14 марта 2010 г.

Дельфины: “люди” из моря?

«ЭТОГО НЕ МОЖЕТ БЫТЬ!..» ...С изумлением воскликнул в 30-х годах прошлого столетия английский физиолог, профессор сэр Джеймс Грей. И было чему дивиться. Наблюдая за стремительными движениями зубатых китов, ученый вдруг выявляет фантастический парадокс: скорость дельфинов не соответствует их реальной мощности! Пересчитывая и пересчитывая невероятные цифры, Грей убеждался, что дельфин не переставал изумлять его. Дельфин в движении затрачивал значительно меньше энергии, чем любой другой движущийся в воде объект...
Чтобы нестись в море-океане со скоростью 60 километров в час, мышечная сила дельфина должна быть в семь-восемь раз больше, чем та, которой они обладают. Этот нонсенс в науке получил название «парадокс Грея». Так или иначе, он перекликается с другим феноменом: дельфин не только весьма быстро набирает скорость, но и еще быстрее ее гасит. Ни одному техническому средству, ни одной конструкции не выдержать столь чудовищной нагрузки! А тут — пожалуйста! О том же изумлялся сам Аристотель. В своей «Истории животных» он в духе сэра Грея «возмущался»: «Невероятные истории рассказывают о быстроте движения этих созданий (дельфинов. — С.К.). Они быстроходней всех животных, морских и сухопутных, и могут выпрыгивать из воды выше мачт крупных судов...» А как на самом деле, какую максимальную скорость может развить дельфин, никто не знает. Но ясно: 60 километров в час — не предел. «Оседлав» носовую волну идущего судна, дельфины летят со скоростью до 90 километров в час. Впрочем, задавшись вопросом, для чего дельфины то и дело выпрыгивают из воды, ученые вывели: а для того, чтобы плыть еще быстрее. При скорости пять метров в секунду дельфин, выпрыгивая из воды, увеличивает ее еще на три метра. В итоге — восемь... Шестьдесят километров в час... Вроде бы не ахти какая скорость. Иные наземные млекопитающие куда быстрее. Гепард развивает скорость до 100 километров в час, вилорог (антилопа) — 90, газель — 80, заяц-русак — более 70... Да, но не будем забывать: вода в 800 раз плотнее воздуха! Так вот: условно говоря, если бы дельфин умел летать, то скорость его полета достигла бы 48 000 километров в час, или — 13,3 километра в секунду! А это где-то между второй (11,2 км/сек) и третьей (16,67 км/с) космическими скоростями, что нашему гипотетическому «аэродельфину» вполне достаточно для преодоления земного притяжения и выхода в открытый Космос. А быть может, и в межзвездное пространство... если преодолеть тяготение нашего светила. Но тут закавыка. При космических скоростях и воздух становится таким же вязким и плотным, как вода. Вот и бьются ракетчики над дельфиньими секретами по части их скоростного движения. Тут надо кое-что вспомнить. На заре авиации — в 1911 году русский ученый Н.Е.Жуковский теоретически рассчитал идеальное гидродинамическое крыло самолета. И обнаружилось, что плавники дельфина — идеальные крылья, словно созданные по чертежам Жуковского. И неудивительно, что дельфины с такой легкостью исполняют самые сложные фигуры высшего подводного пилотажа. Так в чем же заключается скоростная премудрость дельфинов? По мнению американского специалиста Форреста Гленна Вудда, великолепные достижения дельфинов зависят от их мощности и гидродинамических качеств. «Однако чтобы получить четкое представление о том, за счет чего они развивают столь высокие скорости, необходимо каждую величину измерить отдельно, а как раз этого мы и не умеем. Логично предположить, что вследствие большей насыщенности крови кислородом дельфин обладает более сильной мускулатурой, чем человек. Но столь же логично и предположение, что различия в скоростях плавания дельфина и человека зависят не столько от мощности мускулатуры, участвующей в движении, сколько от гидродинамических характеристик пловцов. Никто не опроверг идеи Крамера о суперэластичности кожи дельфина. И даже если Крамер неправ и кожа не представляет собой системы каналов со свободно циркулирующей жидкостью, подавляющей турбулентность в рассекаемой жидкой среде, то никто не доказал, что кожа дельфинов не обладает иными, не известными нам сейчас свойствами, позволяющими уменьшать турбулентность в омывающем потоке. Биолог рассматривает дельфина как результат эволюции, длившейся миллионы лет. Выражаясь языком инженеров, конструкция дельфина прошла самые жесткие испытания на соответствие условиям эксплуатации. Вполне логично предположить, что за это время кожа дельфинов усовершенствовалась настолько, что приобрела своеобразные, не известные нам свойства, позволяющие животному рассекать воду с минимальной затратой сил...» Ученым давно известно, что дельфины обладают особыми внутренними органами, которые помогают им уменьшить давление воды на кожу. Но стремительность плавания обеспечивают не только мускулы и обтекаемая форма тела. Чтобы снизить сопротивление воды, дельфины управляют своей кожей. Она реагирует на давление воды и препятствует срыву обтекания, не давая свободному потоку превратиться в турбулентный. Однако до недавнего времени никто не знал, снижает ли турбулентное трение фактура и упругость дельфиньей