Автор: Леонович Ал.А.
Теги: издания для определенного назначения общая и теоретическая биология кибернетика детская энциклопедия я познаю мир
ISBN: 5-17-014664-7
Год: 2002
Текст
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
Я ПОЗНАЮ
МИР
ТАЙНЫ ПРИРОДЫ
УДК 087.5:573
ББК 32.818я2
ЯП
Автор Ал. А. Леонович
Художник Ар. А. Леонович
Серийное оформление С. Е. Власова
Компьютерный дизайн С. В. Шумилин
Я познаю мир: Тайны природы: Энцикл. /
Я11 Ал.А. Леонович; Худож. Ар.А. Леонович. — М.:
ООО «Издательство АСТ»: ООО «Издательство
Астрель», 2002. — 491 с.: ил.
ISBN 5-17-014664-7 (ООО «Издательство АСТ»)
ISBN 5-271-04483-1 (ООО «Издательство Астрель»)
Все ли тайны природы раскрыты? Какими естественными изобре-
тениями оснащены животные и растения? Смог ли человек воспользо-
ваться ими при создании искусственных устройств?
Ответам на эти и на многие другие вопросы посвящена очередная
книга многотомной энциклопедии для детей «Я познаю мир».
Более 120 рассказов, около 50 биографических справок, рубрика
«Вокруг бионики», знакомят читателя с наукой, официальное рожде-
ние которой состоялось всего лишь 40 лет назад, а корни уходят в глу-
бокую древность. Бионика - одна из тех синтетических дисциплин, ко-
торые объединяют практически все, что входит сегодня в понятие «ес-
тествознание».
УДК 087.5:573
ББК 32.818я2
Подписано в печать с готовых диапозитивов 15.03.2002 г.
Формат 84Х1081/з2- Печать высокая с ФПФ.
Бумага типографская. Усл. печ. л. 26,04.
Доп. тираж 5000 экз. Заказ 2974.
ISBN 5-17-014664-7 (ООО «Издательство АСТ»)
ISBN 5-271-04483-1 (ООО «Издательство Астрель»)
©ООО «Издательство Астрель», 2001
Во всем подслушать жизнь
стремясь,
Спешат явленья обездушить.
Забыв, что если в них
нарушить
Одушевляющую связь,
То больше нечего и слушать.
И. В. Гёте
Мир вокруг нас полон удивительных тайн
и замысловатых загадок. С незапамятных вре-
мен людям было свойственно любопытство и
стремление не только проникнуть в тайны
природы, но и поставить ее силы себе на служ-
бу, заставить ее работать на себя.
Человечеству уже известно многое из того,
как устроены животный и растительный
миры. Вопрос в том, чтобы суметь распоря-
диться этими знаниями во благо и человеку,
и самой природе. То есть выступать не про-
тив нее, а сообща с ней, стараясь во всех сво-
их действиях учитывать, как это отразится
на окружающем нас мире. И если мы не спо-
собны найти ответ сами, может быть, стоит
посоветоваться с природой?
Конечно, человек учился у нее всегда. За-
метив, как устроены клыки хищников, он
3
пытался заточить по-
добным образом свои
орудия; жилища, со-
оружаемые птицами и
зверями, наводили че-
ловека на мысль о со-
вершенствовании соб-
ственных построек; пе-
ренимал он у живот-
ных и способы сохра-
нения пищи. Изучая
организм животных, проводя многочисленные
опыты, люди искали и открывали методы из-
бавления от болезней. А в благодарность за это
даже ставили памятники лягушкам и собакам.
И чем дальше, тем лучше учился человек
заимствовать у природы решения своих проб-
лем, использовать ее достижения. Но когда
потребовалось производить скоростные маши-
ны, создавать мощные источники энергии,
добывать все больше сырья, люди словно бы
отстранились от природных подсказок и ув-
леклись изобретением того, что, как они по-
лагали, в природе отсутствует.
Действительно, оглянувшись вокруг, мы
обнаружим прежде всего произведения чело-
веческих рук и разума, которые в большин-
стве случаев не подсказаны природой. Тот ис-
кусственный мир, который сотворил человек,
казалось, был создан исключительно по его
собственным проектам, да таким, что куда уж
там природе...
4
Без сомнения, современные самолеты ле-
тают быстрее любой птицы. Небоскребы и те-
левизионные башни возвышаются, обогнав
самые высокие деревья. Люди, подобно изоб-
раженной на рисунке девушке, способны с
помощью миниатюрных приборов определять,
где они находятся, с точностью до несколь-
ких метров практически в любой точке зем-
ного шара. И раны мы не зализываем, а об-
ращаемся к врачам и лекарствам...
Все это верно. Но оказывается, многое из
того, что изобрели люди, природе было дав-
ным-давно известно. Более того, такого же
результата природа зачастую добивается с
меньшими затратами, то есть с большей эф-
фективностью .
Вот для сознательного поиска таких, ото-
бранных в течение миллионов лет, природ-
5
ных изобретений и возникла новая наука
бионика. Произошло это в 1960 году.
Бионика сродни экологии. Многие мыс*
лители и ученые давно пришли к выводу,
что наше будущее — только в союзе с приро-
дой. Создавая новую среду своего обитания —
Владимир Иванович Вернадский
(1863—1945) — российский
естествоиспытатель, один из
основоположников геохимии,
биогеохимии и радиогеологии,
труды которого отличались
разнообразием научных интересов
и предвидением мощного воздей-
ствия человека на окружающую
среду. Создатель учения о биосфе-
ре — области действия жизни на
Земле и ноосфере — сфере чело-
веческого разума. Труды ученого
стали основой экологической
стратегии человечества.
iJ
ноосферу, сферу разума, люди должны пом-
нить, что эта ступень эволюции — продол-
жение восходящей из глубины веков лестни-
цы, по которой взбирается все живое, в том
числе и мы. И вряд ли разумно при очеред-
ном шаге вперед избавляться от того, что ка-
жется мешающим этому восхождению, отсе-
кая от себя и уничтожая природу. Напротив,
только вместе с ней этот шаг мы и способны
совершить. Иначе от кого же нам в дальней-
шем ждать подсказок?
6
ВОКРУГ БИОНИКИ
• Над природой можно восторжествовать,
только повинуясь ей.
Ф. Бэкон, английский философ
• ... Природа ничего не делает напрасно...
Природа проста и не роскошествует излиш-
ними причинами вещей.
И. Ньютон, английский ученый,
создатель классической физики
♦ Как ни чудесны законы и явления элек-
тричества, которые мы наблюдали в мире
неорганического вещества и неживой при-
роды, интерес, который они представляют,
вряд ли может сравниться с тем, что вызы-
вает та же сила в соединении с нервной сис-
темой и жизнью.
М. Фарадей, английский физик
Леонардо да Винчи
(1452—1519) — итальянский
художник, ученый и изобрета-
тель. Научные работы посвяще-
ны практически всем областям
естествознания, в том числе
анатомии и физиологии челове-
ка и животных. Конструировал
летательные аппараты по
образу и подобию птиц и
летучих мышей. Считал, что
только опыт является источни-
ком достоверного знания:
«Одна только природа —
наставница высших умов».
7
• Птица есть аппарат, работающий на осно-
ве математических законов, поэтому для че-
ловека возможно сделать такой же аппарат,
со всеми его движениями.
Леонардо да Винчи, итальянский
художник, ученый и инженер
• Привычку оценивать творения рук чело-
веческих как более жалкие, чем естествен-
ные, ... мы должны отбросить, если собира-
емся говорить о весьма отдаленном будущем.
Мы будем соперничать с Природой в любом
отношении...
С. Лем, польский писатель-фантаст
• Человек считает себя царем природы, не
понимая, что природа управляет им тысяча-
ми нитей.
Ю. Козлова, российский художник
БИОМЕХАНИКА
Как движутся
примитивные существа?
Что подсказывают
древние животные?
Чья «походка» лучше?
Легко ли догнать кенгуру?
Что важнее: скорость или сила?
Изобрела ли природа колесо?
Для чего рыбе хвост?
Почему плавает кальмар?
Как снизить сопротивление воды?
В чем секрет кожи дельфина?
Кто и плавает, и летает?
Как планируют драконы?
Может ли человек летать?
Что помогает насекомым порхать?
Кто на свете всех сильнее?
Как себя обезопасить?
Вокруг бионики
Над хрупкой чешуей светло
студеных вод
Сторукий бог ручьев свои рога
склоняет,
И только стрекоза, как
первый самолет,
О новых временах напоминает.
А. Тарковский
Движения птиц и зверей, рыб и насеко-
мых издавна привлекали внимание челове-
ка. Он хотел перемещаться по земле, воде и
воздуху так же легко и изящно. Однако про-
шли многие тысячелетия, прежде чем люди
создали науку о движении — механику — и
сумели найти материалы и создать конструк-
ции, не уступающие в скорости и дальности
передвижения любым представителям живот-
ного мира.
Действительно, самолеты поднимаются
выше всех птиц, батискафы погружаются
глубже практически всех рыб и морских жи-
вотных, автомобили обгоняют любых зверей.
Но ученые и конструкторы постоянно изуча-
ют те особенности живой природы, которые
позволили бы машинам и механизмам не
только устанавливать рекорды, но и двигать-
ся и работать так же плавно, грациозно и бес-
шумно, как это удается, например, дельфи-
нам или стрекозе.
11
КАК ДВИЖУТСЯ
ПРИМИТИВНЫЕ СУЩЕСТВА?
Более двух с половиной веков назад из
Швейцарии в Голландию приехал молодой
человек. Он только что завершил универси-
тетское образование в области естествознания,
к которой он проявлял большой интерес.
Нуждаясь в деньгах, он решил наняться в гу-
вернеры к одному графу. Эта работа оставля-
ла ему время для проведения собственных ис-
следований.
Звали молодого человека Абраам Трамб-
ле. Его имя вскоре стало известно всей про-
свещенной Европе. А прославился он, изу-
чая то, что было в прямом смысле слова у
всех под ногами, — весьма простые организ-
мы, водившиеся в лужах и канавах. Одно из
Абраам Трамбле
(1710—1784) — швейцар-
ский естествоиспытатель.
Открыл фототаксис —
стремление безглазых живот-
ных к свету; регенерацию —
способность восстанавливать’
утраченные части организма;
размножение почкованием;
особенности движения
«пресноводных полипов» —
гидр. Способствовал перехо-
ду в науке от описания
наблюдаемых организмов к
активному эксперементиро-
ванию над ними.
12
этих живых существ, которых он тщательно
рассматривал в капельках зачерпнутой из ка-
навы воды, Трамбле принял за растение. Это
были зеленые трубочки, длиной около сан-
тиметра, с венцом из щупалец на одном кон-
це. Но однажды Трамбле обнаружил, что тру-
бочки сокращаются и удлиняются, а затем был
поражен, заметив, что они «шагают».
Все это позволило исследователю отнести
их к животным. За свой внешний вид (суще-
ства напоминали мифологических чудовищ с
девятью головами) они получили название
«гидры». На рисунке вы можете увидеть, как
причудливо они передвигаются, словно совер-
шая кульбиты — акробатические прыжки
через голову.
С гидрами связано много интереснейших
биологических находок, однако еще сравни-
тельно недавно о мире живого было извест-
но так мало, что о строении и поведении мно-
гих существ можно было лишь фантазировать.
13
К сожалению, несмотря на то, что откры-
тия Трамбле вошли в «багаж» каждого био-
лога, его вспоминают нечасто. Лишь во вто-
рой половине XX века труды ученого были
переведены с французского языка на англий-
ский. Однако и сейчас обращение к ним мо-
жет многому научить современных исследо-
вателей. В частности, не подскажут ли на-
блюдения и рисунки, описывающие движе-
ния гидры, новое техническое решение ка-
кой-нибудь задачи? Например, как обеспечить
перемещение людей по протяженным плос-
костям космических аппаратов или корабель-
ных корпусов под водой — когда надо обсле-
довать их поверхность, что-либо отремонти-
ровать или разместить там приборы?
ЧТО ПОДСКАЗЫВАЮТ
ДРЕВНИЕ ЖИВОТНЫЕ?
Истории, подобные открытию «кульбитов»
гидры, происходят и поныне. Мы привыкли,
что слово «ходить» всегда связано с наличи-
ем твердой поверхности. Однако мало кто зна-
ет о существовании очень древних маленьких
рачков, живущих на глубине от одного до
трех километров в толще океана. Они могут
ходить прямо в воде, не опираясь на дно!
Из семи пар лапок, которыми природа ода-
рила эти существа, две или три пары дости-
гают необыкновенной длины, делая рачков
14
похожими на пауков. У некоторых рачков
часть длинных ног покрыта щетинками. С их
помощью животные могут совершать движе-
ния, напоминающие вращение педалей. Бла-
годаря такому устройству ног рачки неспеш-
но перемещаются в поисках пищи, могут про-
сто зависнуть в воде или быстро удрать от
врагов. Причем рачки действительно ходят,
а не плывут, как большинство водных жи-
вотных.
Обращение к примитивным, но древним,
давно существующим на Земле организмам, —
один из принципов бионики. Дело в том, что
техническое воплощение природных конст-
рукций более поздних и совершенных видов
отнюдь не всегда возможно. Взгляните на кар-
тинку, где изображен так называемый падаль-
щик, обитавший на Земле примерно 500 мил-
лионов лет назад. Это существо, передвигав-
шееся на ходулеобразных конечностях, уди-
15
вительным образом предвосхитило разрабаты-
ваемые сегодня многоногие искусственные
устройства.
А вот еще один пример, говорящий о
пользе обращения к древнейшим животным
как к прототипам технический решений. Изоб-
ретателей, работающих над созданием твер-
дых резцов для обработки металла, давно вол-
новала проблема их заточки. Затупился ре-
зец — надо его вытаскивать и затачивать,
чтобы он приобрел прежнюю остроту. Как же
грызунам удается иметь постоянно острые
зубы? Оказалось, что зубы грызунов имеют
многослойную конструкцию: их твердые стер-
жневые слои окружены более мягкими, и ста-
чивание происходит так, что угол заострения
не меняется.
Этот принцип был воплощен в технике,
однако такие самозатачивающиеся режущие
инструменты использовались редко. В дан-
ном случае природа подсказала слишком
сложное решение. Но когда изучили устрой-
ство зубов некоторых динозавров, перемалы-
вавших в течение жизни огромное количе-
ство пищи, выяснилось, что у природы дав-
ным-давно имелись иные варианты решения
этой проблемы.
У динозавров зубы располагались на че-
люсти в несколько рядов, и когда стачивался
один ряд, на смену ему приходил следующий.
Пока он изнашивался, «подрастал» еще один.
Такие сменные зубы есть и у современных
16
акул, ламантинов (водных млекопитающих,
занесенных в Красную книгу), слонов. Это
техническое решение человек с успехом ис-
пользовал в многоярусных буровых коронках.
ЧЬЯ «ПОХОДКА» ЛУЧШЕ?
Почему такое внимание инженеров и кон-
структоров привлекают способы хождения?
Потому что, как это ни странно, легче оказа-
лось построить самолеты и подводные лод-
ки, чем эффективно работающие ходячие ма-
шины. Но зачем они нужны, спросите вы,
если изобретены и отлично действуют маши-
ны колесные и гусеничные? Зачем мучиться,
когда создано столько видов автомобилей,
тракторов и танков?
Пафнутий Львович Чебышев
(1821—1894) — российский
механик и математик.
Знания, накопленные при
создании теории машин и
механизмов, использовал
при конструировании уни-
кальных устройств, в том
числе — «стопоходящей
машины», изображающей
движение ног лошади, и
«гребного механизма»,
имитирующего движение
рук гребца.
17
Дело в том, что далеко не все из них мо-
гут двигаться по мягкому грунту, преодоле-
вать рытвины и ухабы на пересеченной мест-
ности. Поэтому в промышленности и строи-
тельстве, в сельском хозяйстве и военном деле
могли бы найти применение машины на нож-
ных опорах. Они могут пригодиться и в бу-
дущих исследованиях других планет. Ведь
такие машины могли бы выбирать точки для
лучшей опоры, регулировать крен и переша-
гивать через препятствия.
Чтобы они отвечали всем этим требова-
ниям, нужно было очень внимательно иссле-
довать способы устойчивой ходьбы. Обраще-
ние к четвероногим животным, например ло-
шадям, выявило, что они не лучший образец
для подражания. Ведь для сохранения рав-
новесия во время неторопливого движения
им необходимо в каждый момент иметь ми-
нимум три точки опоры, не лежащие на од-
ной прямой.
Взгляните на стул или табурет и пред-
ставьте, что он начал двигаться. Сколько ног
он сможет одновременно приподнять при мед-
ленной ходьбе? Наверняка вы почувствуете
сложность задачи, которую приходится «ре-
шать» той же лошади. Она выходит из труд-
ного положения благодаря постоянному пе-
реносу центра тяжести в зону устойчивого
равновесия, образованную ногами-опорами.
Лошади, как и многие другие четвероно-
гие, могут бегать. При этом в какие-то мо-
18
менты все четыре ноги отрываются от зем-
ли. Но такой способ перемещения, при кото-
ром быстрые движения ног не позволяют по-
стоянно «падающему» животному свалиться,
для неспешно ходящих машин не годится.
После многочисленных попыток создания
так называемых стопоходящих машин был
выбран иной, но тоже подсказанный приро-
дой вариант. Наиболее подходящей «мо-
делью» оказались шестиногие насекомые, на-
пример тараканы, или восьминогие пауки.
Попеременное передвижение лапок таракана
«по три» позволяет опирающимся на землю
конечностям поддерживать необходимое рав-
новесие. Именно над созданием подобных
многоногих управляемых человеком или ав-
тономных машин-роботов работают сегодня
конструкторы. Одной из них, вполне удачной
и очень необходимой, стала модель робота,
19
способного передвигаться внутри ядерных ус-
тановок или трубопроводов. Еще одна сфера
применения многоногих устройств — их ис-
пользование вместо саперов для обезврежи-
вания огромного количества мин, остающих-
ся в зонах военных конфликтов.
ЛЕГКО ЛИ ДОГНАТЬ КЕНГУРУ?
Кому из вас не приходилось мечтать о се-
мимильных сапогах, которые не раз встреча-
ются в сказках! А может быть, вы видели
фантастический фильм «Прибытие», где ино-
планетные существа, внешне ничем не отли-
чающиеся от людей, неожиданно могли ме-
нять форму ног и скакать, как кузнечики —
коленками назад? (Кстати, высота прыжка
кузнечика достигает 5 метров.) Что ж, и та-
кую экзотическую возможность передвижения
не упустили из виду изобретатели.
Кого вы назовете, если вас спросят о жи-
вотных, умеющих прыгать? Скорее всего, зай-
ца или кенгуру. Способность двигаться прыж-
ками, отталкиваясь и приземляясь на креп-
кие задние ноги, обеспечивается очень чет-
ким согласованием наклонов туловища и пе-
ремещением нижних конечностей. Такое дви-
жение, оказывается, возможно осуществить
и технически.
Не так давно был популярен спортивный
снаряд, напоминающий своими очертаниями
20
букву «Т». На его основании укреплялась
пружина, опирающаяся на подобие копыта.
Такая конструкция позволяла человеку, дер-
жась руками за верхние концы перекладины,
довольно резво прыгать, правда, после неко-
торой тренировки.
А теперь вообразите, что вместо человека
на похожем устройстве устанавливается ав-
томатическая система регулирования накло-
на и силы толчков. Эта машина, умеющая
сохранять равновесие только в процессе пры-
гания — в динамике, в движении, была соз-
дана и очень напоминала своим «поведени-
ем» кенгуру.
Следующим шагом стало появление меха-
низма, который опирался на пружинящие
складные «ноги» и уже не только прибли-
зился внешне и по способу перемещения к
кенгуру, но и превосходил его по коэффици-
енту полезного действия. Иными словами,
подобная конструкция была более экономной
в расходовании сил, нежели ее природный
аналог.
Она могла бы пригодиться не только для
спорта или развлечений. Так в нашей стра-
не была построена вполне работоспособная
модель прыгающего автомобиля. Вращающи-
еся внутри его опор грузы то прижимали их
к земле, то приподнимали. При определен-
ной скорости вращения опоры-башмаки на-
чинали подпрыгивать, совершая при этом не-
большие перемещения вперед. Такой авто-
21
мобиль довольно плавно двигался, легко ос-
танавливался, но, к сожалению, сильно виб-
рировал.
Впрочем, поиски новых вариантов прыга-
ющих машин не прекращаются. Конструкто-
рам не дают покоя поразительные возможно-
сти живых организмов. К примеру, древес-
ные кенгуру, проводящие большую часть
времени на деревьях, способны безбоязненно
прыгать на землю с высоты 18 метров! Что
уж говорить о блохе, которая может без уста-
ли скакать трое суток, совершая до 600 прыж-
ков в час! Сравнительно недавно ученые ус-
тановили, как действует этот природный «ме-
ханизм», позволяющий при взлете достигать
гигантских ускорений — в 30 раз больших,
чем испытывают космонавты при запуске ра-
кеты с Земли!
В общем, здесь живой мир дает руко-
творному, как говорится, большую фору...
22
ЧТО ВАЖНЕЕ:
СКОРОСТЬ ИЛИ СИЛА?
А кто из ныне обитающих на Земле чет-
вероногих самый быстрый? Это, без сомнения,
гепард — дикая кошка, способная развивать
скорость до 100 километров в час. Необык-
новенно изящен его бег: гепард словно вытя-
гивается в стрелу, стремительно несущуюся
над землей.
Исследователей давно интересовало, как
удаются животным столь быстрые движения.
Совсем недавно благодаря раскопкам обнару-
жены следы динозавров, оставленные ими во
время охоты. Расчеты показали, что даже са-
мые быстрые из них вряд ли превосходили в
скорости скаковую лошадь, а наиболее круп-
ные бегали примерно так же «резво», как и
современные носороги. (Это, кстати, не так
уж и мало: носорог может догнать быстро бе-
гущего человека.)
Тем не менее впечатление о неуклюжести
и малоподвижности крупных животных под-
тверждается простыми вычислениями. Если
бы все размеры животного увеличились, ска-
жем, в 5 раз, то его масса возросла бы в 125
раз. Для того чтобы удержать такую махину,
кости должны были бы увеличиться непро-
порционально, то есть их толщина измени-
лась бы не в 5, а примерно в 11 раз.
На это обратил внимание еще знаменитый
итальянский ученый Галилео Галилей: «Дос-
23
тигнуть чрезвычайной величины животные
могли бы только в том случае, если бы кости
их изменились, существенно увеличившись в
толщину, отчего животные по строению и
виду производили бы впечатление чрезвычай-
ной толщины»*
Галилео Галилей
(1564—1642) —
итальянский ученый, один
из основателей точного
естествознания. Заложил
принципы механики, провел
исследования движения тел
животных. Утверждал, что в
основе науки — опыт и
практика, считал, что
«человеческий разум познает
некоторые истины столь
совершенно и с такой
абсолютной достоверностью,
какую имеет сама природа».
Итак, ясное представление о действии за-
конов механики позволило понять, почему
наземные животные не достигают «великан-
ских» размеров. Из-за своей неповоротливос-
ти они оказались бы нежизнеспособными.
Подсчеты современных ученых говорят, что
животное-массой больше 100 тонн не может
существовать в условиях земной гравитации.
И впрямь, сегодня мы видим, что самым
крупным сухопутным животным оказывает-
ся не такой уж огромный слон.
24
А как же кит, масса которого во много раз
превышает массу слона? Дело в том, что на
тело, погруженное в воду, действует вытал-
кивающая (архимедова) сила. То есть вода как
бы ослабляет действие земной гравитации, поз-
воляя киту и другим обитателям морей и оке-
анов достигать огромных габаритов при отно-
сительно тонких костях скелета.
Правда, подвижность и большие скорос-
ти движения связаны не только с размера-
ми животных, но и со способом крепления
их мышц к костям. Еще в XVII веке есте-
ствоиспытатели разобрались в кажущейся не-
эффективности их соединения. На рисунке
той поры можно увидеть, что сокращение
двуглавой мышцы плеча приводит к усили-
ям, многократно превышающим вес подни-
маемого груза.
Но природа позаботилась о
другом: проигрывая в силе,
мы, как и другие животные,
выигрываем в скорости пе-
ремещения. Мышцы не
могут быстро сокра-
щаться, однако их
небольшое переме-
щение вызывает
заметное передви-
жение всей конеч-
ности. Подумайте,
что важнее: разви-
вать большую ско-
25
рость, обладать подвижностью, свободой пере-
мещения или всему этому предпочесть одну
неповоротливую силу? Природа сделала свой
выбор, и человек следует ему при создании
быстроходных механизмов.
ИЗОБРЕЛА ЛИ ПРИРОДА КОЛЕСО?
Долгое время считалось, что природа обо-
шла своим вниманием это изобретение, не ис-
пытывая в нем необходимости. И лишь че-
ловек, обнаружив преимущества перемещения
с помощью колеса, освоил его настолько, что
трудно представить себе сегодня какой-либо
механизм, где бы оно не применялось.
Кое-кто из ученых связывал отсутствие
природных аналогов колеса с тем, что не было
подходящих дорог. Ведь пробираться даже по
узким улочкам древних городов, а тем более
по каменистым неровным тропам, на четы-
рех ногах было проще, чем на любом колес-
ном средстве передвижения.
Но есть и другая точка зрения. Что, на-
пример, представляет собой гонимое ветром
растение перекати-поле? Колесо, хоть и до-
вольно сложное. Сторонники такого взгляда
даже утверждают, что на других планетах, где
могла бы зародиться жизнь, конструкция в
виде колеса вполне могла быть создана в ходе
эволюции.
26
Правда, эти спо-
ры касаются только
организмов, види-
мых невооруженным
глазом. А вот когда
человек смог загля-
нуть в глубь живой
материи, выяснилось,
что идея колеса от-
нюдь не чужда при-
роде. Да еще какого
колеса — мотора!
С помощью спе-
циального микроскопа удается разглядеть,
как устроены жгутики некоторых бактерий,
к примеру, кишечной палочки, помогающие
им передвигаться. Один из концов жгутика
словно бы вставлен в мембрану — оболочку
бактерии. Электрические заряды колец,
расположенных на конце жгутика и на мем-
бране, взаимодействуют друг с другом так,
что жгутик начинает вращаться вокруг сво-
ей продольной оси, напоминая обычный элек-
тромотор.
Кручение жгутика обеспечивает несколь-
ко типов его движений, причем скорость вра-
щения «моторчика» достигает десятков обо-
ротов в секунду.
Конечно, такое открытие и само по себе
было чрезвычайно интересным. Но исследо-
ватели не остановились на этом, провозгла-
сив: «Ну вот, и природа тоже изобрела коле-
27
со!» Цель их дальнейших кропотливых раз-
работок — создание двигателей микромашин,
способных, например, доставлять лекарства
точно по назначению, то есть к нуждающим-
ся в них органам и тканям.
Конструкторы этих невидимых миниатюр-
ных устройств уверены, что надежды, дви-
гавшие создателями фильма «Внутренний
космос», в котором по кровеносным сосудам
человека сновали подобные машинки, близ-
ки к осуществлению.
ДЛЯ ЧЕГО РЫБЕ ХВОСТ?
«Моторчик», помогающий бактериям пе-
редвигаться в жидкости, вряд ли подошел бы
более крупным организмам. Вот, скажем,
рыбы — при всем их разнообразии у боль-
шинства имеются хвост и плавники, которые
и приводят рыб в движение.
Но как по-разному это происходит! Да и
почему, собственно, плавники и хвост долж-
ны служить движителями? Какие именно
движения ими должна совершать рыба? Есть
свидетельство того, что эти вопросы интере-
совали жителей Древней Индии около двух
с половиной тысяч лет назад. Пытались
объяснить способы передвижения рыб и древ-
ние греки, например, Аристотель. Но вплоть
до конца XIX века многое в этой проблеме
продолжало оставаться загадкой.
28
Лишь появление киносъемки позволило
внимательно, по кадрикам, разглядеть, что
же конкретно происходит во время плава-
ния рыбы.
Изгибая туловище, рыба возвращает его
затем в прежнее положение, отталкиваясь от
воды таким образом, что создается сила, дей-
ствующая на нее одновременно вбок и впе-
ред. Боковую силу рыба компенсирует попе-
ременным движением влево-вправо, сохра-
няя при каждом «вилянии» направленную
вперед силу.
Но это лишь общая картина. Взгляните
на рисунок. Хотя на нем представлена лишь
небольшая часть великого множества рыб,
видно, насколько различны их формы. Свя-
зано это с тем, что внешний вид конкретной
рыбы зависит от ее образа жизни. Длинное ту-
ловище щуки, состоящее примерно на 60 про-
центов из мышечной ткани, и сильный хвост
29
дают ей возможность делать резкие броски,
догоняя добычу.
Тунец, изображенный на другом краю ди-
аграммы, — великолепный представитель рыб,
совершающих так называемое крейсерское пла-
вание. В поисках добычи ему приходится пре-
одолевать огромные расстояния, поэтому у тун-
ца обтекаемая форма, создающая небольшое
сопротивление, жесткое тело и узкий хвосто-
вой плавник, обеспечивающий сильную тягу.
А вот легко маневрирующей рыбе-бабочке
для того, чтобы сновать между расщелинами
рифов, не обязательно развивать большую ско-
рость и делать броски. Поэтому у нее округ-
лое тело и мягкие плавники, приспособлен-
ные для движения на малых скоростях.
Такая «специализация» рыб подсказыва-
ет форму подводного судна в зависимости от
его предназначения. Существуют проекты ко-
раблей с изгибающимся корпусом, проведе-
ны испытания машущих движителей, превос-
ходящих по тяге обычные. Но пройдет, на-
верное, еще немало времени, прежде чем мы
увидим в портах корабли, перенявшие спо-
собы перемещения рыб.
ПОЧЕМУ ПЛАВАЕТ КАЛЬМАР?
Проектируя подводные корабли и автома-
ты, конструкторы, естественно, изучали спо-
собы передвижения обитателей морских глу-
30
бин. Но, к сожалению, создать транспортное
средство, которое воспроизводит все движе-
ния, совершаемые, например, рыбами, пока
невозможно. Обеспечить гибкие движения
прочного жесткого корпуса, выдерживающе-
го огромное давление воды, весьма непросто.
Поэтому движителем подводных лодок и ба-
тискафов еще остается, как и у надводных
кораблей, гребной винт.
Однако «опере-
ние» корабля мо-
жет включать в
себя приспособле-
ния, похожие на
плавники рыб. Они
позволяют стаби-
лизировать движе-
ние судна, напри-
мер подводного, а
также изменять на-
правление его дви-
жения в горизон-
тальной и верти-
кальной плоскостях.
Для того чтобы производить какие-либо
работы под водой на большой глубине, опе-
ратору, находящемуся внутри подводного ап-
парата, необходимы вынесенные наружу
«руки» манипуляторы. Их создание — до-
вольно хитрая задача, кстати давно решен-
ная природой. Аналогом таких манипулято-
ров обладает кальмар, имеющий два длин-
31
ных щупальца с присосками, с помощью ко-
торых он охотится за рыбой.
Гигантские кальмары, обитающие в глу-
бине океана, долгие годы были мало извест-
ны, лишь время от времени с приходящих в
порты кораблей поступали сообщения о за-
меченных в океане морских чудовищах. Про-
шло немногим более ста лет с тех пор, как
впервые удалось обнаружить это животное,
и все равно оно оставалось полумифическим
существом. В первую очередь поражали раз-
меры кальмаров: длина со щупальцами —
до 20 метров, а масса — до 450 килограм-
мов. Даже сейчас, когда изучено немало их
экземпляров, многое в них остается удиви-
тельным.
Рассмотрим, например, как осуществляет-
ся реактивный принцип движения кальмара
в воде. На рисунке можно увидеть неболь-
шую воронку вблизи его глаза, служащую для
выбрасывания воды. Она может поворачивать-
ся, поэтому кальмар свободен в выборе на-
правления движения. Но как происходит вса-
сывание кальмаром воды?
Оказывается, во время движения давле-
ние обтекающей туловище кальмара воды
меняется таким образом, что в области, отде-
ляющей голову от туловища, где и происхо-
дит всасывание, оно ниже, чем у хвоста. И
вода как бы сама втягивается внутрь.
Создать такой непростой «механизм» для
мягкотелого, не обладающего жестким ске-
летом животного — сложная проблема, с ко-
торой природа справилась задолго до откры-
тия законов гидродинамики. И она наверня-
ка предложит нам возможные технические
решения других задач, возникающих при кон-
струировании подводных машин.
КАК СНИЗИТЬ
СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОДЫ?
Конечно, для быстрого движения в жид-
кой или газообразной среде важны подходя-
щая — обтекаемая — форма тела и «двига-
тель», обеспечивающий достаточную силу
тяги. Но как уменьшить сопротивление воды,
возникающее из-за трения тела о примыкаю-
щие слои жидкости или газа?
Решая эту задачу, ученые обратили вни-
мание на рыбью чешую. Может быть, в фор-
ме чешуек скрывается разгадка того, как ры-
2 Тайны природы 33
бам удается преодолевать сопротивление дви-
жению? Действительно, при обтекании водой
этих небольших выступов из-за крохотных
перепадов давления спереди и сзади них воз-
никает как бы проталкивание назад поверх-
ностного слоя. Той же цели служат и жаб-
ры, которые, как выяснилось, нужны не толь-
ко для дыхания под водой. Выталкиваемая
ими вода дополнительно смещает назад близ-
лежащий к коже рыбы слой жидкости. Все
это способствует улучшению обтекания и
уменьшению сопротивления.
Не менее интересен и слой слизи, покры-
вающий рыбу. Попробуйте удержать ее в ру-
ках сразу после того, как выловили. Неда-
ром говорят: «Скользкий, как рыба»! Выяс-
нилось, что этот слой представляет собой по-
лимерное соединение, способное как бы раз-
жижать воду.
Когда попытались оснастить подобной «че-
шуей» со смазкой корпуса судов, выяснилось,
что повысить таким образом их скорость воз-
можно, но установки для этого слишком до-
роги и сложны, а выделяемые в воду искус-
ственные вещества зачастую опасны.
Тем не менее это техническое решение
нашло применение при эксплуатации водо-
проводных труб. Добавка специального, на
этот раз, конечно, безвредного вещества уве-
личила их пропускную способность более чем
на треть. Не преминули воспользоваться изоб-
34
ретением природы и пожарные. Малое коли-
чество полимерной добавки уменьшает вяз-
кость воды, позволяя подать ее брандспойтом
на большую высоту.
Внимательное изучение очертаний не
только тел самих рыб, морских животных и
птиц, но и их плавников и крыльев позво-
лило обнаружить, что большую силу тяги или
подъемную силу обеспечивают отогнутые на-
зад — серповидные — формы. Затем это под-
твердили измерения в аэродинамической тру-
бе. Поэтому, например, использование киля
серповидной формы буквально приподняло
яхту во время движения и настолько умень-
шило сопротивление воды, что позволило
выиграть престижные-тонки.
Но теперь мы переходим от движения
внутри жидкости к перемещению на границе
двух сред — воды и воздуха.
35
В ЧЕМ СЕКРЕТ
КОЖИ ДЕЛЬФИНА?
Очень эффектно выглядят кадры докумен-
тальных съемок прыжков морских животных.
Разогнавшись в воде до большой скорости, они
стремительно выскакивают в воздух, совершая
порой при этом акробатические пируэты.
Однако в каких-то случаях эти прыжки
необходимы морским животным, так сказать,
для чисто практических целей. Небольшие
киты и дельфины прибегают к такому спосо-
бу передвижения, когда им нужно преодолеть
большие расстояния. Вряд ли в течение про-
должительного времени животные тратили
бы свои силы на эти прыжки ради забавы.
Дело в другом: попеременное вынесение ту-
ловища из более плотной водной среды в ме-
нее плотную воздушную приводит в резуль-
тате к уменьшению общего сопротивления
движению.
36
Этот способ перемещения, названный
дельфинированием, эффективен лишь для
сравнительно небольших животных. Для
крупных (например кашалотов) энергия, зат-
рачиваемая на прыжок, слишком велика.
Поэтому они предпочитают при дальних
странствиях подводный способ плавания.
Уже давно известно, что дельфины, дви-
гаясь под водой, экономят силы. Исследова-
тели связывали это с особым устройством
дельфиньей кожи. Сколько сил было потра-
чено на ее изучение! Одно время считалось,
что при движении по коже дельфина пробе-
гают волны складок, Как бы подстраивая фор-
му тела для сброса завихрений, возникающих
в обтекающем его потоке воды. Были даже
поставлены опыты по моделированию таких
волнообразных движений на поверхности ис-
пытательных судов, и вроде бы все подтвер-
дилось.
Впрочем, в последующих экспериментах,
когда в воде буксировали пловчих, облачен-
ных в костюмы из имитирующего дельфинью
кожу материала, результаты оказались ины-
ми. Возникающие складки, напротив, увели-
чивали сопротивление движению.
По-видимому, секрет кроется в особой сис-
теме кровеносных сосудов, находящихся под
кожей дельфина. Эта упругая система позволя-
ет коже самонастраиваться, менять форму тела
и гасить возникающие завихрения воды, бла-
годаря чему она плавно обтекает дельфина.
37
В общем, вопросов здесь хватает. Тем не
менее, внимание к строению кожи морских
обитателей не ослабевает. Уже в девяностые
годы были проведены успешные испытания
по применению материала, подобного акуль-
ей коже... в качестве обшивки крыльев са-
молетов. В этом случае уже сопротивление
воздуха, а не воды, удалось уменьшить за счет
микроскопических гребешков и канавок на
поверхности прикрепляемой к крылу ленты.
Ее шероховатость, как и в случае с рыбьей
чешуей, не препятствовала, а помогала дви-
жению.
КТО И ПЛАВАЕТ, И ЛЕТАЕТ?
Движение на границе двух сред препод-
носит порой удивительные сюрпризы. К при-
меру, совершенно уникальным способом пе-
ремещается по водной глади василиск —
длиннохвостая ящерица, обитающая в озерах
Центральной Америки. Она просто ходит или
бегает по воде, причем порой с приличной
скоростью — до 2 метров в секунду.
Раскрыть тайну этих водных «пешеходов»
удалось при помощи видеоаппаратуры. Ког-
да внимательно просмотрели записи, стало
ясно, почему возможно столь необычное дви-
жение. Оказалось, что василиск сперва силь-
но шлепает по воде лапкой, затем резко по-
гружает ее в воду, при этом за движущейся
38
лапкой возникает воздушный пузырек. По-
том ящерица вытягивает лапку к поверхнос-
ти через этот пузырек, да так стремительно,
что он не успевает наполниться водой. Чем
сильнее и быстрее производятся шлепки, тем
больше разница давлений, действующих на
лапку со стороны воды и воздушного пузырь-
ка, а значит — и сила, удерживающая васи-
лисков на поверхности.
Но этот способ передвижения нельзя от-
нести ни к плаванию, ни к полетам над во-
дой. А ведь в природе есть существа, извес-
тные «талантом» двигаться поочередно в
обеих средах. Это летучие рыбы. Спасаясь
от хищников, летучая рыба с большой ско-
ростью поднимается к поверхности воды. В
это время она плывет — ее грудные плавни-
ки прижаты к телу, а хвост энергично работа-
ет. Резко выскочив из воды, рыба раскрывает
грудные плавники, превращающиеся в крылья.
39
Подхваченная воздушными потоками, она,
как выпущенная из лука стрела, пролетает
порой 150—200 метров.
Возможно, эта «манера» передвижения
выглядит экзотической. Но и многое другое,
подсказанное природой, сначала казалось лю-
дям неприемлемым из-за своей необычности.
И все же, чутко прислушиваясь к природе,
человек в конце концов находил эффектив-
ные решения, основанные на природных ана-
логах. Приведем лишь один пример.
Считалось, что на водном велосипеде не
угнаться за спортивной лодкой. Однако благо-
даря умелому сочетанию движений в воде и в
воздухе и использованию подводных крыльев
с заимствованной у животных формой, более
десяти лет назад удалось на водном велоси-
педе пройти дистанцию быстрее, чем при ус-
тановлении мирового рекорда в академичес-
кой гребле!
КАК ПЛАНИРУЮТ ДРАКОНЫ?
Как ни занимательны и эффектны прыж-
ки дельфинов из воды и полеты летучих рыб,
все же основным местом обитания и тех, и
других остаются моря и океаны. Правда, и
предки всех пернатых, как полагают ученые,
вели водный образ жизни. Потребовалось дли-
тельное время, чтобы морские ящеры посте-
40
пенно приспособились к жизни на земле, а за-
тем какие-то из них научились летать.
Кстати, даже в XX столетии многие ис-
следователи не принимали эту теорию. Дей-
ствительно, нелегко было согласиться с тем,
что перо археоптерикса — рептилии, жив-
шей 150 миллионов лет назад, — практичес-
ки нельзя отличить от перьев современных
птиц. А под микроскопом заметно сходство
даже мельчайших деталей их строения.
Несмотря на это, способность археоптерикса
к полету была развита довольно слабо. Оста-
ется загадкой, зачем мелким динозаврам во-
обще нужны были перья, образовавшиеся из
расщепившихся чешуек. Но как бы то ни
было, эти существа, пользуясь когтями на кон-
цах крыльев и ног, взбирались на деревья, а
оттуда могли опускаться на землю с помощью
крыльев. Скорее всего, это напоминало спуск
на парашюте, а затем — несколько более слож-
ный вид движения — планирование. Иными
словами, это были пассивные способы пере-
мещения в воздушной среде.
Природа дает возможность наблюдать за
такого рода полетами и сегодня. В Восточ-
ной Индии обитает летучий дракон — неболь-
шая яркоокрашенная ящерица. По бокам у
нее расположено несколько так называемых
ложных ребер, между которыми имеются ко-
жистые складки. В покое ребра прижаты к
телу, и ящерица ничем не отличается от сво-
их бескрылых соплеменниц.
41
Однако при прыжке летающего дракона с
дерева, к примеру, за бабочкой, его ребра-
крылья расправляются так же, как натягива-
ется стальными спицами ткань раскрывающе-
гося зонтика.
Теперь дракон может превосходно плани-
ровать. Добавим, что в теле этой ящерицы
имеются полости, наполняемые во время
прыжка воздухом, а длинный хвост служит
рулем.
А теперь попробуйте представить, как рас-
правляют свои крылья летучие мыши, бел-
ки-летяги, как некоторые лягушки во время
прыжков раздвигают пальцы лапок с кожны-
ми перепонками. Все это — живые аналоги
парашютов и дельтапланов.
Но оказывается, существуют еще и «ле-
тающие»... змеи! Они были обнаружены на
одном из архипелагов у побережья Австра-
лии. Забравшись на двадцатиметровую паль-
42
му, змеи бросаются оттуда в горячий песок.
Вот и верь теперь словам «Рожденный пол-
зать — летать не может!»
МОЖЕТ ЛИ ЧЕЛОВЕК ЛЕТАТЬ?
В конце предыдущего рассказа мы чуть-
чуть слукавили, поставив в один ряд столь
разных «летунов». Дело в том, что ни бел-
ка, ни лягушка, ни тем более змея не обла-
дают способностью к полету с помощью сво-
их перепонок, а летучая мышь наделена ею.
Это принципиальное различие. Ведь просто
планировать может, скажем, листок с дере-
ва, а «парашютировать» — семя одуванчи-
ка. Управлять спуском уже намного слож-
нее, для этого надо «рулить» или «ловить»
восходящие воздушные потоки. Вершина же
искусства полета — умение создавать само-
стоятельную тягу, обеспечивающую и вы-
бор направления движения, и его продол-
жительность.
