Занимательная энтомология

Полёт насекомых намного больше, чем “простое летание”. Воздушные трюки и маневры, которые выполняют насекомые, нельзя обнаружить ни у одного существа, включая очаровательную колибри. В своей книге «БИОМЕХАНИКА ПОЛЁТА НАСЕКОМЫХ: ФОРМА, ФУНКЦИЯ, СОЗДАНИЕ» (The Biomechanics of Insect Flight: Form, Function, Evolution) Роберт Дадли пытается объяснить, как на протяжении миллионов лет у некоторых насекомых образовались крылья и механизм полёта. Для полёта насекомым нужны высоко специализированные приспособления. Биомеханические предпосылки полёта насекомых включают чрезвычайно сильные мышцы грудного отдела для генерации силы, подмышечный аппарат (“плечи” насекомых) для того, чтобы преобразовывать эту силу, и сами крылья, которые превращают силу в полёт. Многие насекомые могут совершать разнообразные воздушные трюки, потому что у них есть мышечная система как прямого, так и непрямого действия.

В отличие от мышц непрямого действия, прямые мышцы прикреплены непосредственно к крыльям. Спиннобрюшные (средняя линия на спинке) мышцы сокращаются для того, чтобы поднимать крылья. Продольные мышцы сокращаются для того, чтобы опускать крылья. Когда спиннобрюшные мышцы сокращаются, спинка (дорсальные пластинки) опускается и крылья вращаются вокруг других складок и поднимаются. Когда сокращаются продольные мышцы, дорсальная пластинка опять поднимается и крылья поворачиваются в противоположном направлении вокруг внешних складок. Кроме того, насекомые способны махать крыльями, вырисовывая восьмёрку, благодаря своим спиннобрюшным мышцам, которые прикреплены к основанию крыла.

В результате такой уникальной мускулатуры насекомые могут махать крыльями быстрее, чем птицы, которые имеют прямую мышечную систему. Мышечная система человека также прямая. Оторвитесь на минуту от чтения и займитесь чем-нибудь другим. Вытяните руки в стороны на уровне плеч. А теперь делайте махательные движения руками так быстро, как только можете в течение пяти секунд. Если вам удастся сделать двадцать таких движений, это будет чудо! Насекомые же способны сделать за одну секунду до 1000 взмахов!!! Они проделывают этот трюк благодаря своей уникальной мышечной системе, а также уникальному дизайну своего мозга. Сами мышцы получают немного команд из мозга. Когда человек машет руками, его мозг отдаёт команду каждому движению обеих рук. А вот мозг насекомого не должен думать о каждом взмахе крыла: ему нужно всего лишь инструктировать крыло тогда, когда необходимо начинать и заканчивать махание.

А теперь вспомните, что когда вы махали руками, вы, вероятно, не только выглядели смешно для окружающих, но вы также и быстро устали. А теперь представьте, что вы машете руками со скоростью в 200 раз в быстрее! Наверное, самый сильный человек свалился бы от изнеможения. Показатели обмена веществ всех летающих существ чрезвычайно высоки по сравнению с существами, которые обитают на суше. Дадли признаёт: “Для осуществления полёта необходимо очень много энергии, и поэтому обмен веществ крылатых насекомых имеет наилучший физиологический дизайн среди всех существующих животных” (Дадли, 2000, слова выделенным шрифтом были добавлены). У насекомых нет основного дыхательного органа (наподобие лёгких); вместо этого кислород поступает к полётным мышцам через трахеальную дыхательную систему насекомого. насекомые дышат не так, как человек. Они не втягивают воздух, а просто рассеивают газы, которые проходят через трахеальную дыхательную систему. Эта система занимает до 10 процентов массы тела насекомого. Всё тело насекомого оснащено специально для полёта, но несмотря на это многие учёные заявляют, что способность летать появилась у насекомых в результате эволюционной случайности.