кожи и почему зубатые киты меняют ее каждые два часа. И вот японские физики из Киотского института технологий провели детальное компьютерное моделирование движения потока воды по коже дельфина. И выяснилось: мягкость и волнистость их кожного покрова уменьшает трение скольжения в воде. А потеря частиц кожи по всему телу во время движения создает водовороты. Они и сглаживают трение с потоком вокруг поверхности дельфина, который замедляет его движение. Ученым еще предстоит немало потрудиться, дабы понять удивительную способность дельфинов передвигаться с такой малой затратой сил. В этом дельфин очень напоминает шмеля, который по всем законам аэродинамики летать не может, однако он почему-то летает. Скоростное плавание дельфинов — сплошная загадка. Толкуя о каком-либо другом обитателе Земли, уже давно можно было бы поставить точку. С дельфинами не получается. Какую сторону их существа, а равно — существования ни возьми, сплошные откровения, особенности и загадки не от мира сего. Сплошные облака запредельных смыслов. В чем будем убеждаться вновь и вновь. НА ОДИН ГЛАЗ — ДВЕ ТОЧКИ ПРОСТРАНСТВА... До 1940-х годов об «аристократах моря» ученые мало что ведали. К тому, что писал Аристотель о физиологии и поведении дельфинов более двух тысяч лет назад, наука почти ничего не могла добавить. Такая скудость познаний объяснялась тем, что никому и никогда не удавалось подолгу содержать дельфинов в неволе, где за ними можно было бы внимательно наблюдать. И лишь после Второй мировой войны, когда в океанариумах США более-менее наладились непосредственные наблюдения за афалинами, сразу же были развеяны некоторые ошибочные представления о бутылконосых. Так, оказалось, что дельфины движутся вовсе не с помощью штопорообразных движений лопастей хвоста, как считалось ранее. Оказалось, что издаваемые ими звуки, особенно в возбужденном состоянии, очень разнообразны, как и формы их сексуального поведения. Дельфин в отличие от многих других животных, зрение которых ничуть не хуже, а у некоторых и лучше, обладает уникальной способностью хорошо видеть и в воздухе, и в воде... Это при всем том, что оптические свойства воздуха и воды совершенно различны, то есть для качественного зрения под водой и в воздухе нужны совершенно разной конструкции глаза. Любой ныряльщик знает: если не надеть специальную маску, под водой видимость очень плохая —изображения всех предметов размыты, расфокусированны. Вообще-то добиться хорошего изображения и в воздушной, и в водной средах в равной мере довольно просто. Для этого поверхность, перед которой вода сменяется воздухом (или наоборот), должна быть не выпуклой, а плоской. Тогда ни при каких условиях эта поверхность не будет работать как линза, а значит, вся остальная оптическая система глаза будет одинаково действовать и в воздухе, и под водой. Именно в этом и состоит назначение маски ныряльщика. Однако округлая, выпуклая форма глаза, в том числе и форма роговицы, вовсе не случайность, не прихоть природы, а необходимость для поддержания формы глаза. Глаз приобретает упругость, способность строго сохранять свою форму и размеры благодаря избыточному внутриглазному давлению, неизбежно становится выпуклой и роговица глаза. С одной стороны, роговица у дельфина должна быть плоской, с другой — это невозможно... Нам кажется, что мы хорошо, резко видим все предметы вокруг нас — и те, что расположены прямо перед нами, и те, что на периферии поля зрения. На самом деле мы четко видим лишь очень небольшой участок поля зрения — тот, куда направлен наш взор. Такая особенность зрения определяется строением сетчатки глаза: ее способность различать достаточно мелкие детали зависит от того, насколько плотно расположены на ней светочувствительные клетки (рецепторы) и нервные клетки, передающие сигналы к мозгу (ганглиозные клетки). Чем реже расположены ганглиозные клетки, грубее их мозаика, тем менее детален переданный в мозг образ. Части изображения, которые оказались спроецированными на центр сетчатки, передаются в мозг очень подробно, детально, а те, что спроецированы на остальную сетчатку, — довольно грубо, приблизительно. Это не недостаток, а очень полезное свойство: если бы плотность клеток была максимальна по всей сетчатке, то в сотни раз увеличился бы объем передаваемой в мозг информации, в которой он бы просто захлебнулся. Специальные области сетчатки, где ганглиозные клетки расположены особенно густо (зоны наилучшего видения), есть почти у всех животных. Именно такие области и определяют остроту зрения. Форма и расположение зон наилучшего видения у разных животных различны. У человека и обезьян она маленькая (всего около одного градуса в поперечнике) и находится в центре сетчатки, причем плотность фоторецепторов и нервных клеток там огромна: таким образом достигается очень высокая острота зрения. У разных наземных животных острота зрения весьма различна, но каждый глаз у них у всех имеет одну и только одну зону наилучшего видения. Не то у черноморской афалины (Tursiоps truncatus). Ученые обнаружили у нее удивительное свойство. Рассказывает кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории эволюции сенсорных систем Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова АН Алла Масс: «В отличие от всех наземных млекопитающих, имеющих одну ОНВ — область наилучшего видения, в сетчатке дельфина существуют две такие области. Расположены они на экваторе сетчатки: одна из них находится в задней части, то есть в той, которая смотрит вперед (ведь оптическая система глаза переворачивает изображение); другая — в передней, которая смотрит назад...» Они расположены не в центре сетчатки, а по краям, приблизительно на одинаковом расстоянии от центра. На одной из них оптика глаза обеспечивает хорошее изображение в воде, а на другой — преимущественно в воздухе. Это предположение подтверждается многими наблюдениями. Когда дельфин хочет что-то рассмотреть под водой, он обычно поворачивается к объекту боком (одним глазом), использует задне-боковую ОНВ. А чтобы увидеть предмет в воздухе, дельфин располагается к нему носом (смотрит двумя глазами), использует переднюю ОНВ. Для должного восприятия окружающей обстановки у дельфина соответствующим образом устроен и шаровидный хрусталик. И форма зрачка у него особенная, с изюминкой. У нас зрачок — круглое отверстие в центре радужки. И чем сильнее освещенность, тем меньше диаметр отверстия. А кошачий зрачок имеет вид вертикальной щели; и также — чем сильнее освещенность, тем меньше ширина щели. У других животных встречаются зрачки и прямоугольной, и треугольной формы. Но... но у дельфина и зрачок особенный. Когда увеличивается освещенность, из верхней части радужки выдвигается выступ — так называемый оперкулюм, который сужает зрачок таким образом, что он приобретает вид серповидной щели. Чем сильнее освещенность, тем уже щель. И если освещенность высокая, то щель смыкается, почти исчезает. От нее остаются лишь два отдельных отверстия в передней и задней частях радужки. Каждое из них расположено как раз там, где световой пучок проходит через уплощенную часть роговицы, чтобы попасть на соответствующую зону наилучшего видения. При этом части светового пучка, проходящие через искривленную часть роговицы, отсекаются. И изображение в зонах наилучшего видения не размывается. Кстати. Наличие двух зон наилучшего видения помогает дельфину решить еще одну проблему. Из-за того, что его тело максимально приспособлено к быстрому плаванию, оно приобрело вид плотной сигары, и голова переходит в туловище без шеи, и дельфин не может двигать головой так, чтобы осмотреть все пространство вокруг себя. Правда, его глаза очень подвижны, но все равно этого недостаточно, чтобы охватить весь горизонт (около 180 градусов для каждого глаза). Другое дело, если в каждом глазе две зоны наилучшего видения, тогда все пространство в целом доступно для детального просматривания. Более того, при рассматривании объектов над поверхностью воды дельфин чаще всего принимает такую позу, чтобы объект оказался в передней зоне обоих глаз, то есть проецировался на заднюю часть обеих сетчаток. А под водой дельфин обычно становится к рассматриваемому объекту боком — так, чтобы его изображение попало на переднюю часть сетчатки, но только одного глаза. Однако и под водой он может пользоваться обеими зонами наилучшего видения, например, при движении, когда особенно важно вовремя обнаружить все, что появляется прямо по курсу. Что ж, подытожим. Удивительная способность дельфина одинаково хорошо видеть и в воде, и в воздухе обеспечивается изящной комбинацией нескольких необычных особенностей строения глаза: наличием в сетчатке двух зон наилучшего видения, шаровидной формой хрусталика и наличием двух зрачковых отверстий, пропускающих только тот свет, который проходит через мало искривленную роговицу. Все это вместе и создает уникальную конструкцию глаза дельфина. Две зоны наилучшего видения на один глаз... Грубо говоря, получается так: у дельфина как бы... не два, а все четыре глаза. Интересно знать, а не мешает ли дельфину то, что каждый глаз смотрит одновременно на две точки пространства? Не раздваивается ли при этом сознание, целостная зрительная картина? Что он видит: отдельные фрагменты, или каким-то образом они преобразуются в целостную картину? Если да, то как они стыкуются? Когда-нибудь ученые ответят и на эти вопросы. И опять выяснится что-то уникальное, неповторимое для обитателей Земли. Кто бы мог подумать, но, по мнению немецких и шведских биологов, китообразные цветовую гамму воспринимают не так, как человек и вообще — млекопитающие суши. Обитатели морей и океанов не различают синий цвет. Он для них не существует. У китообразных не хватает визуального пигмента, необходимого для восприятия синего цвета. Однако к «минусам» это никак не отнесешь. Напротив, тут явные преимущества. Под водой дельфины видят так, как мы на суше. Для них морская синева прозрачна, как слеза. Впрочем, для дельфинов ее чистота ничегошеньки не значит. Будь она во сто крат мутнее бурлящего Ганга, зубатые и в такой воде — да темной ночью, без помощи глаз — легко «увидят» нужное.

Сергей Каленикин www.n-i-r.ru

0 коммент.:

Отправить комментарий

 
Яндекс.Метрика
каталог блоговFLIQ.ru +1