Миллионы лет эволюции привели к со-
зданию не только перепонок, но и настоящих
крыльев. Причем у их владельцев — птиц —
полету способствуют и легкие пустотелые кос-
ти, и специальные воздушные мешки для
облегчения веса, и форма скелета, и перья,
создающие при взмахах тягу и управляющие
маневрами.
43
Владимир Евграфович Татлин
(1885—1953) — российский
изобретатель и художник.
Работал над конструкцией
орнитоптеров — летательных
аппаратов с машущими
крыльями, имитирующими
движения птицы. Создал с
учениками «Летатлин» —
махолет с размахом крыльев
8 метров, в который вложил
свою мечту о человеке-птице.
Нужно ли удивляться тому, что полет
птиц вызывал нестерпимую зависть у чело-
века? Возможность парить, перелетать с мес-
та на место, наслаждаться ощущением воли
и простора...
Не счесть попыток создать орнитоптеры-
махолеты по образу и подобию птиц, а по-
рой и летучих мышей. Сохранились рисунки
Леонардо да Винчи с изображением перепон-
чатых крыльев, взятых за образец для махо-
лета, известны легенды о попытках взлететь
или хотя бы спланировать с помощью укреп-
ленных на руках крыльев.
В большинстве случаев удача не улыбалась
испытателям, такие полеты часто оканчива-
лись трагически. В конце XIX века немец-
кий инженер Отто Лилиенталь смог удержать-
ся в воздухе непродолжительное время на
44
парусном летательном аппарате. Но до машу-
щего полета было еще далеко, а сам Лилиен-
таль погиб во время одной из очередных по-
пыток взлететь...
Вскоре начались испытания первых само-
летов — транспортных средств, оснащенных
неподвижными крыльями и мотором, способ-
ных держаться в воздухе без мускульной силы
человека. Вроде бы махолеты были теперь ни
к чему.
Но вот парадокс: если рассчитать, сколь-
ко груза на единицу затрачиваемой энергии
можно поднять при машущем полете и с по-
мощью современного самолета, выиграет ма-
холет. Это человеку не суждено вознести са-
мого себя в воздух с помощью крыльев. А
машине? Овладение машущим полетом при-
несло бы ощутимую пользу воздушным пере-
возкам. Поэтому попытки технически вопло-
тить выверенное природой изобретение не
прекращались и после создания самолетов.
Не прекращаются они и сегодня...
45
ЧТО ПОМОГАЕТ
НАСЕКОМЫМ ПОРХАТЬ?
«Самым лучшим подарком были прозрач-
ные крылышки, совсем как у стрекозы. Их
привязали Дюймовочке на спину, и она тоже
могла теперь летать с цветка на цветок». Пом-
ните эту сказку Андерсена?
Большое внимание ученых, в том числе
биомехаников, издавна привлекали полеты
насекомых. Эти существа могут летать в лю-
бом направлении, делать резкие повороты и
зависать на месте, совершать маневры, недо-
ступные самым современным реактивным са-
молетам. «А вертолет?» — скажете вы. Но
разве возможно на вертолете порхать, делать
столь же точные подлеты, как бабочки — к
Николай Егорович
Жуковский
( 1847—1921) — российский
ученый, основоположник
современной гидро- и
аэромеханики. Стремился за
внешним несходством
животных и машин увидеть
общие принципы их
движения. Блестяще решил
сложные проблемы полета в
работе «О парении птиц».
Дал образец теоритического
подхода к изучению
биологических систем.
46
цветкам, и садиться на абсолютно неблагоус-
троенных площадках?
Выдвигающиеся крылья кузнечиков и
жуков, грузоподъемность пчел и шмелей, ви-
ражи стрекоз — все поражало, но оставалось
непонятным. Самым обидным было то, что
с помощью обычной аэродинамики — науки,
применяемой при расчетах движения само-
летов и вертолетов, понять, как насекомым
удается летать, оказалось невозможно. На-
пример, даже тщательный анализ не мог
объяснить их высокую подъемную силу. А
не разобравшись в этом, нельзя ничего поза-
имствовать.
Однако в последнее время в изучении дви-
жения этих крылатых существ наметились
сдвиги. Исследователи с помощью аэродина-
мической трубы наблюдали за полетом круп-
ной моли. Размах ее крылышек достигает 10
сантиметров, а частота взмахов — 26 раз в
секунду. В опытах с помощью струек дыма
удалось обнаружить крошечные воздушные
вихри, которые вились по крыльям моли, как
маленькие смерчи.
Оставалось неясным, почему возникают
такие спиральные потоки. Чтобы изучить
процесс в деталях, нужно было найти еще
более крупное насекомое. Но где взять по-
добных «великанов»? Пришлось создать ме-
ханическую «моль»!
Ученые воспользовались тем известным из
аэродинамики фактом, что быстрый поток воз-
47
духа над маленьким объектом можно имити-
ровать медленным потоком — над большим
объектом. И вот появилась рукотворная
«моль», превосходящая размерами обычную в
10 раз и намного реже хлопающая крыльями
(ее изображение — на рисунке слева). Модель
обошлась ни много ни мало в 60 тысяч (!) дол-
ларов. Почему так дорого? Следовало учесть,
что крылья насекомых, а также птиц и лету-
чих мышей представляют собой не жесткие,
как у самолетов, а гибкие конструкции (это
прекрасно видно на правой части рисунка). Во
время движения они способны изменять фор-
му, изгибаться — ив этом, как предполагали
исследователи, могла крыться тайна возник-
новения подъемной силы. Представьте, сколь-
ко «умной» электроники пришлось «запих-
нуть» в модель ради такой имитации!
48
И вот как только крылья механической
моли начинали опускаться, у их передней
кромки возникали те самые крохотные вих-
ри. Они, не отрываясь, постепенно смещались
вдоль поверхности крыльев. Этими воздуш-
ными водоворотами и объяснялась высокая
подъемная сила крыльев насекомого.
Но это лишь начало подробного исследо-
вания полета насекомых. Необходимо продол-
жить эксперименты, в том числе и компью-
терное моделирование. К этим работам вни-
мательно приглядываются военные: они с
удовольствием использовали бы крохотных
роботов-насекомых для наблюдения за про-
тивником с воздуха.
Известно, сколько в свое время бились ин-
женеры над проблемой загадочной вибрации
крыльев самолетов, часто приводившей к ава-
риям. А когда проблема была решена, обнару-
жилось, что уже миллионы лет подобная виб-
рация устраняется у стрекоз с помощью специ-
ального утолщения в крыле. Так, уже не в пер-
вый раз, прозевали подсказку природы. Очень
не хотелось бы снова попасть впросак...
КТО НА СВЕТЕ ВСЕХ СИЛЬНЕЕ?
Насекомые преподносят сюрпризы, связан-
ные отнюдь не только с их умением летать.
Поражает, например, их необычайная вынос-
ливость. Так, жук-носорог, подобный малень-
49
кой живой бронемашине, затрачивает неимо-
верные усилия на то, чтобы проложить доро-
гу в ссохшейся почве. Масса энергии уходит
у жуков-самцов, ведущих между собой тяже-
лые бои за самок. Сообщалось даже, что жуки
способны нести груз, превосходящий собствен-
ный вес в 350 раз! Но это были, так сказать,
оценки «на глазок». И лишь недавно ученые
решили точно измерить усилия жуков.
К насекомому прикрепляли свинцовый
грузик весом, превышавшим вес жука в не-
сколько раз. При этом жук продолжал дви-
гаться как ни в чем не бывало. Нагрузку уве-
личивали. Когда ее вес превосходил вес жука
в 30 раз, он, не спотыкаясь, шел более полу-
часа со своей обычной скоростью — пример-
но один сантиметр в секунду. Даже при на-
грузке, в 100 раз превышающей вес жука,
он умудрялся с ней справляться. Жук-носо-
рог подтвердил репутацию самого сильного су-
щества на Земле (разумеется, по отношению
к собственному весу).
Удивительнее всего оказалось то, что при
увеличении нагрузки расход энергии сокращал-
ся. Получалось, что на передвижение собствен-
ного тела жук тратит больше энергии, чем на
перемещение груза. Такие результаты поста-
вили эксйериментаторов в тупик.
На помощь призвали специалистов по био-
механике. Они припомнили, что с подобным
явлением приходилось сталкиваться при на-
блюдениях за женщинами некоторых афри-
50
канских племен.
Те могут нести на
голове груз, вес
которого составля-
ет около пятой ча-
сти веса их тела,
не совершая при
этом дополнитель-
ных усилий. Как
же это возможно?
Обратили вни-
мание, что из сосудов с водой, которые несут
на головах женщины, по дороге не расплес-
кивается ни капли. Это говорит о том, что
никаких вертикальных движений они не со-
вершают. Другими словами, в пути женщи-
нам удается поддерживать центр тяжести тела
на постоянной высоте. Для этого они выраба-
тывают особенную плавную походку. Мы же —
обычные, нетренированные люди, когда идем
широким шагом или вразвалку, тратим замет-
ную долю своих усилий на никому не нужное
смещение вверх-вниз центра тяжести своего
тела. Это и приводит к неоправданным затра-
там энергии, а значит — к усталости.
К сожалению, полностью ответить на воп-
росы, связанные с движением жука-носоро-
га, до сих пор не удалось. Ученые собирают-
ся исследовать усилия, развиваемые каждым
из мускулов жука. Уж очень заманчиво вы-
яснить, как можно двигаться без дополни-
тельной затраты сил...
51
КАК СЕБЯ ОБЕЗОПАСИТЬ?
Для того, чтобы разобраться с особеннос-
тями движения жука, биомеханики привле-
кали сведения о движении человека. Что ж,
для исследователей, в принципе, не важно,
о каком живом объекте идет речь, — с точки
зрения построения моделей, имитирующих
его существование в природе.
Вряд ли мы можем по-прежнему ощущать
себя «царями природы». Если вы дочитали
книгу до этого места, то могли убедиться, что
во многом люди уступают своим соседям по
планете. Когда же речь заходит о поисках
подходящего «типажа» для имитации како-
го-либо природного или искусственно органи-
зованного процесса, моделью вполне может
служить человек.
Так, например, во время испытаний авто-
мобилей и средств безопасности при езде нет
нужды искать какого-либо зверя, который бы
«подсказал», что необходимо в этом случае
предпринять. Люди создают биомеханическую
модель, снимая мерки для нее с самих себя.
(Так же, как портные используют манекены,
чтобы посмотреть, хорошо ли будет сидеть
одежда.)
Как.ни старайся, но добиться полной бе-
зопасности на дорогах нельзя. Всех ситуа-
ций не предусмотришь, и поэтому разработ-
чики автомобилей всячески пытаются обе-
зопасить своих пассажиров. Вот для этого
52
они и прибегают к советам специалистов по
биомеханике.
Скажем, фирма «Дженерал Моторе» спро-
ектировала самовыравнивающееся рулевое
колесо и ударопоглощающую рулевую колон-
ку. Чтобы создать это оборудование, потребо-
вались долгие годы исследований особеннос-
тей столкновения твердых предметов с тканя-
ми человека. После многих экспериментов и
обработки данных о реальных авариях была
создана биомеханическая модель грудной клет-
ки человека. (На рисунке пружинами обозна-
чены упругие свойства наших тканей, а знач-
ками в виде кнопок — воздушные амортиза-
торы, которыми служат легкие.) Подобие этой
модели реальному человеку и дало возмож-
ность разработать устройства, снижающие, а
то и вообще исключающие травматизм во вре-
мя аварий.
Закончить этот
рассказ, а с ним и
главу хотелось бы
интересным выска-
зыванием велико-
го ученого Кон-
стантина Эдуардо-
вича Циолковско-
го, который, раз-
мышляя над обес-
печением безопас-
ности и комфорта
обитателей меж-
53
планетных кораблей, предлагал помещать их
в жидкость. «Природа давно пользуется этим
приемом, — писал он, — погружая зародыш
животных, их мозги и другие слабые части в
жидкость. Так она предохраняет их от вся-
ких повреждений».
Безусловно, в жидкости космонавт сможет
выдержать значительно большие перегрузки,
чем в специальном кресле. И хотя это изоб-
ретение природы еще ждет своего повторе-
ния человеком, важно подчеркнуть, что, ви-
димо, и в космосе пригодятся ее подсказки.
ВОКРУГ БИОНИКИ
• Авторитет древнегреческого ученого Ари-
стотеля был столь велик, что многим даже
сомнительным его утверждениям верили в те-
чение столетий. Например, не удосуживались
пересчитать лапки у мухи, которых, как он
считал, должно быть... восемь. А вольнодум-
ца, усомнившегося в том, что чайки зимуют
на дне пруда, в эпоху Возрождения могли под-
вергнуть публичной порке.
• Объяснить, какую силу развивают конеч-
ности человека и животных, где находится
в их теле центр тяжести, как меняется его
положение при вставании, ходьбе, беге, опи-
сать движения сердца и грудной клетки и
еще многое другое смог лишь в конце XVII
века итальянский ученый Дж. Борелли. В
54
Джовани Борелли
(1608—1679) —
итальянский натуралист,
член Академии опытов
во Флоренции, ученик
Г. Галилея. Своими
работами по изучению
движений животных и
человека положил
начало ятромеханике —
направлению в медицине,
пытавшемуся объяснить
все физиологические
явления на основе
законов механики.
своем сочинении «О движении животных»
он призывал естествоиспытателей активнее
применять основы механики в изучении
живой природы.
• Давление, производимое зубами древне-
го ящера тираннозавра, сравнимо с давлени-
ем, которое бы возникло, если бы на его зад-
ний зуб поставили грузовичок-пикап типа
«Газели».
• Большая клешня обитающего в океане
омара сжимается медленно, но способна раз-
дробить твердые раковины моллюсков. Ма-
ленькая же не развивает таких усилий, зато
может стремительно, за 20 миллисекунд, за-
крыться, что в несколько раз быстрее любого
рефлекторного движения человека.
• Некоторые моллюски при закапывании в
грунт нагнетают кровь в ногу и этим прида-
55
ют ей твердость, которая нужна при закапы-
вании моллюсков в грунт. Эта заимствован-
ная у природы идея привела к созданию гид-
равлической модели ножных суставов, а за-
тем — и их протезов. Конструкция оказалась
настолько удачной, что на одной из демонст-
раций мод никто из зрителей не догадался,
что в показе участвовала манекенщица, у ко-
торой ампутированы обе ноги!
• Известно, что раньше бегуны на короткие
дистанции начинали бег с так называемого
«высокого» старта. Однако при наблюдениях
за кенгуру обнаружилось, что те «стартуют»,
низко пригнувшись к земле, — при этом на-
чальная скорость становится намного выше.
Вскоре этим приемом стали пользоваться и
спортсмены.
• Скорость бега на короткую дистанцию у
борзых собак и скаковых лошадей заметно
выше, чем у лучших спортсменов, и даже
скорость домашней свиньи лишь немного ус-
тупает человеческим рекордам. Однако в беге
на дальние дистанции люди опережают круп-
ный рогатый скот и овец.
• «Глупый пингвин робко прячет тело жир-
ное в утесах», — писал Максим Горький в
«Песне о Буревестнике». Расхожее мнение о
неуклюжести пингвинов было опровергнуто,
когда люди смогли увидеть их многометро-
вые прыжки.
• Палеонтологи и биомеханики считают, что
облик динозавров грубо искажают, изображая
56
их с волочащимися по земле хвостами. В дей-
ствительности, предполагают ученые, боль-
шинство динозавров держали хвост поднятым
кверху для балансировки.
• Найденный при раскопках на границе
Перу и Бразилии невероятно большой череп
крокодила вида пуруссаурус позволил восста-
новить внешний вид этого чудовища, жив-
шего около 8 миллионов лет назад. Длина
его была не менее 12 метров, а высота — 2,5
метра, что сравнимо с троллейбусом-гармош-
кой. (На иллюстрации рядом с крокодилом
изображен медведь длиной 1,5 метра).
г ' I
о 1 г
• Наблюдения за движениями змей приве-
ли ученых к выводу, что они ползут по по-
верхности, опираясь на нее всего лишь в не-
скольких точках. Такой способ перемещения
способствует уменьшению износа шкурки и
сводит к минимуму тепловой контакт с горя-
чим песком или холодной землей.
• Некоторые одноклеточные животные при-
меняют «бактериальный» принцип движения.
57
сажая себе «на спину» множество бактерий и
пользуясь их жгутиками-моторчиками. Эту
ситуацию ученые сравнивают с перемещени-
ем океанского лайнера, плывущего за счет
винтов облепивших его моторных лодок.
• Среди множества изобретений Леонардо да
Винчи, идеи которых заимствованы им у при-
роды, есть и «плавательные перчатки», то есть
ласты для рук. На мысль о них его навели
наблюдения за гусями и утками.
• Знаменитый исследователь океана Жак Ив
Кусто писал: «...на суше скелет кита не вы-
держивает веса мышц и жирового слоя». Во
время одной из экспедиций Кусто с помощ-
никами спасли попавшего на мель двухтон-
ного китенка с помощью специального гама-
ка для создания равномерной опоры.
• Хвост кита служит ему и могучим дви-
жителем — веслом, и оружием, разбивающим
в щепки суда гарпунщиков. Он способен раз-
вивать мощность, равную суммарной мощно-
сти нескольких крупных тракторов!
• В одном из английских музеев выставлен
на обозрение кусок дубовой обшивки кораб-
ля, пробитый насквозь меч-рыбой. По подсче-
там ученых, для нанесения такого удара ей
нужно было развить скорость до 100 кило-
метров в час!
• Проблема заточки орудий для охоты вол-
новала наших предков с далекой древности.
Сохранилось множество свидетельств копиро-
вания рогов, бивней, зубов и когтей живот-
58
ных при изготовлении копии, дротиков и на-
конечников стрел.
• Двести пятьдесят миллионов лет назад на
Земле водилось гигантское плавающее пре-
смыкающееся, названное офтальмозавром.
Сила этого чудовища была огромна, и двига-
лось оно с бешеной скоростью. Однако офталь-
мозавр с трудом менял направление и не умел
тормозить, поэтому нередко разбивался о при-
брежные скалы.
• Палеонтологи называли птеранодона «лет-
ной заурядностью». Однако английский пи-
сатель Стивен У инку орт создал серию моде-
лей этого крылатого динозавра и доказал, что
он обладал превосходными летными качества-
ми. Например, одна из его моделей продер-
жалась в воздухе около трех часов, двигаясь
со скоростью 30 километров в час.
• Результаты расчетов говорят, что птицы
весом более двадцати — тридцати килограм-
мов не способны летать. Поэтому остается
загадкой, как поднималась в воздух морская
птица, жившая несколько десятков милли-
онов лет назад. Она весила свыше 40 кило-
граммов и имела размах крыльев более 5
метров.
• Конструкторы полагают, что для полета че-
ловеку нужны были бы крылья размахом боль-
ше 42 метров! При этом его грудная клетка
должна была бы достигать в обхвате 2 мет-
ров, чтобы вместить достаточно мощные мус-
кулы для осуществления взмахов.
59
• Самая большая высота, на которую под-
нимаются птицы, — 17 километров. Так вы-
соко летают лишь нильские гуси. А сравни-
тельно недавно на высоте 1-2 километров
были обнаружены довольно плотные «слои»
мелких насекомых.
• Чтобы экономить силы во время долгих
перелетов, некоторые виды птиц выстраива-
ются клином или дугой. Такая форма стаи
уменьшает сопротивление воздуха при дви-
жении летящих вслед за вожаком птиц. По
этой же причине велосипедисты в командных
гонках и истребители в групповом полете
вытягиваются друг за другом в цепочку.
• Вес самцов африканского страуса дости-
гает 150 килограммов. Поэтому, в соответ-
ствии с биомеханическими расчетами, эти
птицы не могут летать. Страусам нашли при-
менение на земле — их стали запрягать вме-
сто лошадей в повозки, с чем они успешно
справляются.
• Лучший «толкательный аппарат» в живом
мире, как считают ученые, — это гребное ус-
тройство жука-вертячки. По экономичности
оно превосходит все современные техничес-
кие устройства подобного назначения.
• Английский ученый XVII века Роберт Гук
полагал, что мухи могут прогуливаться по
оконным стеклам и даже по потолку за счет
крошечных коготков на лапках. Затем дол-
гое время считалось, что удерживаться на
этих поверхностях мухам удается благодаря
60
присоскам на концах покрывающих лапки
волосков. И лишь недавно ученые обнару-
жили микроскопические жировые следы
этих насекомых. Так выяснилось, что выде-
ляемое мухами при ходьбе вещество способ-
ствует прилипанию волосков даже к гладко-
му стеклу.
• Изучение конструкторами движения насе-
комых по вертикальным поверхностям спо-
собствовало созданию шагающих по стенам
многоногих роботов. Аппараты подобного типа
предполагается использовать при обследова-
нии ядерных реакторов и небоскребов.
• Не одну сотню лет предпринимались по-
пытки построить искусственную лошадь. Се-
годня созданы и внедрены в практику трена-
жеры-муляжи, подключенные к компьютеру
и полностью имитирующие разные виды вер-
ховой езды. При этом на экране перед наезд-
ником проносятся прекрасные пейзажи. Пос-
ле таких занятий многие безбоязненно садят-
ся на живую лошадь.
• Когда-то физик Роберт Вуд засунул в длин-
ную трубу своего спектроскопа кошку, чтобы
она проползла по ней и очистила ее внутрен-
нюю поверхность от паутины. Даже сейчас, в
эпоху Интернета, способностям животных
находят столь же неожиданные применения.
Например, чтобы протянуть кабели компью-
терных сетей по узким шахтам, используют
дрессированных крыс, которые, двигаясь на
запах пищи, тащат за собой провода.
61
• Узнать, как двигаются и выглядят изнут-
ри различные животные, и даже управлять
ими можно теперь в Роботопарке — это уни-
кальная выставка биомеханических устройств,
переезжающая из одного американского штата
в другой. Пока выставлено восемь уст-
ройств — носорог, кальмар, кузнечик, жираф,
муха, хамелеон, летучая мышь и представ-
ленный на рисунке утконос. Посетители вы-
ставки считают, что лучших наглядных по-
собий нет даже в зоопарке
БИОАРХИТЕКТУРА
Где должно быть сердце?
Растения и земное притяжение
Кто лучший строитель шалашей?
В чем загадка паутины?
Подсказки жуков и водорослей
Не хотите ли пожить в улье?
Почему прочны кости?
Чья скорлупа крепче?
Чем хороши складки?
Кто изобрел дырчатые купола?
Какие домики у планктона?
В чем жить на океанском дне?
Почему так красива бабочка?
Как освещаются початки?
Когда поднимут солнечные паруса?
Легко ли строить под землей?
Вокруг бионики
Скорлупа куполов,
позвоночники колок лен.
Колоннады, раскинувшей
члены, покой и нега.
И. Бродский
Почему так часто поэты и писатели при-
бегают к сравнению архитектурных шедевров,
созданных человеком, с творениями окружа-
ющей нас природы? Не потому ли, что свои-
ми формами гениальные творения архитек-
торов вызывают в нас ощущения красоты и
целесообразности, присущие естественным
постройкам?
Действительно, колонны древних храмов
похожи на тянущиеся вверх деревья, купола
и перекрытия сходны очертаниями с ракови-
нами, листьями и даже овалом яичной скор-
лупы. А вот купол московского планетария,
изображенный на рисунке вверху, архитек-
торы уподобили пасхальному яйцу.
Природная гармония порой вызывает и
обратные сравнения. Например, Н. Гумилеву
принадлежат такие строки:
Спокойно маленькое озеро,
Как чашка, полная водой.
3 Тайны природы
65
Бамбук совсем похож на хижины,
Деревья — словно море крыш.
А скалы острые, как пагоды,
Возносятся среди цветов.
Мне думать весело, что вечная
Природа учится у нас.
Так кто же у кого учится? Читайте — и
решайте сами.
Что-то природа подолгу выращивает, не-
заметно подгоняя одну деталь к другой, а ка-
кие-то сооружения буквально на наших гла-
зах возводят насекомые, птицы и животные.
Необыкновенно разнообразие птичьих
гнезд; удивительны по своей сложности и
прочности постройки бобров — их плотины
могут выдержать вес всадника на коне; тер-
миты сооружают «замки» высотой до 7 мет-
ров, да такие крепкие, что о них приходят
почесаться слоны. Велик природный инстинкт
строительства — ведь необходимо располагать-
ся на ночлег, а то и укладываться на долгое
время в спячку, надо где-то хранить запасы
продовольствия, укрываться от врагов. А глав-
ное — иметь надежное и удобное место для
выведения потомства.
Вот й появляются гнезда, шалаши, норы
и берлоги. Тысячи лет всё живое хранит на-
следственные программы — так сказать, про-
екты, в точном соответствии с которыми СО-
66
оружают жилища новые поколения. Муравьи
строят свои дома так же, как строили их
предки сто миллионов лет назад. Маленький
бобренок с рождения знает, как без риска для
себя валить деревья и возводить плотины.
Но более развитым животным без обуче-
ния не обойтись. Например, если шимпанзе
не видел, как строят гнезда родители, он вы-
растет никудышным «зодчим». Человеку же
и подавно требуется долго учиться, чтобы
стать строителем или архитектором.
Однако немалую помощь в этом нам мо-
жет оказать природа. Неудивительно, что в
бионике сложилось даже целое направление,
называемое архитектурной бионикой.
ГДЕ ДОЛЖНО БЫТЬ СЕРДЦЕ?
С самого начала разговора об архитектур-
ной бионике отметим, что все природные по-
стройки, как и все живое, находятся под дей-
ствием притяжения Земли. Оно настолько при-
вычно, что никто его не замечает. Однако если
попытаться выяснить, что происходило в не-
запамятные времена с миром живого при его
переходе из океана на сушу, окажется, что
тогда эта проблема стояла довольно «остро».
И правда, ощущения животного или рас-
тения, находящегося в воде, сильно отлича-
ются от ощущения организма, живущего на
поверхности почвы. Например, поперечные
67
размеры подводных растении в сотни и ты-
сячи раз меньше длины их стеблей, чего не
наблюдается у растений наземных. Связано
это с тем, что, как уж было сказано, вода
как бы ослабляет действие земной гравита-
ции за счет действия выталкивающей (архи-
медовой) силы.
У сухопутных древесных змей, которым
приходится часто ползать вверх-вниз по ство-
лам и веткам, сердце расположено близко к
68
голове, чтобы снабжать мозг кровью в усло-
виях ее оттока вниз. В хвостовой же части
туловища кожа плотно стягивает сосуды, не
позволяя образоваться отеку.
На среднем рисунке хорошо видно, что у
обычной наземной змеи, если ей случается
ползти вверх, возникает заметный перепад
давления крови в передней и задней частях
туловища — ведь сердце-то у нее расположе-
но довольно далеко от головы. В таком поло-
жении змея быстро «теряет сознание» и мо-
жет умереть.
Еще ниже сердце находится у водоплава-
ющей змеи. Однако -никаких неудобств она
не испытывает, ведь со всех сторон на нее
действует вода, оказывающая так называемое
гидростатическое давление.
В связи с этим интересен вопрос: как чув-
ствует себя жираф, голова которого возносит-
ся более чем на 5 метров, а сердце находится
на уровне примерно 2,5 метров от земли? Жи-
рафу приходится расплачиваться за свой рост
высоким давлением крови; его сердце действу-
ет как мощный насос, создавая достаточный
напор для того, чтобы кровь могла поднять-
ся на такую высоту.
А что же происходит у животного ниже
сердца? При таком перепаде давления ноги
жирафа должны были бы распухнуть и стать
толстыми, как у слона. Этого не случается
только потому, что в ногах жирафа высоко
давление межклеточной жидкости, препят-
69
ствующей своим давлением разбуханию сосу-
дов, да и кожа ног очень плотна.
Итак, мы видим, как природа учитывает
в «архитектуре» животных условия их жиз-
ни в поле тяготения. Человек, испытывая
резкое увеличение веса, скажем, при взлете
скоростного самолета или ракеты, облегчает
свое состояние с помощью гидрокостюма. Его
действие аналогично действию межклеточной
жидкости в ногах жирафа: облегающий тело
по всей поверхности слой жидкости препят-
ствует оттоку крови от жизненно важных
органов. Гидрокостюм успешно применяют в
космонавтике и авиации.
РАСТЕНИЯ
И ЗЕМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ
Как ведут себя в условиях тяготения рас-
тения? Что помогает им строить себя — рас-
ти? Реагируют ли они на гравитацию анало-
гично животным? Может быть, у них тоже
есть подобие сердца, которое гонит по их орга-
низму питательные соки?
Вопросы сходства и различия внутренне-
го устройства растений и животных волнова-
ли исследователей давно. И пока они не были
вооружены достаточно точными приборами,
на эту тему оставалось лишь фантазировать.
Когда же появились микроскопы с большим
увеличением, удалось разглядеть, что в ство-
70
лах (стеблях) расте-
ний находятся сосу-
ды, по которым сни-
зу вверх перемещает-
ся живительная вла-
га, насыщенная необ-
ходимыми для пита-
ния и роста растений
веществами, — это
показано на рисунке,
сделанном с оригина-
ла конца XVII века.
Но как высоко она
может подняться, преодолевая земное тяготе-
ние? Ведь даже поршневым насосом невозмож-
но поднять воду на высоту более 10,5 метра.
Правда, сосудики растений очень тонкие. В
них жидкость может подниматься значитель-
но выше. Такие сосуды или трубки с очень
узким каналом называют капиллярами.
Однако только капиллярными силами не
объяснить, каким образом поднимаются вы-
тягиваемые из земли вещества к вершинам
таких деревьев-гигантов, как эвкалипт или
секвойя. Ведь здесь разговор идет уже о бо-
лее чем сотне метров!
Лишь в XIX веке было обнаружено явле-
ние, названное осмосом. Им объясняется мно-
гое из происходящего с клетками. За счет
осмоса внутриклеточная жидкость находится
под большим давлением, чем жидкость сна-
ружи. Это явление, кстати, является причи-
71
Теодор Шванн
(1810—1882) — немецкий
биолог. Открыл основной
пищеварительный фер-
мент — пепсин. Ставил
опыты в попытках опро-
вергнуть теорию самоза-
рождения жизни, убеди-
тельно завершенные позже
Луи Пастером. Главный
его труд — клеточная
теория строения растений
и животных — признана
одним из самых великих
открытий в естествознании
XIX века.
ной упругости листьев растений — они вя-
нут, когда давление внутри клетки падает и
она «съеживается».
Осмос — это односторонний переход воды
через клеточную мембрану, которая свобод-
но пропускает воду, но не выпускает из клет-
ки молекулы растворенных солей или саха-
ров. Вода движется через такую мембрану в
сторону большей концентрации раствора.
В растительном организме концентрация
внутриклеточных растворов возрастает от кор-
ней к стеблям и листьям. Такая передача от
клетки к клетке «эстафеты» концентраций и
обеспечивает постепенный подъем жидкости
по стволу дерева через тонкие каналы — «ске-
леты» омертвелых клеток.
Биологами были проведены интересные
опыты, подтверждающие схожесть реакций
72
растении на земное тяготение и освещение.
Верхушка растения стремится ввысь и ори-
ентируется на свет, корень же растет вниз,
а в присутствии одностороннего источника
света_изгибается в сторону тени. Эти явле-
ния получили названия «геотропизм» и «фо-
тотропизм». Таким образом растение стара-
ется обеспечить себя светом и теплом ввер-
ху и достичь источника воды и питательных
веществ внизу.
Великий биолог Ч. Дарвин писал: «В рас-
тении нет структуры более замечательной по
своим функциям, чем кончик корня». Про-
шло более ста лет, но отнюдь еще не все ясно
в механизмах описанного поведения растений.
А это важно не только людям, постоянно
живущим на Земле, но и космическим путе-
шественникам, желающим выращивать уро-
73
жаи в условиях невесомости. До сих пор не-
ясно, например, как растения могут нормаль-
но расти, не «чувствуя» тяготения?
КТО ЛУЧШИЙ
СТРОИТЕЛЬ ШАЛАШЕЙ?
Одним из самых древних жилищ, соору-
жавшихся человеком, были шалаши. Не ис-
ключено, что природа при этом впервые под-
сказывала людям, как их возводить: хоро-
ший пример подавали птицы, которые стро-
или гнезда на деревьях, а зачастую и на зем-
ле. Ведь это только кажется, что сухие ве-
точки, травинки, листья — ненадежный
строительный материал. Соединенные вмес-
те, сплетенные между собой, они образуют
весьма прочный каркас. А если такое соору-
жение проконопатить, утеплить мхом, уст-
лать перьями и пухом, то получится доволь-
но удобное жилище.
И сегодня можно наблюдать, как строит
свои брачные сооружения птица, которую так
и называют — шалашник. Каких только раз-
новидностей этих построек не существует!
Мало того, что шалашники, кропотливо вык-
ладывая- веточку к веточке, создают гнезда-
шалаши различной формы, они еще и укра-
шают их раковинами улиток и расписывают
соком ягод с помощью кисточки из мочалки.
Как считают ученые, это необходимо самцам
74
(а только они занимаются подобным строи-
тельством) для привлечения самок. У кого са-
мый красивый и надежный шалаш, тот, ско-
рее всего, хороший «хозяин», тому и быть
главой будущего
семейства.
Выкладывая
разнообразными
предметами пло-
щадку перед выст-
роенной «бесед-
кой», шалашники
оказали помощь...
археологам и пале-
онтологам. Так, у
одного шалаша уче-
ные обнаружили
свыше ста пятиде-
сяти костей млекопитающих, раковины доис-
торических моллюсков и множество остатков
материальной культуры древнего человека —
даже каменные орудия труда!
Возможно, в глинистом обрыве у реки
вам приходилось видеть небольшие пещер-
ки — гнезда береговых ласточек. В лесу най-
ти жилища птиц сложнее, они обычно рас-
положены в укромных местах. Но если на-
браться терпения и долго наблюдать за пер-
натыми, то можно найти и служащие им жи-
лищами дупла, и висячие домики, и даже
земляные норы.
75
Наш далекий предок был намного ближе
к природе, и ему было нетрудно находить
жилища птиц, например, когда он выслежи-
вал их во время охоты или хотел полакомить-
ся их яйцами. Подмечая особенности уже
построенных гнезд и наблюдая за их отдел-
кой, он наверняка запоминал инстинктивные
«трудовые навыки» птиц и перенимал их,
чтобы затем использовать для своих нужд.
Но учили его не только птицы...
В ЧЕМ ЗАГАДКА ПАУТИНЫ?
Гуляя в лесу или заходя в какое-нибудь
заброшенное помещение, мы нередко наты-
каемся на паутину. Ощущение этих липких
нитей вызывает у нас желание как можно
быстрее стряхнуть их с себя. Но ведь это —
прекрасный строительный материал, которым
порой даже птицы «цементируют» гнезда. А
сама паутина — истинное произведение ар-
хитектурного искусства! Постарайтесь понаб-
людать за растянутой между кустами или в
углах подвалов паутиной, а если повезет, за
процессом ее сооружения, когда паучок мас-
терски создает узор своей ловчей сети.
Очевидно, что паутина — это прежде все-
го средство, с помощью которого паук охо-
тится. Поразительным образом природа «за-
ложила» в паука программу создания доволь-
но сложных конструкций. Более того, для ни-
76
тей, выполняющих разные функции, паук
вырабатывает различные виды шелка. Одно
дело — сердцевинное волокно ловчей спира-
ли, другое — сигнальная нить, третье — нить
для яйцевого кокона, четвертое — для обма-
тывания добычи и так далее.
Многие паучьи «конструкции» были исг
пользованы архитекторами при проектирова-
нии перекрытий большой площади. Возмож-
но, вы видели похожее сооружение над ог-
ромным современным стадионом. Напомина-
ет паутину и переплетение тросов подвесных
мостов. Но дело еще и в другом.
Почему паутинки обладают столь большой
эластичностью? Почему, заметно удлиняясь,
нити не рвутся, а выдерживают давление вет-
ра, натяжение от движения самого паука во
время плетения сети или когда он бежит к
запутавшемуся насекомому?
77
Оказывается, сухой шелк — основа
нити — довольно жесткий материал, плохо
поддающийся растяжению. Но в момент вы-
деления шелковая нить обволакивается вяз-
кой жидкостью, вырабатываемой пауком. За-
тем эта жидкость впитывает атмосферную
влагу и собирается в мельчайшие капельки.
Поверхностное натяжение капелек заставля-
ет шелковое волокно скручиваться внутри них
в «мотки». Растягивая нить, вы словно раз-
матываете эти моточки, поэтому нить и мо-
жет без провисания в несколько раз менять
свою длину. Недаром в Индонезии из паути-
ны до сих пор делают рыболовные лески.
Тут, конечно, есть чему поучиться не толь-
ко архитекторам, но и материаловедам. Было
бы неплохо создать подобные эластичные
нити. Однако скоро ли удастся это сделать?
Паукам-то природой было отпущено на дос-
тижение такого совершенства около 300 мил-
лионов лет. Правда, в конце книги, в расска-
зе о генной инженерии, вы найдете ответ и
на этот вопрос.
ПОДСКАЗКИ ЖУКОВ
И ВОДОРОСЛЕЙ
Порой человек умудряется очень быстро
пройти путь, на который природа потратила
миллионы лет. Особенно интересно сравнить
результаты, когда инженеру или конструкто-
ру не приходило в голову с ней советоваться.
78
Взгляните на картинку, где показано, как
эволюционировало искусство перекрытия соору-
жений, и как менялись с течением времени
строение и форма жестких надкрылий жуков.
По рисункам в нижнем ряду (слева на-
право) заметно, что первоначально вдоль над-
крылья располагались продолговатые трубоч-
ки. Затем они вытягивались, число их рос-
ло, потом уменьшалось, и сами они словно
подрастали, превращаясь в то, что инженеры
называют ребрами жесткости.
Еще позже эти ребра расширялись в верх-
них своих частях, которые в дальнейшем сли-
вались. В итоге получилась так называемая
рамная конструкция с вертикальными колон-
ками-перемычками. Это довольно легкое и весь-
ма прочное покрытие. Цель, которую «стави-
ла» перед собой природа, была достигнута.
Если же проследить по рисункам в верх-
нем ряду за различными вариантами конст-
79
рукций, создаваемых человеком, то, разуме-
ется, полного совпадения не обнаружится.
Путь, по которому шли конструкторы, изо-
биловал находками и неудачами. Но разви-
тие техники привело, в конце концов, к тому
же результату, которого достигла природа.
Не всегда, конечно, схожи пути развития
конструкторской мысли человека и «инженер-
ных» задумок природы. Однако, если ставят-
ся одинаковые цели, решения удивительным
образом совпадают.
Когда человек выясняет, как ту или иную
архитектурную проблему пыталась разрешить
природа, он часто обращается к ней за сове-
том. Интересен пример из практики одного
отечественного изобретателя. Наблюдая за
морским прибоем, он обнаружил, что голые
камни на береговой линии испещрены ямка-
ми и царапинами, а валуны, покрытые водо-
рослями или мхом, почти не разрушаются от
ударов волн. Это привело его к изобретению
защитного слоя для бетонных гидротехничес-
ких сооружений, содержащего упругие стер-
жни, волокна или пластинки.
НЕ ХОТИТЕ ЛИ ПОЖИТЬ В УЛЬЕ?
Удивителен подарок природы — мед.
Вкусный, душистый, сладкий, полезный... Но
не менее удивительны и те, кто его произво-
дят. Много занимательного можно рассказать
80
о пчелах, однако сейчас для нас наиболее важ-
но их архитектурное мастерство.
Конечно, вы видели, а может быть, даже
держали в руках соты — эти маленькие пче-
линые домики. Строят их насекомые и для
жилья, и для хранения меда, и для выведе-
ния потомства. А материал, из которого ле-
пятся соты, пчелы изготавливают сами, вы-
деляя вещество, которое после растирания
челюстями и смачивания пчелиной слюной
превращается в светлый и мягкий воск.
Аристотель
(384-322 до н. э.) — древнегре-
ческий философ. Собрал и систе-
матезировал огромный естествен-
нонаучный материал, добытый
его предшественниками. Создал
первую классификацию живот-
ных, определил пять основных
типов чувств: зрение, осязание,
обоняние, слух и вкус. Ему
принадлежат сочинения «Описа-
ние животных» и «О возникнове-
нии животных». Считал, что
научному объяснению всегда
должно предшествовать свободное
от предвзятости наблюдение.
Сначала пчелы возводят в улье опорную
стенку, затем на ней «моделируют» соты. По-
началу круглые ячейки в стене пчелы выс-
кабливают изнутри под углом шестьдесят гра-
дусов. Именно такой угол затем обеспечива-
ет сотам правильную шестигранную форму и
отменную крепость.
81
Замечено это было еще в древности, на-
пример, Аристотелем, писавшим, что пчели-
ный улей настолько прочен и тверд, что его
трудно разрушить даже острой палкой. Од-
нако долгое время было неясно, почему пче-
лы выбрали для улья именно такую форму.
Давайте попробуем воспроизвести ход рассуж-
дений исследователей, пытавшихся разгадать
эту загадку. Очевидно, что пчелам требова-
лось найти такое решение, чтобы и домики
были крепкими, и разумно использовалось их
пространство.
Из отложенных в соты яиц в течение не-
скольких дней развиваются куколки. Свобод-
ней всего они чувствовали бы себя в помеще-
нии округлой формы (вроде цилиндрика). Но
тогда между домиками оставалось бы много
свободного места, да и сами домики надо было
бы строить по отдельности.
Ни квадраты, ни равносторонние треуголь-
ники, заложенные в основание ячейки, не
82
подходят для достижения поставленной цели,
поскольку куколка находилась бы в середи-
не ячейки, оставляя пустыми ее углы.
После долгих, продолжавшихся, возмож-
но, миллионы лет проб пчелы выбрали шес-
тиугольник. А человек своими расчетами под-
твердил, что это идеальная форма для наибо-
лее полного использования площади. Согла-
ситесь, что контур шестиугольника близок к
кругу и почти весь объем ячейки заполняет-
ся куколкой, а общие стенки домиков ведут
к большой экономии строительного материа-
ла — воска.
Архитекторы и строители уже убедились,
насколько выгодны такие ячеистые элемен-
ты для сборных конструкций, и активно их
применяют. Появились сотообразные плоти-
ны, элеваторы, гостиницы, жилые дома...
ПОЧЕМУ ПРОЧНЫ КОСТИ?
Достигнув в строительстве зданий высо-
кого мастерства, люди, тем не менее, долгое
время не рисковали строить высотные дома.
Ведь строительные материалы были не на-
столько прочны, чтобы выдерживать огром-
ные нагрузки, возникающие при возведении
небоскребов.
К тому, о чем мы говорили ранее, об-
суждая, на какую высоту поднимаются в де-
ревьях соки, надо добавить, что ограниче-
83
ния на рост растений накладывает и их вес.
Дерево циклопических размеров раздавит
само себя.
Проблема, однако, заключается не только
в прочности материала, но и в способах со-
единения изготовленных из него деталей со-
оружения. Скажем, из легких и длинных де-
ревянных бревен можно соорудить каркасы
различной формы, а вот из камня нет смыс-
ла вырубать длинную перекладину — при
испытываемых ею нагрузках от собственного
веса такое его применение будет совсем не-
оправданным .
Использование металла в строительстве
довольно быстро привело к появлению так
называемых ажурных конструкций. Иными
словами, монтировался «скелет» здания, а
уже к нему крепились остальные элементы —
стены, оконные и дверные блоки, лестницы
и прочее.
Сказав слово «скелет», мы не просто при-
бегли к наглядной аналогии. Не только ме-
дикам и физиологам известно, какой проч-
ностью обладают составляющие его кости. На-
пример, бедренная кость человека выдержи-
вает нагрузку до полутора тонн (это вес авто-
мобиля). Конечно, хорошо, что природа «со-
оружает» нас с таким запасом прочности. Но
как ей это удается?