Исследователь Майкл Дикинсон утверждает, что в своих аэродинамических трюках насекомые используют такие явления, как замедленный срыв воздушного потока, захват спутной струи и вращательный поток. Замедленный срыв воздушного потока возникает, когда крыло самолёта прорезается через воздух под слишком крутым углом. Вихри, создаваемые самолётами, обычно оставляют за собой турбулентность в воздушных потоках. Однако насекомым такие вихри необходимы для того, чтобы оставаться в воздухе и лететь. Вихрь представляет собой циркуляционный поток жидкости, наподобие того, который возникает в стекающей ванне. Когда угол небольшой, воздух ударяется о переднюю часть крыла и протекает гладко в двух потоках по верхней и нижней поверхности крыла. Верхний поток движется быстрее, в результате чего над крылом создаётся более низкое давление. Именно оно и тянет крыло вверх, создавая тягу. Первый этап срыва воздушного потока вначале увеличивает подъемную силу из-за недолгой потоковой структуры, называемой вихрь передней кромки крыла. Этот вид вихрей образуется непосредственно сверху и позади передней кромки крыла. В вихре создается чрезвычайно быстрый воздушный поток, и низкое давление, которое образуется в результате этого, добавляет существенную подъемную силу.

Кроме замедленного срыва воздушного потока, Дикинсон обнаружил, что в начале и в конце каждого взмаха крылья образуют кратковременные силы, которые нельзя полностью объяснить срывом воздушного потока. Эти силовые пики образуются во время изменения взмаха, когда крыло замедляет скорость и быстро вращается, что говорит о том, что именно вращение ответственно за силовые пики. Дикинсон продемонстрировал эту идею вращательной циркуляции, сравнив её с теннисным мячиком. Теннисный мячик, который находится под действием обратного вращательного движения, тянет воздух быстрее своей верхней поверхностью, что заставляет мячик подниматься, тогда как обратное вращательное движение тянет воздух быстрее снизу, что приводит к тому, что он опускается. Дикинсон сделал вывод, что именно с помощью вращательной циркуляции крылья создают существенную силу подъёма.

И, наконец, Дикинсон обнаружил, что захват спутного потока — столкновение крыла с вихревым попутным воздушным потоком предыдущего взмаха крыла — участвует в полёте насекомых. Каждый взмах крыла оставляет позади множество вихрей. Когда крыло меняет направление в обратную сторону, оно проходит через этот перемешивающийся воздух. Попутные воздушные потоки содержат энергию, которая отдается насекомым воздуху, таким образом, захват спутного потока помогает насекомому повторно использовать энергию.

Эволюция крыльев насекомых и последующий полёт на самом деле представляют собой такое явление, которое эволюционисты не способны объяснить. Насекомые являются самыми лучшими летательными аппаратами — даже наиболее современные созданные человеком самолёты не могут сравниться с полётом насекомых. Нет способа, с помощью которого у насекомых постепенно развился бы полёт, как нет и окаменелостей, которые бы свидетельствовали о каких либо переходных видах между летающими и нелетающими насекомыми. Летопись окаменелостей указывает на то, что если, к примеру, полёт и эволюционировал у насекомых, то это произошло очень быстро. Однако, такое быстрое и сложное эволюционное продвижение невозможно, и более того, оно противоречит самой эволюционной теории. Все данные свидетельствуют о тщательно разработанном сложном дизайне, и подтверждают, что всё было создано полностью функциональным с самого начала. Все свидетельства указывает на разумный дизайн полёта насекомых — его форму, функцию и создание.

У малых габаритов есть и другая сторона медали: век насекомого, как правило, короток. Дольше двух лет живут единицы, а у всех прочих жизненный цикл укладывается в несколько месяцев, недель или дней. Личинка комара, к примеру, развивается во взрослое насекомое прежде, чем высохнет её обиталище — мелкая лужица, — и даже успевает спариться и отложить в ней яйца. Комнатные мухи и тли с их коротким жизненным циклом, пользуясь временным изобилием пищи, за пару недель выводят несколько поколений потомства.

Способность в короткие сроки давать несколько поколений имеет ещё одно преимущество. В случае изменения внешних условий естественный отбор позаботится о выживании самых здоровых и сильных особей. Они-то и начнут размножаться, дав жизнь новому поколению, лучше приспособленному к новым условиям. Если группа насекомых переселится в другое место, вступит в силу тот же принцип — каждое новое поколение будет чуточку отличаться от предыдущего, а так как живут они недолго, в конечном итоге происходит стремительная эволюция.

Способность быстро эволюционировать сделала насекомых на редкость живучими существами. Они встречаются во всевозможных формах, размерах и окраске, осваивая любые места обитания всеми мыслимыми способами. Их челюсти легко управляются с любым кормом, и, пожалуй, не найдётся такого органического материала, который не сгодился