорилось о том, как в природе с удивительной простотой, о какой писал М. К. Тихонравов, решаются самые сложные задачи.
«Птеростигма имеет большую массу, чем окружающие участки крыла той же площади», – подчеркнул в статье Эке. «У разных насекомых, в первую очередь у стрекоз, – рассказывает учёный, – определяли положение оси вращения крыла и положение центра тяжести в последовательных отрезках крыла. Всюду, во всех отрезках ось вращения обнаруживалась впереди центра тяжести. Всюду, за исключением одного отрезка – отрезка со стигмой, где центр тяжести находился перед осью вращения» [4]4
Эке Н.Птеростигма крыльев насекомых как инерционный регулятор опускания переднего крыла. – «Журнал сравнительной физиологии», 1972, № 1, с. 14–16.
[Закрыть] .
Специалистами давно установлено, что при активном полете критические скорости ниже, чем при планировании, по причине очень опасной тенденции к пикированию крыла и именно птеростигма предотвращает возникновение этой опасности.
Когда на примере стрекоз подсчитали, насколько может быть повышена критическая скорость полета при птеростигме и насколько птеростигма отодвигает угрозу флаттера, оказалось: вес птеростигмы не превышает одной тысячной веса тела насекомого, а критическая скорость полета может в иных случаях возрастать на 25 процентов!
Дальнейшие исследования энтомологов Гетеборгского университета показали, что для мелких насекомых птеростигма делает крыловой взмах более эффективным при медленном или парящем полете, тогда как у крупных насекомых большее значение имеет повышение уровня критической скорости полета.
Птеростигма есть обычно на крыльях у стрекоз, сетчатокрылых, в том числе у муравьиного льва, с личинкой которого нам предстоит познакомиться, у сеноедов, клопов, наконец, у перепончатокрылых, в том числе и у муравьёв. Некоторые насекомые, имеющие птеростигму, способны при полете активно контролировать угол пикирования, но это не уменьшает значения птеростигмы: она своё назначение выполняет – срабатывает, не расходуя энергии.
Разве эта история не достойна стать сюжетом новой басни? Мораль здесь говорила бы человеку: «Учись у природы, набирайся у нее ума, чтоб уметь все делать лучше, чем сама природа!»
Опыт с увеличенными в десять-пятнадцать раз по сравнению с естественными и изготовленными из бумаги и целлофана моделями машущих крыльев насекомых, испытания их в жидкой среде помогли разобраться, что может создавать у них силу тяги и подъемную силу.
Произведенная Ю. М. Залесским сверхскоростная съемка показала, что крыло бабочек, например, совершает в полете не простое машущее движение, но ещё и волнообразно изгибается при этом.
Другие насекомые летают иначе. Крылья двукрылых (мух, комаров) или перепончатокрылых (пчел, ос, муравьёв) в полете все время меняют угол атаки и заносятся то вперед, то назад, так что вершина крыла непрерывно описывает восьмеркообразную кривую.
Когда группа советских инженеров пристроила к лопастям ветряного двигателя дополнительные подвижные крыловидные лопасти, которые также производили восьмеркообразные движения, то ветряк заметно выиграл в мощности и стал исправно и производительно работать даже при самом слабом ветре.
Изучение крыла и летных способностей насекомых открывает бесконечные возможности создавать разнообразные оригинальные устройства для стоячего полета, парения, планирования, подъема, приземления.