Сотни миллионов лет она словно ставила
опыт за опытом, отрабатывая жизнеспособ-
84
ные «конструкции». В последние годы были
найдены останки нескольких гигантских
древних ящеров. Сначала — сейсмозавра
(«сотрясателя земли»), весившего около 80
тонн. Позже — аргентинозавра ростом свы-
ше 30 метров и весом более 100 тонн. И со-
всем недавно — анкилозавра, имевшего вес
в полтора раза больший, чем у аргентино-
завра! Какие же прочные им были нужны
скелеты!
Исследование костей показывает, что
прочность их строения определяется в том
числе и своеобразным распределением со-
ставляющих их тканей. Они выстилаются
таким образом, что разносторонние — и с
торцов, и с боков — нагрузки вызывают
прежде всего сжатие или растяжение кос-
тей, а не их изгиб. Для сравнения вспом-
ните: как легче сломать палку — вдоль или
поперек? К тому же основная масса костей
сосредоточена в их внешней части, а внут-
ри они пористы, практически пусты. Осо-
бенно это заметно у птиц.
Такое созданное природой распределение
материала удивительным образом совпадает
с инженерными находками человека. Напри-
мер, люди уже давно поняли, что столбы и
опоры не обязательно делать сплошными,
можно вполне обойтись трубами. В конструк-
циях различных металлических башен порой
можно обнаружить буквальное повторение
85
конструкции костей.
Таково, например,
устройство знамени-
той Эйфелевой баш-
ни. А вот выясни-
лось это чуть ли не
через сто лет после
ее создания.
Так что теперь
при постройке вы-
сотных сооружений
люди уже намеренно
стремятся заимство-
вать решения, найденные и опробованные
природой.
ЧЬЯ СКОРЛУПА КРЕПЧЕ?
Помните выражение «не стоит выеденно-
го яйца»? В этих словах кроется пренебре-
жительное отношение к яичной скорлупе.
А ведь это не что иное, как пример чудес-
ной природной конструкции. Толщина скор-
лупы куриного яйца — доли миллиметра, но
попробуйте раздавить его, сжав ладонями с
концов. Не так-то легко, правда?
Недаром свое потомство «заключали» в
яйца не только птицы, но и черепахи, змеи,
крокодилы и даже громадные динозавры.
Примером прочности может служить скорлу-
86
па страусиного яйца, выдерживающего груз
в 105 килограммов.
В чем причина прочности яичной скорлу-
пы? Главным образом в ее геометрической
форме. На рисунке показано, что при внеш-
нем давлении на скорлупу усилие передается
таким образом, что сжатие скорлупы проис-
ходит в направлении, почти перпендикуляр-
ном силе. Иными слова-
ми, давление восприни-
мается не отдельно ка-
ким-либо участком скор-
лупы, а распределяется
по всей ее поверхности.
Поэтому сидящая на яй-
цах курица не расплю-
щивает их, но в то же
время удары вылупляю-
щегося птенца изнутри
сравнительно легко раз-
рушают его обитель.
Скорлупа куриного яйца состоит из семи
оболочек, причем они не расслаиваются даже
при резких перепадах температуры и влаж-
ности. Это объясняется тем, что, хотя слои
не одинаковы по составу, некоторые их фи-
зические свойства весьма близки. Важный
элемент скорлупы — тонкая внутренняя плен-
ка, порой мешающаяся нам добраться во вре-
мя еды до сердцевины яйца.
Эта пленка в свое время здорово помог-
ла строителям. Они возводили театр, кры-
87
ша которого должна была иметь форму ог-
ромной яичной скорлупы. Во время строи-
тельства по крыше пошли трещины. Что же
здесь упустили проектировщики? Или при-
рода «дала маху»?
Изучив скорлупу более тщательно, замети-
ли, что к ней «крепится» изнутри тонкая эла-
стичная пленка, создающая предварительное
напряжение, как бы стягивая всю конструк-
цию скорлупы. Выход из сложного положе-
ния был найден: крышу снабдили подобной
пленкой и театр благополучно достроили.
Теперь уже не вызывают удивления ни
давно используемые арочные конструкции, ни
сравнительно недавно вошедшие в обиход
строителей гигантские сплошные своды, на-
поминающие формой яйцо.
Но скорлупа — всего лишь один из об-
разцов прочных природных оболочек.
ЧЕМ ХОРОШИ СКЛАДКИ?
Кроме куриного яйца, к естественным
оболочечным конструкциям относятся, как
упоминалось, и яйца других птиц, а также
земноводных. Сюда же следует зачислить и
твердите оболочки орехов, панцири черепах,
крабов, раковины моллюсков. Да и многие
насекомые могли бы похвастать крепостью
своей кутикулы — так называется их внеш-
ний скелет.
88
Однако все это гладкие поверхности. Но в
природе встречаются и обладающие большой
прочностью оболочки несколько иной формы.
Например, некоторые раковины напоминают
развернутый складчатый веер. Эту форму не
обошли своим вниманием архитекторы, издав-
на используя ее как деталь свода. Подобная
форма представляет собой набор соединенных
между собой маленьких выпуклых поверхнос-
тей, даже по отдельности выдерживающих, как
та же скорлупа, большие внешние воздействия.
Чем же хороши складки? Обычный бу-
мажный лист легко гнется даже под своим
весом. Однако если мы сложим лист гармош-
кой, его прочность возрастет. Даже просто
согнутый пополам (в виде крыши домика)
лист сможет выдержать большие, чем плос-
кий лист бумаги, нагрузки. Стоит ли гово-
рить о том, насколько жестче он станет при
сворачивании в трубочку.
89
Хороший пример, дающий почувствовать
изменение жесткости конструкции, — «охо-
та» на мух. Вы хотите прихлопнуть непроше-
ную назойливую гостью, а под рукой нет ни-
чего, кроме газеты. Что вы предпримете? Не
будете же шлепать развернутым листом! Та-
кой удар насекомое и не почувствует. Неволь-
но руки сами складывают или скручивают
газету — теперь уж мухе не поздоровится.
Понятно, что архитекторам приходится
решать задачи гораздо сложнее этой. Однако
они уже неплохо научились использовать
складчатые формы. Конструкции выставоч-
ных павильонов, зданий аэропортов, театров
носят на себе явный отпечаток природных
аналогов — и не только створок раковин, но
и свернувшихся опавших листьев, еще не
потерявших упругости.
Припомните рассказ о надкрыльях жуков.
Прожилки, которыми они, как и крылышки
многих других насекомых, пронизаны, играют
роль арматуры —железных прутьев, укрепля-
ющих бетон. Такую же роль выполняют про-
жилки зеленого листа. Использовав его «кон-
струкцию», удалось перекрыть без опор стомет-
ровый пролет, причем толщина рукотворного
«листика» составила всего 4 сантиметра.
Все это — примеры подражания отобран-
ным длительной эволюцией конструкциям, в
которых необычайно высокая сопротивляе-
мость нагрузкам достигается при крайне ма-
лых затратах строительного материала.
90
КТО ИЗОБРЕЛ ДЫРЧАТЫЕ КУПОЛА?
Прочные природные конструкции не все-
гда представляют собой сплошные оболоч-
ки — гладкие, как, например, у яйца, или
складчатые, как у раковины. Мы уже гово-
рили о паутинах и решетчатых внутри над-
крыльях насекомых, которые также облада-
ют завидной крепостью. Правда, они не были
замкнутыми поверхностями, такими, скажем,
как шарообразная скорлупа ореха.
Человек догадался сооружать купола и
различной формы выпуклые перекрытия из
ажурных — дырчатых — конструкций. При
этом создавался как бы внешний, вынесен-
ный наружу, «просвечивающий» скелет, а
изнутри к нему крепились уже легкие сплош-
ные конструкции.
Интересно, что среди возможных вариан-
тов подобного рода сооружений были и об-
91
ладавшие особой устойчивостью. Их форма
была найдена американским архитектором и
инженером Бакминстером Фуллером. Ее на-
звали геодезическим куполом и стали ши-
роко применять при проектировании зданий.
Один из таких куполов можно увидеть на
рисунке слева.
Сам Фуллер указывал, что все подобные
конструкции представляют собой сеть из пяти-
и шестиугольников. Но еще в XVIII веке зна-
менитый математик Леонард Эйлер рассчитал,
что для образования замкнутой сферической
фигуры необходимо иметь двенадцать пяти-
угольников, а число шестиугольников может
меняться в широких пределах. Скажем, в обо-
лочке современного футбольного мяча можно
найти двадцать шестиугольников.
Прошло не так уж много времени с нача-
ла использования в архитектуре геодезических
куполов, как в природе были открыты так
называемые фуллерены — состоящие из ато-
мов углерода молекулы, форма которых в точ-
ности повторяла очертания этих куполов. Тем
самым была обнаружена еще одна, помимо
алмаза и графита, форма существования угле-
рода. Вариант структуры этой молекулы пред-
ставлен на рисунке справа. Сравните!
Сейчас ученые разных стран исследуют
фуллерёны. Необычная структура молекул,
определяющая их устойчивость, объясняет и
многие новые свойства построенного из них
вещества.
92
Как видите, в данном случае человек са-
мостоятельно подобрал строительные конст-
рукции, которые, как выяснилось чуть поз-
же, природа успела изобрести. Этот факт тем
более ценен, что вновь подтверждает сходство
результатов бессознательного и разумного
поиска, — вопрос лишь в том, сколько на
тот и другой уходит времени.
КАКИЕ ДОМИКИ У ПЛАНКТОНА?
Впрочем, ажурные замкнутые структуры
природа создала отнюдь не только на моле-
кулярном уровне. Во много раз более круп-
ные объекты — простейшие организмы — она
также давно научилась заключать в ячеистые
панцирные оболочки.
Взгляните на рисунок, где показаны все-
го лишь три вида подобных оболочек из не-
93
Эрнст Геккель
(1834—1919) — немецкий
ученый, один из крупнейших
биологов XIX века. Автор
книги «О радиоляриях».
Изобразил первое родословное
дерево всех живых существ,
установил закономерность:
каждый организм в своем
индивидуальном развитии
повторяет стадии развития
предков. Распространял
законы живой природы на
человеческое общество,
которое сравнивал с гигант-
ским организмом.
скольких тысяч вариантов, созданных при-
родой для населяющих океан микроорганиз-
мов. Это «раковинки» представителей фито-
планктона и зоопланктона, построенные из
крепчайших соединений кальция и кремния.
На необыкновенное разнообразие этих есте-
ственных конструкций, нередко называемых
шедеврами природы, обращал внимание инже-
неров известный немецкий естествоиспытатель
Эрнст Геккель. При изучении этих простейших
существ очень важны два момента — структу-
ра раковины, обеспечивающая надежную защи-
ту, и поразительная экономия материала при
построении защитной оболочки.
Исследуя строение панцирей радиолярий
и других простейших, архитекторы и конст-
рукторы разработали различные ячеистые кон-
струкции, которые могут быть использованы
94
при строительстве зданий и возведении мос-
тов и плотин.
Мы уже говорили о том, что сплошные
конструкции испытывают дополнительную
нагрузку от собственного веса. Ячеистые зам-
кнутые оболочки имеют значительно меньший
вес, сохраняя при этом удивительную проч-
ность. Все дело в характере взаимного распо-
ложения ячеек и ребрышек таких решеток.
На рисунке показаны обладающие высокой
прочностью хитроумные формы этих конструк-
ций, которые природа путем многократных
проб смогла создать задолго до человека.
Кстати, присмотревшись к изображению
радиолярии, вы обнаружите, что ее кремние-
вый скелет как будто бы составлен из раз-
личных геометрических фигур. Любопытно,
что на изображениях этих существ, сделан-
ных в начале нашего века, можно видеть и
пяти-, и шестиугольники. Иными словами,
некоторые из радиолярий — не что иное, как
«живые фуллерены»! Еще один ошеломляю-
щих! пример совпадений...
В ЧЕМ ЖИТЬ
НА ОКЕАНСКОМ ДНЕ?
А какие архитектурные идеи позаимство-
вал человек у морских организмов для обес-
печения своего пребывания под водой? Ведь
пока мы говорили лишь о том, что некото-
95
рые оригинальные формы оболочек морских
обитателей он с успехом использовал на суше.
Однако природа заботилась о них, учитывая
среду, в которой эти организмы находятся, —
океанские глубины. Немудрено, что, как толь-
ко человек поставил задачу долгого пребыва-
ния под водой, он начал внимательно при-
сматриваться к тем, для кого условия под-
водного пребывания были обыденными.
Однако при разработке формы аппаратов,
в которых люди опускались все глубже и
глубже, следовало использовать «достижения»
не только движущихся под водой или зави-
сающих в ее толще существ. Важнее обратить-
ся к обитателям морей и океанов, живущих
на дне, тем более когда встал вопрос о созда-
нии стационарных подводных поселений.
Посмотрите на конструкцию лаборатории
«Преконтинент II», в которой работали аква-
навты под руководством знаменитого иссле-
дователя подводного мира Жака Ива Кусто.
96
Огюст Пиккар
(1884—1962) — швейцарский
физик, стратонавт и акванавт.
Совершил рекордные подъемы
на аэростате собственной
конструкции и погружения в
океан на сконструированном
им батискафе. Предложил
отказаться от использования
стали для подводных аппара-
тов и перейти к пластикам, а
также изготовлять корпуса
глубоководных кораблей и
лабораторий из сферических
многогранников.
Она находилась на глубине 11 метров вблизи
кораллового рифа в Красном море. Легко за-
метить, что по своим очертаниям этот воис-
тину подводный дом напоминает морскую
звезду. Крупная американская подводная
станция «Силэб», рассчитанная на размеще-
ние сорока акванавтов на глубине двухсот
метров, схожа по виду с распластавшимся на
дне осьминогом. Выпуклые формы, прочный
корпус, большое давление закачиваемой
внутрь станции дыхательной смеси позволя-
ют выдержать внешнее давление.
Подобное подражание природным формам,
видимо, позволит будущим исследователям
обеспечить себе наиболее подходящие условия
для обитания даже на еще больших глуби-
нах. Не зря же за месяц пребывания под во-
дой исследователям с «Преконтинента» уда-
4 Тайны природы
97
лось выполнить огромный объем работ. «Море
стало нашим домом», — вспоминали акванав-
ты. Это ли не лучшая оценка их подводному
жилищу!
ПОЧЕМУ ТАК КРАСИВА БАБОЧКА?
Легко заметить, что при создании многих
архитектурных сооружений на замысел зод-
чего влияла природа. И дело не только в том,
что она подсказывала наиболее экономные
решения и предлагала прочные конструкции,
но и в ее сильном эстетическом воздействии.
Как часто нас буквально завораживает вели-
колепие природных объектов, и мы удивля-
емся, каким тонким художником может быть
природа.
Важно, что внешняя красота созданных ею
форм неразрывно связана с их целесообраз-
ностью. Иными словами, грубые, тяжеловес-
ные, неуклюжие растения и животные, как
вы уже убедились, нередко оказываются и
менее приспособленными к жизни в меняю-
щихся условиях. А изящная архитектура
живого всего лишь отражает долгий путь пе-
ребора различных вариантов, в результате
которого выиграли — выжили — именно те
существа и организмы, которые сегодня ра-
дуют наш глаз.
Самые привлекательные архитектурные со-
оружения часто обладают симметрией. Припом-
98
ните виденные вами старинные усадьбы или
церкви, дворцы или высотные здания. Их пра-
вая и левая стороны, как правило, представля-
ют собой зеркальные отражения друг друга.
Но разве не такие же решения реализова-
ла природа в сверкающих кристаллах, об уди-
вительной симметрии которых писали еще в
древности? Однако не только в мертвом мире
камней нашли свое место различные виды
симметрии. Примеры ее зеркального вариан-
та мы можем найти и в формах листьев, и в
очертаниях множества живых существ — ска-
жем, бабочек.
Но природа была бы слишком незатейли-
ва, если бы ограничилась только этой про-
стейшей формой повторения или подобия.
Еще не совсем ясно, почему порой она такую
симметрию нарушает. Например, некоторые
виды вьющихся растений при росте закручи-
ваются вокруг опоры по часовой стрелке, дру-
гие — против. Так же — по часовой или про-
тив часовой стрелки — «завернуты» ракови-
99
ны некоторых моллюсков (соответственно
«правши» и «левши»), причем «правшей»
оказывается намного больше, чем «левшей».
Разницу в их количестве можно обнаружить
даже в мире бактерий.
Эти и подобные им нарушения симметрии
используют и архитекторы. Вот, к примеру,
луковицы куполов на соборе Василия Блажен-
ного не привычно гладкие, а «закрученные»,
что вносит живость и разнообразие в его вне-
шний вид.
Таким образом, подсказанные природой
варианты различных симметрий и отступле-
ний от них ведут к богатству создаваемых
человеком архитектурных форм.
КАК ОСВЕЩАЮТСЯ ПОЧАТКИ?
В начале этой главы мы уже отмечали
связь между ростом растения, с одной сторо-
ны, и земным тяготением и светом — с дру-
гой. Но мало просто отметить эту связь, хо-
рошо бы ею воспользоваться.
Действительно, можно было бы, например,
попытаться построить дом, подобный подсол-
нечнику, чтобы весь световой день получать
в своей квартире наибольший поток солнеч-
ных лучей. Но представьте, насколько слож-
ной оказалась бы конструкция такого здания.
К тому же его обратная сторона постоянно
находилась бы в тени.
100
А если поставить задачу просто более рав-
номерного освещения разных сторон здания,
то и здесь можно найти примеры природных
решений.
Вам хорошо известны колосья злаковых
культур или кукурузные початки. Выпуклые
зерна в течение дня получают примерно оди-
наковую порцию света за счет того, что пере-
мещающееся по не-
босводу солнце по-
стоянно касается
их своими лучами.
(Это аналогично
тому, как если бы
вы неподвижно си-
дели на месте, а
кто-нибудь ходил
вокруг вас с за-
жженной лампой,
облучая ваше лицо
более или менее
равномерно со всех
сторон).
Такое выгодное расположение зерен, ког-
да они меньше всего мешают друг другу по-
лучать свет и тепло, натолкнуло архитекто-
ров на мысль о проектировании жилых домов
в форме кукурузных початков. Удобство это-
го технического решения заключалось еще и
в том, что все коммуникации — провода элек-
тропитания и телефонной связи, водопровод-
101
ные трубы и канализация, а также лифт, —
помещаются в одном стволе. Разве это не на-
поминает деревья и колосья, в которых все
питательные вещества подаются по стволам
или стеблям, а потом распределяются по ве-
точкам к листьям и плодам?
Более ста лет назад наш выдающийся уче-
ный К.А. Тимирязев отмечал: «Роль стебля,
как известно, главным образом архитектур-
ная... Именно на стеблях узнали мы целый
ряд поразительных фактов, доказывающих,
что они построены по всем правилам строи-
тельного искусства».
Эти конструкции вызвали большой инте-
рес архитекторов, и здания-стволы или зда-
ния-початки сегодня можно встретить в са-
мых разных странах мира.
Климент Аркадьевич Тимирязев
(1843—1920) — российский
естествоиспытатель, основопо-
ложник отечественной школы
физиологов растений. Начал
исследования проблемы фотосин-
теза — процесса питания зеле-
ных растений при помощи
световой энергии, — в решение
которой внес огромный вклад. В
начале XX века прочел знамени-
тую лекцию «Космическая роль
растения», говоря о растениях
как об основе существования
всего животного мира на Земле.
102
КОГДА ПОДНИМУТ
СОЛНЕЧНЫЕ ПАРУСА?
Всего лишь за несколько последних деся-
тилетий в зодчестве возникло такое направле-
ние, как космическая архитектура. В середи-
не пятидесятых годов нашего века на орбиту
вокруг Земли был выведен первый искусствен-
ный спутник. Диаметр этого «шарика» состав-
лял всего несколько десятков сантиметров.
Теперь же в космосе находятся тысячи
объектов, в том числе обитаемые корабли,
спутники связи с огромными передающими
антеннами и даже орбитальные телескопы.
Проектируются новые станции для долговре-
менного пребывания людей, а также совер-
шенно необычные межпланетные корабли,
которые будут двигаться под действием сол-
нечного ветра.
Казалось бы, что может подсказать здесь
живая природа? Ведь в условиях космоса нет
природных объектов, которые могли бы по-
делиться своими секретами с космическими
строителями. Но это только на первый взгляд.
Во-первых, эти условия можно имитиро-
вать, погружая корабли и космонавтов в воду.
Помните разговор о борьбе с перегрузками?
Кстати, тренировки будущих космонавтов как
раз и происходят в огромных бассейнах. Там
отрабатываются действия, которые затем при-
дется повторять уже на орбите, в невесомос-
ти, в том числе и монтаж конструкций. А
103
многое для их ажурных, сетчатых, дырчатых,
пленочных форм вполне можно позаимство-
вать, как вы уже знаете, у пауков, жителей
морей и океанов или растений.
Во-вторых, существует проблема доставки
конструкций на орбиту с Земли. Ведь одним
махом забросить в космос гигантское соору-
жение невозможно. Поэтому надо доставлять
элементы станции частями, производя сбор-
ку в условиях открытого космоса.
Однако здесь можно использовать легкие
и прочные материалы, сложенные и плотно
упакованные на Земле и разворачивающиеся
в космосе. Может быть, вы читали рассказ
Виталия Бианки «Как муравьишка домой спе-
шил». В нем упоминается жук, расправляв-
ший свои тоненькие крылышки, сложенные
под жесткими надкрыльями. Это прекрасный
пример упаковки довольно протяженной проч-
ной конструкции в малом объеме.
104
Так что и в совсем непривычных для зем-
лян условиях можно воспользоваться тем, что
придумала природа. И похоже, что таких не-
обычных задач и нетрадиционных методов их
решений со временем будет становиться все
больше.
ЛЕГКО ЛИ СТРОИТЬ ПОД ЗЕМЛЕЙ?
Спустимся теперь с космических высот в
«подземное царство». Несмотря на то, что че-
ловек давно уже создавал убежища, рыл ямы,
землянки, строил подвалы и погреба, он не
очень хорошо представлял себе мир подзем-
ных строителей.
Но когда масштабы подземных работ воз-
росли, волей-неволей пришлось задуматься,
как природа справляется с подобными зада-
чами. Ведь вручную рыть огромные котлова-
ны для подземных гаражей, магазинов и скла-
дов, прокладывать тоннели для метрополите-
на и различных трубопроводов просто невоз-
можно.
И тут вспомнили о таких великолепных
землекопах, как кроты. Эти почти слепые су-
щества прекрасно приспособлены для жизни
под землей, причем прокладывают в ней ходы
со скоростью до 30 сантиметров в минуту. Сво-
ими лопатообразными лапами с мощными ког-
тями крот разрыхляет грунт и отгребает его
вбок и назад. Причем, хотя мы видим иногда
105
горки земли, вытолкнутой кротом наружу,
большей частью он ее не выбрасывает, а ут-
рамбовывает ею стенки тоннелей.
Еще более интересным подземным жите-
лем оказался так называемый голый земле-
коп — африканский грызун, открытый био-
логами полтора века назад. Эти животные не
имеют ничего общего с кротами, не ведут
уединенный образ жизни, а обитают под зем-
лей целыми колониями.
Функции между этими существами стро-
го разделены. Ходы они роют, выстраиваясь
цепочкой, причем когда самое первое живот-
ное вгрызается в твердую почву и разрыхля-
ет ее, остальные по очереди транспортируют
ее к отверстию, выгружая на поверхность.
Самый настоящий живой конвейер!
Эти невзрачные грызуны, иногда шутли-
во называемые учеными саблезубыми сосис-
ками, обладают поразительной особенностью:
четверть массы их мускулатуры сосредоточе-
106
на в области челюстей. Благодаря этому они
могут своими огромными резцами прогрызать
не только твердый грунт, но даже толстый
пластик и бетон. В общем, голый землекоп —
неплохой пример для подражания.
Упомянем еще ящерицу — ушастую круг-
логоловку. Известно, что она способна исче-
зать из поля зрения своих врагов, мгновенно
погружаясь в песок. Оказалось, что ящерица
достигает этого, заставляя свое тело вибри-
ровать. Силы сцепления между песчинками
при вибрации резко ослабевают, и песок ста-
новится словно бы жидкостью, в которую
ящерица погружается.
Пятьдесят лет назад люди догадались при-
менить этот способ при забивании свай. Виб-
рирующий рельс десятиметровой длины под
действием только собственной тяжести вхо-
дит в грунт, как нож в масло.
Отметим, что подземные машины, рабо-
тающие по принципам, подсказанным живот-
ными, уже изготовлены. Известна, например,
конструкция отечественных инженеров, в ос-
нову которой была положена «работа» кро-
та — так называемый подземоход. Однако и
создать такие машины оказалось нелегко, и
по производительности они уступают своим
природным аналогам. Пока здесь человек при-
меняет несколько иные, так сказать, искус-
ственные технические решения. Вновь мы вы-
нуждены признать: нам еще есть чему по-
учиться у природы...
107
ВОКРУГ БИОНИКИ
• Древнегреческий философ Демокрит, более
известный как создатель учения об атомах, был
еще и основоположником мимезиса — систе-
мы взглядов, рассматривающей человеческую
деятельность, познание и искусство как копи-
рование живой природы. «От животных мы
путем подражания научились важнейшим де-
лам, — писал он. — ...мы ученики ласточек в
построении жилищ...»
• Обитатели моря могут «позволить» себе бо-
лее значительные размеры и вес по сравне-
нию с наземными организмами. Так, океан-
ские полипы — книдарии при длине 18 мет-
ров достигают веса в одну тонну. Длинные
«стебли» бурых водорослей на суше (при от-
ливе) весьма непрочны, зато настолько элас-
тичны, что при растяжении могут удлинять-
ся на 50 процентов.
• Самое высокое дерево в мире — австра-
лийский эвкалипт, достигающий высоты 189
метров. Самое толстое — мексиканский ки-
парис, при высоте 41 метр имевший в обхва-
те на уровне груди взрослого человека более
35 метров. Самое массивное — секвойя из
американского штата Калифорния. Ее вес с
корнями, .по расчетам, составляет две с поло-
виной тысячи тонн, а из ее ствола можно из-
готовить 5 миллиардов спичек!
• Самый большой гриб — американский дож-
девик, имеющий в обхвате около двух метров,
108
самый тяжелый — найденный в Великобрита-
нии трутовик весом свыше 45 килограммов.
• Самое длинное растение на Земле — ин-
дийская пальма-лиана, вытянувшаяся на 300
метров. Самый большой цветок — индонезий-
ская раффлезия Арнольда диаметром один
метр. Самая высокая трава — бамбук, расту-
щий с огромной скоростью и достигающий
высоты 40 метров.
• В джунглях Венесуэлы обнаружено двенад-
цать видов деревьев, корни которых... растут
вверх, «взбираясь» по стволу. К этому их вы-
нуждает бедная питательными веществами
почва. Поэтому корни приспособились впиты-
вать растворенные минералы из стекающей по
стволу дождевой воды.
• В безводных райо-
нах острова Мадагаскар
растет дерево, опреде-
лившее очертаниями
ствола свое название —
бутылочное. Такая фор-
ма позволяет ему быть
своеобразным резервуа-
ром, сохраняя необходи-
мую для жизни влагу.
• Среди птичьих гнезд
есть свои рекордсмены.
Орлы, например, строят гигантские сооруже-
ния весом до полутонны. А гнезд а-малютки
у колибри величиной и массой меньше спи-
чечного коробка.
109
• Наступление цивилизации заставляет птиц
отказываться при строительстве гнезд от при-
менения привычных материалов. Так, индий-
ские вороны, поселившиеся в больших горо-
дах, перешли к использованию... металличес-
кой проволоки. Гнезда из нее прочны и эф-
фективно накапливают солнечное тепло.
• Бобры умеют строить не только плотины,
но и шлюзы, позволяющие перемещаться по
воде при различных уровнях местности.
• Более трехсот лет назад итальянский уче-
ный Дж. Борелли впервые обратил внимание
на то, что «кости у птиц пористые, полые с
истонченной до предела стенкой». К приме-
ру, у океанской птицы фрегата, имеющей раз-
мах крыльев около двух метров, скелет ве-
сит всего лишь 110 граммов.
• Самое крохотное — меньше ногтя — яйцо
принадлежит птичке колибри и весит около
по л у грамма. А самое большое, видимо, было
у вымершей птицы эпиорнис — гигантского
мадагаскарского страуса ростом несколько
метров и весом до полутонны. В этом яйце
длиной в треть метра могло поместиться 8
литров воды, а яичницы из него хватило бы
на 70 человек!
• Ханс Кристиан Андерсен в сказке «Снеж-
ная королева» утверждал, что каждая сне-
жинка походит на десятиугольную звезду. А
ведь еще в начале XVII века Иоганн Кеплер
в своем трактате «О шестиугольном снеге» дал
объяснение, почему снежинки всегда шести-
лучевые или шестиугольные.
110
Иоганн Кеплер
(1571—1630) — немецкий
астроном, открывший законы
движения планет. В своей книге
«Гармония мира» обратился к
поискам скрытых пропорций и
законов симметрии, управляю-
щим миром. Исследовал исход-
ные типы совершенных природ-
ных форм, предоставил рекомен-
дации по экономии труда и
материалов, достижению макси-
мальной прочности и наивыгод-
нейшему использованию про-
странства. Внес огромный вклад
в физиологическую оптику.
• Несколько лет назад на парижской выстав-
ке индивидуальных жилых зданий было пред-
ставлено «жилище XXI века», названное «Сфе-
рохоумом». По форме оно походило на футболь-
ный мяч, состоящий из многоугольников. Они
могли автоматически открываться и закрывать-
ся в зависимости от температуры и освеще-
ния — точно так же, как лепестки цветов.
• Насекомые обладают множеством строи-
тельных приспособлений. Это и «буровая выш-
ка» на конце «хобота» жука-долгоносика, и
выросты на спинках мелких жуков, превра-
щающие их в маленькие «бульдозеры», и че-
люсти-вибраторы муравьев-листорезов, позво-
ляющие им разделять древесные листы слов-
но по линейке. Последняя технология, кста-
ти, лишь недавно взята на вооружение уче-
ными, сконструировавшими прибор «вибра-
том» для препарирования под микроскопом.
111
• Муравейник, который вы можете встретить
в лесу, — постройка, уходящая под землю ров-
но на столько, на сколько она возвышается
над землей. Это удивительно рациональное
сооружение, пронизанное целой системой хо-
дов, галерей и вентиляционных щелей.
• Ежегодно дождевые черви перерабатывают
на каждом гектаре до трех тонн земли. Чтобы
двигаться в почве, червь сперва вытягивает
голову, превращаясь в тонкое шило, затем
втыкает ее в землю и нагнетает в нее кровь.
Голова раздувается, расширяя отверстие и од-
новременно укрепляя стенки тоннеля.
• Структура искусственных материалов все-
гда содержит множество дефектов. Это про-
исходит из-за того, что никакими известны-
ми способами (нагревание или охлаждение,
растворение или осаждение раствора) невоз-
можно при их изготовлении уложить моле-
кулы, как строитель укладывает кирпичи или
бревна, — поштучно. Однако в живой клетке
имеется ряд систем, способных именно так
выкладывать молекулы, — например, при
синтезе белка.
• Одна из самых распространенных в приро-
де форм — спираль. По спирали закручива-
ются раковины многих моллюсков и улиток,
рога горных козлов и ряды семечек в подсол-
нухе, жгутики бактерий и нити паутины, хо-
бот слона и хвост хамелеона, смерчи и галак-
тики. Не обошла ее вниманием и архитекту-
ра — еще в IX веке в Ираке строили минаре-
112
ты, подобные закручен-
ной вверх спирали.
• Ученые, исследую-
щие биоминерализа-
цию — возникновение
раковин живых су-
ществ, — несколько
лет назад смогли смо-
делировать этот при-
родный процесс, что открывает возможность
получения прочной керамики без нагрева-
ния — как «умеют» мягкотелые организмы.
• Корни деревьев играют роль вросшей в
землю арматуры, удерживающей ствол. Рас-
четы этой природной конструкции позволя-
ют архитекторам надеяться на возведение не-
боскребов не 500 метров высотой, как сей-
час, а в 3 раза выше.
• Сохранит ли яйцо свою прочность, если
птенцов высиживать в невесомости? Такой
вопрос встал перед исследователями, работа-
ющими над проблемой питания космонавтов.
Для проверки на орбиту собираются запус-
тить японских перепелов.
• В шести американских университетах про-
водили опыты по выращиванию сельскохозяй-
ственных культур в условиях, моделирующих
космическую станцию. Удалось добиться сокра-
щения сроков созревания пшеницы со 120 до
60 дней и повышения ее урожайности. Это все-
ляет надежду, что пшеницу можно будет куль-
тивировать и на борту межпланетных кораблей.
113
• В Германии вступила в строй башня сво-
бодного падения. Ее высота — 137 метров,
диаметр — 8,5 метра. Любой брошенный
предмет будет падать в ней 4,5 секунды. Даже
за такое короткое время можно выявить влия-
ние невесомости на различные, в том числе
и биологические процессы.
• Неуемная фантазия архитекторов приво-
дит к появлению из ряда вон выходящих со-
оружений. Так, например, в городе Хамме
(ФРГ) было воздвигнуто многоэтажное здание
в виде... слона. В нем разместили тропичес-
кий сад, огромный аквариум и выставочную
галерею.
• В германском городе Розенхайме действу-
ет Институт биологического строительства, да-
ющий специальную подготовку архитекторам
и строительным инженерам. Дело в том, что
в этой стране примерно 10 процентов ново-
строек составляют биодома, в которых исполь-
зуются только естественные материалы. А
доля зданий, имеющих отдельные биоконст-
рукции, достигла уже одной четверти!
БИОЭНЕРГЕТИКА
Как листья теряют влагу?
Чем питаются растения?
Можно ли обойтись
без фотосинтеза?
Как организовать работу мышцы?
Кто чаще дышит?
Зачем глубоко нырять?
«Что так сердце растревожено?»
Как греются насекомые?
Почему так проворна мышь?
Хранить или расходовать тепло?
Возможен ли глубокий анабиоз?
Может ли кит простудиться?
Удастся ли нам
обособиться от природы?
Какие резервы заложены в человеке?
Вокруг бионики
Зверек проворный, юркий,
гладкий,
Куда бежишь ты без оглядки,
Зачем дрожишь
как в лихорадке,
За жизнь свою?
Р, Бернс
Нет-нет, разговор сейчас пойдет вовсе не
о безопасности маленькой мышки. На рисун-
ке вы видите, скорее, свидетельство того, что
ее испугался слон и инстинктивно отдернул
ногу. Нас же будет интересовать, почему
мышь такая «проворная и юркая» по сравне-
нию со слоном, и только ли от страха дро-
жат животные. И отчего нет мышки величи-
ной с мелких насекомых?
Наверняка вы ощущали, беря на руки
домашнего питомца, как часто бьется его
сердечко. И чем меньше ваш любимец, тем
это биение чаще. Обратите внимание, что и
дышат «малыши» интенсивнее, чем мы, а
тем более крупные животные, например...
тот же слон.
Еще немного наблюдений, и вы заметите,
что «малышам» и есть тоже приходиться го-
раздо чаще, чем крупным млекопитающим.
Такого рода наблюдения давно заставили
людей задуматься, почему так по-разному про-
117
исходят процессы энергообмена у различных
теплокровных животных. Да и не только у
них, но и у холоднокровных — земноводных
и рыб, даже у насекомых. Ведь приведенные
примеры, в том числе и потребление пищи,
касаются получения и расходования энергии.
Эти вопросы, естественно, напрямую относят-
ся и к нам, людям. Благодаря энергообмену
с окружающей средой мы и существуем —
растем, работаем, занимаемся спортом или...
развлекаемся. Вспомните, сколько энергии
требуют быстрые танцы!
Изучение того, как передается, накапли-
вается и расходуется энергия в живом мире,
привело ученых к представлению о всеобщем
круговороте энергии в природе. Более того,
благодаря подсказкам природы они пришли
к выводу о сохранении энергии. Этот фунда-
ментальный закон оказался одинаково спра-
ведлив как для живого, так и для неодушев-
ленного мира, а значит, и для машин, для
техники.
Какое место в этих процессах занимает
человек? Все ли тайны природы, связанные с
движением энергии, ему теперь открыты?
Разве здесь ему уже нечему учиться у приро-
ды, нечего позаимствовать у нее? Вот мы и
попытаемся рассказать о том, как человек
искал ответы на эти вопросы. А поскольку,
как мы уже знаем, на долю зеленых расте-
ний приходится 97 процентов всей биомассы
Земли, с них и начнем.
118
КАК ЛИСТЬЯ ТЕРЯЮТ ВЛАГУ?
В начале предыдущей главы, говоря об ар-
хитектуре растений, мы ответили на вопрос о
том, как по деревьям поднимаются питатель-
ные соки. Помимо двух указанных тогда при-
чин — капиллярные явления и осмос — су-
ществует еще одна. И связана она с испаре-
нием воды листьями.
Действительно, корни
воду всасывают, пере-
дают побегам, а куда
она потом девается?
Для ответа на это
вопрос в XIX веке
были проведены инте-
ресные эксперименты.
Лист помещали, как
это показано на рисун-
ке, посередине разре-
занного надвое сосуда
и определяли, сколько
воды «прокачает» он сквозь себя. Это можно
было установить, сравнив количество жидко-
сти в нижней и верхней чашечках, а также
по показаниям приборов, регистрирующих
давление. Все подтвердилось: испаряясь с по-
верхности листа, причем нижней, вода слов-
но освобождает место, на которое снизу, по
стеблю, подтягиваются новые ее порции.
Безусловно, эти исследования вносили яс-
ность в понимание того, как происходит пи-
119
тание растений. Помимо этого, испарение свя-
зано с теплообменом: вспомните, как зябко
даже в жаркую погоду выходить мокрыми из
моря или реки. Это связано с тем, что испа-
ряющаяся вода отнимает тепло у окружаю-
щих тел. Разговор об этом мы продолжим в
следующих рассказах, а пока отметим дру-
гой, важный с точки зрения бионики, факт.
Что вода с листьев испаряется, известно,
а вот каким именно образом она испаряется?
Наверняка вы знаете, что выделение влаги на
нашей коже происходит через потовые желе-
зы. Так вот, и у растений обнаружено нечто
подобное. Это устьица — отверстия, которые,
120
будто множество форточек, могут приоткры-
ваться, выпуская влагу из листьев, или за-
крываться, удерживая ее. Мысль использовать
что-то похожее не раз приходила в голову
строителям — вот если бы можно было регу-
лировать автоматическими клапанами пото-
ки влаги, а значит, и тепла, непосредственно
через поры в стенах зданий! Это было бы на-
много удобнее, чем использовать нынешние
системы кондиционирования и вентиляции.
Это пока лишь мечта. Однако знание того,
как растения регулируют влагообмен, позво-
ляет помочь им самим сберечь воду. Так, на-
пример, созданы наносимые на поверхность
листьев полимерные пленки, способствующие
удержанию влаги в растениях, что особенно
важно в засушливых районах. Этими же плен-
ками покрывают созревшие плоды, чтобы они
дольше не увядали.
ЧЕМ ПИТАЮТСЯ РАСТЕНИЯ?
Поверите ли вы, со времен Аристотеля по-
лагали, что пищей растениям служит не что
иное, как... почва. И правда, разве дерево не
твердое? А раз так, значит, оно и потреблять
в пищу должно что-то похожее по плотнос-
ти, словно какой-нибудь зверь, которого го-
ловой засунули в плодородную землю.
Чтобы разобраться с этими, кажущимися
нам теперь нелепыми, представлениями, гол-
121
ландский ученый ван Гельмонт более 300 лет
назад поставил такой опыт. Взяв черенок ивы,
он посадил его в бочонок с тщательно взве-
шенной землей. Прикрыв землю плотной
крышкой с отверстием для черенка, он толь-
ко поливал растение в течение ни много ни
мало — пяти лет! Выросло симпатичное де-
ревце, прибавив в весе более 60 килограммов.
А повторное взвешивание почвы показало, что
ее вес практически не изменился.
Опыт ван Гельмонта явился убедительным
доказательством того, что не твердая почва,
а доставляемые из нее с водой вещества со-
ставляют основу питания растений. Но до
истины было еще далеко.
Следовало развеять еще одно заблужде-
ние — что растениям, как и животным, нужен
чистый воздух. Действительно, в герметически
закрытом помещении ни зверь, ни человек дол-
го не протянут. Что мы говорим, когда тяжело
дышится? Верно, «не хватает кислорода».
122
Однако опыты в замкнутом пространстве
доказали, что зеленое растение не потребля-
ет, а, напротив, выделяет этот газ, в свою
очередь, поглощая газ углекислый. Важно
еще, что происходит этот процесс под дей-
ствием солнечного света. Именно благодаря
ему поступающие из почвы с водой вещества
вместе с углеродом из углекислого газа пре-
вращаются в кладовые энергии растений.
Изучение в течение многих лет этого яв-
ления, названного фотосинтезом, привело се-
годня к созданию стройной теории преобра-
зования энергии в живой природе. Поглощая
солнечные лучи, растения преобразуют неор-
ганические вещества в то, что мы называем
органикой, — основу всего живого, состоя-
щую из углеродных цепочек.
Сколько в ней запасено энергии, мы мо-
жем выяснить, сжигая, то есть вновь соеди-
няя с кислородом, органическое топливо. Ведь
нефть, уголь, торф — это остатки буйной ра-
стительности, которая миллионы лет назад
существовала на Земле.
Но почему бы сегодня же не перейти к
прямому улавливанию и использованию сол-
нечной энергии нашими приборами и маши-
нами, как это делает зеленый лист? Ведь за-
пасы ископаемого топлива сокращаются. Эту
задачу еще предстоит решить, поскольку пол-
ностью смоделировать фотосинтез никому
пока не удалось. Справедливости ради ска-
жем, что отдельные его стадии ученые уже
смогли воспроизвести в лаборатории.
123
Важно отметить, что преобразовывать
энергию нашего светила в электрическую
люди уже научились — с помощью солнеч-
ных батарей, которые установлены, напри-
мер, на космических кораблях. Здесь же речь
идет о способности преобразовывать световую
энергию в энергию химических веществ, ко-
торую можно накапливать, хранить, перера-
батывать и использовать по мере надобности
Джозеф Пристли
(1733—1804) — английский
философ и химик. Открыл
кислород, аммиак, сернис-
тый газ. Растворив в воде
углекислый газ, впервые
приготовил газированную
воду. Первым использовал в
химии электрический ток.
Ему принадлежит открытие
«метода исправления возду-
ха» — явление фотосинтеза.
Считал, что ученый должен
давать свободу воображению
и стремиться к сочетанию
далеких друг от друга идей.
так, как это делают растения. Представьте,
ведь в процессе фотосинтеза образуется 200
миллиардов тонн древесной биомассы в год!
А в общем всего лишь одна тысячная от при-
ходящего к нам излучения Солнца, которая
аккумулируется растениями, в 10 раз превы-
шает годовое производство энергии человеком!
Как видите, овчинка стоит выделки.
124
МОЖНО ЛИ ОБОЙТИСЬ
БЕЗ ФОТОСИНТЕЗА?
В процессе фотосинтеза световая энергия
поглощается содержащимся в растениях ве-
ществом — хлорофиллом. Роль хлорофилла
при этом столь велика, что когда его искус-
ственно синтезировали около сорока лет назад,
то решили, что сбылось пророчество К.А. Ти-
мирязева: «Тогда явится находчивый изобре-
татель и предложит изумленному миру аппа-
рат, подражающий хлорофилловому зерну, —
с одного конца получающий даровой воздух
и солнечный свет, а с другого подающий пе-
ченые хлебы». Увы, предсказание пока еще
не осуществилось...
В поисках ответа на вопрос, как преобра-
зуется энергия при фотосинтезе, ученые стол-
кнулись с совершенно иным природным ре-
шением — без участия хлорофилла и света.
Произошло это совсем недавно, в семидеся-
тые годы, когда с помощью глубоководных
аппаратов удалось опуститься на океанское
дно вблизи действующих подводных гидро-
термальных источников.
Именно источники интересовали исследо-
вателей. А вот встретиться там — на глубине
2—3 километра — с кем-либо из представи-
телей животного или растительного мира они
не предполагали. Ведь на таких глубинах
царит кромешная тьма, а раз солнечная энер-
гия не поступает, то откуда же взяться рас-
125
Якоб Хендрик Вант Гофф
(1852—1911) — голландский
ученый, один из основателей
физической химии. Впервые
изложил теорию пространствен-
ного расположения атомов в
молекулах органических соедине-
ний. Открыл законы, управляю-
щие скоростью химических
реакций, и законы осмотического
давления в растворах. В послед-
ние годы жизни обратился к
проблеме образования органичес-
ких веществ в зеленых растени-
ях. Лауреат первой Нобелевской
премии по химии.
тениям и питающимся ими животным? Ко-
нечно, кое-кому удается прокормиться за счет
того, что опускается из верхних слоев воды,
но этот мир очень беден.
Каково же было удивление ученых, когда
вокруг извергавших потоки горячей жидко-
сти источников они обнаружили вовсю бушу-
ющую жизнь!
Оказалось, что без фотосинтеза все же
можно обойтись. Здесь, в этих подводных со-
обществах, роль производителей биомассы
играют особые бактерии, использующие энер-
гию сероводорода, которым насыщена вода
подводгГых гейзеров. Живут эти бактерии не
сами по себе, а внутри удивительных жи-
вотных, называемых погонофорами, которые
не имеют ни рта, ни желудка, а своими щу-
пальцами улавливают питательный океанский
126
раствор. Дальше идет процесс, получивший
название «хемосинтез». Бактерии перераба-
тывают сероводород, накапливая энергию, и
передавая ее часть погонофорам.
В результате погонофоры вместе с бакте-
риями выполняют роль зеленых растений,
поскольку, в свою очередь, служат пищей
другим животным. Таким образом выстраи-
вается пищевая цепочка лакомящихся друг
другом подводных обитателей.
Какие выводы можно сделать из этого от-
крытия? Во-первых, природа оказалась пора-
зительно изобретательной в поисках способов
получения энергии дЛя живых существ. Во-
вторых, это урок всем нам: подражая приро-
де, при создании искусственных аккумуля-
торов химической энергии не следует двигать-
ся только по одному из начертанных ею пу-
тей, надо искать и другие.
127
«Фронт» работы для исследователей рас-
ширяется. Они, кстати, полагают, что хемо-
синтез может являться способом преобразо-
вания энергии микроорганизмами глубоко под
землей, а, возможно, и на других планетах.
КАК ОРГАНИЗОВАТЬ
РАБОТУ МЫШЦЫ?
Когда мы наблюдаем за внешними прояв-
лениями получения и расходования энергии,
то вряд ли задумываемся о том, какие мик-
роскопические механизмы лежат в их осно-
ве. Вы выпили горячего чая, потерли руки
и почувствовали тепло; озябли на морозе и
подпрыгиваете, пытаясь себя согреть... Ока-
зывается, за всеми этими действиями скры-
ваются незаметные, невидимые глазом, но
крайне важные элементы жизни, которые, в
конечном итоге, и определяют все потоки
энергии, пронизывающие нас.
Если все живое на Земле построено, как
мы уже говорили, из клеток, то, значит, и
обмен энергии протекает именно в этом кир-
пичике жизни. Эффективность преобразова-
ния энергии в клетках достигает 80 процен-
тов — этого еще не удалось достичь в искус-
ственных системах.
Понимание протекающих в живой клетке
процессов позволяет нам сегодня лучше ра-
зобраться в том, что происходит при работе
128
Альберт Сент-Дьёрдьи
(1893 — 1986) — американ-
ский биохимик. Выделил из
животных и растительных
тканей аскорбиновую кислоту
(витамин С). Автор ряда
теорий мышечного сокраще-
ния. В своих книгах «Био-
энергетика» и «Биоэлектрони-
ка» пытался ответить на
вопросы, как преобразуется
энергия в живых клетках,
каким образом она приводит в
движение «живую машину».
Лауреат Нобелевской премии.
мышц как людей, так и разных животных.
Ведь мышцы — удивительный двигатель. Срав-
ните: двигателю внутреннего сгорания необхо-
димо топливо, нам — пища. Он преобразует
энергию, выделяющуюся при сгорании бензи-
на или солярки, в механическую работу, мы
тоже можем двигаться и работать, лишь когда
в нас «сгорает» съеденная нами пища.
Хотя коэффициент этого преобразования
у мышцы невелик — около 20 процентов,
главное, что мышцы действуют в отличие от
технических устройств при относительно низ-
ких температурах.
Об этом давно мечтали все инженеры и
конструкторы — научиться без огня и с ми-
нимальными потерями превращать запасен-
ную химическую энергию в механическую
работу. Разумеется, сопоставлять мощные
5 Тайны природы
129
преобразователи энергии, например, двигате-
ли морских судов, самолетов или космичес-
ких кораблей, с мышцами животных не сто-
ит. Однако сколько возникает и транспорт-
ных, и бытовых проблем, справиться с кото-
рыми вполне могли бы достаточно компакт-
ные двигатели, сравнимые по мощности с
теми, какими располагают живые организмы!
Нельзя сказать,
что на пути созда-
ния искусственной
мышцы достигнуты
впечатляющие ре-
зультаты. Тем не
менее построены
интересные модели,
приводимые, как,
например, на ри-
сунке, в движение
воздухом. Есть и
устройства, в которых от состава жидкости,
окружающей скрученные пластиковые нити,
имитирующие мышцу, зависит, будет ли она
«напрягаться» или «расслабляться». Таким
образом, меняя состав жидкости, можно вы-
зывать движение искусственной «мышцы».
Здесь надо ждать интересных находок, свя-
занных -с созданием роботов.
Имеется еще один вопрос, давно занимаю-
щий ученых. Как организовать работу для того,
чтобы продуктивность наших действий была
максимальной? К примеру, если вы работаете
130
у станка, то можно рассчитать порядок движе-
ний, при котором вы будете меньше уставать.
Еще в конце XVIII века французский уче-
ный А. Лавуазье утверждал: «Можно опре-
делить, например, скольким фунтам в весе
соответствуют усилия человека, произносяще-
го речь, или музыканта, играющего на инст-
рументе». Столетием позже наш соотечествен-
ник И; Сеченов в буквальном смысле собствен-
норучно проводил опыты на сконструирован-
ном им приборе — эргографе. Он искал «наи-
более выгодный для рабочей руки темп дви-
жений и наибольший груз, при котором вы-
сота его поднятия оставалась бы в течение
нескольких часов постоянной».
Вы легко добавите сюда примеры, связан-
ные со спортом. Вот уж где важны экономия
усилий и умение правильно распределить на-
грузки. А что говорить о космонавтах, рабо-
та которых должна быть подчинена строжай-
шему энергетическому режиму!
131
КТО ЧАЩЕ ДЫШИТ?
Собака после долгого бега усиленно ды-
шит, высунув язык. А вспомните, как вы
чувствуете себя после игры в баскетбол или
быстрых танцев. Одним из показателей ва-
шей усердной «работы» служит как раз уча-
щенное дыхание. С чем это связано?
Подумайте: мог бы работать двигатель, в
котором сгорает топливо, без воздуха? Ну
конечно, нет. Чтобы что-то горело, необходи-
мо непрерывно подавать окислитель — им и
служит воздух, содержащий кислород. Обра-
тите внимание, как ярко вспыхивает пламя,
когда раздувают огонь.
Для получения энергии из поступающей
в организм животного пищи также требуется
кислород. Поэтому природа снабдила живые
Иван Михайлович Сеченов
(1829—1905) — российский
физиолог. Исследовал дыха-
тельную функцию крови.
Занимался проблемами физио-
логии труда, им написана
одна из первых монографий
на эту тему — «Очерки
рабочих движений». Главный
труд — «Рефлексы головного
мозга», где впервые было
показано, что в основе психи-
ческих явлений лежат физио-
логические процессы, которые
можно изучать с естественно-
научных позиций.
132
существа различными органами дыхания. При
интенсивном движении требуется больше воз-
духа, поэтому дыхание учащается.
Млекопитающие, в том числе и человек,
дышат легкими, рыбы — жабрами, к клет-
кам насекомых воздух поступает по специ-
альным трубочкам — трахеям. Даже кожа
является органом дыхания, например, у ля-
гушек, змей и многих рыб.
Между прочим, способ дыхания — один
из важных факторов, определяющих «тепло-
кровность» или «холоднокровность» живот-
ного. Судите сами: для поддержания посто-
янной температуры .тела млекопитающим не-
обходимо, чтобы процесс окисления шел в
определенном, и довольно высоком, темпе. На
суше это удается обеспечить прокачиванием
через легкие больших объемов воздуха. Даже
в покое человек вдыхает в сутки не менее 400
литров кислорода.
А вот в воде обеспечить постоянную тем-
пературу тела сложнее, так как вода намно-
го плотнее воздуха и, чтобы добыть из нее
нужное количество растворенного в ней кис-
лорода, рыбам нужно было бы пропускать
через жабры сильный поток жидкости. Пред-
ставляете, сколько энергии забирал бы «на-
сос», прокачивающий воду, если бы рыбы
были теплокровными? К тому же вода при
этом забирала бы с собой, как в водяном ра-
диаторе, слишком много с таким трудом до-
бытого тепла. Выходит, в воде легче быть
133
холоднокровным организмом, подстроив
температуру тела под температуру окружа-
ющей среды.
Объясним теперь интересный факт, упо-
мянутый в начале этой главы. Дыхание мел-
ких животных более учащенное, чем круп-
ных. Это свидетельствует об увеличении ско-
рости энергообмена. А если жизненные цик-
лы следуют один за другим более интенсив-
но, то и жизнь протекает быстрее. Вот и от-
вет на вопрос: почему слон живет дольше,
чем мышь? Понятно, что такого рода вопро-
сы не могут не вызывать интереса и ученых,
и самых обычных людей. Ведь получается,
что с процессом дыхания тесно переплетена
проблема старения.
«По улицам слона водили» — наверняка
каждому из вас знакома эта строчка из бас-
ни Крылова. Теперь увидеть слона не в дико-
винку,.слонов возят по городам передвижные
зоопарки и цирки. А вот такого слона, как
изображен на рисунке, удалось встретить не-
многим. Установка, к которой он был под-
ключен, предназначена для изучения дыха-
134
ния земного великана. Кстати, оказалось, что
слон довольно эффективно использует вдыха-
емый им кислород. Но вряд ли даже его мож-
но сравнить с морскими животными...
ЗАЧЕМ ГЛУБОКО НЫРЯТЬ?
На какое время хватит у вас запаса возду-
ха при нырянии? Скорее всего, на одну-две
минуты. У тренированных ныряльщиков — на
несколько минут. А ведь как заманчиво было
бы нырять в море на любую глубину и прово-
дить там сколько хочешь времени!
Эту мечту воплотил — правда, только лишь
в романе «Человек-амфибия» — писатель-фан-
таст Александр Беляев. Увы, пересадить че-
ловеку жабры нельзя даже теоретически. Мо-
жет быть, стоит поучиться у таких отменных
ныряльщиков, как дельфины, тюлени и киты?
Вот, например, дельфин. Подавая ему в
опытах звуковые сигналы сперва с глубины, а
затем с поверхности воды, определили, что для
него не составляет особого труда нырнуть на
150 метров. Кашалоты погружаются на глу-
бину до 1000 метров и подолгу плавают там.
Беда в том, что переделать наши легкие
для того, чтобы они стали схожими по объе-
му с легкими животных, тоже нельзя. Мож-
но лишь тренировать способность задерживать
в себе воздух. Рекордные глубины погруже-
ния людей без какой-либо аппаратуры дости-
135
гают нескольких десятков метров и такие
опыты связаны с большим риском.
Дело еще и в том, что животные под во-
дой переключают подачу кислорода только на
самые важные органы, в том числе — на мозг
и сетчатку глаз, а также уменьшают частоту
сердцебиения. Как снабжаются их мышцы
энергией в отсутствие дыхания, во многом
еще не ясно.
Изобретатели создали насыщенные кисло-
родом жидкие смеси, которые можно вводить
в легкие. Это кажется немыслимым: разве
при попадании жидкости в легкие мы не за-
хлебнемся в тот же миг? Будем надеяться,
что нет, так как мелким животным (мышам
и собакам), подвергнутым соответствующим
экспериментам, удавалось существовать, про-
пуская через легкие подобную жидкость и
извлекая из нее при этом кислород.
136
Эти опыты нужны не только спортсменам
или водолазам, готовящим себя к работе на
большой глубине под водой. Изучение пере-
носящих кислород жидкостей необходимо для
разработки искусственных заменителей кро-
ви, в которых испытывает большую потреб-
ность медицина.
«ЧТО ТАК СЕРДЦЕ РАСТРЕВОЖЕНО?»
Помимо учащения дыхания, признаком
затрачиваемых нами усилий служит, как вы
знаете, и учащение сердцебиения. Это два вза-
имосвязанных процесса. Действительно, вды-
хаемый кислород должен как можно скорее
доставляться к тканям организма, в которых,
собственно, и совершается работа и происхо-
дит выделение тепла. А для этого нужен мощ-
ный насос, перегоняющий кровь, — перенос-
чик кислорода — от легких до каждой кле-
точки тела.
Долгое время — почти полторы тысячи
лет — господствовало учение древнеримского
врача Галена, согласно которому кровь образу-
ется из пищи... в печени. Оттуда она поступа-
ет в сердце, где смешивается с «одухотворяю-
щей» субстанцией — пневмой, идущей из лег-
ких, превращается из венозной в артериальную
и затем потребляется всеми органами тела.
Тайну кровообращения раскрыли лишь в
XVII веке после многочисленных опытов на
137
животных и изучения анатомии на трупах
людей. Оказалось, что кровь не расходуется
в органах, а лишь переходит в них из арте-
рий в вены по мельчайшим сосудам — ка-
пиллярам — и возвращается к сердцу. Так
был установлен замкнутый характер ее дви-
жения по организму.
Уильям Гарвей
(1578 — 1657) — английский
врач. Описал большой и
малый круги кровообращения,
предположил существование
капилляров, открытых значи-
тельно позже. Не допускал
возможности самозарождения
живых организмов из нежи-
вой материи, выдвинул знаме-
нитое утверждение: «Все
живое — из яйца». Отстаивал
свои взгляды, несмотря на
жестокие гонения и многочис-
ленные лишения.
Если говорить о человеке, то в среднем за
его жизнь легкие совершают 720 миллионов
вдохов и выдохов, а сердце — три миллиар-
да ударов. Вот уж мотор так мотор! Трудно
даже сравнить эту биологическую машину с
чем-то, созданным людьми. Вот почему ока-
залось столь непросто создать искусственное
сердце. К сожалению, эта задача очень важ-
на, так как сердце человека часто выходит
138
из строя, не исчерпав отпущенного ему при-
родой ресурса.
Сейчас мы не касаемся проблемы пересад-
ки сердца от донора. Разговор идет лишь об
искусственных аппаратах. Здесь есть опреде-
ленные успехи, немало больных живут с ис-
кусственными клапанами сердца. Но эти опе-
рации еще очень дороги, к тому же существу-
ет проблема отторжения чужеродных наше-
му организму веществ. Поиски в этой облас-
ти идут очень интенсивно, работы здесь хва-
тит и бионикам.
КАК ГРЕЮТСЯ НАСЕКОМЫЕ?
Замечали ли вы, как ведут себя нежащи-
еся на солнышке бабочки? То широко рас-
кроют крылья, то вдруг сложат их и устро-
ятся так, что лучи солнца скользят вдоль их
139
поверхности. Оказывается, такое поведение
связано с необходимостью поддержания оп-
ределенной температуры их тела.
Бабочкам-крапивницам, например, требу-
ется иметь температуру тела 36 градусов.
Точные измерения показали, что стоит тем-
пературе опуститься чуть ниже этой отмет-
ки, как бабочки стремятся восполнить поте-
ри тепла с помощью распластанных крыль-
ев. Это напоминает раскрытие солнечных ба-
тарей на космическом корабле. Если же про-
исходит перегрев, бабочки складывают кры-
лышки и направляют их ребром к солнцу.
Так же регулируют температуру тела и неко-
торые другие насекомые.
Удивительны в этом отношении обще-
ственные виды, скажем, пчелы. В их домах-
ульях поддерживается строго определенная
температура, необходимая для развития из
яиц личинок, а затем и взрослых особей. Для
этого при излишнем нагреве пчелы смачива-
140
ют стенки улья водой, которая, испаряясь,
уносит избыток тепла, а также вентилируют
с помощью крылышек все помещение. Если
же температура падает, пчелы собираются
вокруг сотов тесными группами, чтобы умень-
шить площадь поверхности, с которой излу-
чается тепло, или интенсивно дрожат, чтобы
согреться самим и согреть помещение улья.
Нечто подобное обнаружено и в термитни-
ках. Сложнейшая система вентиляционных
ходов позволяет поддерживать необходимую
температуру и в этих строительных шедеврах.
Бионики изучают их в надежде улучшить со-
зданные человеком технические системы.
Вообще чувствительность насекомых к из-
менениям температуры весьма высока. Этим
пользуются... цветки растений. Давно было
замечено, что некоторые из них на ощупь теп-
лые. А проведенное недавно исследование дало
удивительный результат. Оказалось, что порой
внутри цветка поддерживалась температура 40
градусов, в то время как окружающий воздух
не прогревался выше десяти. Подобная тепло-
вая мощность в тех же условиях доступна зве-
рю весом не менее трех килограммов, а тут
всего лишь нежный цветок!
Так что и растения способны «подогре-
вать» себя, особенно, когда им нужно при-
влечь насекомых для опыления. А уж те зна-
ют, что их ждет в этом теплом местечке —
отдых, вдоволь нектара и возможность разо-
греть перед полетом свои мускулы.
141
ПОЧЕМУ ТАК ПРОВОРНА МЫШЬ?
А каким образом удается млекопитающим
поддерживать постоянную температуру свое-
го тела? Обратимся сперва к современникам
их далеких предков — например динозаврам.
Правда, до сих пор между учеными идут спо-
ры о том, были ли они теплокровными или
холоднокровными.
Судя по ископаемым останкам, некоторые
древние ящеры регулировали свою температу-
ру так же, как это делают бабочки, меняя
положение крылышек относительно лучей
Солнца. Перепончатые выросты на хребте,
например, диметродона представляли собой
систему, напоминающую радиатор батареи во-
дяного отопления. Расположив такой «веер»,
точнее «гармошку», поперек солнечных лучей,
можно было хорошо прогреться.
Подобным «устройством», только работа-
ющим на отдачу тепла, обладает слон. Роль
«веера» выполняют у него уши. И в том и в
другом случае большие, но сравнительно тон-
кие участки поверхности тела пронизаны ог-
ромным количеством кровеносных сосудов.
Расправляя уши против ветра, да еще и по-
ливая их водой, слон добивается существен-
ной теплоотдачи.
Слону, конечно, при его телосложении и
жизни в жарком климате такой «радиатор»
просто необходим. А вот у маленьких млеко-
питающих заботы совсем противоположные.
Причина этого заключается в том, что при
142
уменьшении массы тела, скажем, в восемь раз,
площадь его поверхности уменьшится лишь в
четыре раза, то есть, фактически, станет даже
больше (по отношению к массе). Что же полу-
чается: масса органов, которые, собственно, и
производят тепло, уменьшилась, а площадь
кожи, отдающей энергию, относительно воз-
росла. Неудивительно, что мелкие животные
теряют тепло намного быстрее, чем крупные.
Теперь мы окончательно можем ответить на
вопрос, почему так проворна мышка, отчего так
часто бьется ее сердце и так быстро она ды-
шит. Чтобы поддержать нужную для нее тем-
пературу тела, ей приходится действительно
быстрее жить — чаще есть и скорее перевари-
вать пищу. Иначе вырабатываемое в организ-
ме тепло очень быстро рассеется через кожу,
какой бы шерстью она ни была укутана.
В этом и кроются причины заметной су-
етливости мелких животных. Подчеркнем еще
143
раз, что разговор идет о теплокровных орга-
низмах, которые не могут «позволить себе»
существенное снижение температуры. Поэто-
му их масса не может быть меньше опреде-
ленной величины. Действительно, самая ма-
ленькая землеройка весит примерно два грам-
ма, так же как мельчайшие летучие мыши и
миниатюрные птички колибри.
Все время бодрствования эти «малыши»
заняты поисками пропитания — землеройка
за день съедает пищи в два раза больше, чем
весит сама! Представьте, что вам пришлось
бы съедать 100 и более килограммов пищи в
сутки! Масса сердца землеройки составляет
14 процентов массы тела, в то время как у
слона — всего лишь 4 процента. Оно делает
свыше тысячи ударов в минуту, слоновье
же — 25 ударов. Чувствуете разницу?
Итак, ограничение на максимальные раз-
меры животных накладывают, как вы помни-
те, вес и прочность костей и суставов, а на
минимальные — энергообмен и теплоотдача.
Это важно знать при выведении новых пород
животных, особенно декоративных.
ХРАНИТЬ
•ИЛИ РАСХОДОВАТЬ ТЕПЛО?
Верблюд, «покоритель пустынь», суще-
ственно отличается от других четвероногих.
Поскольку порой ему приходится по многу
144
дней не потреблять ни воды, ни пищи, эти
запасы ему необходимо в буквальном смысле
носить на себе. Причем вода действительно
хранится в его горбах, но в особом, связанном
состоянии. Более того, она расходуется так,
что это не сказывается на вязкости крови.
У человека по-иному. Когда он теряет
жидкость, это происходит прежде всего за
счет крови. Она попросту густеет, и поэтому
потеря влаги очень опасна для нас. Верблюд
же и после многодневных переходов «не жа-
луется» ни на сердцебиение, ни на кровяное
давление. Его кровеносная система работает
отменно, даже когда он напоминает обтяну-
тый кожей скелет. Добравшись до воды, он
буквально заглатывает 10—12 ведер влаги и
на глазах восстанавливает свой прежний вид.
А на рисунке вы видите всего лишь курьез,
когда верблюда решили «подвезти».
145
Долгое время считали, что именно запас
влаги в виде жира позволяет верблюду подол-
гу обходиться без воды. Однако дело не толь-
ко в этом. Чтобы не перегреться в жару, боль-
шинство животных потеют, теряя при этом
огромное количество жидкости. Например, че-
ловек при интенсивной работе в жаркий день
выделяет 8 литров пота! Верблюд позволяет
температуре своего тела повышаться до 40
градусов, и лишь когда этот предел будет пре-
вышен, начинает потеть. Но пока огромное
(весом до 800 килограммов) тело верблюда
прогреется, жара уже и спадать начнет. Так
что «корабль пустыни» расходует воду очень
экономно.
Кстати, вы не задумывались, почему та-
кое крупное пустынное животное покрыто
шерстью? Ведь, как мы знаем, чем массив-
нее теплокровное животное, тем больше у него
проблем с удалением избытков тепла, боль-
ше угроза перегрева. Дело в том, что ночи и
зимы в пустынях довольно холодные, и по-
этому верблюду приходится заботиться не
только о сбросе, но и об удержании тепла.
Вопросы удержания и расходования тепла
очень важны при выведении потомства. На-
пример, яйцам, чтобы из них вылупились
птенцы, леобходим постоянный и равномер-
ный нагрев. Каких только способов не приду-
мала природа для выполнения этого условия!
Например, клесты поддерживают в гнез-
де температуру плюс 38 градусов, когда «за
146
бортом» минус 35! А вот австралийские сор-
ные куры зарывают свои яйца в почву, сме-
шанную с растительным мусором, и регули-
руют подачу к ним тепла, то разрывая, то
вновь насыпая земляные холмики, — и так
месяцами! Насколько же чувствительным дол-
жен быть птичий «термометр» — язык, точ-
но определяющий температуру яиц! Изучение
терморегуляции этих птиц способствовало
созданию робота-терморегулятора.
Немало удивительного можно обнаружить
и совсем близко от нас, точнее говоря, прямо
на нас. Речь идет о нижней части человечес-
ких ступней. Наверняка вы слышали, а мо-
жет быть, и видели в фильмах, как некото-
рые люди ходят по раскаленным камням или
тлеющим углям. Многое в этом феномене уже
стало понятным, например, как плохо про-
водит тепло толстая и грубая кожа подошв и
каким великолепным теплоизолятором явля-
ется водяной пар, выделяемый при нагрева-
нии ступней. Однако расшифровать эту загад-
ку до конца ученые еще не смогли.
Еще одну загадку — почему у полярного
медведя кожа черная, а сам он белый — уда-
лось разгадать совсем недавно. Оказывается,
это связано с особенностями рассеивания сол-
нечного света шерстинками. При этом часть
солнечного излучения превосходно доходит до
кожи по пустотелым волоскам меха и нагре-
вает ее, да так, что медведь покрывает до
четверти своей потребности в тепловой энер-
147
гии «из воздуха». Это изобретение природы
предполагается использовать в солнечных ба-
тареях — если их покрыть подобными волос-
ками, эффективность использования света
может возрасти на 50 процентов.
ВОЗМОЖЕН ЛИ ГЛУБОКИЙ АНАБИОЗ?
У тех животных, кому доводится перено-
сить многомесячные морозные зимы, сложил-
ся определенный режим жизни. Они должны
или запастись провиантом как, например,
мыши, и отсиживаться долгие зимние меся-
цы в укромном местечке, или активно разыс-
кивать пропитание, кутаясь кто в свои шубы,
а кто — в распушенные перья, или замед-
лить свои жизненные процессы и впасть в
спячку, как, например, наш бурый медведь.
За зиму он сильно худеет и потом стремится
быстро восстановить свои растраченные энер-
гетические «накопления». О его жизненном
ритме мы еще поговорим, когда коснемся
устройства биологических часов.
А сейчас отметим лишь энергетическую
сторону вопроса. Ведь чтобы проспать продол-
жительное время, нужно предохранить себя
от избыточных потерь тепла, сохраняя при-
емлемую для организма температуру. Для
этого и забираются медведи в теплые берло-
ги, насекомые — глубоко под кору деревьев,
собираются в клубки, грея друг друга, змеи.
Однако есть и другие примеры.
148
Лягушка, в буквальном смысле заморожен-
ная и пролежавшая в таком безжизненном со-
стоянии — анабиозе — не один месяц, после
разморозки оживает как ни в чем не бывало.
Как же это возможно? Ведь мы знаем, что при
замерзании вода превращается в кристаллики
льда, и они будут просто «взрывать» живые
клетки. А это — верная гибель организма.
Да, так и происходит при глубоком замо-
раживании. Однако, если температура пада-
ет не слишком низко, вода в клетках не за-
мерзает. Это связано с тем, что она содержит
в себе довольно много растворенных веществ,
которые препятствуют замерзанию. Известно,
что даже просто подсоленную воду, например
морскую, можно охладить ниже нуля.
Вопросы, связанные с возможностью дол-
гого пребывания в анабиозе, давно волнуют
людей. Вспомните хотя бы «Спящую краса-
вицу». Разве не заманчиво было бы, охладив-
149
шись, «отключиться» на много лет и про-
снуться, не постарев?
Однако по отношению к человеку здесь еще
очень много проблем. Скажем, отдельные орга-
ны, предназначенные для пересадки, научи-
лись довольно долго хранить при низкой тем-
пературе. Но целый организм? Правда, извест-
ны случаи, когда больные неизлечимыми бо-
лезнями решаются на глубокую заморозку с
заменой крови на специальный раствор в на-
дежде, что их смогут оживить и вылечить,
когда медицина выйдет на новый уровень раз-
вития. При глубокой заморозке в телах прак-
тически прекращаются все процессы.
Сегодня из замороженных зародышей жи-
вотных выращивают вполне здоровых взрос-
лых особей; кишечная палочка «отходит» пос-
ле охлаждения почти до абсолютного нуля;
собак с замененной кровью «оживили» после
заморозки до космического холода; темпера-
туру сердца крысы, погруженного в защитный
раствор, понизили до минус 196 градусов по
Цельсию, затем, при подключении к искусст-
венному кругу кровообращения, оно заработа-
ло. Значит, и у людей есть шансы?!
МЦЖЕТ ЛИ КИТ ПРОСТУДИТЬСЯ?
Еще один важный объект изучения теп-
лообмена — обитатели морей и океанов. Теп-
локровных морских животных, а к ним от-
150
носятся дельфины, моржи, котики и киты,
природа снабдила толстым слоем подкожно-
го жира — отличной теплоизолирующей про-
кладкой. Эта особенность, кстати, и опреде-
лила то, что в океане не встретишь таких
мелких млекопитающих, как малютки мыши.
Но вот какая любопытная деталь: в мало-
подвижных местах тела кита жировой слой
достигает необходимых солидных размеров —
до полуметра. А что же с хвостом? Ведь он
должен совершать интенсивные и размашис-
тые движения, чему жир будет мешать. И дей-
ствительно, чем ближе к хвосту, тем прослой-
ка жира все тоньше и тоньше и сходит почти
на нет. Выходит, хвост у кита мерзнет?
Природа и здесь нашла выход. В технике
известны устройства, называемые теплообмен-
никами. Например, выходящий из котлов в
атмосферу отработанный пар приводят в кон-
такт, конечно, через поверхность труб, с по-
151
ступающей в систему водой. Свое тепло, ко-
торое иначе просто безвозвратно рассеялось
бы, пар передает воде, предварительно подо-
гревая ее и тем самым экономя топливо.
Так и у кита. Теплая артериальная кровь,
бегущая по сосудам к хвосту, встречает на
своем пути уже охладившуюся венозную.
Дело в том, что артерии и вены в хвосте кита
расположены вплотную друг к другу, тесно
прижаты. И вместо того чтобы отдавать теп-
ло окружающей кита воде, артериальная
кровь отдает его венозной, которая возвраща-
ется в туловище нагретой, Природа устраи-
вает внутренний теплообмен, предохраняю-
щий кита от охлаждения через незащищен-
ный жиром хвост.
УДАСТСЯ ЛИ НАМ
ОБОСОБИТЬСЯ ОТ ПРИРОДЫ?
Как вы уже убедились, вопросы энергооб-
мена и питания неразрывно связаны. Возмож-
но, человеку придется решать их и на других
планетах, и на преобразованной нами Земле.
Кто знает, не произойдет ли так, что со вре-
менем изменятся привычные для нас условия
жизни? Например, не возрастет ли средняя
температура планеты в связи с выбросом за-
грязняющих атмосферу веществ? Или, как это
уже бывало в истории человечества, не про-
изойдут ли какие-либо стихийные бедствия —
152
катаклизмы типа массового извержения вул-
канов либо грандиозных землетрясений?
Все это заставляет нас думать о возмож-
ностях существования в условиях, близких к
экстремальным. Ведь даже сейчас, при отно-
сительно благополучном климате и многих
благах цивилизации, люди умудрились со-
здать столько проблем, что даже собирают
всемирные форумы под названием «Страте-
гия выживания человечества».
В поисках их решения ученые решились в
начале девяностых годов на уникальный экс-
перимент. В пустынной местности американ-
ского штата Аризона было воздвигнуто гран-
диозное сооружение
из стекла и стали.
Состояло оно из семи
биодомов, один из
которых вы видите
на рисунке. Внутри
них имитировались
лес, степь, пустыня,
болото и даже ма-
ленький океан.
Под крышей этих
домов, соединенных
между собой, находилось более 3000 разно-
видностей растений и животных. В общем,
был создан как бы миниатюрный слепок на-
шего огромного мира. Это сооружение было
названо «Биосфера-2», «Биосферой-1» счита-
лась, естественно, вся Земля.
153
В эксперименте принимали участие восемь
исследователей. Захлопнув за собой герметич-
ные створки входа, они должны были про-
жить в искусственно созданном подобии мира
целых два года. В их задачу входило прово-
дить многочисленные наблюдения, в том чис-
ле и над самими собой, не имея никакой свя-
зи с внешним миром, кроме компьютера.
Этот замкнутый мир, куда по условиям
опыта нельзя было передать ни грамма пищи,
ни глотка кислорода, довольно скоро стал
преподносить сюрпризы. Обнаружилось, на-
пример, что колонистам не хватает питания.
Хотя у членов экспедиции были куры, козы
и даже поросята, животным недоставало зе-
леной растительности и приходилось высажи-
вать новые растения. Без ветра ветки акаций
стали хрупкими и обламывались от собствен-
ной тяжести. Со временем расплодились та-
раканы и муравьи, которых брать с собой не
собирались.
«Биофера-2» была просто перенаселена
людьми. Они стали резко терять в весе, воз-
никли проблемы с дыханием. Не все удалось
предусмотреть при проектировании опыта,
пришлось тайком от участников поставлять
продукты питания. А к концу эксперимента
выясншщсь, что даже содержание кислоро-
да в этой своеобразной колонии уменьшилось
на треть.
И все же этот необычный опыт дал уче-
ным очень много полезных сведений. Особый
154
интерес к его результатам проявляют сейчас
специалисты по длительным космическим пе-
релетам и созданию поселений на околозем-
ных орбитах и поверхностях Луны и Марса.
КАКИЕ РЕЗЕРВЫ
ЗАЛОЖЕНЫ В ЧЕЛОВЕКЕ?
Каким же выводом должны мы с вами
завершить разговор о биоэнергетике? Может
быть, следует смириться с тем, что в области
энергообмена люди значительно уступают сво-
им соседям по планете? С тем, что мы не
можем длительно выдерживать холод и жару,
не способны испытывать продолжительные
нагрузки, не переносим длительного отсут-
ствия воды и пищи?
С другой стороны, может быть, стоит по-
радоваться тому, сколько всего придумал че-
ловек, чтобы избавить себя от каждодневных
обременительных забот? Изобрел одежду,
теплые дома, способы производства и хране-
ния пищи...
Тогда почему же мы все равно чувствуем
себя в значительной степени беззащитными,
неприспособленными к возможным грядущим
переменам на нашей планете?
Здесь надо бы прислушаться к голосам
ученых, которые смотрят в будущее с трез-
вым оптимизмом. Почему, говорят они, нуж-
но бояться возрастания температуры атмос-
155
феры? Ведь всего лишь десяток тысяч лет
назад, при ледниках толщиной в километр,
умудрялись жить наши предки, не вооружен-
ные практически ничем. Человечество пе-
реживало и потепления, и похолодания не-
однократно. Разве это не говорит о колос-
сальном резерве приспособляемости, прочно-
сти, заложенном в нас?
Другое дело, что, поселившись в теплых
домах, привыкнув к избытку пищи — а в
развитых странах ее потребляют раза в два
больше, чем необходимо, — мы опасаемся
порой даже легкого сквозняка. Поэтому об-
ращение к неиспользованным резервам чело-
веческого организма становится все более ак-
туальным. В нашей стране еще 30 лет назад
возникло занимающееся этими вопросами
объединение ученых и энтузиастов (его эмб-
лему мы приводим на рисунке).
Наблюдения за йогами, умеющими задер-
живать дыхание, регулировать частоту серд-
цебиений, подолгу обходиться без пищи и
даже воды, свидетельствуют об огромном по-
156
тенциале заложенных в нас природой сил. Вот
один из последних примеров. После несколь-
ких неудачных попыток, закончившихся ги-
белью людей, удалось совершить погружение
под... Северный полюс. Группа аквалангис-
тов опустилась там в расщелину дрейфующе-
го льда, причем один из них смог пробыть
под водой целых 25 минут! Или вспомним о
нашем соотечественнике Федоре Конюхове,
отправившемся в одиночку в кругосветное
путешествие на яхте.
И наверное, лучше всего было бы людям
не создавать новые «расслабляющие» их изоб-
ретения, а внимательнее взглянуть на самих
себя как на детей Природы. «Оснастила» она
нас с запасом, да не все о нем, оказывается,
нам известно.
ВОКРУГ БИОНИКИ
• У многих растений пустыни вместо листь-
ев — колючки и шипы. Они способствуют со-
хранению влаги. У кактусов с этой же целью
в течение жаркого дня закрыты устьица.
Поэтому выделяемый в процессе фотосинтеза
кислород «раздувает» растения, пока вечером,
при открывании устьиц, не происходит его
сброс, при котором объем кактуса уменьша-
ется на десятую часть!
• Отдельно взятое растение кукурузы или
подсолнечника за свою жизнь испаряет око-
ло 200 килограммов воды.
157
• Еще в прошлом веке в руководствах по
анатомии растений указывалось, что у них,
как и у животных, есть легкие — листья и
желудок — корень и стебель, а хлорофилл —
это зеленая кровь.
• Английский писатель Дж. Свифт сокру-
шался, что солнечные лучи не заключишь «в
герметически закупоренные склянки, чтобы
Юлиус Роберт Майер
(1814—1878) — немецкий
ученый. Опираясь на меди-
цинские наблюдения, пришел
к выводу, что в человеческом
организме существует прямая
связь между потреблением
пищи и образованием тепла.
Это привело к установлению
закона о сохранении и превра-
щении энергии. Определил
механический эквивалент
тепла. Преположил, что
аккумуляторами солнечной
энергии на Земле являются
растения.
затем пользоваться ими для согревания воз-
духа в случае холодного и дождливого лета».
Более ста лет спустя ученый Р. Майер, от-
крывший закон сохранения энергии, предпо-
ложил, что «распространяющиеся в простран-
стве солнечные лучи «захватываются» и со-
храняются для использования по мере надоб-
ности» в процессе фотосинтеза.
158
• В первичной атмосфере Земли фактичес-
ки отсутствовал свободный кислород. Появил-
ся он только после возникновения простей-
ших фотосинтезирующих организмов, так на-
зываемых синезеленых водорослей, около трех
миллиардов лет назад. Эти водоросли суще-
ствуют в огромном количестве и поныне, по-
ражая фантастической приспособляемостью
практически к любым условиям.
• Только около трети химической энергии пе-
реваренной нами пищи превращается в мы-
шечную энергию, большая же часть идет на
поддержание постоянной температуры тела,
питание и возобновление тканей, а также на
образование жировых отложений. Животные
способны регулировать коэффициент полезно-
го действия своих мышц в зависимости от того,
сколько им требуется расходовать тепла.
• В опытах с голубями, лишенными опере-
ния, выяснилось, что при их охлаждении, со-
провождающемся интенсивной дрожью, ми-
нут через 20 температура тела падает до опас-
ного для жизни значения. Но при повторном
охлаждении птицы оказываются адаптирован-
ными к низкой температуре и выдерживают
ее уже несколько часов.
• Люди и животные легче переносят охлаж-
дение, чем перегрев. На медицинских термо-
метрах нет делений выше 42 градусов по
Цельсию, так как при такой температуре на-
чинают сворачиваться белки. Однако при мед-
ленном нагревании сухого воздуха человек
159
способен вынести его температуру до 160 гра-
дусов! Причина — в испарении пота, приво-
дящем к охлаждению организма.
• Живущие у горячих подводных источни-
ков черви обладают поразительной теплоус-
тойчивостью — разница температур их голо-
вы и хвоста достигает 60 градусов по Цель-
сию! Раньше чемпионами по адаптации к
жаре считались некоторые пустынные му-
равьи — днем на солнце температура их тела
поднималась до 55 градусов, а ночью, в под-
земелье муравейника, опускалась до 20 гра-
дусов и ниже.
• Некоторые ученые считают, что жизнь на
Земле зародилась не на поверхности плане-
ты, а в трещинах горных пород глубоко под
ее поверхностью. В доказательство приводят-
ся факты обнаружения термофильных мик-
робов в скважинах на глубинах в несколько
километров и у источников на морском дне,
где температура достигает 120 градусов по
Цельсию.
• В крови антарктических рыб, обитающих
в почти заледеневшей воде, обнаружены ве-
щества, сходные по своим свойствам с анти-
фризами. При их добавлении в дистиллиро-
ванную воду она замерзала уже при отрица-
тельнсш температуре.
• Известный ученый, нобелевский лауреат
Вальтер Нернст, выйдя на пенсию, стал раз-
водить карпов. На вопрос, почему он решил
заняться рыбами, а не, к примеру, курами,
160
Нернст отвечал: «Нужно разводить животных,
которые находятся в термодинамическом рав-
новесии с окружающей средой. Почему на
свои деньги я должен отапливать вселенную?»
• Почти не вылезающие из ледяной воды
морские котики не переохлаждаются и не про-
стужаются. Все дело — в их «шубе», густом
волосяном покрове на теле, сохраняющем тон-
кую воздушную прослойку. Причем волоски
так хорошо отталкивают воду, что котикам в
буквальном смысле удается выйти из воды
сухими.
• В пустынях на севере Мексики водятся
змеи, кожа которых покрыта... шерстью.
Странные пресмыкающиеся обладают таким
безобидным характером, что дети играют с
ними, как с домашними животными.
• В 1771 году итальянец Л. Спалланцани
писал: «Животный организм, воскресающий
после своей смерти... — явление неслыхан-
ное, кажущееся сперва невероятным парадок-
сом. Оно нарушает все наши наиболее уста-
новленные идеи о живой природе...» Но уже
в 1901 году русский ученый П.И. Бахметьев
опубликовал сенсационную статью «Рецепт
дожить до XXI века» с подробной инструк-
цией по погружению в анабиоз высших жи-
вотных.
• Некоторые рыбы, живущие в зоне прили-
вов, приспособились дышать кислородом из
воды и воздуха. Тропические илистые пры-
гуны, например, проводят на суше 80—90
6 Тайны природы
161
процентов времени. Африканская рыба амку-
ру, живущая в болотах, переносит засуху,
впадая в спячку (ее даже пересылали по поч-
те в комке земли).
• Лучшие ныряльщики среди птиц — ко-
ролевские пингвины. В поисках пищи они ны-
ряют свыше 140 раз в день, опускаясь на глу-
бину до 45 метров. А императорский пинг-
вин может оставаться под водой до 20 минут
при глубине погружения около 500 метров.
• Вплоть до XVI века продержалась идущая
от Аристотеля точка зрения на дыхание. Он
считал, что легкие — это система охлажде-
ния организма и дыхание должно умерять
«сердечный огонь», потому что в сердце жи-
вотных якобы постоянно поддерживается вы-
сокая температура.
• Сильный аргумент в пользу сторонников
холоднокровности динозавров получен не-
давно при изучении их останков. У всех теп-
локровных животных выдыхаемый воздух
проходит через извилистые носовые ходы,
что способствует
сохранению влаги
в организме. У
изученных дино-
завров нет служа-
щих этой цели
хрящей и косто-
чек, следователь-
но, выдыхаемый
воздух шел на-
162
прямую, унося влагу. Значит, проблем с
обезвоживанием у них не было, а это сви-
детельство холоднокровности.
• Органы дыхания утки занимают около 20
процентов объема ее тела, тогда как у чело-
века — лишь 5 процентов.
• Газообмен головастиков примерно на 60
процентов осуществляется через кожу, хотя
у них есть как жабры, так и легкие.
• Водолазам, устанавливающим вышки в Се-
верном море, зачастую приходится работать
на глубине 300 метров и дышать при этом
газовыми смесями, сжатыми до давления,
превышающего атмосферное в 30 раз!
• Минимизация энергетических затрат тре-
бует, чтобы частота прыжков или шагов при
беге сохранялась постоянной даже при изме-
нении скорости, что подтверждается наблю-
дениями за животными — кенгуру, лошадь-
ми, зайцами и собаками. Это связано с со-
гласованием прыжков и частотой дыхания.
• За свою жизнь человек в среднем съеда-
ет 22 тонны пищи и выпивает 33 000 лит-
ров жидкости. Энергии, вырабатываемой за
счет этого, хватило бы на обогрев кварти-
ры площадью 100 квадратных метров в те-
чение 10 лет.
• «Мальчик-с-пальчик» из детской сказки,
существуй он на самом деле, был бы ужасно
прожорливым: на один грамм веса ему тре-
бовалось бы в 20 раз больше пищи, чем обыч-
ному человеку.
163
• Тепла человеческого тела достаточно для
работы термоэлементов, служащих для пита-
ния карманных радиоприемников, миниатюр-
ных цветных телевизоров и слуховых аппа-
ратов.
• Одним из практических результатов экс-
перимента «Биосфера-2» стало появление ми-
ниатюрных замкнутых экосистем. В гермети-
чески запаянных аквариумах сосуществуют
креветки, улитки, водоросли и бактерии, пи-
таясь друг другом. Под действием света во-
доросли производят столько кислорода, что
его вполне хватает всем обитателям «вечно-
го» аквариума.
БИОАКУСТИКА
Можно ли видеть ушами?
Как ориентироваться под водой?
Чем «стреляют» киты и дельфины?
Где — полезный сигнал,
а где — помеха?
Как выловить рыбку без труда?
О чем говорят мышцы?
Чем слышит кузнечик?
Урчит ли в животе у долгоносика?
Как услышать вымершую птицу?
Отчего глохнет глухарь?
Как ухо «ловит» звуки?
Откуда берется голос?
Какая музыка
животным не по нраву?
Кто способен слышать шторм?
Как предсказать землетрясение?
Вокруг бионики
Акустика прекрасна.
На трибунах
Одни мужчины.
Солнце золотит
Кудлатых львов
правительственной ложи.
Весь стадион —
одно большое ухо.
И. Бродский
Мир звуков окружал человека всегда. В
далекие доисторические времена они выру-
чали его так же, как и других живых су-
ществ: помогали общаться, ориентироваться
в пространстве, охотиться и просто выражать
свои эмоции. Люди, пытаясь поставить зву-
ки себе на службу, занялись их изучением,
создав науку о звуках — акустику. Шелест
листьев в лесу, стрекотание кузнечика, пе-
ние птиц, шум морского прибоя — эти при-
родные звуки человек, поначалу просто ими-
тируя, со временем «организовал», и появи-
лась музыка.
Но еще 350 лет назад людям было не ясно,
что представляет собой звук и как он распро-
страняется. Откачивая, скажем, воздух из-под
стеклянного колпака, ученые пытались уз-
нать, будет ли звучать помещенный туда зво-
нок. Однако звучащий предмет был плохо
167
изолирован от подставки, и звук был слышен.
Ошибки не заметили и сделали неправиль-
ный вывод: звук передается через пустоту.
И только опыты англичанина Р. Бойля
привели к верному умозаключению. Для рас-
пространения звуку необходима среда — воз-
дух, вода, дерево или металл. Именно ее ко-
лебания и переносят звук к нашим ушам.
История биоакустики — науки о роли зву-
ков для живых существ — шла непростым
путем, принося то неожиданные приятные
открытия, то разочарования. Были и заблуж-
дения, развеять которые помогли время да
кропотливый труд ученых. Давайте перелис-
таем ее страницы и послушаем, о чем они
поведают нам в самые разные времена, в том
числе и сегодня.
МОЖНО ЛИ ВИДЕТЬ УШАМИ?
Летучие мыши, с которыми люди знако-
мы давным-давно, представляют собой уди-
вительно любопытный объект для исследова-
ния. Они прекрасно ориентируются в полной
темноте, ловят на лету насекомых, хотя зре-
ние у них слабое.
Известный итальянский ученый Л. Спал-
ланцани задался целью выяснить, как им это
удается. В 1793 году он начал проводить экс-
перименты с летучими мышами. И вот что
он обнаружил: даже лишение зрения никак
168
Ладзаро Спалланцани
(1729—1799) — итальян-
ский натуралист, разносто-
ронне образованный ученый.
Был противником теории
самопроизвольного зарожде-
ния микроорганизмов.
Занимался экспериментами
по регенерации органов у
животных и вопросами
оплодотворения. Исследовал
кровообращение, дыхание и
пищеварение. Известен
опытами по выяснению
способов ориентации ночных
животных.
не отражалось на летных способностях этих
животных. Но стоило заткнуть им уши пло-
хо проводящим звук материалом, как мыши
начинали беспорядочно метаться.
Попытка объяснить ориентирование летучих
мышей в пространстве их необыкновенным слу-
хом была встречена насмешками. Никто не мог
поверить, что они «видят» ушами. И насколь-
ко несерьезным кажется нам теперь то, что эту
уникальную способность животных к ориенти-
рованию в то время предпочли объяснить че-
рез... осязание. В результате более чем на 100
лет опыты Спалланцани были забыты.
И лишь перед Первой мировой войной в
связи с попытками создания эхолота верну-
лись к изучению летучих мышей. Ученые
стремились сконструировать прибор, предот-
вращающий столкновение кораблей с айсбер-
169
гами, — всем была памятна гибель «Титани-
ка». Постепенно, прибегая к более совершен-
ной аппаратуре, ученым удалось отчасти рас-
крыть секреты летучих мышей.
Выяснилось, что этот зверек, двигаясь
практически бесшумно, испускает звуки, ко-
торыми словно ощупывает все вокруг себя.
Мы эти звуки не воспринимаем, поскольку
их частота (ультразвуковая) лежит за поро-
гом слышимости человека. Составляет она
свыше 20 килогерц, иными словами, издаю-
щий их «прибор» должен совершать более
двадцати тысяч колебаний в секунду.
Таким образом, летучая мышь является
природным эхолокатором. Сигналы, отражен-
ные от препятствий и неподвижных (стены и
деревья), и перемещающихся (насекомые), она
воспринимает и обрабатывает с фантастической
эффективностью. Свидетельством этого является
способность летучей мыши определить рассто-
170
яние до цели, направление и скорость ее дви-
жения, размеры и даже характер ее поверхно-
сти. Летучая мышь может заметить в темноте
преграду толщиной с волосок и никогда не спу-
тает насекомое с хлебной крошкой.
На что способен этот живой локатор, не-
однократно проверялось в самых разных ус-
ловиях, таких, например, как изображено на
рисунке. Предположения Спалланцани были
окончательно подтверждены. Не прояви уче-
ные такого невнимания к его давним опы-
там, они смогли бы использовать их резуль-
таты значительно раньше.
Реагировать на ультразвук могут, как ока-
залось, многие живые существа. Так, собаки
прекрасно слышат летучую мышь. В цирке
нас порой удивляют счетные способности этих
четвероногих друзей человека. Однако секрет
прост: дрессировщики незаметно подают им
сигналы ультразвуковым свистком.
И даже кое-кого из жертв летучих мы-
шей — ночных бабочек совок — природа ос-
настила защитой. Они воспринимают издава-
емые хищником сигналы и могут вовремя
скрыться. Или даже испускать такие ультра-
звуковые сигналы, которые сбивают летучую
мышь с толку, а то и вовсе отпугивают ее.
По примеру этого «живого локатора» со-
зданы сегодня «акустические очки» — при-
боры, которые, возможно, помогут слепым.
Отраженные от препятствий ультразвуковые
импульсы это устройство преобразует в слы-
шимые сигналы, подаваемые в наушники.
171
КАК ОРИЕНТИРОВАТЬСЯ
ПОД ВОДОЙ?
Еще более неожиданным открытием ока-
залось явление ультразвуковой ориентации
морских млекопитающих, обнаруженное
лишь около полувека назад. Она осуществ-
ляется несколько иначе, чем у летучей мыши.
Дело в том, что в воздухе и в воде звук
распространяется по-разному. Долгое время
было неясно, почему та же летучая мышь умуд-
ряется ловить рыбу, которая вроде бы не дол-
жна быть «видна» на ее локаторе. Оказалось,
что именно из-за отражения ультразвука на
границе воздуха и воды возникает принимае-
мый летучей мышью сигнал — ведь внутри
рыбы находится наполненный воздухом пузырь.
Так рыба становится заметной для летучей
мыши, даже не высовываясь из воды.
Американские ученые 20 лет бились над
проблемой, как обнаружить с воздуха подвод-
ные лодки противника. Разработанный ими
чувствительный локатор самолета оказался
способным регистрировать малейшие колеба-
ния поверхности воды над невидимым суд-
ном. Не пришла ли здесь на помощь инже-
нерам летучая мышь?
Но дернемся к обитателям океана. Счита-
ется, что далеким предкам дельфинов и ки-
тов, уже вышедшим из океана на сушу, при-
шлось затем по каким-то причинам вернуть-
ся обратно. Об этом говорят, например, за-
172
чатки задних ног в китовом скелете. Как бы
то ни было, млекопитающим нужно было
уметь ориентироваться в воде, где уже на
небольшой глубине темно, да и прозрачность
среды низкая. Вот и пришлось дельфинам и
китам превратиться в сонары — гидролока-
торы, то есть развивать иную, чем у земных
животных, систему звуковой локации.
В принципе, она схожа с той, что имеет-
ся у летучей мыши. Дельфин издает ультра-
звук, который, отражаясь от препятствия,
вновь поступает к нему. Но у дельфина нет
таких ушей, как у летучей мыши, чем же он
воспринимает отраженный звук?
Взгляните на изображение головы дельфи-
на. В возникновении звука, рождающегося в
воздушных мешках, принимает участие жи-
ровая лобная подушка, играющая роль фо-
кусирующей линзы, отражателем же служит
173
вогнутый, подобно чаше, череп. Отраженный
от препятствия сигнал воспринимает и пере-
дает к уху дельфина его широкая нижняя
челюсть.
Благодаря такому устройству дельфин,
прекрасно ориентируясь даже в мутной воде,
определяет расстояние до преград, находит
рыбу. Хорошо известен опыт, когда он мо-
ментально среагировал на крохотную дробин-
ку, опущенную в совсем непрозрачную воду
более чем в 20 метрах от него.
Разумеется, ученые не упустили возмож-
ность воспользоваться таким совершенным
«прибором», как дельфиний локатор. Они зна-
ли, что еще во время Первой мировой войны
американский физик Р. Вуд предложил обу-
чить тюленей поиску вражеских (германских)
подводных лодок по звуку их винта. И хотя
из этого ничего не получилось, опыты с тюле-
нями доказали, что они прекрасно слышат под
водой. Изучив очертания ушей тюленей, уче-
ные смогли усовершенствовать форму гидро-
фонов — приборов, улавливающих звуки под
водой. После этого начались активные иссле-
дования локационных способностей дельфинов,
продолжающиеся до сих пор.
Одна из надежд биоакустиков связана с
созданием переносного устройства по принци-
пу эхолокатора дельфина, позволяющего че-
ловеку ориентироваться в воде. Правда, пока
подобные аппараты весьма громоздки и, увы,
не столь совершенны, как у животных.
174
ЧЕМ «СТРЕЛЯЮТ»
КИТЫ И ДЕЛЬФИНЫ?
Что вы сделаете, если заблудитесь в лесу?
Начнете аукать в надежде, что где-нибудь вас
услышат. А если будете точно знать, куда на-
править звук, то приложите ко рту ладони
рупором. Одно дело, когда звук распространя-
ется во все стороны, — тогда он рассеянный,
слабый. Другое —
если его собрать в
узконаправленный
пучок — в этом
случае он может
достигать заметной
мощности.
Так поступают
и морские живот-
ные. На рисунке
вы можете видеть
две области, в ко-
торых дельфин по-
разному «распоря-
жается» звуком.
Высокочастотные
сигналы, нужные ему для эхолокации, он
словно бы собирает в плотный пучок и про-
слушивает с его по-мощью окрестности, как
лучом звукового прожектора. Это довольно
узкая зона спереди и позади дельфина (она
выделена частой штриховкой). Таким пучком
он водит в воде, подобно тому, как люди
пользуются в темноте карманным фонариком.
175
Однако у дельфина есть и обычный, не уль-
тразвуковой слух. Хотя его уши почти зарос-
ли, они прекрасно воспринимают практически
со всех сторон звуки меньшей частоты. Кста-
ти, эти звуки распространяются в воде даль-
ше, чем ультразвук, поскольку могут огибать
препятствия, не отражаясь целиком. Поэтому
китообразные используют их для общения меж-
ду собой. Кашалоты, например, слышат друг
друга на расстоянии более пяти километров.
Зона восприятия такого ненаправленного слу-
ха почти круговая — сравните по рисунку.
Выяснилось и еще кое-что, не менее уди-
вительное. Бывало, рыбаки недоумевали, на-
блюдая, как дельфины курсируют вокруг стаи
зависшей в воде, будто бы снулой рыбы. И
время от времени подплывают к ней, чтобы
не спеша полакомиться. Оказалось, что это —
результат воздействия на рыбу мощных зву-
ковых импульсов.
Такую же ситуацию наблюдали и в слу-
чае с китами.
Действительно, если дельфин, резво дви-
жущийся в воде, может охотиться и «на
ходу», то огромный кит старается экономить
свои усилия. Ведь для того, чтобы угнаться
за рыбой, нужно «подсуетиться». А тем бо-
лее, если требуется догнать кальмара, способ-
ного двигаться со скоростью 55 километров в
час. Многие юркие рыбы, которым не соста-
вило бы труда увильнуть из-под пасти кита,
тем не менее вяло болтались перед ним.
176
Анатомические исследования показали,
что в массивной голове китообразных, состав-
ляющей порой треть длины всего их тулови-
ща, действительно может сфокусироваться
очень мощная звуковая волна. Попадая в зону
ее действия, рыба обездвиживается, а то и
погибает, поскольку выдержать сильный пе-
репад давления, создаваемый этой «звуковой
пушкой», ее организм не в состоянии.
Почему же исследователи не сталкива-
лись с действием такого акустического ору-
жия в океанариумах? Видимо, в закрытых
водоемах животные не решаются им пользо-
ваться, чтобы не нанести самим себе вред
отраженным от бортиков водоема ультразву-
ковым импульсом.
Впрочем, давайте продолжим разговор о
«живых приборах», так сказать, мирного на-
значения.
ГДЕ — ПОЛЕЗНЫЙ СИГНАЛ,
А ГДЕ — ПОМЕХА?
Результаты исследований феноменальных
возможностей дельфинов и китов нередко
помогают человеку в решении проблем, свя-
занных с освоением океана. Например, радио-
связью в воде, к сожалению, не воспользу-
ешься — радиоволны в ней быстро затухают.
Вот и остаются для связи только звуки, в
использовании которых эти животные боль-
шие «специалисты».
177
Для нас также очень важны вопросы ло-
кации морских глубин. Например, для пост-
роения карты дна морей и океанов, нужной
при поиске там полезных ископаемых; для
решения вопросов, связанных с безопасным
движением судов и подводных лодок; для
выяснения структуры литосферных плит, из
которых, как теперь стало известно, построе-
на вся поверхность земного шара. На грани-
цах этих плит рождаются горы и вулканы,
происходят землетрясения.
Вот небольшая локационная задача, с ко-
торой сталкивается человек. На рисунке сле-
ва показано в плане, как выглядит информа-
ция, полученная от кругового радара — ра-
диолокатора, принцип действия которого схож
с сонаром (от sound — по англ, звук) — зву-
ковым локатором. Видно, что близкие к нему
предметы могут экранировать (заслонять) те
178
цели, за которыми ведется наблюдение. Ка-
ким же способом избавиться от помех?
Теперь посмотрим на правый рисунок. Из
него следует, что сигнал, пришедший от уда-
ленной цели, выглядит слабее, чем от близ-
кой. По этим данным можно было бы опре-
делить расстояние до интересующего нас
объекта. Однако для этого нужен мощный
излучатель сигналов, но его могут заметить
раньше, чем он сам «поймает» цель. Также
необходим высокочувствительный приемник,
но его легко «забить» ложными сигналами —
помехами.
Конструкторы радаров и сонаров научи-
лись решать многие из подобных задач. На-
пример, принимать сигналы от неподвижных
целей так, чтобы они «гасили» друг друга,
не мешая следить за движущимся объектом.
Или придавать испускаемому импульсу осо-
бую форму, которая отличает его от «пара-
зитных» сигналов.
При этом вот что важно: продвижение как
в радио-, так и в эхолокации позволило нам
лучше разобраться, как работают подобные
сложные системы в природе. И наоборот, бла-
годаря этому прогрессу в понимании приро-
ды ее подсказки дали нам возможность со-
вершенствовать свои приборы.
Например, недавно немецкие ученые созда-
ли эхолот, излучающий волны в ультразвуко-
вом диапазоне, близком к тому, который ис-
пользует летучая мышь. И с его помощью ста-
179
ли определять состав донного грунта с недо-
стижимой прежде точностью. Радар, изобре-
тенный группой американских конструкторов,
способен воспринимать биение человеческого
сердца на расстоянии 100 метров и «чувство-
вать» человеческое дыхание даже через бетон-
ную стену метровой толщины.
КАК ВЫЛОВИТЬ РЫБКУ
БЕЗ ТРУДА?
Есть еще одна область применения мор-
ских локаторов — это ловля рыбы. Нет-нет,
речь не идет о звуковых пушках, глушащих
рыбу. Мы можем ловить рыбу так же, как
обычно это делает дельфин. Необходимо по-
слать не слишком мощный звуковой сигнал,
получить его отражение от рыбьего косяка и,
установив его местоположение, направить
туда рыболовное судно.
Однако есть и более интересный способ лов-
ли рыбы. Мало узнать о том, где она находит-
ся, и запустить на глубину огромную сеть —
трал. Ведь пока трал вытаскивают, часть рыбы
успевает выскользнуть из западни.
Чтобы это предотвратить, в горловине тра-
ла устанавливают специальный эхолокатор.
Его включают тогда, когда считают, что сеть
уже достаточно заполнена рыбой. Эхолокатор
испускает записанные звуки, излучаемые
180
дельфинами во время охоты на рыб. Этого
«пугала» оказывается достаточно для удержа-
ния рыбы в сети. Кроме того, эхолокатор с
помощью сигналов, выводимых на экран,
позволяет точнее нацеливать трал.
Изучение распространения звуков под во-
дой дало ответы на многие вопросы. Напри-
мер: как точнее узнать, близко ли от нас
рыбьи стаи? Или: каким образом «перегова-
ривается» кит со своими родственниками,
находящимися от него так далеко, что вроде
бы на таком расстоянии любой звук должен
заглохнуть?
Оказалось, что внутри океанской толщи
существуют будто бы каналы, по которым
звук, как в трубе, способен проходить, не
рассеиваясь, большие расстояния. Поэтому
волна, например, от произведенного под во-
дой взрыва, может распространиться чуть
ли не до обратной стороны поверхности зем-
181
но го шара — на расстояние более 10 000 ки-
лометров.
Не исключено, что подобного рода природ-
ными волноводами пользуются и обитатели
подводного царства. Вообще мир звуков там,
как теперь стало ясно, очень богат. Просто
человеческое ухо не приспособлено к их вос-
приятию под водой. Когда-то еще Леонардо
да Винчи предлагал слушать рыбьи разгово-
ры, приставив к уху мокрое весло, другой
конец которого опущен в воду. Но раз кто-то
там «говорит», значит есть и восприимчивые
к звукам «слушатели».
Исследования подводной акустики важны
еще и потому, что деятельность человека за-
метно отражается на обитателях рек, морей
и океанов, помимо прочего, и из-за воздей-
ствия звуков. Шум судовых двигателей, ра-
бота плотин и мощных гидролокаторов, под-
водные взрывы и бурение скважин — все это
крайне вредно влияет на живые существа. По-
просту говоря, они настоящим образом
глохнут. Ведь их слух рассчитан на прием
пусть многообразных, но природных, а не
искусственных звуков.
Гидробиологи и биоакустики выяснили,
что киты меняют свои миграционные марш-
руты, стараясь избежать встреч с судами и
иными источниками шума. Он вреден также
для развития рыбьей икры, для роста и раз-
множения креветок и многих морских жи-
вотных и даже сказывается на их поведении.
182
Жаль, что в океане нельзя выставить, как на
некоторых сухопутных дорогах, знаки, ог-
раничивающие и даже запрещающие приме-
нение звуковых сигналов.
О ЧЕМ ГОВОРЯТ МЫШЦЫ?
Поговорка «нем как рыба» оказалась оп-
ровергнутой. Рыбы, как вы узнали, вполне
общительны. Каких только у них нет при-
способлений для производства и восприятия
звуков! У изображенной на рисунке слева
рыбки есть специальный грудной отросток, с
помощью которого она громко рычит и чи-
рикает. Звуки некоторых рыб напоминают
свистки футбольных судей, других — стрельбу
из винтовки или пистолета, а кое-кто шумит,
словно мотоцикл, или издает хлопки. Одна
лишь акула всегда молчит.
183
Рыбы, как и морские животные, способ-
ны, хоть и не в такой степени, к эхолока-
ции, реагируют на инфра- и ультразвуки (ин-
фразвуки — акустические волны с частотой
ниже (или на границе) области слышимых
человеком частот). Для приема различных
сигналов их организмы обладают тремя сис-
темами (гидрофонами), одна из которых —
плавательный пузырь, используемый как ре-
зонатор — усилитель звуков.
Все это удалось зафиксировать благодаря
разнообразной исследовательской аппаратуре.
Любопытен здесь факт реакции, например,
акул на звуки, вовсе, казалось бы, не испус-
каемые интересующими их рыбами. Подвод-
ный «грохот» или чириканье — это звуки
довольно высокой частоты. Когда же под воду
опустили изображенный на рисунке справа
излучатель, работающий на частоте 25 герц,
около него неожиданно всего лишь за две
минуты собралась целая стая акул. Почему
их привлек этот звук?
Это длинная история. С этой частотой,
как оказалось, излучаются звуки, произво-
димые при сокращении мышц, в том числе
и рыбами. Еще в XVII веке естествоиспы-
татели обращали внимание на возможность
их услышать, предлагая различные способы
экспериментальной проверки. Полтора сто-
летия после этого проблема казалась забы-
той, но вот в 1811 году англичанин У. Вол-
ластон провел интересные опыты. Он заста-
184
Уильям Волластон
(1766—1828) — английс-
кий естествоиспытатель.
Работал в области оптики
и акустики, электриче-
ства и химии, кристалло-
графии и ботаники.
Открыл ультрафиолетовые
лучи, химическое дей-
ствие электрического
тока, два новых химичес-
ких элемента. Изучал
явление миража, ставил
опыты по физиологичес-
кой акустике.
вил своего кучера ездить в карете по брус-
чатой мостовой, а возникающий при этом
ритмичный стук сравнивал с теми звуками,
которые слышал, зажав уши большими
пальцами рук.
Кстати, вы сами можете убедиться в су-
ществовании этих звуков. Сожмите кулаки,
отставив большие пальцы, и несильно при-
жмите их кончики к ушам. Ровный тихий
гул — свидетельство звучания мышц.
Так вот, Волластон обнаружил, что часто-
та подобного звучания совпадает с частотой
стука каретных колес при определенной ско-
рости движения. Несложный расчет привел
его к значению около 25 герц. Помните, на
что реагировали акулы? Конечно, такая час-
тота находится на нижней границе нашего
восприятия звука, и поэтому, даже если та-
185
кой шум раньше обнаруживали, то считали
его какими-то помехами.
Действительно, какие звуки воспринима-
ет, скажем, врач, когда он прослушивает па-
циента? Стук сердца и ритм дыхания. Но
когда, через 150 лет после опытов Волласто-
на, стали внимательно изучать звуки мышц,
выяснилось, что они также могут предоста-
вить богатую информацию. Характер этих
звуков свидетельствует о состоянии мышеч-
ной, в том числе сердечной, ткани. А это важ-
но как врачам для постановки точного диаг-
ноза при лечении больных, так и здоровым
людям, например спортсменам.
ЧЕМ СЛЫШИТ КУЗНЕЧИК?
Приемники звука таких живых существ
как летучие мыши, дельфины, собаки мож-
но именовать ушами. Но можно ли назвать
ухом то, чем ловит звуки кузнечик?
Прежде всего, слуховые органы располо-
жены у него на... передних лапках чуть ниже
коленного сустава. Зачем же природе пона-
добилось такое изобретение? Вероятно, это
связано с необходимостью иметь возможность
определять, откуда они направлены.
У человека и многих животных уши на-
ходятся достаточно далеко друг от друга.
Поэтому звук, идущий из какого-то места,
достигает одного уха чуть раньше, чем дру-
186
того, то есть возникает запаздывание сигна-
лов, и этого уже достаточно, чтобы опреде-
лить, с какой стороны донесся звук. Челове-
ческие уши фиксируют запаздывание в не-
сколько стотысячных долей секунды!
Еще одна возможность — уловить, на-
сколько прошедший большее расстояние, да
при этом еще и экранированный головой звук
слабее звука, дошедшего до другого уха. Пред-
ставьте себе, что эти ничтожно малые расхож-
дения по времени и мощности способны ре-
гистрировать чуткие уши животных, опреде-
ляя направление на источник сигналов с точ-
ностью до одного градуса!
Здесь, кстати, возникает вопрос: а как
ориентировался под водой по звукам уже упо-
мянутый в прошлой главе Ихтиандр — чело-
век-амфибия? Увы, плохо, ведь череп чело-
века не создает там экрана — звуковой тени,
и шум, например, моторной лодки кажется
идущим сразу со всех сторон.
А вот самки тюленей, по-видимому, рас-
полагают особой (квадрофонической) системой
слухового восприятия. Крики их детенышей
создают звуковые волны и в воздухе, и в воде.
Сигнал, распространяющийся в жидкой сре-
де в несколько раз быстрее, проникает из-под
воды к ушам тюленихи по вертикальным по-
лоскам звукопроводящей ткани с обеих сто-
рон ее головы. А запаздывающие в воздухе
волны поступают по обычным слуховым ка-
налам. Определить, откуда доносится крик,
187
в этом случае можно, сравнивая информацию,
идущую от четырех датчиков звука!
Но что делать, если расстояние между при-
емниками звука очень мало? В действие всту-
пает иной принцип. У того же кузнечика в
его ножные «уши» сигнал приходит, приводя
в движение сразу обе мембраны, причем дей-
ствует на них, в отличие от наших ушей, с
обеих сторон каждой. Реагируя на разницу
давлений внутри и снаружи ушной камеры,
каждая мембрана по-своему колеблется. А по-
скольку в зависимости от направления на ис-
точник звука левая и правая мембраны будут
двигаться «в такт» или не «в такт», можно,
сравнивая характер их колебаний, выяснить,
откуда пришел звук.
Знание того, каким образом насекомые
издают и воспринимают звуки, например,
сигналы тревоги или агрессии, важно для
нас во многих отношениях. Скажем, оно мо-
жет пригодиться в производстве приборов,
188
отпугивающих или уничтожающих кома-
ров — некоем аналоге «звуковой пушки» ки-
тов, А как было бы хорошо создать нечто по-
добное для избавления от саранчи, пожираю-
щей на своем пути всю растительность!
Не так давно считалось, что пчела сооб-
щает своим сородичам о местах сбора меда
лишь с помощью своеобразных «танцев», ко-
торые она совершает в воздухе. Но в послед-
ние десятилетия установлено, что помимо это-
го она издает серии звуковых импульсов. Их
продолжительность и частота содержат инфор-
мацию об удаленности медосбора. Затем были
обнаружены и «уши» пчел — фонорецепто-
ры. А это дает возможность управлять их
летной деятельностью, скажем, удерживать
соответствующими звуками в улье, когда идет
химическая обработка полей.
Мы привели лишь некоторые примеры
слушателей «оркестра» из инструментов, ко-
торыми природа снабдила насекомых. Ведь и
кузнечик, разумеется, не только слышит, но
и сам испускает звуки. Об этом — следую-
щий рассказ.
УРЧИТ ЛИ В ЖИВОТЕ
У ДОЛГОНОСИКА?
Первое, что приходит в голову, когда речь
заходит о звуках, издаваемых насекомыми,
это стрекотание лугового кузнечика или до-
машнего сверчка. Недаром кузнечиков часто
189
изображают играющими на скрипках. И
впрямь что-то похожее есть в движениях их
зубчатых лапок по надкрыльям. Так же «иг-
рают» и сверчки, а саранча «музицирует»,
используя в качестве смычка крылья.
Другие музыканты из мира насекомых
нашли иные способы игры. Например, жук-
рогач перебирает передними лапками по рогу,
покрытому крохотными зубчиками. А изоб-
раженный на рисунке мелкий жучок-лубоед
О о, 15” CJ&
J
о,1 Лас
издает звуки, касаясь кончиками надкрылий
двух тонких зубцов на конце брюшка. С внут-
ренней стороны каждого надкрылья имеется
твердая пластинка, похожая на напильник.
Понятно, что при таких движениях возника-
ет стрекотание.
Насекомые производят множество самых
разнообразных звуков. Так же, как и другим
существам, это нужно им для передачи сиг-
190
налов — тревоги, агрессии, обнаружения
пищи. Есть и «лирические» песни, которые
слышны во время ухаживания самцов за сам-
ками. А некоторые гусеницы, производя ше-
роховатой кожей вибрацию, привлекают этим
потрескиванием муравьев, служащих им те-
лохранителями.
Если уж говорить о необычных звуках,
обязательно надо упомянуть гигантского, дли-
ной три с половиной метра, червя, обитаю-
щего в Австралии. Эта местная достоприме-
чательность издает... журчание, сходное с
возникающим при сливе воды из ванны. Су-
вениры с изображением червя-гиганта и по-
священные ему фестивали, привлекая нема-
ло туристов, приносят заметный доход.
Помимо подобных экзотических звуков
представляют интерес и звуки, издаваемые на-
секомыми во время еды. Скажем, в хранили-
ще зерна очень трудно обнаружить мелких вре-
дителей: сидят где-то и делают свое черное дело.
До последнего момента снаружи не поймешь,
целое ли зернышко или изъеденное изнутри.
Дело в том, что насекомые удивительно
тонко ощущают прочность материала, кото-
рый они выедают. Термиты, к примеру, мо-
гут выгрызть изнутри деревянный дом почти
целиком, сохраняя поддерживающую здание
наружную оболочку.
Но по издаваемому ими при еде хрусту и
ведущимся между ними «переговорам» насе-
комых можно «засечь». Установлено, что во
191
время еды почти каждый вид этих мелких
вредителей издает особые, присущие только
ему звуки. По ним узнают, как преступника
по отпечаткам пальцев, кто хозяйничает на
складе и сколько «вражеской силы» занято
порчей урожая.
С помощью сверхчувствительных датчи-
ков-микрофонов можно своевременно и с боль-
шой точностью определить, заражено ли, на-
пример, зерно долгоносиком. Это позволяет
сохранить огромное количество продоволь-
ствия: его потери из-за насекомых-вредите-
лей достигают в некоторых странах десятков
процентов! Акустический контроль важен еще
и потому, что может предотвратить перенос
вредителей из страны в страну — туда, где
они не водятся и способны при распростране-
нии нанести огромный ущерб.
КАК УСЛЫШАТЬ
ВЫМЕРШУЮ ПТИЦУ?
А кто был наилучшим борцом с насеко-
мыми-вредителями и помогал защищаться от
них, пока человек не овладел методами борь-
бы с ними? Конечно, наши друзья — пти-
цы. Питаясь гусеницами, жучками, бабоч-
ками, бйи поддерживали необходимое при-
роде равновесие, когда и птицам было дос-
таточно корма, и растениям не грозило мас-
совое истребление.
192
Правда, птицы не всегда приносят только
пользу. Иначе зачем на огородах ставят пу-
гала? А с развитием техники возникают и
другие ситуации, когда птиц необходимо от-
куда-то прогнать, в том числе и для их бла-
гополучия.
Посмотрите на установку, изображенную
на рисунке. Как вы думаете, кому предназ-
начены сигналы этого рупора? Оказывается,
дело происходит на аэродроме, а по динами-
ку радио транслируют записанные сигналы
тревоги перепуганных птиц. Это делается,
чтобы отпугнуть от аэродромов птиц, часто
являющихся причиной аварий самолетов.
Где еще возникает такая потребность?
Например, во время уборки урожая необхо-
димо уберечь от жаток птенцов, скрытых в
колосьях. А на автострадах, к сожалению,
происходят аварии из-за столкновений с пти-
цами и животными. Помогают устанавливае-
7 Тайны природы
193
мне на машины ультразвуковые сигнализа-
торы, распугивающие дичь, но не слышимые
человеком.
О звуках, издаваемых и воспринимаемых
птицами, их пении написано так много, что,
казалось, здесь трудно чем-либо удивить.
Однако недавно произошла поразительная
история.
В начале нашего века обитавшая в Новой
Зеландии крупная птица гуйя была истреб-
лена, сохранились лишь чучела в музеях и
легенды о ее необычайно красивом пении.
Сейчас, когда на грани исчезновения множе-
ство животных, в том числе и птиц, энтузиа-
сты пытаются уберечь все, связанное с ними,
включая и голоса.
Если записывать на пленку ныне живу-
щих пернатых хоть и трудно, но возможно,
то что делать с вымершей птицей? Тем не
менее, обнаружились патефонные пластинки,
на которых сохранились записи одного из
туземцев, еще слышавшего эту птицу и су-
мевшего воспроизвести ее напев. За точность,
с какой это было сделано, ручались его со-
племенники, знавшие, как искусно нужно
было подражать пению птиц, чтобы суметь
выманить их из леса.
Так-пополнилась коллекция птичьих пес-
нопений. Более того, воспроизведение голоса
гуйи в различных тембрах позволило разра-
ботать новые программы для музыкальных
синтезаторов.
194
ОТЧЕГО ГЛОХНЕТ ГЛУХАРЬ?
Почему птицу, изображенную на рисунке
слева, называют глухарем? Ведь охотники
давно подметили, что слух у него отменный.
Однако во время пения он словно перестает
воспринимать окружающие звуки. Это под-
твердили в дальнейшем исследования биоаку-
стиков.
Оказывается, свою песню глухарь как бы
разделяет на части. Издавая одни звуки, он
еще не теряет слуха, однако когда перехо-
дит к другим, напоминающим металличес-
кий скрежет, как будто отключается от ок-
ружающего мира и слышит только себя. Воз-
можно, эта временная глухота птицы связа-
на с предохранением своего слуха от соб-
ственных слишком громких криков — внут-
195
ри головы глухаря они создают давление,
сравнимое с давлением работающего вблизи
реактивного двигателя.
Различные вопросы, связанные с воспри-
ятием звуков, давно интересовали людей.
Подумайте, например, отчего в сплошном
шуме мы способны выделять среди множе-
ства звуков нужные нам, различать в шуме
толпы голоса знакомых нам людей, а в ка-
ких-то случаях вообще не воспринимаем зву-
ки, которые должны нам мешать?
На правой части рисунка показано в уве-
личенном виде устройство так называемого
среднего уха человека. Названия «наковаль-
ня», «молоточек» и «стремя» были присвое-
ны трем находящимся в нем косточкам. Эти
косточки передают колебания от барабанной
перепонки, приходящей в движение от зву-
ковых волн, к заполненному жидкостью внут-
реннему уху.
Каждый отдел природного слухового ап-
парата как у нас, так и у многих животных
выполняет свою особую функцию. В целом
это удивительно чуткий орган, настроенный
на прием очень разных по частоте и по мощ-
ности звуковых колебаний. Отметим сейчас,
что са^дый слабый звук, воспринимаемый че-
ловеческим ухом, составляет по мощности
одну миллиардную от одной миллиардной
доли ватта. Даже от шороха листьев в лесу
к уху приходит больше энергии. Надо ли
196
удивляться тому, что конструкторы аудио-
техники всегда стремились создать рукотвор-
ные приборы такой же поразительной чув-
ствительности!
Но как же тогда наше чуткое ухо не
глохнет от более мощных звуков? Отмечен-
ные на рисунке мышцы среднего уха в этих
случаях словно сдерживают стук слуховых
косточек, не позволяя им «барабанить» по
нежным тканям внутреннего уха. Даже ког-
да мы только собираемся заговорить, они
приходят в готовность, чтобы защитить наш
слух от переутомления, звуковых помех или
повреждений. Если бы не это, дети оглохли
бы от испускаемых ими криков, а мы не
могли бы слышать других людей, когда го-
ворим сами.
Природа позаботилась и о том, чтобы мы
могли воспринимать без ущерба для нашего
здоровья и без потери четкости звуковые ко-
лебания как бы по параллельным каналам.
При этом один звук не «забивает» другой и
сохраняется возможность их выделять, то есть
настраиваться, как камертон, только на то,
что нам нужно слышать.
Все же, хотя мы и способны как бы при-
глушать громкие звуки, когда они достигают
предела допустимой природой громкости, уши
не выдерживают. И здесь нужна уже не внут-
ренняя, а внешняя защита от шума, скажем,
звукопоглощающие наушники;
197
КАК УХО «ЛОВИТ» ЗВУКИ?
Рассмотрим теперь более подробно устрой-
ство нашего уха. Несмотря на то, что анато-
мические исследования вроде бы давно по-
зволили полностью изучить его строение, до
конца объяснить работу уха долгое время не
удавалось.
Чтобы детально разобраться с природным
слуховым «аппаратом», нужно было пройти
долгий путь в науке и технике. Большой
вклад внес в акустические исследования та-
лантливый физик и инженер Д. Бекеши, за-
нимавшийся в двадцатые годы нашего века
проблемой плохого качества связи по теле-
фонным линиям. В конце концов, пройдя по
всей цепочке передачи сигналов, ученый по-
дошел к ее концу, а именно к приемнику —
Дьёрдь Бекеши
(1899—1972) — амери-
канский физик и биофи-
зик. Работы посвящены
акустике и теории слуха.
Объяснил процесс звуко-
вого восприятия, сконст-
руировал модель внутрен-
него уха, изобрел ряд
инструментов для иссле-
дования слуховых орга-
нов. За большой вклад в
биоакустику был удостоен
Нобелевской премии по
физиологии и медицине.
198
нашему уху. Выяснилось, что даже в двадца-
том столетии известно о нем слишком мало.
И чтобы отладить телефонные переговоры,
прежде всего надо рассмотреть действие уха
с технической точки зрения.
Инженеры — сотрудники Бекеши с ужа-
сом наблюдали за появившимися в их лабо-
ратории анатомическими препаратами из
больниц и клиник. Ученый исследовал ухо,
расчленяя его и внимательно изучая работу
каждой «детали». Для этих целей им были
созданы уникальные приборы и в конечном
итоге построена ясная система взглядов на то,
как мы слышим.
Коротко это выглядит так. Звуки, улав-
ливаемые, словно рупором, нашей ушной ра-
ковиной, проникают по слуховому каналу к
барабанной перепонке. Она через уже знако-
мые вам косточки среднего уха транслирует
их к мембране внутреннего уха. Вот там-то,
в так называемой улитке, и передаются к
нервным окончаниям уже разделенные по
частотам внешние звуки. Причем в нижней
ее части улавливаются звуки высоких частот,
а в верхней — низких. Длина улитки опре-
деляет диапазон воспринимаемых нами час-
тот — примерно от 20 до 20 000 герц. А вид
спирали она имеет потому, что это позволяет
ей занимать в голове меньше места.
Мало кто внес столь большой вклад в по-
нимание работы нашего слухового аппара-
та, как Бекеши. А это исследование, как и
199
последующие за ним необходимы были, в
том числе, и для того, чтобы помочь лю-
дям, лишенным слуха или имеющим те или
иные его дефекты.
Думаете, это касается немногих? Увы, в
одних США более 300 000 жителей, страда-
ющих расстройствами слуха, в Германии они
составляют 12 процентов населения. А для
кого передают по телевидению новости с сур-
допереводом — переложением речи на язык
мимики и жестов? Задача создания хороших
слуховых аппаратов становится ныне одной
из самых актуальных.
Что ж, инженеры и конструкторы могут
похвастать сегодня удивительными прибора-
ми. Принимающие звук микрофоны имплан-
тируют-лод кожу за ухом. Провода от них
передают вплоть до улитки внутреннего уха
обработанные компьютером сигналы. Тем са-
мым больным возвращают одно из наших са-
мых главных чувств — слух.
200
Кстати, отмечено стойкое нарушение ра-
боты слухового аппарата при неумеренном
пользовании плейерами. Особенно оно замет-
но в дороге, когда добавляются шум и вибра-
ция транспорта.
Понимание «работы» уха позволило уче-
ным создать систему обработки звука по прин-
ципу действия улитки, что привело к увели-
чению дальности передачи речевых данных
более чем в 10 раз! Со временем подобные
системы, видимо, помогут нормально вести
разговоры между землянами и астронавтами,
находящимися, например, на Марсе.
ОТКУДА БЕРЕТСЯ ГОЛОС?
Говоря о приемниках звука — ушах, не
будем забывать и о том, где звуки рождают-
ся. Речь пойдет... об органе речи — нашем гор-
ле. А ведь лишь относительно недавно про-
изошли серьезные сдвиги в понимании рабо-
ты этого органа. Еще каких-то тридцать лет
назад природа голоса оставалась загадкой.
Кому больше всех приходится волновать-
ся за свое горло? Конечно, каждый из нас
хочет, чтобы оно не болело. Однако больше
всех пекутся о нем певцы и музыканты. По-
пробуйте-ка дуть в трубу в течение целого
концерта, если у вас болит горло. А что уж
говорить об известных певцах, для которых
голос — - незаменимый рабочий инструмент!
201
Долгие десятилетия не существовало эф-
фективных способов лечения болезней горта-
ни, и многие певцы покидали сцену слиш-
ком рано.
Теперь, когда стало известно, как рожда-
ется человеческий голос, возможно возвращать
его заболевшим певцам. Один из последних
примеров — известнейший эстрадный артист
Элтон Джон. В середине восьмидесятых годов
у него «пропал» голос, но буквально за год
врачи сумели полностью восстановить его,
и певец смог вернуться к концертной дея-
тельности.
Этими успехами люди были обязаны ин-
женерному взгляду на рождение голоса. Об-
разует его большое число мышц и органов
живота, груди, горла и головы. Но главное —
две мышцы в гортани, раньше называвшиеся
голосовыми связками, а теперь — складками.
Их вибрация и при-
водит к появлению
звука, а язык, нёбо,
ротовая и носовая
полости играют роль
резонаторов духо-
вых музыкальных
инструментов и при-
дают нашему голосу
индивидуальную ок-
раску.
Творческое со-
трудничество между
202
врачами и специалистами-биоакустиками, ис-
следующими голос, стало залогом появления
новых методик лечения болезней горла, в том
числе и с помощью лазера. А порой новые
знания позволяют устранить дефект или пре-
достеречь от недомоганий с помощью неслож-
ной профилактики — соблюдения гигиены.
Наверное, нетрудно будет добавить к «эк-
сплуататорам» голоса — певцам — других
людей, которым также необходимо активно
его использовать: это дикторы радио и теле-
видения, преподаватели, часто выступающие
политики. Они-то хорошо знают, что пренеб-
режение здоровьем, игнорирование мелких
простуд и «севшего» голоса может обернуть-
ся серьезными нарушениями речи.
А ведь это не менее изумительное изобре-
тение природы, чем орган слуха! Почему,
кстати, как ни стараются энтузиасты, у них
не получается научить животных человечес-
кой речи? Мы не затрагиваем вопрос о том,
способны ли они понимать произносимое.
Дело в другом: смогли бы сказать, если бы
понимали?
В 1699 году английский врач Э. Тайсон
утверждал, что «у обезьян анатомически есть
всё, чтобы говорить. Они не говорят, так как
Господь не вдохнул в них этой способности».
Увы, за 300 прошедших лет мы убедились в
обратном. С имеющимся анатомическим стро-
ением органов, рождающих звуки, даже че-
ловекообразные обезьяны воспроизвести весь
203
диапазон звуков человеческой речи практи-
чески не смогут.
Вы догадались, кого сегодня особенно вол-
нует этот вопрос? Конечно, конструкторов
говорящих роботов. Чтобы «вещать» по-чело-
вечески, машинам предстоит еще много
«учиться».
КАКАЯ МУЗЫКА
ЖИВОТНЫМ НЕ ПО НРАВУ?
Люди давно замечали, что животные про-
изводят звуки не только для того, чтобы об-
щаться друг с другом, предупреждая об опас-
ности или призывая к найденному корму. Су-
ществуют удивительные свидетельства того,
как «поют» собаки или какие мелодичные
звуки способны издавать киты. Чем являют-
ся эти звуки? Какие незнакомые нам чувства
пытаются выразить с их помощью живые су-
щества?
Может быть, нам удастся в какой-то сте-
пени ответить на эти вопросы, наблюдая за
реакцией животных на звуки, несущие эмо-
циональную нагрузку.
Подобные наблюдения выявили множество
любопытйых фактов. Мелодичная музыка,
например, приводила к повышению удоев
коров на пять—десять процентов. Звуки пас-
тушьего рожка, оказывали взбадривающее
воздействие на скот. Обратный пример: про-
204
слушивание записи рок-музыки приводило к
резкому снижению надоев молока у коров. А
вот свиньи приходили в восторг только от со-
временных ритмов и оставались равнодушны-
ми к классике и даже начинали драться, если
включали музыку Бетховена или Баха.
Поразительно чутки к музыке дельфины:
от мелодичных звуков
желюбнее и проявля-
ют особое расположе-
ние к людям, однако
приходят в замеша-
тельство от рока. На
музыку реагируют и
рыбы, ее используют
на морских планта-
циях как сигнал на-
чала кормления. И
уж совсем ошеломля-
ют результаты ис-
следования япон-
ских специалистов
они становятся еще дру-
по аудиоэлектронной технике: «слушая» музы-
ку, быстрее растут овощи и фрукты! Причем и
они предпочитают классику.
В рассказе Виталия Бианки описан мед-
ведь, с упоением «играющий» на сухой щеп-
ке, торчащей из пня. Вибрирующие звуки
почему-то доставляли ему несказанное удо-
вольствие.
Возможно, и вы сталкивались с похожи-
ми случаями. Здесь еще много загадок, и вли-
205
яние на живую природу различных звуков сей-
час активно исследуется. Имеются практичес-
кие итоги этих исследований. Например, за-
мечено, что от звуков охотничьего рожка на-
чинают дождем сыпаться гусеницы с деревь-
ев. Ясно, что люди не преминут использовать
эти данные для охраны садов от вредителей.
В последнее время получен еще один ин-
тересный результат биологической акустики.
Оказалось, что ритмичная, насыщенная
громкими звуками музыка по-разному воздей-
ствует на представителей разных рас.
У тех, для кого такая музыка «в крови»,
например, у афро-американцев, она не вызы-
вает каких-либо существенных перемен в
организме. У тех же, кто обладает белой ко-
жей, изрядные «дозы» тяжелого рока ведут
к расстройству здоровья, начиная с ослабле-
ния иммунитета и слуха.
КТО СПОСОБЕН СЛЫШАТЬ ШТОРМ?
Уже упоминавшийся в этой книге амери-
канский физик Роберт Вуд прославился бла-
годаря не только научным достижениям, но
и нескольким занятным историям. Одна из
них была связана с его участием в театраль-
ной постановке, в которой во время одной из
сцен до зрителей нужно было донести ощу-
щение таинственности. Изобретательный уче-
ный решил использовать для этого огромную
206
трубу, с помощью которой намеревался со-
здать неслышимый, но воспринимаемый в
зале звук.
Может ли такое быть? А вы вспомните
ощущение вибрации почвы от проезжающего
за углом трамвая или от поезда, проходяще-
го мимо перрона, когда ухо вроде бы ничего
не слышит. Это — упомянутые нами ранее
низкочастотные колебания, или инфразвуки,
недоступные нашему уху, однако восприни-
маемые некоторыми внутренними органами.
Подобный эффект и пытался создать Вуд. Хо-
рошо еще, что его трубу испытали во время
репетиции. От ее «звучания» задребезжали
окна, стены здания заходили ходуном, а люди
находившиеся в зале, испытали необъясни-
мый ужас. Трубу немедленно выкинули.
С похожими случаями людям приходится
сталкиваться в ситуациях, когда никто спе-
циально не пытается такой звук произвести.
Он может возникнуть в результате движения
воздуха в шахтах, дымовых и вентиляцион-
ных трубах. Поэтому при строительстве не-
обходимо учитывать возможность возникно-
вения подобных эффектов и тщательно их
избегать.
Не исключено, что при ведении военных
операций инфразвук будут использовать как
один из видов так называемого психотронного
оружия. Его применение оправдывают тем, что
это оружие не смертельно, а лишь подавляет
психику противника, лишая его возможности
207
вести бой. Однако при сильном воздействии
инфразвука внутренние органы человека могут
сильно смещаться и даже деформироваться, что
приведет к печальному исходу.
В отличие от человека, некоторые живот-
ные способны испускать и воспринимать ин-
фразвуки. Эта их особенность была исполь-
Василий Владимирович
Шулейкин
(1895—1979) — российс-
кий геофизик. Исследовал
различные проблемы
физики моря. Организа-
тор гидрофизических
станций и лабораторий.
Объяснил окраску морей
и озер, выдвинул теорию
морских волн, течений,
тропических ураганов.
Изобрел ряд приборов для
исследования моря,
открыл эффект, на основе
которого был создан
предсказатель штормов.
зована при создании прибора — предсказате-
ля штормовой погоды. Дело в том, что при
возникновении шторма далеко в море возни-
кают колебания низкой частоты. А так как
звук распространяется в воздухе и воде с боль-
шой скоростью, он достигает берега значитель-
но раньше, чем сам шторм. Вот бы создать
такое устройство, подумали ученые, которое
могло бы его «услышать»!
208
Подсказку дала медуза, «воспринимаю-
щая» подобные звуки. В конце отростка, сви-
сающего с ее зонтика, содержится жидкость
с крохотными известковыми камушками, ка-
сающимися окончания нерва. Пришедшие ко-
лебания низкой частоты, приводя камушки
в движение, фиксируются этим органом ме-
дузы и позволяют ей вовремя спрятаться от
надвигающейся угрозы.
Учеными создан прибор, имитирующий
этот своеобразный орган слуха. Он преобра-
зует колебания нужной частоты в импульсы
электрического тока, усиливает импульсы и
передает на измерительную шкалу, на кото-
рой проставлены баллы будущего ненастья.
Удачная подсказка природы была воплощена
в аппарате, предсказывающем наступление
шторма за 15 часов!
Еще одну область применения низких ча-
стот освоили специалисты французской фир-
209
мы «Кусто». Они разработали прибор, пода-
ющий инфразвуковые колебания на корпуса
морских кораблей, предотвращая их обраста-
ние водорослями и микроорганизмами.
КАК ПРЕДСКАЗАТЬ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ?
Чем еще могут помочь нам соседи по пла-
нете, когда речь идет о защите от стихийных
бедствий? Случаев такого рода помощи чрез-
вычайно много, однако достоверные факты
обросли невероятным количеством домыслов
и легенд.
Вопрос настолько важен, что к изуче-
нию биопредвестников различных природ-
ных катаклизмов сегодня привлечены не-
малые научные силы. К этому мы еще вер-
немся. Сейчас же поговорим о тех живых
существах, которые способны нам помочь
в предсказании землетрясений. Эти разру-
шительные стихийные бедствия принесли
человечеству неисчислимые несчастья. И
многие насекомые и животные, опять же в
отличие от нас, могут реагировать на при-
ближение этой беды.
Назовем жука-вертячку, змею и кузнечи-
ка. Первый из них благодаря своим антен-
нам необыкновенно чувствителен к малей-
шим механическим колебаниям. А вот змеи,
как полагают ученые, воспринимают еле за-
210
метные сотрясения почвы всем своим телом.
И совершенно фантастическую чувствитель-
ность проявляет кузнечик. Как установлено,
он способен реагировать на колебания поверх-
ности Земли, размах которых не превышает
размеров ничтожно малой частицы — ато-
ма! Таких чутких сейсмографов люди пока
не создали.
Будем надеяться, что изучение этих и
многих других предсказателей землетрясений
позволит нам либо самим создать новые чув-
ствительные приборы, либо научиться точнее
расшифровывать поведение животных и на-
секомых для установления времени возмож-
ного бедствия.
Четверть века назад в Китае 100 тысяч
добровольцев проводили целенаправленные
наблюдения за живой природой. Все, что ка-
залось необычным, брали на заметку и сооб-
211
щали об этом в центр обработки информации.
Так удалось спрогнозировать крупное земле-
трясение и спасти миллионы человеческих
жизней.
Проблема, однако, в том, что помимо ко-
лебаний почвы на живые существа могут воз-
действовать и другие перемены в их окруже-
нии, на которые те могут реагировать. Это
может быть сопутствующий катастрофичес-
ким изменениям в земной тверди подъем
грунтовых вод или выход подземных газов.
Выделить реакцию на тот или другой сигнал,
который нам подает природа, — вот серьез-
ная задача.
А закончим мы главу о биоакустике лю-
бопытным примером из сейсмологии. Навер-
няка вы слышали лягушачьи «концерты».
Стоит невероятный шум, когда сотни ква-
куш не умолкая демонстрируют свое умение
петь. Можно ли при этом передать хоть ка-
кой-либо важный сигнал от одной лягушки
к другой?
Оказывается, для этого лягушки исполь-
зуют... твердую почву. Постукивая по ней
пальцами, а то и шлепая всей лапкой, они
посылают сейсмические сигналы, несущие
нужную информацию, не рассчитывая на пе-
редачу «устных» сообщений по воздуху. К
подобного рода связи прибегают и зайцы,
выбивающие задними лапами барабанную
дробь по земле, и некоторые грызуны, живу-
щие в пустыне. Ну чем не азбука Морзе?..
212
ВОКРУГ БИОНИКИ
• «Всеобщая неправильность и чудовищ-
ность, замеченная в организме летучей мыши,
безобразные аномалии в устройстве чувств, до-
пускающие гадкому животному слышать но-
сом и видеть ушами, — писал французский
натуралист XIX века А. Туссенель, — все это,
как будто нарочно, приноровлено к тому, что-
бы летучая мышь была символом душевного
расстройства и безумия». Справедлива ли та-
кая оценка опытнейших охотников за наши-
ми мучителями — комарами, на поимку каж-
дого из которых летучая мышь тратит мень-
ше секунды?
• Опушенность ночных насекомых помога-
ет их маскировке, способствуя частичному по-
глощению посланного летучей мышью ульт-
развукового сигнала. Поэтому пушистое на-
секомое мышь может обнаружить лишь с
близкого расстояния.
• Как выяснили немецкие исследователи,
для обучения роботов ориентации в простран-
стве иногда выгоднее снабжать их эхолока-
цией, такой как у летучих мышей, информа-
ция обрабатывается легче, чем оптическая.
• Дельфин воспринимает звуки, энергия ко-
торых в 100 раз меньше энергии едва слыши-
мых нами звуков, диапазон воспринимаемых
им частот превышает человеческий почти в 10
раз; дельфин без участия зрения определяет раз-
213
меры и форму предме-
тов и отличает друг от
друга дерево, металл и
пластик.
• Природные сона-
ры, — эхолокаторы —
обнаружены не только
у летучих мышей,
дельфинов и китов, но
и у обитающих в Аме-
рике птиц гуахаро,
живущих в темных
пещерах и кормящихся по ночам, и у индо-
незийских стрижей — саланганов, локацион-
ные аппараты которых работают только в
полете и в отсутствие света.
• Некоторые рыбы благодаря способности к
эхолокации могут жить и размножаться в
абсолютной темноте, например в подводных
пещерах. Одна из них — аноптихтис — вооб-
ще утратила за ненадобностью органы зрения,
она совершенно слепа.
• Первый ультразвуковой локатор был создан
во время первой мировой войны известным
французским физиком П. Ланжевеном, пред-
назначался для обнаружения немецких под-
водных лодок. Увидеть, как сегодня работают
подобные приборы, можно в фильме «Лох-
Несс», посвященном поиску доисторического
ящера в водах шотландского озера.
• Звуки, издаваемые колониями креветок,
бывают настолько сильны, что приводят в
214
замешательство экипажи подводных лодок —
на них даже объявляли боевую тревогу, ре-
шив, что натолкнулись на противника. А ко-
сяки еще более мелких рачков — криля —
благодаря обмену между ними звуковыми
сигналами сохраняют удобный для плавания
упорядоченный «шахматный» строй. Звука-
ми разной частоты регулируются скорость
движения и дистанция между соседями.
• Применение акустических пугал полезно
не только на полях и аэродромах, где с их
помощью отгоняют птиц, но и в морском ры-
боловстве. Так, мощные излучатели, транс-
лирующие запись звуков, издаваемых «тиг-
рами океана» — касатками, способны разго-
нять стада морских львов, дельфинов и се-
рых китов, порой опережающих рыбаков во
время промысла кальмаров и рыбы.
• Ошибки, допущенные при проектировании
звуковой и световой систем отпугивания рыб
от гидросооружений, привели только на од-
ной из американских плотин к тому, что ги-
гантские турбины убили до пятидесяти ты-
сяч рыб всего за три часа работы.
• Неожиданный способ избавления от бес-
численных орд полевых мышей, атаковавших
поля около одного из немецких городов, под-
сказали начавшие садиться на местный аэро-
дром вертолеты. Вызванные их двигателями
колебания воздуха сверхвысокой частоты ока-
зались смертельными для мышей.
• Итальянский иезуит Франциско Грималь-
ди, впервые сообщивший в своем труде, опуб-
215
ликованном в 1663 году, о том, как можно
услышать звучание мышц, приписал эти зву-
ки «возбуждающим движениям животных ду-
хов», которые порождаются мозгом.
• Американские исследователи, изучая пес-
чанок — небольших грызунов, предположи-
ли, что они обмениваются сигналами, возни-
кающими при моргании, причем звуки ис-
пускаются круговыми мышцами глаз.
• Давно известно, что из соприкасающихся
друг с другом яиц цыплята вылупляются
раньше, чем из яиц, не находившихся в кон-
такте. Английские ученые объясняют это сти-
мулирующим действием звуков, издаваемых
мышцами эмбрионов и передаваемых от од-
ного к другому.
• Сенсационное открытие сделали канадские
биологи, обнаружившие, что тюлени поют ба-
ритоном, «выделывая» рулады, которым могут
позавидовать птицы. Записи этих «песен», воз-
можно, будут полезны музыкантам, исповеду-
ющим модный сегодня экологический джаз, в
основу которого положены звуки природы.
• В ряду многочисленных достижений Г. Гель-
мгольца — создание акустических резонаторов
для анализа звуков по частоте колебаний, спо-
собствовавшее исследованиям органов речи и
слуха, а также музыкальных инструментов, на-
пример органной трубы.
• Волнистые попугайчики, как известно,
способны имитировать человеческую речь.
Пока идут споры о том, насколько сознатель-
216
Герман Гельмгольц
(1821—1894) — немецкий
естествоиспытатель. Впервые
дал математическую трактовку
закона сохранения энергии и
указал на его всеобщность.
Автор фундаментальных
трудов по физиологии слуха и
зрения — построил модели
уха, развил теорию музыки,
создал учение о цветном
зрении и аккомодации. Де-
тально изучил процесс мышеч-
ного сокращения, впервые
измерил скорость передачи
нервного возбуждения.
но они это делают, австралийские логопеды
с успехом используют этих птиц для лече-
ния заикания у детей, с удовольствием всту-
пающих в диалог со своими питомцами.
• Немецкие эксперты предсказывают, что в
ближайшие 15—20 лет благодаря мультиме-
дийным средствам передачи информации глу-
хие смогут общаться между собой на боль-
ших расстояниях.
• В Японии продают поющих насекомых —
их помещают в клетки, как птиц, и наслаж-
даются их пением.
• Паук, как выяснилось, обнаруживает
жужжащих насекомых с помощью слухового
органа, расположенного в щелках вблизи кон-
чика его ноги.
• Тараканы способны дезориентировать охо-
тящихся на них грызунов, генерируя акус-
217
тические сигналы, сходные со звуками, ко-
торые производят животные, но не воспри-
нимаемые самими насекомыми.
• Колокольному звону издавна приписыва-
ли обеззараживание воздуха. И действитель-
но, по сведениям экологов, ультра- и инфра-
звуки, издаваемые колоколами, могут очи-
щать воздух и обладают бактерицидными
свойствами.
• Живущая в пустыне Сахара ночная кры-
са, имеющая слабое зрение и обоняние, на-
ходит свое укрытие, даже удаляясь от него
на 3—4 километра, по звуковым ориентирам
и благодаря способности преобразовывать уль-
тразвуки в обычный звук. А обитающая в
Мексике двуногая мышь воспринимает инф-
развуки частотой всего 2 герца, усиливая ко-
лебания в расположенных в ее черепе каме-
рах-резонаторах, по размеру в два раза пре-
восходящих мозг.
• Еще недавно было неясно, почему рассе-
янные стада слонов в отсутствие видимых и
слышимых сигналов внезапно приходят в
движение. Американские ученые пришли к
выводу, что они «переговариваются» с по-
мощью инфразвуков, и надеются использовать
это открытие для спасения слонов, которым
угрожает полное истребление.
• Ультразвуки, предшествующие землетря-
сению, заставляют кошку перетаскивать но-
ворожденных котят на кровать с панцирной
сеткой, преобразующей колебания высокой
218
частоты в неслышимые кошкой инфразвуки.
А расцветающая на острове Ява накануне
извержения вулкана королевская примула,
оказывается, реагирует таким образом на воз-
никающие в земной толще ультразвуки, ус-
коряющие движение питательных соков по ее
капиллярам.
• Один из итальянских изобретателей создал
прибор, фиксирующий издаваемые растения-
ми звуки, несущие смысловую нагрузку. На-
пример, с, его помощью можно «подслушать»,
как во время засухи они испускают ультра-
звуки — «просят пить». Этот прибор собира-
ются использовать в районах с искусственным
орошением.
• Специальный прибор, способный отличать
по жужжанию агрессивных африканских
пчел от мирных европейских, создал амери-
канский физик-атомщик, страстно увлекаю-
щийся пчеловодством. В основу устройства
219
положен локационный принцип, позволяю-
щий распознавать насекомых по частоте взма-
хов крыльями.
• Один германский океанограф с помощью
электроники и специальных компьютерных
программ смог «озвучить»... озера. Это стало
возможно благодаря тому, что каждое из них
обладает неповторимыми профилем дна и
формой, что придает индивидуальный харак-
тер возникающим в них звукам. Переведен-
ные в диапазон частот, воспринимаемых че-
ловеческим ухом, они напоминают то звуки
органа, то звон колоколов, то рокот бури.
• В Англии разработан робот, призванный
заменить сторожевую собаку. С помощью аку-
стических сенсоров он «вслушивается» во все
звуки, а в случае появления в доме неизвест-
ных издает громкий лай, одновременно сооб-
щая о вторжении в ближайший полицейский
участок. А в США создан робот, который не
только «слышит» и выполняет команды, но
и отвечает на вопросы, составляя граммати-
чески правильные фразы. Его словарный за-
пас включает 127 слов. Главной проблемой
создателей было научить робота разборчиво
произносить слова.
БИООПТИКА
Как свет
распространяется в глазу?
Нельзя ли обойтись
одним глазом?
А если и двух глаз мало?
Что мы видим из-под воды?
Сколько света нужно глазу?
Как лучше
настроиться на резкость?
Чем хорош мушиный глаз?
Кто видит невидимые лучи?
На что похож глаз паука?
Проходит ли свет сквозь... растения?
Как мы различаем цвета?
Зачем менять свою окраску?
Что именно видит лягушка?
Какой глобус
нужен космонавту?
Кто сам себе светит?
Вокруг бионики
Бесценный дар
природою нам дан —
Глядеть пытливым оком,
Чтоб мир познать глубоко.
Когда ж излишне
доверяем зренью,
То можем впасть в обман,
А он сродни
слепому заблужденью.
И даже самомненью.
М. Буонарроти
Какое из пяти наших чувств самое важ-
ное? «Конечно, зрение», — не задумываясь,
ответите вы. И приведете в подтверждение с
десяток пословиц и, например, «береги как
зеницу ока».
Однако это самое око оставалось для нас
целые тысячелетия загадкой. Да-да, это не
преувеличение — с устройством и работой
глаза безуспешно пытались разобраться еще
задолго до новой эры. Полагали, например,
что все окружающее нас производит некие
образы, или «призраки», копирующие пред-
меты, которые наши глаза словно бы ощу-
пывают испускаемыми из них же самих лу-
чами. Отсюда и происходит выражение «свет
очей моих».
Впервые точное изображение того, что
происходит в органе зрения, появилось толь-
ко около четырех веков назад. Оно приведе-
223
но на рисунке в начале этой главы и принад-
лежит астроному И. Кеплеру.
Интерес ученых к устройству нашего орга-
на зрения был тогда необыкновенно велик,
да и вся оптика поначалу была наукой не о
световых явлениях, а об устройстве и работе
глаза. Причем уже в те времена сложилось
ясное понимание того, что для создания по-
могающих глазу приборов человеку стоило бы
многое позаимствовать у природы.
Так, английский астроном Дж. Грегори
писал в те годы: «Было бы, вероятно, полез-
но составить объектив зрительной трубы из
различных сред, как это устроено в глазу
природой, которая ничего не делает зря». Вот
и судите теперь о том, когда на самом деле
возникла бионика...
Шли годы и десятилетия, люди все луч-
ше узнавали как работают органы зрения. И
вот знаменитый ученый XIX века Г. Гельм-
гольц решился на такое заявление: «Если бы
оптик принес мне столь несовершенный ин-
струмент, как человеческий глаз, я бы тот-
час выбросил его за дверь». Простим велико-
му физику и физиологу столь резкую оцен-
ку — всех будущих загадок и открытий, свя-
занных со зрением, он, видимо, не мог пре-
дусмотреть.
А нам ближе будут слова, произнесенные
примерно в то же время изобретателем фото-
графии Н. Ньепсом: «Фотоаппарат представ-
ляет собой глаз, которому человек внушил
224
свою волю». В дальнейшем мы еще не раз
будем сравнивать рукотворные приборы с изу-
мительными «аппаратами», созданными при-
родой.
Огромно многообразие глаз следящих за
нами и вообще за миром. Давайте присталь-
нее всмотримся в них и попробуем найти по-
лезные нам подсказки природы. Но будем при
этом бдительны и последуем совету выдаю-
щегося художника и зодчего эпохи Возрож-
дения Микеланджело Буонарроти, поэтичес-
ки предупредившего нас: Иногда стоит гово-
рить себе—«не верь глазам своим!»
КАК СВЕТ
РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ В ГЛАЗУ?
Итак, начнем все-таки с человеческого
органа зрения — перед вами картинка, пред-
ставляющая сечение нашего глаза. Согла-
ситесь, что аналогия с
фотоаппаратом очень
точна. Хрусталик гла-
за — это маленькая
линза, преломляющая
и фокусирующая све-
товые лучи на задней
стенке глазного ябло-
ка, подобного закры-
той со всех сторон
темной камере. Вмес-
8 Тайны природы
225
то фотопленки — сетчатка, покрытая мно-
жеством нервных окончаний, воспринима-
ющих изображение предметов, на которые
мы смотрим. Но это, как мы выясним поз-
же, все-таки очень грубые сравнения и их
требуется уточнить.
А пока — первый вопрос: в фотокамере
изображение переворачивается, а что же в
глазу? Поверить в то, что мы видим мир пе-
ревернутым вверх ногами, долгие века не
могли ни ученые, ни тем более простые
люди, далекие от науки. Даже когда созда-
ли так называемую камеру-обскуру — а это
просто темный ящик с маленьким отверсти-
ем, благодаря которой, казалось бы, удалось
смоделировать простейшие происходящие в
глазу процессы, заблуждение не развеялось.
И гениальный Леонардо да Винчи, находясь
на пороге открытия, тоже переубедил себя,
решив, что хрусталик в глазу играет роль
прозрачного тела, снова, после радужной обо-
лочки, переворачивающего изображение, что-
бы мы его видели, как положено, — «вверх
головой».
Лишь упомянутый нами в самом начале
главы Кеплер, отбросив ложные представле-
ния, создал, наконец, схему прохождения
лучей в- глазу, близкую той, которая исполь-
зуется сегодня.
Почему же мир не кажется нам перевер-
нутым? Дело в том, что в формировании изоб-
ражения принимают участие не только гла-
226
за, но и мозг. Именно в нем восстанавлива-
ется верное изображение.
Очень похоже на то, что мы делаем с фо-
тоаппаратом при диафрагмировании — изме-
нении размера отверстия камеры, регулиру-
ющего световой поток, попадающий на зрач-
ки глаз. В этом можно убедиться, входя в
темное помещение с ярко освещенной улицы,
когда наши зрачки сильно расширяются —
для того, чтобы пропустить в глаза как мож-
но больше света. И наоборот, когда очень свет-
ло, зрачки, чтобы уменьшить его поступле-
ние, рефлекторно, иначе говоря автоматичес-
ки, сужаются.
А вот настройка на резкость, которую мы
производим, вдвигая или выдвигая объектив
фотокамеры, то есть приближая или удаляя
ее линзы от пленки, происходит в глазу ина-
Альхазен
(965—1039) — арабский уче-
ный. Работал в области физи-
ки, астрономии, математики,
медицины и философии. Выд-
винул свою теорию зрения,
описал анатомическое строение
глаза, был первым исследовате-
лем, знавшим и применившим
в опытах камеру-обскуру. Дал
верное представление видения
двумя глазами, предположив,
однако, что приемником изоб-
ражения является хрусталик.
Эта точка зрения продержалась
до XVII века.
227
че. Специальные мышцы трансформируют
толщину хрусталика, отчего он становится то
более, то менее выпуклым. В результате ме-
няется его способность преломлять световые
лучи, а значит, обеспечивается возможность
собирать их на сетчатке от по-разному уда-
ленных предметов.
Впрочем, такой способ фокусировки не
единственный в природе. Порой может пока-
заться, что когда-то давным-давно она наме-
ренно подсказала разнообразные решения, не-
зависимо от нее осуществленные потом чело-
веком в технических устройствах.
Но, конечно, при этом люди старались
многое «подсмотреть» и перенять у приро-
ды. Изучение хрусталика глаза привело к из-
готовлению линз из прозрачных материа-
лов — хрусталя и стекла. Пытаясь помочь
человеку увеличить изображение рассматри-
ваемых предметов, еще тысячу лет назад
арабские врачи изготавливали подобие совре-
менных очков.
НЕЛЬЗЯ ЛИ ОБОЙТИСЬ
ОДНИМ ГЛАЗОМ?
Фотоаппарат с одной линзой, копирующий
в главных чертах наш глаз, — это только
«заря» фотографии, занявшаяся более 150 лет
назад. Чем дальше, тем больше люди стре-
мились усовершенствовать искусство съемки,
228
сделать ее результаты как можно более близ-
кими к реальной картине мира.
В связи с этим в очередной раз возник
вопрос: а зачем нам два органа зрения? Ми-
фологические циклопы были одноглазыми. Да
и люди могут так прожить — вспомните од-
ноглазых капитанов или пиратов в истори-
ческих романах или фильмах. Может быть,
природа просто решила для надежности про-
дублировать этот важный орган? Но дело не
только в этом.
Как и в случае с ушами, которые только
«в паре» способны обеспечить нам верное оп-
ределение направления на звучащий объект,
два глаза также создают дополнительный зри-
тельный эффект — стереоскопическое, объем-
ное видение мира. Даже лучшие современные
камеры с одним объективом не обеспечивают
этого эффекта, получаемого нами благодаря
229
бинокулярному зрению (двумя глазами). Ведь
каждый из них видит любой предмет чуть-
чуть по-разному. И, добавляя информацию,
полученную от одного глаза, к той, что дает
другой, мы словно бы лепим образ рассмат-
риваемого предмета, точнее оцениваем его
размеры и расстояние до него.
Отметим также другую интересную особен-
ность, которой обладают глаза. Они никогда
не остаются неподвижными. Если даже нам
кажется, что мы смотрим в одну точку, на
самом деле наш взгляд непрерывно перебега-
ет с места на место, словно сканируя, ощу-
пывая пространство.
Более того, хотя основная информация
воспринимается участком сетчатки, располо-
женным прямо напротив центра хрустали-
ка, — там размещается и больше световых ре-
цепторов, существует эффект так называемо-
го бокового, или периферического, зрения.
230
Рисунок показывает, как благодаря вращению
глазного яблока можно увидеть даже пред-
мет, луч света от которого не может непос-
редственно попасть в глаза из-за преграды.
Подобным зрением важно обладать, например,
водителям транспорта и людям, занимающим-
ся игровыми видами спорта, и его можно
развить.
Воспроизвести в технике такие природные
«хитрости» непросто. Тем не менее, люди уже
сумели сконструировать фотоаппараты, с по-
мощью которых можно делать стереоскопи-
ческие снимки. Для их разглядывания, прав-
да, необходимы специальные очки, но не за
горами появление объемных фотографий, ко-
торые можно будет рассматривать без каких-
либо приспособлений.
Еще одно изобретение, вошедшее в обиход
репортеров и любителей фотографии, — пано-
рамные снимки. Но если для нас это дости-
жение необязательное, то для окружающих нас
живых существ это порой суровая необходи-
мость. Таким зрением обладают многие жи-
вотные, которым требуется широкий круговой
обзор местности, чтобы как можно раньше
обнаружить опасность, например хищника. К
ним относятся грызуны, зайцы, многие сум-
чатые и копытные животные. Как недавно
выяснилось, панорамным зрением обладает
даже весьма крупный зверь — морж.
Изучение связи различных особенностей
зрения тех или иных животных с условиями
231
их жизни и решаемыми задачами, несомнен-
но, дает ценную информацию. В том числе
разработчикам роботов, снабжаемых искусст-
венными глазами.
А ЕСЛИ И ДВУХ ГЛАЗ МАЛО?
Создавая оптические приборы, люди все
больше присматривались к устройству глаз
различных животных и насекомых. Напри-
мер, тех, кому довольно много времени при-
ходится проводить в воде, — лягушек, кро-
кодилов, бегемотов. Им удобней располагать
свои глаза таким образом, чтобы и дышать
было можно, и жидкость не искажала изоб-
ражение. Ведь и вы, ныряя под воду с от-
крытыми глазами, наверняка замечали, что
видеть становится сложнее все восприни-
мается как будто размытым.
Происходит это из-за того, что наружная
оболочка нашего глаза привыкла контакти-
ровать с воздухом. Вода же дополнительно
преломляет световые лучи, хрусталику их
труднее сфокусировать, и поэтому нам при-
ходится вооружать глаза — отделять их от
жидкой среды с помощью воздушной прослой-
ки. Разве в маске или в плавательных очках
под водой становится лучше видно?
Однако тех, кому приходится, скажем,
охотиться на границе водной и воздушной
сред, природа одарила поразительными воз-
232
можностями. Она снабдила рыб некоторых
видов четырьмя глазами. Одна пара глаз, та,
что расположена выше, предназначена для
воздуха, для обнаружения там летающего
хищника, другая, нижняя, — для воды. Так
намного удобнее следить и за насекомыми,
которые вьются над поверхностью реки или
озера и иногда садятся на воду.
Есть, правда, еще один способ для одно-
временного видения на границе этих сред. Это
глаза некоторых крокодилов, внешняя поверх-
ность которых совершенно плоская. В этом
случае лучи, идущие к глазам вдоль грани-
цы двух сред и сверху и снизу, фактически
на этой поверхности не преломляются — как
отвесно падающий в воду пучок света не из-
меняет в ней своего направления. Уже изоб-
ретены действующие по такому же принци-
пу фото- и кинокамеры, которыми можно
вести съемку сразу над и под водой.
Четырьмя глазами обладают и некоторые
насекомые, например стрекозы. Вернее, у них
233
два глаза, но они разделены поперек, так что
получается как бы две пары глаз. Верхняя
обозревает достаточно светлую область —
небо. Для этого не нужна большая чувстви-
тельность, не обязательно разбирать цвета,
можно обойтись конструкцией глаза попро-
ще. А вот нижняя пара, ведущая наблюде-
ния за менее освещенной земной поверх-
ностью, на которой требуется рассматривать
мелкие и пестрые, иногда довольно яркие
предметы и различать среди них насекомых,
устроена иначе. Здесь нужны значительно
большая острота зрения, чувствительность,
восприятие цвета, иными словами — более
сложные глаза.
Добавим также, что некоторые обитатели
Земли, обладающие двумя вроде бы обычны-
ми органами зрения, имеют и... третий глаз.
Это, к примеру, ящерица гаттерия, дополни-
тельный глаз которой обладает практически
всеми элементами глаза нормального. По
крайней мере, свет от тьмы он отличает.
Эти ископаемые ящерицы существуют не-
сколько сот миллионов лет, они — свидете-
ли времен, когда третий глаз был не в дико-
винку. Его элементы сохранились у некото-
рых живых существ и по сию пору. О том,
какую ровую роль он, возможно, играет у
птиц, мы еще расскажем. Поскольку третий
глаз довольно чувствителен, с его помощью,
видимо, осуществляют локацию по небесным
светилам некоторые виды рыб, например,
234
акулы и тунцы. Интересно, что даже лишен-
ные глазного зрения черви располагают дос-
таточным количеством разбросанных по телу
специальных нервных клеток, чтобы реаги-
ровать на свет!
ЧТО мы видим из-под воды?
Подумайте: как видел под водой уже зна-
комый нам Ихтиандр? Ведь глаза-то у него,
несмотря на его «переделку» в подводного жи-
теля, оставались человеческими. Наверно, так
же, как. и нам, для подводного зрения ему
были нужны очки или маска. Но дело в дру-
гом: глядя из-под воды вверх на небо, он ока-
зывался в положении всех «зрячих» подвод-
ных обитателей. А мир из-под воды воспри-
Роберт Вуд
(1868—1955) — американ-
ский физик. Прослыл виртуо-
зом и чародеем эксперимента.
Стал пионером фотографиро-
вания в инфракрасных и
ультрафиолетовых лучах,
использовал их для сигнали-
зации. Внес большой вклад в
создание ультразвуковой
техники. Изобретал ориги-
нальные приборы, в том
числе подсказанные наблюде-
ниями и опытами с животны-
ми и растениями.
235
нимается иначе, чем когда его наблюдают,
находясь на суше.
Автор романа «Человек-амфибия» подроб-
но описывает непривычное нам зрелище:
«Ихтиандр был без очков и поэтому снизу
видел поверхность моря так, как она пред-
ставляется рыбам: ... не плоской, а в виде
конуса, — будто он находился на дне огром-
ной воронки». Эту интересную картину вы
можете, нырнув, увидеть и сами. Только бы
воздуха в легких хватило на время, пока
успокоится вода.
Этот эффект объясняется тем, что свето-
вые лучи, идущие сверху, из воздуха, к гла-
зу наблюдателя, испытав преломление на гра-
нице воздух—вода, образуют конусообразный
пучок. Из-за этого рыба под водой видит все,
что расположено над ней, так, будто изобра-
жение сжимается. Вот и возникает так назы-
ваемый эффект рыбьего глаза.
Им заинтересовался уже упоминавшийся в
этой книге американский физик Р. Вуд. Ему
пришло в голову, что можно сконструировать
фотоаппарат, позволяющий получить изображе-
ние на снимках, подобное тому, что видит рыба.
Для этого он изготовил заполняемый водой
ящик, с одной стороны которого вставлялась
фотопластинка, а отверстие с другой стороны
закрывалось маленьким непрозрачным квадра-
том с процарапанным посередине круглым «ок-
ном». Поскольку эта крышка была стеклянной,
вода из камеры не просачивалась наружу.
236
Изобретение Вуда позволило получить
снимки, представляющие мир таким, каким
его видят подводные обитатели. Рисунок с
одного из них приведен рядом. Это сфотогра-
фированный из-под
воды мост. Видно,
что он фактически
целиком уместился
на фотографии. Но
это оказалось воз-
можным за счет серь-
езного изменения его
внешнего вида — на-
рушения пропорций.
Центральная часть
моста выглядит прак-
тически так же, как
на обычной фотогра-
фии, но чем дальше в сторону, тем сильнее
изогнуты на снимке прямые линии и больше
искажение изображаемого объекта.
Картина мира, увиденного благодаря по-
добным изобретениям «нечеловеческими» гла-
зами, содержит информацию о том, что мо-
жет происходить в любой оптической систе-
ме. Каждая линза, прозрачное стекло или
зеркало, входящие в их состав, приводят к
каким-либо искажениям изображения.
Однако возможно так комбинировать эле-
менты системы, чтобы они компенсировали
изъяны друг друга. Современные телеобъек-
тивы содержат порой больше десятка различ-
237
ных линз. Чтобы их суммарное воздействие
давало как можно менее искаженное изоб-
ражение, эту сложную конструкцию прихо-
дится рассчитывать с помощью специальных
компьютерных программ.
СКОЛЬКО СВЕТА НУЖНО ГЛАЗУ?
Мы уже говорили о том, как регулирует-
ся освещенность сетчатки человеческим гла-
зом — изменением величины зрачка. Но если
у человека при этом форма зрачка сохраня-
ется, а меняется лишь размер, то у других
существ при изменении попадающего в глаз
светового потока изменяется форма зрачка.
Взгляните, например, какими становятся
зрачки у ящерицы геккона и у тюленя при
попадании яркого света в их глаза.
Тюленю необходимо менять величину
зрачка и потому, что он ведет жизнь в усло-
238
виях разной освещенности, и потому, что ему
приходится бывать в разных средах. Выныр-
нул из воды — солнце сияет так, что слепит
глаза, да их еще и на резкость надо в возду-
хе настраивать. Нырнул за рыбкой в глуби-
ну, а там темень, хоть глаз выколи, да еще
вода — помните? — по-иному преломляет
лучи. Вот и приходится тюленю регулировать
размером и формой зрачка освещенность чув-
ствительных элементов сетчатки, чтобы более
или менее хорошо видеть и в воде, и в возду-
хе. Правда, ученые не исключают использо-
вание этими млекопитающими, как и дель-
финами, эхолокации, если в воде очень тем-
но или она совсем мутная.
Ящерица же сужает зрачок подобно обыч-
ной кошке. Днем узкая вертикальная щелоч-
ка ее зрачков порой даже не видна. В неко-
торых окраинных районах Китая жители
даже узнают время не по часам, а смотря в
глаза кошкам. В течение светового дня раз-
меры и форма их зрачков меняются со вре-
менем так, что по ним можно неплохо опре-
делять время.
Однако как бы ночью кошка ни таращи-
ла глаза, как бы ни расширяла свой круг-
лый зрачок, этого было бы мало, чтобы ви-
деть так хорошо, как это ей удается. Ведь ей
достаточна освещенность в 6 раз меньшая, чем
человеку! Почему же она обладает столь ост-
рым зрением практически при полном отсут-
ствии света?
239
Ответ вы найдете в отблесках кошачьих
глаз, которые заметны, когда она оборачивает-
ся даже на слабый источник света. Хоть и го-
ворят, что в темноте у кошки глаза светятся,
свет этот не ее собственный. За сетчаткой в ее
глазах расположен специальный слой, который,
будто зеркальце, отражает почти все попавшие
в глаз лучи и возвращает их к сетчатке для,
так сказать, повторного использования.
Таким образом происходит как бы сумми-
рование света, в отличие от тех случаев, ког-
да при очень большой освещенности часть
лучей необходимо поглотить тканями глаза.
Это нужно, чтобы чувствительные элементы
«не зашкалило», — так же, как засвечивает-
ся фотопленка. Поглощение избыточного све-
та происходит, например, у дневных птиц,
высматривающих добычу с высоты, и это спо-
собствует остроте их зрения.
Можно сказать, что в темноте кошачий
глаз работает с высоким коэффициентом по-
лезного действия, стараясь не потерять ни
капли попавшего в него света. Подобными
зеркальцами природа оснастила многих жи-
вотных, ведущих ночной образ жизни либо
обитающих в пещерах или глубинах океана.
Здесь можно назвать и других представите-
лей семейства кошачьих, лис и медведей,
акул, а также крокодилов и лягушек. Техно-
логию изготовления некоторых типов подоб-
ных зеркал люди начали осваивать всего
лишь полвека назад.
240
У растений — свои способы улавливания
света. Вы не замечали, что форма многих
цветков чем-то напоминает тарелки приемных
антенн? Действительно, собирая, концентри-
руя таким образом световую энергию, цветы
способны повысить температуру внутри себя
на несколько градусов.
Сравнения живых приемников света с ис-
кусственными устройствами порой возника-
ют в наших рассказах. А для инженеров и
конструкторов оптической техники овладение
методами регулировки освещенности прибо-
ров может стать условием успеха в работе.
КАК ЛУЧШЕ НАСТРОИТЬСЯ
НА РЕЗКОСТЬ?
Тем, кто привык фотографировать не ав-
томатическими камерами, а собственноручно
настраиваемыми аппаратами, хорошо знако-
мо понятие «наводка на резкость». Мы уже
отмечали, что изменить преломляющую силу
изготовленного из твердого стекла объектива
так же, как это делают мышцы с упругим
хрусталиком глаза, не удается. Поэтому, что-
бы изображение получалось резким, линзы
фотоаппарата необходимо передвигать отно-
сительно пленки.
Интересно, что подобный способ «навод-
ки на резкость» обнаружен и в природе. На
рисунке видно, что происходит с глазом рыбы,
241
пытающейся на-
строить его на
рассматриваемый
предмет.
С самим хрус-
таликом ничего не
делается, но мыш-
цы глаза передви-
гают его целиком
вперед или назад,
обеспечивая поло-
жение, приводя-
щее к наилучшей
четкости изображения. Разве не похоже на ра-
боту фотоаппарата?
Таким же «изобретением» располагают и
кальмары. Кстати, глаза кальмаров — одни
из самых больших в царстве животных: их
диаметр достигает 25 сантиметров. Больше,
чем некоторые автомобильные фары! Понят-
но, для чего нужны кальмару такие огром-
ные глаза, — в темных водах океана прихо-
дится собирать слабые световые потоки с как
можно большей площади. Так же и теле-
скоп — чем крупнее его линзы или зеркала,
тем лучше с его помощью можно разглядеть
далекие звезды и галактики.
Знание устройства глаз различных живот-
ных, прежде всего способов их «настройки на
резкость» и регулировки освещенности, под?
сказывает нам, как исправлять дефекты на-
ших собственных органов зрения. Ведь, ска-
242
жем, близорукость и дальнозоркость связаны
с невозможностью сфокусировать хрусталиком
световые лучи так, чтобы изображение пред-
мета попало на сетчатку. Если они пересека-
ются ближе или дальше нее человек видит
«размытое» изображение.
Чтобы устранить эти дефекты зрения,
люди давно, несколько столетий назад, нача-
ли использовать очки. Раньше, кстати, чем
разобрались с «работой» глаза. Однако чем
лучше они узнавали его строение, тем боль-
ше возникало возможностей для совершен-
ствования этих помогающих нам приборов.
Впервые объяснил действие очковых линз
Иоганн Кеплер. Однако аккомодацию — са-
монастройку человеческого глаза на рез-
кость — он представлял происходящей при-
мерно так же, как у рыб и кальмаров. Долж-
Томас Юнг
(1773—1829) — английский
физик, врач и астроном.
Успешно работал в разнообраз-
ных областях науки и техни-
ки. Дал правильное объясне-
ние явления аккомодации
глаза, стал одним из основате-
лей волновой теории света,
разработал теорию цветного
зрения, развитую впоследствии
Г. Гельмгольцем. Занимался
акустикой, был знатоком
музыки и играл едва ли не на
всех существовавших в то
время инструментах.
243
но было пройти почти двести лет, чтобы к
началу XIX века появилось современное
объяснение этого явления.
В настоящее время, помимо обычных рас-
сеивающих линз для близоруких и собираю-
щих — для дальнозорких, применяют и со-
ставные, «четырехглазые» очки (вспомните
стрекозу!), контактные линзы, солнцезащит-
ные очки, причем среди них есть и такие,
которые изменяют цвет в зависимости от ос-
вещения.
ЧЕМ ХОРОШ МУШИНЫЙ ГЛАЗ?
Одно из последних изобретений — исполь-
зование в качестве очков безлинзовых дыр-
чатых пластинок с темным покрытием, в ко-
торых при помощи лазера просверлены с оп-
ределенной периодичностью небольшие отвер-
стия. Человек смотрит через такие очки, слов-
но сквозь своеобразную сетку, получая как
бы множество отдельных изображений, сли-
вающихся в глазу в одно. Разумеется, чтобы
привыкнуть к ним, нужна некоторая трени-
ровка, но зато потом зрение улучшается.
Оказывается, и в природе существуют та-
кие глаза, в которых изображение, правда,
без всяких дополнительных устройств, при-
нимается по множеству «каналов». Такими
фасеточными (мозаичными) глазами приро-
да одарила насекомых, например, мух, пчел
244
и стрекоз. Однако принятые маленькими лин-
зочками изображения не попадают, как у нас,
на общую сетчатку, а действуют в каждой
ячейке (омматидии) на свои отдельные зри-
тельные рецепторы.
Какие преимущества имеет подобное уст-
ройство? Во-первых, с его помощью увеличи-
вается обзор. Пара таких глаз позволяет на-
секомому видеть фактически все окружающее
пространство. Это «техническое решение»
природы было использовано людьми при со-
здании фотокамеры «мушиный глаз». С ее по-
мощью получались довольно занятные сним-
ки, представляющие собой мозаику из мно-
жества чуть отличавшихся друг от друга изоб-
ражений.
Еще одна область применения сходного
искусственного глаза — создание камер для
приема космических лучей, падающих на
Землю со всех сторон. Их удобно регистриро-
245
вать с помощью прибора, составленного из
множества ячеек, ориентированных по раз-
ным направлениям.
Во-вторых, выяснилось, что фиксация и
передача изображения фасеточным глазом от
одного нервного окончания к другому позво-
ляет насекомому определять скорость движу-
щегося предмета. И эта особенность также
была использована людьми при создании ап-
паратуры, предназначенной для слежения за
летающими объектами.
В глазу мухи примерно 4 000 ячеек, в каж-
дом двойном органе зрения стрекозы — 28 000.
Несмотря на такое количество отдельных
«глазков», насекомые видят, в общем-то, не-
важно по сравнению, например, с человеком,
уступая ему по остроте зрения примерно в 200
раз. Так приходится расплачиваться за широ-
кий обзор и умение быстро реагировать на
движение окружающих предметов — что ж,
видимо, насекомым это важнее.
С другой стороны, с помощью компьютер-
ных моделей исследователи недавно выясни-
ли, что в условиях слабой освещенности пче-
лы умеют складывать сигналы от соседних
«глазков». Это дает возможность летать поч-
ти в полной темноте.
Мы противопоставили устройство таких
составных глаз строению нашего органа зре-
ния. Однако в последние годы генетические
исследования швейцарских ученых постави-
ли под сомнение существующую теорию
246
различного происхождения глаз насекомых и
других животных. Похоже, что происхожде-
ние у них все-таки общее. Об этом свидетель-
ствуют совпадения в наследственных програм-
мах самых разных существ. Причем в этот
ряд попадают даже безглазые простейшие
черви. Неплохое соседство?
КТО ВИДИТ НЕВИДИМЫЕ ЛУЧИ?
Любопытнейшее животное обитает на по-
бережьях Северной Америки и Азии. Это ме-
чехвост, ведущий ночной образ жизни, при-
чем большую часть времени лежащий, зарыв-
шись в песок. Более чем за 300 миллионов
лет мечехвост практически не изменился.
Самое удивительное у этого посланца из
прошлого — его глаза. Их не три, не четыре,
а девять, причем два — фасеточные, но глав-
ное не в их количестве, а в особой чувстви-
тельности. Зачем она ему при таком образе
жизни, не совсем понятно.
Тем не менее, подробное изучение фасе-
точных глаз мечехвоста привело к выводу, что
их фоторецепторы соединяются между собой
особым образом. Когда один стимулируется
светом, действие другого подавляется. В ре-
зультате на сетчатке крупных фасеточных
глаз образуется весьма контрастное изобра-
жение. Причем изменение чувствительности
247
контролируется мозгом с помощью дополни-
тельных глаз и фоторецепторов, расположен-
ных в... хвосте.
Это открытие очень помогло при создании
телевизионных систем, для которых большое
значение имеет четкость передачи изображе-
ния. И дело не только в обычных телепере-
дачах. Подумайте, как важно располагать
подобной системой, когда проводится съемка
земной поверхности с самолета или нужно
передать на Землю изображение планет и их
спутников с космических аппаратов.
Более того, мечехвост оказался способен
к приему невидимых нами ультрафиолетовых
и инфракрасных — тепловых — лучей, а так-
же поляризованного света. Первые из назван-
ных лучей воспринимаются также некоторы-
ми насекомыми, например, муравьями и пче-
лами. Когда муравьев подсадили к окуляру
телескопа, направленного в тот сектор неба,
248
где человек ничего не различал, они сразу
оживились. Позже было подтверждено, что
их реакция определялась идущим из космо-
са ультрафиолетовым излучением.
Выяснилось, что в ультрафиолетовом све-
те цветы, с которых пчелы собирают нектар,
выглядят совсем иначе, чем в видимом. При
съемке в ультрафиолетовых лучах на лепест-
ках цветов обнаружены узоры, указывающие
пчелам направление к нектарнику.
А поляризованный свет, как установлено
совсем недавно, служит пчелам для ориента-
ции в пасмурную погоду. Когда солнце за-
крыто облаками и свет, казалось бы, равно-
мерно рассеян, степень его поляризации тем
не менее не одинакова в разных направлени-
ях. Вот эти невоспринимаемые нами разли-
чия ощущаются пчелами — те же самые чув-
ствительные к ультрафиолетовым лучам глаз-
ные ворсинки играют и роль антенн для улав-
ливания поляризованного света. Знаете, как
добиться улучшения качества приема радио-
или телепередач? Нужно повертеть антенну.
Так и пчелы, покрутившись на месте, нахо-
дят нужное направление по наибольшей ин-
тенсивности принятого сигнала (поляризован-
ного света).
Может быть, результаты дальнейших ис-
следований фасеточных глаз помогут созда-
телям новых оптических приборов для на-
вигации?
249
НА ЧТО ПОХОЖ ГЛАЗ ПАУКА?
Теперь вам, наверное, не так-то легко бу-
дет ответить на вопрос, у кого больше глаз.
Добавим еще одного рекордсмена — австра-
лийского паука-скакуна. Интересен он, прав-
да, не столько количеством органов зрения —
их у пауков всегда было с избытком, сколь-
ко своим поведением.
Было известно, что пауки либо плетут сети
для ловли насекомых и тогда ведут довольно
оседлый образ жизни, либо охотятся за насе-
комыми на земле и растениях, стремясь их
настигнуть, то есть оказываются весьма под-
вижными. Этот паук, в отличие от других, и
плетет паутину, и охотится без нее, причем
насекомым предпочитает своих сородичей.
Чтобы увидеть жертву на расстоянии, ему и
нужны четыре пары глаз, дающие практичес-
ки полный обзор.
250
Правда, боковые глаза необходимы толь-
ко для первоначального сигнала — «здесь кто-
то есть». Затем паук разворачивается «лицом»
к интересующему его объекту и с помощью
двух главных глаз определяет, свой это или
чужой, враг или жертва. Тут-то ему и требу-
ется более острое зрение, чем оседлым пау-
кам, которые без опаски могут подбежать к
запутавшейся в паутине добыче. Здесь же
приходится на всякий случай выдерживать
дистанцию.
Отчего же и на расстоянии этот паук не-
плохо видит? Каждый из его главных глаз —
составной, словно подзорная труба. Помимо
напоминающей наш хрусталик собирающей
линзочки, в конце идущего от нее в глубь
тела светопроводящего отростка имеется уг-
лубление. Оно действует на световые лучи как
рассеивающая линза, а это приводит к тому,
что расходящийся от нее пучок света попада-
ет на большую площадь сетчатки, то есть на
большее число нервных окончаний. В резуль-
тате острота зрения заметно возрастает, и
паук может обнаружить добычу на расстоя-
нии до 30 сантиметров, что для этих существ
весьма неплохо.
Интересно, что подобные оптические сис-
темы были затем обнаружены и у зорких
хищных птиц. Подумайте только, ведь бер-
кут видит зайца с расстояния два километ-
ра, а сокол-сапсан замечает голубя за кило-
метр. «Паучье приспособление», расширяю-
251
щее угол, под которым виден предмет, обес-
печивает птицам сильное зрение при относи-
тельно малых размерах головы.
Этим не исчерпываются оптические «наход-
ки» у пауков. Например, некоторые из них
покрывают свои ловчие сети веществом, отра-
жающим ультрафиолет. Это необычное излу-
чение отпугнет крупных насекомых, например
кузнечиков, и паутина уцелеет. А мелкие на-
секомые, опыляющие растения и привыкшие
к тому, что ультрафиолет означает полный не-
ктара цветок, окажутся в ловушке.
Эти модернизированные сети, как выяс-
нили японские ученые, заманивают на 70
процентов больше насекомых, чем паутина без
подобных хитростей! Можно считать, что оче-
редная паучья загадка разгадана. Какая сле-
дующая?
ПРОХОДИТ ЛИ СВЕТ
СКВОЗЬ... РАСТЕНИЯ?
В рассказе о том, как реагируют растения
на тяжесть и свет, мы обращали внимание
на ориентацию их верхушек к солнцу, а кор-
ней — в противоположную сторону. Это ка-
жется таким естественным, что не сразу воз-
никает вопрос: а что же творится с обратной,
теневой стороной цветков и листьев? Может
быть, она вовсе равнодушна к свету?
Не совсем так. Выяснилось, что и на обрат-
ной стороне листьев происходит фотосинтез. Это
252
открытие использовали, покрывая почву отра-
жающими свет материалами. Такая подсветка
привела к повышению урожайности более чем
на 20 процентов, причем разные растения от-
кликались на различные цвета подсветки. Так,
томатам больше всего подошел красный фон, а
картофелю — белый.
Еще одно интересное явление. Клетки верх-
него слоя листьев многих видов растений
имеют такую форму, что способны фокусиро-
вать свет, благодаря чему его интенсивность
возрастает в 15—20 раз по сравнению с той,
которую имеет свет, упавший на поверхность
листа. Благодаря этому, свет не поглощается
сразу, как только попадет на растение, а спо-
собен проникать внутрь него, распространя-
ясь там по разным направлениям, и даже про-
ходить сквозь листья.
Это самое удивительное. Более того, как
установили позднее, распределяясь по стеблю
253
растения, свет может порой проникать вплоть
до кончиков корней. Посмотрите на рисунок,
где изображено, как под действием даже ма-
лых доз света угнетается в выращенных в тем-
ноте проростках овса так называемый мезоко-
тиль — проще говоря, стебель, обычно нахо-
дящийся поначалу под землей. Но при этом
растущий из узла колеоптиль (видоизменен-
ный лист в форме цилиндра, укрывающий
молодые листочки), светом стимулируется.
Иными словами, транспортируемое вниз излу-
чение оказывает регулирующее воздействие на
рост различных частей растения.
Справа показано, как световые лучи про-
никают по клеткам растения. Отражаясь от
боковых стенок, они почти не рассеиваются,
поэтому и способны совершить такое кажу-
щееся невероятным путешествие. Причем сте-
бель или корешок можно изгибать — на све-
топередаче это не отразится.
Вспомните о подводном звуковом канале,
по которому звук распространяется в океане
на тысячи километров, — там была схожая
ситуация. Сейчас в технике связи все больше
используют стеклянные оптические волокна,
по которым с помощью световых лучей мож-
но передавать подобным образом огромные по-
токи информации. Происходит это практичес-
ки без потерь на отражение. Что ж, видите, и
здесь природа давным-давно опередила нас,
хотя надо признать, что у людей такая пере-
дача получается несравненно эффективнее.
254
Любопытным до-
полнением к этому
рассказу будет при-
мер природной воло-
конно-оптической
связи, которую мы
можем обнаружить,
но не можем уви-
деть, поскольку речь
идет о сетчатке на-
ших глаз. Ведь све-
точувствительные палочки и колбочки, вхо-
дящие в ее состав, представляют собой не что
иное, как оптические волокна.
КАК МЫ РАЗЛИЧАЕМ ЦВЕТА?
Каким же целям служат эти волоконца,
входящие в состав сетчатки? Сегодня, когда
можно изучать строение как неодушевленной,
так и живой материи, с помощью электрон-
ных микроскопов возможно детально рассмот-
реть ее устройство.
Сетчатка глаза человека, как и многих
животных, представляет собой множество (до
ста) светочувствительных клеток. Это так
называемые палочки и колбочки. Первые из
них, получившие свое название за цилинд-
рическую форму, обеспечивают, в основном,
зрение в условиях малой освещенности, то
есть в вечернее и ночное время. При ярком
255
свете в действие вступают клетки, похожие
на колбочки. Именно они позволяют нам раз-
личать цвета.
Вот почему р темноте зрение становится
менее восприимчивым к краскам. Помните
поговорку «Ночью все кошки серы»? Действи-
тельно, что в темноте главное? Различить кон-
туры объектов. А уж цвета будут доступны,
когда станет достаточно светло.
Нельзя сказать, что человек обладает хо-
рошим цветным зрением. Например, боль-
шинство звезд кажутся нам мало различаю-
щимися по цвету, лишь самые яркие из них
воспринимаются нами как имеющие какие-
либо цветовые оттенки. В то же время цвет-
ные снимки, сделанные с помощью телеско-
пов, демонстрируют все богатство красок кос-
мических объектов.
Как же осуществляется цветное зрение? В
сетчатке вперемешку располагаются колбочки
256
трех типов, чувствительные к определенному
цвету. Они позволяют глазам воспринимать
смешанные в определенной пропорции цвета,
например, красный, зеленый и синий, как чи-
стый цвет иного оттенка. Это свойство челове-
ческих глаз используется в цветном телевиде-
нии, где все видимые нами на экране краски
возникают в результате наложения всего лишь
трех цветов, а также в цветной печати.
Чувствительность же нашего палочкового,
«бесцветного» зрения просто поразительна.
Как показали опыты даже в условиях, каза-
лось бы, полной темноты, глаз может ощу-
щать мельчайшие порции световой энергии,
какие только существуют в природе. Но пе-
ред этим надо дать глазу время адаптировать-
ся, привыкнуть к отсутствию света. В послед-
ние годы мы узнали о том, что человеческий
глаз обладает чувствительностью и по отно-
шению к космическим лучам — почти такой
же, как применяемые физиками счетчики
этих внеземных частиц.
Тщательное исследование глазной сетчат-
ки позволило создать в последние годы ми-
ниатюрные системы, имитирующие ее рабо-
ту. Во-первых, они могут пригодиться лю-
дям со слабым зрением, а во-вторых, — при
разработке «зрячих машин». Да и светопри-
емники современных видеокамер намного
ближе к сетчатке по строению и принципу
действия, чем сравниваемая с нею ранее фо-
топленка.
9 Тайны природы
257
Отметим, что чем больше исследователям
приходилось сталкиваться с проблемой вос-
произведения техническими устройствами
функций глаза, например цветовосприятия,
тем с большим восхищением они относились
к этому чуду природы. Оснастить робота или
компьютер зрением — это одно, а воссоздать
точь-в-точь человеческий глаз — совсем иное,
несравненно более сложное дело.
ЗАЧЕМ МЕНЯТЬ СВОЮ ОКРАСКУ?
Задумывались ли вы над тем, что при ог-
ромном разнообразии окраски шкур млеко-
питающих практически не встречается шер-
сти зеленого цвета? Правда, есть такие жи-
вотные, как некоторые мартышки с шерстью
зеленоватого оттенка, но это скорее исключе-
ние из правил. В то же время большинство
растений — зеленые. Почему так устроила
природа?
Дело в том, что в состав шерсти млекопи-
тающих входят два пигмента, придающие ей
либо черно-коричневую, либо желто-оранже-
вую окраску. Сочетание этих пигментов и
создает палитру цветов их шкур. Но, каза-
лось бы, такие цвета должны бросаться в гла-
за на фоне зеленой растительности, «выда-
вать» животное.
Нет, говорят исследователи-биологи. Мел-
кие животные, нуждающиеся в защитной ок-
258
раске, живут в основном на земле. Почва,
высохшие листья, побуревшая трава — все это
отнюдь не зеленого цвета. А потом, в основ-
ном охотятся на «малышей» другие млекопи-
тающие, хищники, цветное зрение которых
обычно слабое, поэтому зеленый цвет шкуры
вряд ли помог бы животным укрыться.
Мимикрия — способность маскироваться,
подстраиваясь под окружающую среду, —
чрезвычайно интересная тема исследований
ученых на протяжении многих столетий. По-
ражают изменения окраски пауков или ось-
миногов, хамелеонов или рыб. Ведь одно
дело — просто найти место, схожее по цве-
ту со своей шкурой или кожей, и затаиться
в нем. Другое — изобразить сухую веточку
или свернувшийся листик, как это делают
некоторые насекомые. И совсем особое - из-
менить цвет.
Здесь остается еще много загадок. Напри-
мер, как только не воздействовали на хаме-
леона, пытаясь заста-
вить его перекраситься!
Меняли цвет клетки,
температуру, пугали —
никакой реакции. Од-
нако стоило поместить
в соседнюю клетку жи-
вую змею, как хамеле-
он стал быстренько тем-
неть, пытаясь слиться с
окружающей обстанов-
259
кой. А такой феноменальный маскировщик,
как камбала, даже может «окрасить» свое
тело, как шахматную доску!
Может быть, результаты исследований в
этой области пригодятся конструкторам кос-
мических аппаратов. Представьте, как было
бы здорово, если бы они обладали оптичес-
кими покрытиями, способными менять цвет
Джон Уильям Стретт
(лорд Рэлей)
(1842—1919) — английский
физик, основоположник теории
колебаний и волновых процес-
сов. Использовал общие законо-
мерности, открытые в явлениях
различной природы, плодотвор-
но перенося результаты иссле-
дований из одной области в
другую. Добился успехов в
акустике и оптике, создал
теорию оптических приборов,
теорию рассеяния света, объеди-
няющую голубой цвет неба.
Исследовал природную окраску
животных и насекомых.
в зависимости от удаления от Солнца, регу-
лируя этим количество поглощенной энергии.
Тогда значительно упростилась бы задача под-
держания внутри космических аппаратов по-
стоянной температуры.
Как вы думаете, что общего между бабоч-
ками, жуками, пластинками для проигрыва-
теля и компакт-дисками? Крылья бабочек и
260
надкрылья жуков так же переливаются раз-
ными цветами, как и пластмассовые пластин-
ки или компакт-диски с металлическим на-
пылением.
Совпадение связано с наличием в том и в
другом случае множества мелких бороздок,
на которые белый свет разлагается, образуя
радугу. Использование этих особенностей све-
та дало возможность разработать спектраль-
ные приборы. А изучение спектра, наблюда-
емого на прозрачных крылышках стрекозы,
привело, в конце концов, к созданию мето-
дов контроля качества изготовления поверх-
ностей и появлению специальных пленок,
наносимых на объективы фотоаппаратов для
ослабления отраженного света.
ЧТО ИМЕННО ВИДИТ ЛЯГУШКА?
Попробуйте поставить себя на место ля-
гушки, одна из важнейших задач которой —
ловля насекомых. Казалось бы, что тут тако-
го — увидел комара или муху, дождался,
чтобы жертва подлетела поближе, и схватил
языком. И в этом случае, и, кстати, в том,
когда ловят стрекоз или бабочек сачком, глав-
ное — сначала обнаружить объект охоты. У
лягушки это происходит особым, отличным
от млекопитающих образом.
Экспериментами подтверждено, что на
неподвижных, только что убитых насекомых
261
она не реагировала, даже если их расклады-
вали под ее носом. Однако если из кусочка
тряпки или бумаги изготавливали «модель»,
напоминающую формой насекомого, лягуш-
ка хватала ее, стоило той прийти в движе-
ние. Такое поведение заставило ученых вни-
мательнее отнестись к изучению лягушачье-
го глаза.
Оказалось, что он работает, как бы про-
изводя детектирование — регистрацию — на
четырех уровнях. Отдельно фиксируется кон-
трастность изображения — то есть, насколь-
ко выделяется предмет на окружающем его
фоне, — помните, мы обсуждали ее в расска-
зе о мечехвосте. Определяется форма объек-
та, — схож он с насекомым или нет (лягуш-
ку больше интересуют округлые предметы).
Третий уровень касается движения. И послед-
ний, четвертый, позволяет реагировать на вне-
запное затемнение значительной части поля
262
зрения, что может быть сигналом опасности,
например, тенью ястреба.
Получается что глаз лягушки, очень из-
бирателен — он видит только то, что хочет.
Самое важное для него — движение и фор-
ма, а всякие «мелкие» детали вроде ног, очер-
таний крыльев насекомого и числа его глаз
им не различаются.
Конструкторы и инженеры создали не-
сколько приборов, в той или иной степени
имитирующих глаза лягушки. Один из них
точно улавливает радиоэхо, образованное на
экране локатора движущимся самолетом или
судном, не смешивая его ни с каким другим
объектом, и фиксирует все необходимое.
Понятно, что подобная система оказалась
весьма кстати для работы в морских портах
и на аэродромах. Ведь диспетчеру важно не
перепутать движущиеся самолеты или суда,
«развести» их, не дав столкнуться.
Еще одна сфера применения подобных ре-
гистрирующих устройств — создание авто-
номных машин. Скажем, не так давно в Ка-
лифорнийском университете была сконстру-
ирована модель жабы-робота. В искусствен-
ном мозгу было записано множество сведе-
ний о поведении реальной жабы. Поэтому
робот мог прыгать, идти в нужном направ-
лении, плавать под водой и — главное —
ловить насекомых.
Это область исследований, активно раз-
вивающаяся в последнее время. Их цель —
263
не только наити у живых существ что-то по-
лезное для людей и применить в наших ин-
тересах, но и попытаться больше узнать о
них самих.
КАКОЙ ГЛОБУС
НУЖЕН КОСМОНАВТУ?
Изучение восприятия зрительной инфор-
мации различными живыми существами
возвращает нас к вопросу о том, как видим
мы сами.
Приведем простой пример. Закройте пра-
вую часть изображенного здесь рисунка и
попробуйте однозначно ответить, что изобра-
жено на левой. Кто-нибудь скажет — ваза,
другому же покажется, что это — силуэты
двух говорящих людей. Действительно, от-
крыв правую часть рисунка, мы убедимся, что
толковать нарисованное можно двояко.
Еще один пример. Если разместить на
картинке совершенно одинаковые по высоте
изображения Людей так, что они будут сто-
ять на уходящих вдаль рельсах, то ближний
к нам человек всегда будет казаться меньше
ростом, а дальний — более высоким.
Эти и.многие другие так называемые оп-
тические иллюзии наглядно иллюстрируют
условность наших зрительных впечатлений.
Недаром мы используем слово «кажется». То,
что на самом деле находится перед нами, и
264
то, что мы видим, — порой вовсе не одно и то
же, а совсем разные вещи.
Все это оставалось бы любопытным развле-
чением, если бы люди не столкнулись с зада-
чей воспроизведения изображений при фо-
тосъемке, производстве фильмов и передаче
зрительной информации по телевидению. Ска-
жем, идущий перед нами по сцене человек ви-
дится нами реально, здесь и сейчас. А то же
самое движение, зафиксированное пленкой и
показанное нам с экрана, — кажущееся.
Дело в том, что при демонстрации фильма
мы видим череду быстро сменяющих друг дру-
га неподвижных кадров, на которых это дви-
жение расчленено на маленькие фрагменты,
чуть-чуть отличающиеся друг от друга. И толь-
ко временная инерция нашего зрения, состав-
ляющая примерно одну десятую секунды, не
позволяет разглядеть эти кадры по отдельнос-
ти, а заставляет нас воспринимать их непре-
рывно. Поэтому частота смены кадров в ки-
265
нопленке равна двадцати четырем в секунду,
все, что должно быть между ними, мы домыс-
ливаем сами. Так что, как видите, многие тех-
нические системы заранее должны настраи-
ваться на особенности нашего зрения.
Недавно российский космонавт Юрий
Батурин делился впечатлениями от своего по-
лета на станции «Мир». Оказывается,'поверх-
ность земного шара, наблюдаемая из иллю-
минатора орбитального аппарата, не имеет
ничего общего с хорошо знакомым нам гло-
бусом. Чем дальше к горизонту бросаешь от-
туда взгляд, тем сильнее искажена форма
морей и островов. Даже находящийся на
станции специальный глобус позволял опре-
делить местонахождение с точностью... до
1000 километров! Понятно, что у космонав-
тов есть для этой цели и другие, более точ-
ные приборы. Вопрос в другом: можно ли
вообще нарисовать пригодную для них гео-
графическую карту?
То же, добавим, касается и цвета. Совсем
недавно в сериях опытов, проведенных физи-
ологами и психологами, было обнаружено, что
мы воспринимаем цвет рассматриваемого
предмета, например белой гипсовой статуи в
музее, в зависимости от цвета фона, на кото-
ром он расположен. Убедительных объясне-
ний такого рода явлений пока нет, здесь есть
над чем поработать специалистам.
Насколько важна нам зрительная инфор-
мация, говорит и такой любопытный факт.
266
Если мы не видим лица говорящего челове-
ка, то понимаем произнесенное им намного
хуже. В шумном помещении точность воспри-
ятия в таком случае снижается на три чет-
верти. Ученые предлагают дополнить телефон-
ную трубку «говорящей головой», повторяю-
щей губами то, что доносится из динамика.
Вот и судите теперь, как мы воспринимаем
чужую речь — ушами или глазами?
КТО САМ СЕБЕ СВЕТИТ?
«Крот взял в рот гнилушку — в темноте
ведь гнилушка светит все равно что свечка —
и пошел вперед, освещая длинный и широ-
кий коридор». Эта фраза — из андерсеновс-
кой «Дюймовочки». Вот, оказывается, каким
необычным может быть источник света. По-
чему же до сих пор мы говорили только о
том, как воспринимают свет различные орга-
низмы, но не о том, как они его излучают?
Нет-нет, мы не думаем возвращаться к
давней идее, что испускание света глазами.
В живой природе оказалось немало реальных
источников излучения.
Найдены свидетельства внимания к «живо-
му» свету в Древнем Китае, позже в Древней
Греции Аристотель обнаружил свечение разла-
гающейся рыбы. Но прошло довольно много
времени, прежде чем к изучению этого явле-
ния подошли действительно по-научному.
267
Роберт Бойль
(1627—1691) — английский
химик, физик и философ.
Изучал световые явления,
теплоту, электричество и
акустику. Сформулировал
понятие химического элемента,
исследовал капиллярные явле-
ния, открыл один из основных
газовых законов. Описал пер-
вые наблюдения цветов тонких
пленок. С помощью усовершен-
ствованного им воздушного
насоса провел опыты, прояснив-
шие природу «живого света» —
биолюминесценции.
В XVII веке английский ученый Р. Бойль
отметил, что есть что-то общее между про-
цессами горения угля и излучением «холод-
ного света» гниющими деревьями. Откачивая
пневматическим насосом воздух над светящи-
мися объектами, он обнаружил, что излуче-
ние при этом исчезает. Вывод был таким: кис-
лород для излучения так же необходим, как
и для горения. Иными словами, была обна-
ружена химическая природа этого явления,
названного биолюминесценцией.
И светлячки, и гниющая рыба, и светя-
щиеся гнилушки, и морские микроорганиз-
мы испускают лучи в том случае, если на-
капливается избыток энергии при протекаю-
щих в них биохимических процессах. Свет
служит «каналом» для «сброса» этой энергии.
Правда, у живых существ он может исполь-
268
зоваться и как способ сигнализации (таковы,
например, импульсы излучения светлячков).
Интересно было бы технически осуще-
ствить перевод химической энергии непосред-
ственно в световую, так как это делается у
живых существ. Ведь это происходит с очень
высоким коэффициентом полезного действия.
В то же время самые совершенные лампы
дневного света теряют на тепловое излучение
до половины энергии.
«Живой свет» нужен и глубоководным оби-
тателям морей и океанов. Там, в кромешной
тьме, приходится в буквальном смысле носить
источники света с собой — так же, как мы
отправляемся с фонариком в темный погреб
или ночной сад. Свечение позволяет подвод-
ным жителям опознавать друг друга, прима-
нивать добычу или отпугивать хищника.
Возможно, биолюминесценцию морских
обитателей удастся использовать и нам в ре-
269
шении непростой задачи обнаружения под-
водных судов. Поскольку микроорганизмы,
как и другие существа, излучают свет, в том
числе и в ответ на внешний раздражитель,
то проходящая подводная лодка может и
спровоцировать их на это. А неожиданно воз-
никший светящийся след зарегистрирует са-
молет или спутник.
ВОКРУГ БИОНИКИ
• Крупнейший философ древности Аристо-
тель не признавал объективного существова-
ния цветов в природе, а пытался объяснить
их происхождение смешением света и тьмы.
С другой стороны, он выдвинул остроумный
аргумент против теории истечения света из
человеческого глаза: «Если бы видение за-
висело от света, исходящего из глаза, как
из фонаря, то почему бы нам не видеть в
темноте? »
• Прямое доказательство того, что наш глаз
действительно формирует перевернутое изоб-
ражение, было получено лишь в XX веке,
когда провели эксперименты со специальны-
ми очками, меняющими «верх» на «низ».
Испытуемые сперва видели все «вверх нога-
ми», но через несколько дней мозг вернул
изображение «на место». Когда же очки сня-
ли, все стало снова казаться перевернутым.
270
• Богатый итальянский аристократ Порта
издал в середине XVI века труд под название
ем «Натуральная магия». В нем, помимо опи-
сания действительных наблюдений, содержа-
лись и вымыслы, как, например, рассказ о
лампе, при свете которой у людей появляют-
ся лошадиные головы. Порта считал, что пра-
вый глаз смотрит лишь на предметы, распо-
ложенные справа, а левый — на предметы,
находящиеся слева.
• Чтобы расставить глаза для увеличения
поля бинокулярного зрения, природа вынес-
ла их у мухи диопсиды на длинные стебель-
ки. Человек же изобрел перископы, позволя-
ющие ему вести наблюдение из укрытий на
поле боя или с подводных лодок. Так же по-
ступает и рыбка периофтальмус, когда зары-
вается в ил.
• Человеческий глаз может заметить разни-
цу в меняющихся перед ним изображениях
только если это происходит не слишком бы-
271
стро. Поэтому частота смены картинок в ви-
деоклипах не превышает 5—7 в секунду, тог-
да мы еще способны уловить происходящее
на экране.
• Во время войны разведчики перед ночным
походом никогда не смотрят на пламя кост-
ра или другие яркие источники света, чтобы
не ждать, когда глаза привыкнут к темноте.
А во время последней балканской операции
авиация НАТО испытала мощную световую
бомбу, вспышка которой способна ослепить
противника более чем на час.
• Высокая чувствительность глаз тюленя по-
зволяет ему обнаружить лунной ночью дви-
жущийся в прозрачной воде объект вплоть до
глубины 466 метров! А чувствительность ор-
ганов зрения акул и мечехвостов после при-
выкания к темноте возрастает в миллион раз!
• Одна из американских фирм создала при-
бор для работы с банковскими счетами и че-
ками, различающий уровень контрастности и
степень насыщенности тона печатных знаков.
Его электронные «глаза» лучше, чем магнит-
ные считывающие устройства, справляются с
расшифровкой плохо напечатанных или рас-
плывшихся обозначений.
• Одна из «причин» зоркости глаз хищных
птиц объясняется чрезвычайно высокой плот-
ностью чувствительных клеток сетчатки. Так,
у орла она достигает примерно миллиона кол-
бочек на квадратный миллиметр.
• Наблюдения за больной кошкой, принимав-
шей солнечные ванны, привели датского врача
272
Н. Финсена к выводу, что целебным действи-
ем обладает только фиолетовая часть спектра.
С этого началось использование в медицине
ламп синего света, а Финсен за это открытие
был удостоен Нобелевской премии.
• Отечественные ученые недавно получили
свидетельства восприятия человеческим глазом
ультрафиолетовых лучей. Правда, это возмож-
но лишь в раннем детстве, в подростковом
возрасте такая способность утрачивается.
• Синий цвет, как выяснилось, отпугивает
мух, а комаров привлекает, и они чаще на-
падают на людей в синей одежде.
• Обычно днища судов окрашивают в тем-
ные цвета, однако именно их предпочитают
мелкие ракообразные и густо облепляют дни-
ща таких судов. Если сменить цвет на белый
или светло-зеленый, непрошеных гостей ста-
нет намного меньше.
• Величайшим достижением природы явля-
ется способность человека различать цвета.
Обычный человек может отличить 150-300
цветовых оттенков, художник — до 3000, а
наиболее полные цветовые атласы содержат
их около 10 миллионов!
• Знаменитый математик Леонард Эйлер
так пытался выразить связь между главны-
ми нашими чувствами: «Ничто так не спо-
собно разъяснить природу световых ощуще-
ний, как прекрасная аналогия между зрени-
ем и слухом. Какое значение имеют по отно-
шению к уху различные тона музыки, такое
для глаза имеют различные цвета».
273
• Гениальный композитор Бетховен про-
должал сочинять музыку, даже потеряв
слух, а занимавшийся оптикой ученый Пла-
то не прекратил научной работы, ослепнув
в середине жизни.
Жозеф Плато
(1801 — 1883) — бельгий-
ский физик. Основные
труды посвящены теории
зрения и теории цветов, а
также явлениям капилляр-
ности. Выдвинул идею
стробоскопического метода,
позволяющего видеть
движущийся предмет
неподвижным. Поставил
классический опыт с
каплей масла в растворе
той же плотности, где она
приобрела сферическую
форму, как в невесомости.
• Наблюдательный Аристотель еще в 344
году до новой эры описал необычного обита-
теля моря: «У рыбы-клоуна имеется серия
нитей, которые располагаются перед ее гла-
зами... и используются ею в качестве приман-
ки». Сама рыба может менять окраску под
цвет скад, губки или куска коралла, маски-
руя конец приманки под добычу других рыб.
Стоит им приблизиться к пасти клоуна, как
он мгновенно, в тысячные доли секунды, за-
глатывает их.
274
• Чтобы предупредить приближение ноч-
ных хищников, у которых не развито цвет-
ное зрение, барсук, дикобраз и скунс «за-
вели» черно-белые полосы на шкуре или иг-
лах. Пренебрегший таким сигналом хищ-
ник наткнется на крепкие зубы, опасные
иглы или «выстрел» жидкостью с одуряю-
щим запахом.
• Перья самых маленьких птиц — колиб-
ри — при всех переливах их расцветки на са-
мом деле окрашены очень бедно, поскольку
содержат лишь серый или бурый пигмент.
Игра цвета зависит, как установили амери-
канские биофизики, от огромного количества
микроскопических воздушных пузырьков,
вкрапленных в перышки. Так образуются
словно бы тысячи призмочек, разлагающих
белый свет в радугу спектра.
• В результате сотрудничества испанских и
французских ученых создан робот «Цитрус»,
предназначенный для сбора апельсинов. Снаб-
женный видеокамерой и управляемой рукой,
он может снимать спелые плоды с деревьев и
тут же сортировать их по размерам.
• Растения обладают оптической системой
теплового регулирования, по-разному отражая
и поглощая солнечный свет зимой и летом.
А цветки растений, цветущих ранней весной,
имеют фиолетовую и лиловую окраску пото-
му, что это позволяет им поглощать больше
солнечной энергии, чем если бы они были
желтыми или оранжевыми.
275
• Эксперименты, которые ставил в детстве
Р. Вуд, отличались большой оригинальностью.
Например, он поливал красными чернилами
растения с белыми цветками, пытаясь выяс-
нить, не покраснеют ли от этого цветы. От-
дыхая от науки, Вуд написал шуточную
книжку «Как отличать птиц от цветов», па-
родирующую наукообразные книги для детей
и ставшую очень популярной, и послал ее
экземпляр президенту США Рузвельту. Руз-
вельт поблагодарил автора и выразил жела-
ние прочесть другие его произведения. Како-
во же было удивление президента, когда Вуд
послал ему «Физическую оптику»!
• От имени английского ученого Джона Гер-
шеля (сына астронома и оптика Вильяма Гер-
шеля, первооткрывателя инфракрасных лу-
чей) была выпущена книга, получившая ши-
рокую известность. В ней говорилось о том,
что на Луне можно увидеть в телескоп... ста-
да бизонов, оленей и рогатых медведей, да
еще летающие с помощью перепончатых рук-
крыльев двуногие создания. Розыгрыш на-
столько удался, что книгу даже перевели на
русский язык.
• Известный французский физик Э. Мари-
отт открыл в глазу человека слепое пятно, при
попадании на него света предмет, испустив-
ший этот свет, перестает быть видимым. А со-
всем недавно американские ученые обнаружи-
ли неожиданную способность реагировать на
свет таких далеких во всех отношениях от глаз
участков тела, как наши... колени!
276
• Хамелеон знаменит не только тем, что
умеет менять окраску. Это одно из немногих
животных, у которых движения глаз совер-
шенно не зависят друг от друга. Причем, в
отличие от самых современных фотокамер с
выдвижным объективом, глаза хамелеона
могут поворачиваться во всех направлениях
и вращаться словно на шарнире.
• Обнаружено, что тонкие и острые крем-
ниевые иголочки морских губок, обитающих
в море Росса в Антарктике, проводят свет по-
добно совсем недавно созданным людьми оп-
тическим волокнам. Передаваемое ими излу-
чение поддерживает жизнедеятельность зеле-
ных водорослей, а те, в свою очередь, в про-
цессе фотосинтеза вырабатывают сахар для
питания губок.
• Глубоководные рыбы-удильщики облада-
ют длинным, раз в десять больше их тела,
выростом, на конце которого дрожит запол-
277
ненный светящимися бактериями шарик. Бро-
сившиеся «на огонек» рыбы или кальмары
попадают в зубы «рыболову».
• Когда американские биологи бросили в
бассейн с акулами замороженных светляч-
ков, хищницы стали в панике выскакивать
из воды, а спустя несколько минут впали в
оцепенение. Эта неожиданная реакция жи-
вотных послужила началом исследований по
получению искусственного аналога природ-
ного светящегося вещества для защиты от
нападения акул.
• Создан аппарат для улучшения сна под на-
званием «домашний планетарий». При нажа-
тии кнопки на потолке и стенах зажигаются
звезды, туманности, светится Млечный путь.
Оказывается, как установили японские пси-
хологи, при созерцании звезд мозг освобож-
дается от перегрузок, а это способствует глу-
бокому и полноценному сну.
• Специалистов самых разных областей
объединили проблемы нового направления -
биологического дизайна. Помимо вопросов
удобной планировки квартиры, расположения
мебели и бытовых приборов, они призваны
разработать вопросы влияния на человека
цвета окружающих предметов и потолка, а
самоё’главное, как выяснилось, — рисунка
на обоях.
БИОСЕНСОРИКА
Все ли мы знаем об осязании?
Для чего утконосу такой нос?
Как защищают нас органы чувств?
Кто лучше всех
измеряет температуру?
Можно ли обойтись без обоняния?
Как распознать запахи?
Зачем природа придумала такое?
Где у бактерии язык?
Кто предчувствует ненастье?
Почему у таракана
быстрая реакция?
Какие компасы у птиц?
Не мешают ли
друг другу чувства?
Зачем нам чувство времени?
Возможно ли «мозговое радио»?
Кто помог нам ощутить радиацию?
Вокруг бионики
Неодолимому влечению
подвластны,
Блуждают отзвуки,
сливаясь в унисон,
Великий, словно свет,
глубокий, словно сон;
Так запах, цвет и звук
между собой согласны.
Ш. Бодлер
Сенсорика — это область чувств, точнее,
ощущений. Может показаться странным, что
мы объединяем это слово с приставкой «био».
Действительно, механика, архитектура, энер-
гетика, да и акустика — те направления че-
ловеческой деятельности, которые, в общем-
то, долгое время могли развиваться без уче-
та подсказок природы. И только наши же-
лания или любопытство, наша воля или не-
удовлетворенность сделанным заставляли об-
ращаться к ней, «подслушивать» и подсмат-
ривать, не предложит ли нам она что-нибудь
получше того, что мы придумали сами.
Но вот ощущения — они ведь и так не-
разрывно связаны с живыми существами, без
которых такого понятия просто и не было бы.
Поэтому в данном случае, когда мы хотим
сконструировать чувствующие — сенсор-
ные — системы, мы полностью зависим от
281
живой природы, должны «слушаться» ее, да
и вряд ли по-другому сможем. Более того,
официальная, так сказать, бионика и нача-
лась в нашем, XX веке с задачи моделирова-
ния разных органов чувств.
Взгляните на картинку, приведенную у
эпиграфа к этой главе. Это карикатура на
искусственного человека, составленного из
технических достижений примерно столетней
давности. Можно разглядеть фонограф —
звукозаписывающий прибор, электрические
лампы, дугообразный магнит, телефонную
трубку и встроенную в грудь кинокамеру. Но
едва ли такой «робот» мог тогда хоть в чем-
то соперничать с человеком, прежде всего —
в копировании органов чувств. Хотя к нему
и пририсованы подобия глаз и «слуховые»
провода, а руки снабжены какими-то изме-
рительными приборами, слышать, видеть и
осязать, конечно же, он был не в состоянии.
А что уж говорить об обонянии и вкусе!
Нельзя сказать, что за прошедший с тех
пор век мы продвинулись так далеко, что уже
смогли бы оснастить рукотворного человека
всеми сравнимыми с нашими органами
чувств. Если приемники света и звука близ-
ки по чувствительности своим природным
аналогам, то о датчиках других ощущений
этого пока не скажешь.
Трудности их воспроизведения связаны
еще и с тем, что вся идущая извне разнооб-
разная информация воспринимается нами
порой целиком, сразу всеми рецепторными
282
системами, «включенными» одновременно. Но
мы разделяем ее, говоря, что на долю зрения
приходится примерно 90 процентов, на долю
слуха — девять, хотя это не значит, что ос-
тальные три чувства, на которые выпадает,
как видите, всего лишь одна сотая часть, иг-
рают незначительную роль.
А почему, кстати, мы решили, что их ос-
талось три? Это первобытный человек воспри-
нимал все непосредственно, не догадываясь,
что в нас могут быть приемники еще каких-
либо воздействий или чувства времени и рав-
новесия. Глаз — значит зрение, ухо — слух,
нос — нюх и так далее. Словно следуя дале-
ким предкам, люди впоследствии определи-
ли только пять известных нам чувств.
Однако обращение к другим живым суще-
ствам и более внимательный взгляд на самих
себя сильно изменили за последнее время
наши представления о чувствах. Сколько их
на самом деле? Как соотносятся они между
собой? Можно ли их обострить, сделать бо-
лее чуткими? Способны ли мы воспроизвести
их технически? Но обо всем по порядку...
ВСЕ ЛИ МЫ ЗНАЕМ ОБ ОСЯЗАНИИ?
Гомункул юс — это по латыни «челове-
чек». Изображенный на рисунке справа, он
отражает восприятие нашим мозгом поверх-
ности человеческого тела по степени ее чув-
283
ствительности. Мы как-то привыкли связы-
вать осязание прежде всего с пальцами рук.
Это, конечно, верно, и вы видите, какими во-
истину огромными, хотя очень разными,
предстают они в этом отображении по срав-
нению с другими частями тела.
Но ведь вы прекрасно знаете, насколько
чувствительна наша кожа вообще, просто ка-
кие-то ее места оказываются более восприим-
чивы к прикосновению. Надо сказать, что
обретение человеком голой кожи ученые от-
носят к одному из признаков, отличающих
нас от животных. До последнего времени счи-
тал ос ьу что таких отличий три: прямохожде-
ние, рука, приспособленная к очень сложным
движениям, и чрезвычайно развитый мозг.
Теперь к этому списку добавилась и кожа.
Лишенная шерсти, она превратилась у чело-
284
века в огромный рецептор, приносящий, на-
ряду с другими органами чувств, массу до-
полнительной информации. Реакции на все
большее число поступающих от нее сигналов
способствовали интенсивному развитию моз-
га. Вообще осязание по важности для нас ста-
вят на третье место — после зрения и слуха,
поскольку в их отсутствие оно становится
главным нашим информатором.
Что дают нам исследования кожи в прак-
тическом отношении? Во-первых, они важны
для медицины. Ну сколько же можно пере-
саживать при ожогах или пластических опе-
рациях кожу с одного места на другое или
заимствовать ее у доноров? Как здорово было
бы изготавливать искусственный заменитель,
но вот беда: чувствительность у него не срав-
нима с тем, что придумала природа. Однако
на этом пути в последние годы наметились
некоторые сдвиги. Созданы полимерные за-
менители, которые со временем рассасывают-
ся, способствуя восстановлению, выращива-
нию нашей обычной кожи, правда, без волос
и потовых желез.
Во-вторых, почему мы должны «обижать»
роботов и не дополнить их звуковые и слухо-
вые анализаторы еще и тактильными, то есть
способными ощущать прикосновение, давле-
ние и растяжение. Ведь вооруженный таким
образом робот мог бы на ощупь определять
размеры и форму предметов. А значит, в еще
большей степени взять на себя наши функ-
285
ции, в особенности в опасных для человека
ситуациях.
Отметим, однако, что исследования нашей
кожи приносят и определенные сюрпризы.
Так, недавно выяснились неожиданные осо-
бенности в реакции человеческого организма
на прикосновения.
В чем заключался опыт? Сперва касались
какой-то точки кожи два раза подряд. Если
затем, сделав небольшую паузу, притронуть-
ся к другой точке, неподалеку от первой, то
каждая из них довольно верно отразит —
ощутит — место касания. Но стоит сократить
паузу между касаниями до одной четверти се-
кунды и меньше, и ощущение касаний в пер-
вой точке сместится со своего «истинного»
положения. Это происходит не везде, а лишь
на определенных участках кожи. Рисунок
Жан Батист Ламарк
(1744—1829) — французский
естествоиспытатель. Первым
предложил теорию о естествен-
ном возникновении и развитии
живой природы. Занимался
систематикой и классификаци-
ей растений и животных.
Впервые широко ввел название
науки о жизни — биология.
Считал возможным «открыть
физические причины способно-
сти чувствовать — ... способно-
сти, присущей столь многим
животным».
286
слева показывает, например, как они распо-
лагаются на нашей руке.
Безусловно, было бы желательно избежать
таких «фокусов» при оснащении искусствен-
ной кожей различных создаваемых конструк-
торами устройств. Рецепторы одного и того
же типа не должны мешать друг другу и
вводить в заблуждение наших помощников-
механизмов, иначе вместо сообщения нам
достоверной информации, они невольно будут
нас «обманывать».
ДЛЯ ЧЕГО УТКОНОСУ ТАКОЙ НОС?
А кто в живом мире может соперничать с
человеком в области осязания? Оказывается,
таких существ немало. Одно из них — утко-
нос, поразивший многих исследователей са-
мыми разными особенностями своего организ-
ма. Он как бы составлен из нескольких жи-
вотных: позаимствовал у них и перепончатые
лапы, и способность класть яйца, и выкарм-
ливание детенышей молоком. Как все это ни
занимательно, остановимся сейчас на чудес-
ных свойствах его клюва, обнаруженных не
так давно.
Как вы думаете, на какие из органов
чувств он может положиться, когда ныряет
за пищей? Глаза у него закрыты, уши тоже,
да и ноздри при нырянии он сжимает: возду-
ха примерно на полторы минуты пребывания
287
под водой ему хватает. Казалось бы, он вооб-
ще отрезан от внешнего мира. Палочкой-вы-
ручалочкой этому животному служит его нос,
или клюв, из-за формы которого он и полу-
чил свое название.
Это необыкновенно чувствительная «при-
емная станция». Вся поверхность носа покры-
та рецепторами, причем двух сортов. Первые
из них — тактильные — включены в работу,
когда утконос плывет в так называемом ре-
жиме патрулирования. При этом голова его
ходит влево-вправо, совершая 2—3 движения
в секунду.
Как только осязательные рецепторы дают
сигнал-о возможной добыче, поведение утко-
носа меняется. Он переходит в другой режим,
именуемый поисковым, когда нос совершает
мелкие, как бы ощупывающие движения у
«подозрительного» места. Но здесь уже глав-
288
ную роль берут на себя электрорецепторы,
реагирующие на слабое электрическое поле,
которое производится личинками насекомых
и мелкими рачками, составляющими основу
пищи утконоса.
Не будем забегать вперед, об электричес-
ких сигналах и способах их улавливания раз-
говор еще впереди. Пока же отметим, что
высокая осязательная чувствительность у не-
которых животных может подсказать нам
некоторые важные решения. Например, изу-
чение плавающего под водой бобра дало та-
кой результат. Стоило его ноздрям оказаться
в воде, как тут же все процессы в организме
начинали перестройку. Под водой у живот-
ных-ныряльщиков усиливается приток кро-
ви к жизненно важным органам и одновре-
менно уменьшается частота биения сердца,
чтобы сократить общую потребность в кисло-
роде. У бобра эти механизмы перемены пове-
дения включаются расположенными в носу
рецепторами.
Оказывается, и наш нос располагает чем-
то подобным. Так вот, некоторые хирурги во
время операций на открытом сердце при уча-
щении сердечного ритма погружали лицо
больного в холодную воду. Этого было дос-
таточно, чтобы через некоторое время ритм
нормализовался и могла быть продолжена
операция.
Но на что именно реагируют в таких слу-
чаях рецепторы — на само прикосновение
10 Тайны природы
289
жидкости или на ее температуру? Дело в том,
что разделить рецепторы «по специальнос-
ти» не всегда удается. Например, еще в XVII
веке на передней части головы акулы, осо-
бенно в области ее рыла, были обнаружены
крохотные, напоминающие поры, отверстия,
они вели в углубления — ампулы, устлан-
ные чувствительными клетками. Более трех-
сот лет оставалось загадкой назначение этих
клеток, пока ученые не пришли к согласию:
ампулы — орган комплексного чувства, фик-
сирующий и температуру, и соленость, и дав-
ление воды, а также изменение электричес-
кого поля. Завидная многопрофильность, не
правда ли?
КАК ЗАЩИЩАЮТ НАС
ОРГАНЫ ЧУВСТВ?
Время от времени на прилавках магазинов
появляется мюйва. Это небольшая, длиной сан-
тиметров двадцать, серебристая морская рыб-
ка. Интерес, правда, у нас к ней не гастроно-
мический, а связан с тем, как ведут себя ее
личинки, только-только выклюнувшиеся из
икры. Такого поведения не наблюдается ни у
одной из других морских рыб.
Нерест мойвы происходит на побережье
Северной Америки. Особенности его в том,
что икра откладывается прямо на берегу, пе-
риодически омываемом волнами. Выклю-
290
нувшиеся личинки задерживаются там, слов-
но чего-то ждут, а в море уходят лишь тог-
да, когда ветер и вода сообщат им опреде-
ленные сигналы.
Например, в том случае, если ветер дует
с берега и относит от него теплую воду, на ее
место со дна поднимается вода холодная, с
которой к берегу подплывают хищники —
медузы, кальмары и питающиеся личинками
мойвы рыбы. Опасно выплывать, да и есть
малышам нечего.
Теперь взгляните на рисунок. На нем изоб-
ражена обратная картина. Ветер сменил на-
правление, гонит к берегу воду теплую, на-
сыщенную планктоном — кормом для личи-
нок, и они отправляются в море, не боясь уже
отступивших вглубь хищников. Рецепторная
система этих недавно появившихся на свет
существ активно реагирует на изменение тем-
пературы воды и четко сигнализирует им о
291
том, как надо себя вести, чтобы оказаться и
в безопасности, и при пище.
Терморецепция служит хорошим приме-
ром защитной роли органов чувств. Она ока-
зывает очень сильное влияние на организм,
причем она связана и с такой важной систе-
мой, как иммунитет. Почему врачи рекомен-
дуют нам проводить закаливающие процеду-
ры, например, контрастный душ или облива-
ние холодной водой? А кое-кто из людей пре-
красно чувствует себя и при купании в ледя-
ной проруби, это так называемые «моржи»,
здоровью которых действительно можно по-
завидовать.
Резкие смены температуры дают сигнал
мобилизоваться защитным силам нашего орга-
низма. И вовсе не только нашего, человечес-
кого. Так, отечественные ученые провели экс-
перименты по купанию в ледяной воде самых
обычных крыс. Та группа, которую закали-
вали водными процедурами, оказалась более
устойчивой по отношению к самым разным
неблагоприятным внешним воздействиям. И
кто бы мог подумать, эти крысы-«моржи»
даже из сеанса с рентгеновским облучением
вышли с меньшими потерями, чем их изне-
женные, незакаленные собратья.
Мы у^ке упоминали об удивительных слу-
чаях приспособления людей к высоким тем-
пературам, например, тех, кто может ходить
голыми пятками по тлеющим углям. Вооб-
ще-то поверхностный слой нашей кожи вы-
292
носит без ожогов и обморожения нагрев поч-
ти до ста градусов по Цельсию и охлажде-
ние до нуля градусов. Но как выдерживают
такие перемены внешних условий сами ре-
цепторы?
Оказалось, что о каких бы органах чувств
мы ни говорили, природа позаботилась о том,
чтобы живые существа не воспринимали
внешнее воздействие прямо пропорциональ-
но его изменению. Поясним это несколькими
примерами на человеке.
Если освещенность рассматриваемого пред-
мета увеличилась в миллион раз, то нам ка-
жется, что всего лишь — в несколько раз.
Звучание рок-группы в сотни тысяч раз ин-
тенсивнее тихого разговора, а ухо восприни-
мает изменение громкости только в 10 раз.
Если положить на ладонь грузик массой в
Густав Фехнер
(1801—1887) — немецкий
физик, психолог и фило-
соф. Проводил исследова-
ния по электричеству и
оптике, изучал цвета.
Один из основоположни-
ков психофизики. Способ-
ствовал внедрению мате-
матических методов в
психологию, придав
экспериментам физиолога
Э. Вебера форму закона,
названного в честь обоих
ученых законом Вебера-
Фехнера.
293
несколько граммов и начать эту массу менять,
то уверенно ответить, больше или меньше стал
груз, можно лишь тогда, когда изменение до-
стигнет примерно одной трети его массы.
Живые организмы, прежде чем начать на
что-либо реагировать, как бы притупляют
сильные внешние раздражители, но при сла-
бых воздействиях, напротив, «призывают» все
свои потенциальные сенсорные возможности.
Непростая связь между реакцией того или
иного органа и интенсивностью воздействия
на него описывается специальным психофи-
зическим (связь психики и физиологии!) за-
коном Вебера-Фехнера. Этот закон о зависи-
мости между ощущениями и раздражителя-
ми необходимо учитывать, чтобы не спутать
реакции естественных и искусственных «ощу-
щающих» систем.
КТО ЛУЧШЕ ВСЕХ
ИЗМЕРЯЕТ ТЕМПЕРАТУРУ?
Глаз человека не способен непосред-
ственно реагировать на инфракрасные (теп-
ловые) лучи.
Однако это излучение мы прекрасно ловим
всем телом — идет оно к нам и от батарей во-
дяного отопления, и от костра, и от солнца во
время загара. На цвет нашей кожи влияют,
правда, иные — ультрафиолетовые — лучи,
«жарко» же нам от лучей инфракрасных.
294
Но какого-то спе-
циального органа
восприятия теплово-
го излучения у нас
нет. А вот у грему-
чей змеи есть ориги-
нальный термолока-
тор, расположенный
по обе стороны ее го-
ловы между глазом
и ноздрей. На ри-
сунке видно, что
снаружи он представляет собой коническое уг-
лубление — воронку.
За ним располагается внутренняя камера,
отделенная от воронки мембраной. Сама эта
камера узким каналом сообщается с возду-
хом, поэтому имеет его температуру. Когда
же змея направляет воронку на излучающий
тепло объект, например, на притаившегося
ночью зверька, передняя стенка мембраны
нагревается. По обе ее стороны возникает раз-
ность температур, которую змея может улав-
ливать с точностью до одной тысячной гра-
дуса! Считается, что это вообще самый чув-
ствительный рецептор, которым располагает
природа.
Термолокаторы, воспринимающие невиди-
мые тепловые лучи, необходимы людям и для
проведения каких-либо работ в темноте, и для
разведки полезных ископаемых из космоса,
и для ночных военных операций. Приборы
295
ночного видения, в том числе и «по подсказ-
ке» змеи, созданы, и чувствительность у них
хороша, да только такой компактностью и ма-
лым числом «деталей», каких добилась при-
рода у животных, они похвастать не могут.
Интересное соединение терморецепции и
изменения цвета демонстрирует полосатая
ящерица урозаурус, живущая на пустынном
юго-западе США. У самцов по обоим бокам
брюшка и горла расположены яркие пятна.
Изменяя, наподобие хамелеону, их цвет и яр-
кость, эта ящерица может отпугивать сопер-
ников или привлекать внимание самок. Од-
нако выяснилось, что на окраску влияет еще
и температура.
Опыты проводили и ранним утром, когда
было прохладно и ящерицы имели тускло-
зеленый цвет, и в полдень, когда при повы-
шении температуры на несколько градусов их
бока приобретали синий отлив. В прохладе
ящерицы малоподвижны, им лучше быть не-
заметными для хищников, но, прогревшись,
они не боятся облачиться в яркий наряд, по-
скольку уже легко могут удрать от них.
Пока ученые только выясняют подробнос-
ти механизма, связывающего окраску с тем-
пературой, можно вспомнить, что и такую, и
подобных ей ящериц уже используют в каче-
стве живых термометров, настолько четко их
цвета соответствуют определенной температу-
ре. Кстати, похожим образом действует при-
бор под названием «индикатор настроения».
296
Наше внутреннее эмоциональное состояние от-
ражается на температуре кожи, а вот ее улав-
ливает, меняя свой цвет, уже специальное
пигментное вещество, которого ненадолго надо
коснуться.
МОЖНО ЛИ ОБОЙТИСЬ
БЕЗ ОБОНЯНИЯ?
Еще одно, так сказать, традиционное чув-
ство, которым мы располагаем, — обоняние.
Если вы думаете, что по сравнению с главны-
ми из них — зрением, слухом и осязанием —
им можно пренебречь, то серьезно заблуждае-
тесь. Прожить-то без него мы, конечно, про-
живем, да скольких ощущений лишимся!
А вот для многих земных обитателей
жизнь в отсутствие возможности улавливать
запахи станет просто невозможной. Недаром
полагают, что эта способность возникла за-
долго до появления первого глаза и первого
уха. И примеров тому великое множество.
Как, скажем, находят путь к месту нерес-
та рыбы? Биологи утверждают, что по запа-
ху родного дома. Даже лишенные зрения,
рыбы сохраняют жизнеспособность, добывая
пищу с помощью обоняния, по запаху же они
определяют своих родичей и отличают вра-
гов. Удильщики-рыбаки хорошо знают, чем
их привадить, сдабривая наживку пахучими
веществами.
297
Для того, чтобы найти дорогу домой, му-
равьи метят ее специальными пахучими вы-
делениями из желез на брюшке. Причем кон-
центрация этих веществ настолько высока,
что муравьи разбавляют их, прежде чем на-
нести метку. Вообще для большинства насе-
комых запахи — и средство общения, и спо-
соб защиты, и возможность завлечь жертву.
А вот еще пример.
Если осу или пчелу прихлопнуть, когда
она кого-то ужалила, то не исключено, что
через какое-то время появятся и нападут на
обидчика ее агрессивные родственники.
298
Оказывается, из тельца убитого насекомого
выделяется очень пахучее химическое соеди-
нение. Если поблизости гнездо или улей, его
запах вполне может донестись туда по возду-
ху и передать сигнал тревоги.
Некоторые животные и растения чуют
выходящие из земли перед извержением
вулкана токсичные газы. Возможно, такую
их реакцию даже удастся поставить нам
на службу и для предсказания стихийно-
го бедствия.
Как видите, запахи играют огромную роль
в живом мире. Кое-что мы могли бы непос-
редственно позаимствовать у животных и на-
секомых, просто эксплуатируя их порой фе-
номенальные способности.
Так, натаскивание собак на определенные
запахи позволяет проводить разведку полез-
ных ископаемых, как показано на рисунке.
Более того, кое-кого из наших верных четве-
роногих друзей удалось приучить и к поиску
утечек газа из трубопроводов. Подумайте, они
могли установить положение 98 процентов
трещин, причем в трубах, уложенных на че-
тырехметровой глубине под землей и до двух
метров — под водой. И это происходило даже,
когда трубы были покрыты изоляцией! А при
добавлении к транспортируемому газу веще-
ства с запахом тухлого мяса можно обнару-
жить утечки, наблюдая за кружащимися над
трассой грифами.
Мы, конечно, уступаем многим живым
существам по способности чувствовать и раз-
299
личать запахи. Но, тем не менее, мы можем
распознать до 10 000 их разновидностей! И
знаете ли вы, что каждый из нас в силах за-
метить в воздухе ничтожное количество син-
тетического вещества, обладающего запахом
фиалок. Это фантастически малая концент-
рация — одна его часть приходится на 30
миллиардов частей воздуха!
КАК РАСПОЗНАТЬ ЗАПАХИ?
Создание искусственного анализатора за-
пахов оказалось проблемой, значительно бо-
лее трудной, чем постройка оптических при-
боров или слуховых аппаратов. Наш выдаю-
щийся ученый, лауреат Нобелевской премии
академик П. Л. Капица даже относил ее к
одной из самых сложных и важных, на ко-
торые должна быть нацелена наука будуще-
го, ставящая перед собой задачу «догнать обо-
няние собаки».
Что ж, исследования в этой области раз-
ернулись широким фронтом. На приведен-
ной рядом картинке изображен опыт, в ко-
тором ученые пытались определить, на ка-
кие именно запахи реагирует крыса, и ка-
кова минимально улавливаемая ее обонятель-
ными рецепторами доза пахучих веществ.
Здесь был важен вопрос управления поведе-
нием животных с помощью запахов. Ведь их
таким образом можно заманить в ловушку,
300
отпугнуть и даже регулировать численность
их потомства.
Интересные результаты принесло изучение
рецепторных клеток, улавливающих запахи,
у наземных животных и у тех, кто ведет вод-
ный образ жизни. Тем, кому приходится чу-
ять запахи в воздухе, необходимо обладать
большим количеством наследственных регу-
ляторов, отвечающих за появление таких ре-
цепторов, что и наблюдается у млекопитаю-
щих. У рыб же их раз в десять меньше. Как
же «устраиваются» лягушки, для которых обе
стихии — родные? Выяснилось, что у неко-
торых видов этих амфибий в действительнос-
ти имеются два одновременно работающих
органа обоняния: один приспособлен для улав-
ливания запахов в воздухе, другой — в воде.
301
Однако о каком бы обонятельном рецеп-
торе мы ни говорили, всякий раз дело сво-
дится к тому, что мельчайшие частицы —
молекулы — пахучего вещества должны быть
расшифрованы, то есть отличаться от других.
Для этого в рецепторе надо бы иметь такие
формочки, которые отвечают внешнему «об-
лику» распознаваемой молекулы. Происходит,
по мнению некоторых исследователей, что-то
вроде совмещения половинок разорванной
фотографии, как это делали разведчики вме-
сто произнесения пароля. Если «картинка»
сходится, то рецептор посылает в нервную си-
стему нужный сигнал, формирующий образ
запаха, если нет, то... ищите другой рецеп-
тор. Это, правда, не единственное объяснение
механизма обоняния, окончательной теории
пока нет.
Тем не менее, уже существуют искусствен-
ные модели, которые химическим путем про-
изводят определение поступающих в них ве-
ществ, например, газоанализаторы. Создан
прибор, разыскивающий по запаху трюфе-
ли — грибы, растущие под землей; электрон-
ный распознаватель запаха человека по вы-
делениям его потовых желез; аппарат для оп-
ределения места бурения нефтяных скважин.
Но что поделать, их эффективность еще не
всегда столь высока, как у природных анало-
гов, а главное — опять-таки несравненно боль-
шие габариты.
302
Где нуждаются в подобных устройствах?
Прежде всего, как легко догадаться, в пар-
фюмерии, этой «стране запахов», в виноде-
лии, в чайном и кофейном производстве. А
еще — на таможнях, когда приходится про-
верять грузы на предмет провоза наркотиков.
Каких только живых помощников, прекрас-
но справляющихся с этим делом, не привле-
кают, — а это и собаки, и мангусты, и даже
свиньи — их, к сожалению, не хватает. И,
конечно же, необходимы все более чувстви-
тельные сигнализаторы, реагирующие на ма-
лейшее присутствие в воздухе дыма — для
предотвращения пожаров.
ЗАЧЕМ ПРИРОДА
ПРИДУМАЛА ТАКОЕ?
История донесла до нас легенду о страш-
ной эпидемии чумы, поразившей француз-
ский город Марсель около трехсот лет назад.
Четырем осужденным преступникам было
поручено хоронить мертвых. Казалось бы, их
ждет неминуемая гибель. Однако все четверо
не заразились и остались живы, поскольку
пили вино, настоянное на измельченном чес-
ноке. Этот напиток, получивший название
«уксус четырех воров», можно и сейчас по-
пробовать во Франции.
303
Целебные свойства этого пахучего расте-
ния, а наряду с ним и лука, были известны
давным-давно. И лишь в нашем столетии уда-
лось выделить вещества, ответственные за
столь резкие запах и вкус, которые присущи
этим растениям.
Кстати говоря, их качества умудрились
использовать и птицы. Например, если сквор-
цы, возвращаясь из дальних странствий, на-
ходят в своих гнездах каких-нибудь новых
хозяев, скажем, воробьев, то они с шумом и
криком их выселяют. После этого «квартира»
подлежит дезинфекции. Выкидывается все
чужое имущество — перышки, подстилка, и
в очищенное гнездо птицы наносят такие па-
хучие растения, как мята, лук и чеснок. Где
они их берут? Да на наших огородах.
Это свидетельствует о весьма развитой
чувствительности к выделяемым из пахучих
растений веществам как болезнетворных мик-
роорганизмов, так и насекомых-паразитов.
Впрочем, она присуща не только им, но и
вообще всем насекомым. Ведь мы уже убеди-
лись, что цветы и в обычных условиях, и
особенно при нагреве испускают привлека-
тельные для их летающих опылителей аро-
маты. А насекомые способны почувствовать
запах и* за десяток километров!
Правда, порой он не играет решающей
роли в поисках нектара. Это используется
весьма интересным образом некоторыми рас-
тениями. Они так точно «знают» реакцию на-
304
секомых-опылителеи, например, пчел, на
запахи, цвет и форму, что способны, «подде-
лываться» под истинные производящие нек-
тар цветы.
Такой случай мимикрии демонстрирует
одна из орхидей, не выделяющая нектара, но
имитирующая внешний вид колокольчика, у
которого его хоть отбавляй. Однако пчела, не
различая окраски цветов, посещает и орхи-
дею, обеспечивая ее опыление.
А вот другой пример. Огромный цветок
одного из видов многолетних трав — амор-
фофаллуса титанического, произрастающего
на острове Суматра в тропической Азии, вы-
деляет такой запах, что человеку не вынести
его без противогаза. Это «аромат» гниющего
мяса. Зачем природой придумано такое? От-
вет прост: опылителями этих цветов являют-
305
ся мухи, а уж что для них может быть при-
ятнее, чем подобный запах! К тому же, чем
хуже пахнут выделяемые цветком вещества,
тем меньше у него врагов.
Все это еще раз говорит о чрезвычайно важ-
ном месте, которое занимают запахи в живой
природе. Подумайте сами, сколько полезного
мог бы позаимствовать человек, применяя свои
знания об обонянии для борьбы с вредителя-
ми и болезнями и для разведения необходи-
мых нам насекомых и растений.
А вдобавок к этому рассказу — о «голу-
бой мечте» биоников. Насекомые восприни-
мают запахи с помощью хеморецепторов —
органов химического чувства, расположенных
на их антеннах-усиках и лапках. Так вот,
лишь поводя этими усиками у поверхности
предмета, они могут без прикосновений со-
ставить представление о его форме! Каким же
должен быть искусственный прибор, осязаю-
щий... благодаря запахам?!
ГДЕ У БАКТЕРИИ ЯЗЫК?
Что ж, дошла очередь и до пятого участни-
ка из классического набора чувств — вкуса.
Казалось бы, здесь много общего с обонянием.
Должны быть, видимо, рецепторы, распознаю-
щие определенные сорта молекул, каждая из
которых формирует свое вкусовое ощущение.
Только располагаться им теперь, конечно, если
306
речь идет о чело-
веке, не в носу, а
на языке — ведь
если мы что-то хо-
тим попробовать
на вкус, то... по-
мните? Да-да, вер-
но, пытаемся лиз-
нуть языком и
выясняем, кисло
или горько, соло-
но или сладко.
А вот подумай-
те, реально ли
различать вкус, не обладая языком? Теперь-
то вы уже готовы к тому, чтобы не удивлять-
ся: рецептор-то можно разместить везде, где
удобно его хозяину. Вот, к примеру, знако-
мая вам бактерия, которая может перемещать-
ся в воде с помощью жгутиков. Рецепторы
вкуса располагаются у нее прямо в мембра-
не — ее оболочке. При движении бактерии они
реагируют на концентрацию растворенного пи-
тательного вещества, скажем, сахара, и направ-
ляют бактерию по нужному пути. Пусть зиг-
загами, как бы на ощупь, она пролагает доро-
гу в сторону увеличения концентрации, поэто-
му рано или поздно достигает пищи.
Мы не в первый раз сталкиваемся со слу-
чаем, когда весьма примитивное существо
лучше, чем высокоорганизованное, подсказы-
вает, как построить искусственную модель
того или иного природного процесса либо
307
явления. Если изготовить достаточно простое
устройство, основанное на применении мемб-
ран, проницаемых для определенного сорта
веществ, то мы получим биосенсор. Иными
словами, это приборчик, выполняющий роль
датчика, или рецептора, сравнимого с тем, что
действует в живой биологической системе. На
рисунке приведен один из первых биосенсо-
ров, позволявших определять содержание в
крови кислорода. Газ, проникая сквозь мем-
брану, изменял протекающий через раствор
электрический ток, и этот сигнал фиксиро-
вали измерительные приборы.
Приведем еще пример с тем же сахаром.
Как быстро установить, содержится ли он в
крови человека и в каком количестве? Эти
сведения крайне нужны больным диабетом.
Взяв анализ, кровь подвергают исследова-
нию — с помощью, в том числе, подобных
биосенсоров. Их реакция и предоставляет
нам данные, важные для постановки диаг-
ноза или лечения.
Такие датчики дос-
тигли сегодня мини-
атюрных размеров —
не больше авторуч-
ки, их производят
уже миллионами.
Еще одна область,
где необходимо очень
хорошо разбираться с
вкусовыми ощущени-
ями — приготовле-
308
ние пищи. Если требуется заменить все тот
же сахар при противопоказаниях к его по-
треблению, то нужно создать, синтезировать
вещества, имитирующие его вкус, но безопас-
ные для организма. Значит, строение их мо-
лекул должно быть таким, чтоб задействовать,
включить реагирующие на сладость рецепто-
ры и в то же время вещество обязано быть
по своему составу безвредным — ему же еще
предстоит «путешествие» по пищеварительно-
му тракту и далее к тканям.
Хотя мы поначалу и отделили чувство вку-
са от обоняния — а у человека действительно
их рецепторы «территориально» разнесены, —
справедливости ради скажем, что иногда их
легко спутать. Так, у змеи есть большая по-
лость, соединенная с полостью рта, куда сво-
им языком она доставляет маленькие порции
воздуха. Высокочувствительные клетки, выс-
тилающие изнутри этот орган, моментально
проводят химический анализ поступивших в
него веществ. Ученые до сих пор не знают,
куда отнести, такую уникальную лаборато-
рию — к органам обоняния или вкуса.
КТО ПРЕДЧУВСТВУЕТ НЕНАСТЬЕ?
Одна из самых волнующих человека за-
дач — надежное предсказание погоды. Не-
трудно догадаться, сколь многое у нас от нее
зависит. Какой будет зима — морозной или
309
слякотной, а значит, сколько потребуется топ-
лива? Каким ожидается лето, чтобы знать,
когда начинать сев и готовиться к сбору уро-
жая? Как укрыться от проливного дождя или
спастись от засухи, уберечься от урагана или
града, если ничего заранее не знать об их
приближении?
Поскольку, как видите, погода касается
жизненно важных проблем, люди всегда стре-
мились предугадать ее изменения. Наши чув-
ства, к сожалению, со временем перестали
быть в этом помощниками, и полагаться на
них трудно. Да, конечно, мы реагируем на
смену погоды, и чем старше становимся, тем
это происходит болезненнее, но, увы, ни ба-
рометром, ни термометром, ни измерителем
влажности, которые помогают сделать прогноз
погоды, мы не являемся. Уж слишком дале-
ко мы ушли, отгородились от природы, что-
бы наперед чувствовать перемены ее «настро-
ения». И сколько ни наизобретали приборов,
построили метеостанций и запустили метео-
спутников, все равно их предсказаниями мы
недовольны.
А вот те, кто продолжает быть неразрыв-
но связанными с природой, могут много чего
полезного нам подсказать. У людей накопи-
лась масса примет, говорящих об изменени-
ях погоды, и очень многие из них касаются
поведения живых существ. Об этом, напри-
мер, писал Лев Толстой: «Чувства у паука так
тонки, что когда в воздухе начнет только со-
310
бираться сырость, и мы этой сырости не слы-
шим, и для нас погода еще ясная, — для па-
ука уже идет дождь». В этом случае паук за-
бивается в щелку. Но если во время дождя
он начинает плести паутину — жди хорошей
погоды. Также множество насекомых очень
чувствительно к малейшим изменениям и
влажности, и температуры и, что особенно для
нас сейчас важно, давления.
Малярийные и обычные комары, мошки
и москиты, один из которых изображен на
рисунке, — не только наши вечные враги-
кровопийцы, но и очень чуткие предсказате-
ли перемен в давлении. Посмотрите, сколько
мельчайших датчиков-волосков на их усиках
и лапках!
В хорошую погоду рои этих насекомых
поднимаются довольно высоко над землей, и
охотящиеся за ними птицы вынуждены сле-
довать за добычей. Задолго до предстоящего
311
ненастья в воздушных слоях идет не ощуща-
емая нами подготовка. Уровень постоянного
давления становится все ниже, и вместе с
ним, будто привязанные, опускаются и ко-
мары. Ну, а ласточкам и стрижам ничего не
остается, как, следуя за насекомыми, тоже
стремиться поближе к земле.
Эту примету ухудшения погоды вы навер-
няка знаете. Ее объяснение найти, в общем-
то, нетрудно. Но есть много таких примет,
когда причина реакции животных или насе-
комых совершенно неясна.
Например, индейцы, живущие в бассейне
реки Амазонки, давно обращали внимание на
поведение муравьев. Примерно за неделю до
наводнения, когда за тридевять земель начи-
нали лить дожди, те начинали проявлять бес-
покойство. А затем целыми колониями сни-
мались с места и, нагрузившись личинками
и запасами пищи, отправлялись в дальний
поход — к безопасному месту. Что послужи-
ло им сигналом? Пока загадка.
Пытаясь создать чувствительные сенсо-
ры, инженеры порой даже придают им фор-
му насекомых. Так, наиболее точные и ста-
бильные датчики давления имеют крылыш-
ки, как у бабочек. Изменения давления ска-
зываютея на вибрации этих крохотных кры-
лышек, а частоту колебаний можно тща-
тельно измерить. «Бабочек» уже применя-
ют для разметки приборов на самолетах и
в метеорологии.
312
ПОЧЕМУ У ТАРАКАНА
БЫСТРАЯ РЕАКЦИЯ?
К известным пяти чувствам нам придется
добавить еще одно, которое ученые считают
вполне самостоятельным — чувство равнове-
сия. Почему ребенок не может ходить сразу
после рождения? Отчего, даже когда окреп-
нут ножки, ему довольно долго надо трени-
роваться, пока он научится не падать? Зна-
чит, у нас есть какой-то орган, который мож-
но «натаскать» так, чтобы он в дальнейшем
нас не подводил, обеспечивая верную ориен-
тацию в пространстве.
Этот орган известен, называется он вести-
булярным аппаратом и находится во внут-
реннем ухе.
Вы можете найти его на картинке к рас-
сказу «Как ухо «ловит» звуки?» из главы о
биоакустике — рядом с пометкой «полукруж-
ные каналы». Всего таких каналов три, и
ориентированы они по плоскостям, располо-
женным под прямыми углами друг к другу.
Не путайте вестибулярный аппарат с ор-
ганом слуха, он предназначен для выполне-
ния иных функций. Чувствительные волос-
ки, входящие в его состав, очень остро реа-
гируют на наклоны и повороты головы. Они
словно бы запоминают, как нам нужно по-
вернуться, чтобы вновь занять прежнее по-
ложение. Ориентир есть — это земное притя-
313
жение, задающее нам направление «верх-
низ». Строители делают его видимым благо-
даря отвесу — грузику на нити. Вот по от-
ношению к вертикали мы, как и многие оби-
татели нашей планеты, рассчитываем с по-
мощью вестибулярного аппарата наше истин-
ное положение и поддерживаем равновесие.
В последние годы ученые приходят к вы-
воду, что эволюционно более ранним был
именно рецептор тяготения — гравитации. И
лишь позднее от него отделилась улитка, со-
средоточившая в себе волосковые клетки, слу-
жащие для восприятия звуков.
Вообще всякого рода чувствительные во-
лоски встречаются у самых разных животных
и насекомых. Усы моржей — словно допол-
няют их зрение. А вспомните, что входит в
набор главных примет кошки, — безусловно,
ее чуткие усы. Если перебирать дальше уси-
ки или волоски всех известных нам существ,
то мы непременно остановимся на таракане.
Отчего он успевает так быстро увильнуть
от вроде бы самых метких и неожиданных
наших ударов? Крохотные волоски на его
тельце обладают необыкновенной способнос-
тью мгновенно реагировать на малейшие ду-
новения воздуха и передавать таракану ин-
формацию об опасности. Скорость реакции у
него превосходная — она раз в десять быст-
рее, чем мы успеем моргнуть глазом.
Еще один пример поразительной чувстви-
тельности с помощью волосков — живущий
314
в пустыне скорпион. Долгое время его уме-
ние реагировать на движущуюся по песку до-
бычу и даже находить и раскапывать ее, если
она зарылась на заметную глубину, остава-
лось загадкой для исследователей. Зрение,
обоняние и слух у него настолько слабо раз-
виты, что они не могли служить ему в этих
случаях источником информации. С другой
стороны, в песке колебания, производимые
жертвой скорпиона, быстро затухают.
Наблюдения, однако, привели к выводу,
что скорпион улавливает малейшие движения
песка при помощи так называемых механо-
рецепторов — расположенных на лапках во-
лосков и узких щелочек-складок, словно про-
резанных на концах его предлапок. Ничтож-
ные сдвиги волосков и сжатия щелок фикси-
руются ножными нервами, а разница во вре-
мени прихода сигналов к ногам ориентирует
скорпиона на цель.
315
Заметьте, что и микроскопические волос-
ковые клетки, и крупные чувствительные
волоски выполняли у всех, кого мы сейчас
упомянули, функцию ближней ориентации.
Видимо, поэтому скорпиона нет в списках
биопредвестников землетрясений — там речь
идет об улавливании слабых раскатов даль-
них подземных бурь. А сейчас зададимся воп-
росом: каковы место и роль механорецепто-
ров, то есть вестибулярного аппарата, при
дальних перемещениях в пространстве?
КАКИЕ КОМПАСЫ У ПТИЦ?
Много поражающих воображение историй
связано с умением живых существ находить
дорогу к дому, — так сказать, с «чувством
родины». Особенно удивляют кошки. Быва-
ло, их отвозили за тысячи километров, но
они, потратив месяцы и изрядно отощав, все-
таки умудрялись вернуться. Что их вело, ка-
кие навигационные приборы? Здесь больше
вопросов, чем ответов.
А теперь взгляните на диаграмму мигра-
ций, где представлены возможности некото-
рых обитателей Земли, когда дело касается
дальних странствий. На ней, правда, нет ни
одной птицы. Дело в том, что места на книж-
ной страничке просто не хватило бы для столь
длинной стрелки, которая отражала бы даль-
ность их перелетов!
316
Судите сами: птицы могут путешествовать
с континента на континент, между которы-
ми уже не тысячи, а десятки тысяч километ-
ров. Пожалуй, рекорд принадлежит длинно-
хвостой крачке, мигрирующей из одной по-
лярной области в другую, — был даже за-
фиксирован перелет, составляющий более 32
тысяч километров. Понятное дело, что дол-
гое время ученые больше всего внимания об-
ращали на птиц, пытаясь ответить на воп-
рос, каким же «компасом» они пользуются
на дальних дорогах.
И тут мнения разошлись. Одни исследо-
ватели полагают, что все дело в строении ве-
стибулярного аппарата пернатых. В чем-то
он напоминает устройство «уха медузы», ко-
торое позволяло той предсказывать шторм.
Иными словами, в нем содержатся мельчай-
шие известковые кристаллы, которые при
317
любом ускорении в движении птицы давят
на нервные окончания. Из физики известно,
что ускорение напрямую связано с действую-
щей на тело силой, значит, птица получает
представление об испытываемых ею силах.
У животных этот аппарат, как вы помни-
те, фиксирует отклонения от вертикали, за-
даваемой тяготением Земли. Однако у птиц
он служит не только для поддержания рав-
новесия, но еще и реагирует, благодаря кри-
сталликам, на перемены в силе тяжести, а
она ведь в разных местах Земли не одинако-
вая. Выходит, с помощью такой природной
системы навигации можно находить свое ме-
сто на «карте» и не сбиваться с курса.
Другие ученые считают, что роль «борто-
вого» ориентира у птиц играет третий глаз.
Он, в отличие от упомянутой нами ящерицы
гаттерии, еще способной им видеть, переро-
дился и стал выполнять новые для себя функ-
ции навигационного устройства. А может
быть, говорят третьи, птицы запоминают кар-
ту звездного неба и перемещаются, как мо-
ряки, ориентируясь по нему?
Ну и, конечно, нельзя обойти вниманием
давние предположения о том, что у птиц име-
ется настоящий компас, то есть орган, реа-
гирующий на изменение магнитного поля
Земли; Это одна из самых не только интерес-
ных, но и достоверных версий, потому что в
опытах влияние магнитного поля на птиц, бе-
зусловно, проявляется.
318
Например, когда к голове почтового голу-
бя прикрепили небольшой магнит, он поте-
рял способность находить дорогу домой. Бо-
лее того, оказалось, что таким способом мож-
но заставить его лететь в противоположную
сторону. А в Японии действие магнитов на
птиц стали использовать для их отпугивания
от садов, полей и огородов.
С другой стороны, мы знаем, что реагиро-
вать на магниты могут только определенные
вещества, прежде всего железо. Откуда же
берется в птичке изготовленная из него
«стрелка»?
Это прояснилось за последние три десяти-
летия, когда были обнаружены крошечные
железосодержащие частицы у множества орга-
низмов — от бактерий до человека. Некото-
рые бактерии даже ориентируются и плава-
ют вдоль линий магнитного поля. Но такой
процесс — чисто пассивный, а вот значитель-
но более сложные существа, животные, по
всей видимости, действительно используют
свои внутренние магниты в качестве прибо-
ров, как мы — компас.
НЕ МЕШАЮТ ЛИ ДРУГ ДРУГУ
ЧУВСТВА?
Когда речь идет о способах ориентации в
живом мире, особенно во время миграций, мы
сталкиваемся с проблемой наложения различ-
ных чувств друг на друга. Ведь, может быть,
319
все, о чем мы говорили в предыдущем рас-
сказе, имеет право на существование — и ве-
стибулярная, и зрительная, и магнитная на-
вигация? Просто мы каждый раз пытаемся
выделить сигналы, идущие от рецепторов,
настроенных лишь на один вид внешнего воз-
действия. А разве организм не воспринимает
их одновременно? Или все-таки «включает»
свои сенсоры по очереди?
Любопытные опыты проводились, к при-
меру, с морскими черепахами. Давно было
замечено, как черепашки, только что вылу-
пившиеся из яиц, отложенных на побережье,
моментально отправляются в путь — к воде,
а затем от берега. Почему они знают, куда
плыть? Что служит им подсказкой?
Для ответа на эти вопросы эксперимента-
торы придумали интересное сооружение. К
черепашке привязывали легкий поплавок-
буёк, который, в свою очередь, был связан с
кольцевым понтоном и сеткой, как показано
на рисунке. Во-первых, буек помогал следить
320
за перемещением черепашки, во-вторых, ос-
тальная часть конструкции позволяла сделать
ее путешествие безопасным. Природный ин-
стинкт заставлял крохотное животное без ус-
тали двигаться вместе со всей этой «амуни-
цией». Что же дали подобные опыты?
Оказалось, что стоило приблизиться к
воде, как черепашки начинали ориентиро-
ваться по направлению набегающих на бе-
рег волн. Может быть, вы замечали, что как
бы ни был сложен прибрежный рельеф, вол-
ны будут разворачиваться так, чтобы набе-
гать не наискосок, а прямо на берег. Иначе
говоря, если плыть навстречу им, то рано
или поздно такой ориентир выведет черепа-
ху в открытое море.
Но вот когда она окажется там, где волны
уже не «чувствуют» берега, наводкой стано-
вится земное магнитное поле. Именно по от-
ношению к нему черепахи выверяли в даль-
нейшем свой курс, пока не достигали богатых
кормом мест своего постоянного обитания.
Это было примером попеременного исполь-
зования различных средств навигации. Не
исключено, что в каких-то случаях животные
и насекомые сравнивают между собой сигна-
лы, одновременно пришедшие от каждого из
органов чувств: совпадают они между собой
или нет. Как командующий армией соотно-
сит разведданные, полученные из разных ис-
точников, чтобы принять верное решение о
дальнейших действиях.
11 Тайны природы
321
Петр Петрович Лазарев
(1878—1942) — российский
физик и биофизик. Изучал
законы фиотохимического
действия света, занимался
физиологией органов чувств,
теорией нервного возбужде-
ния, интересовался психологи-
ей творчества. Основал Инсти-
тут биологической физики,
принимал участие в исследова-
нии Курской магнитной
аномалии. Его перу принадле-
жит научная работа «О взаи-
модействии влияния органов
зрения и слуха».
Также было еще раз подтверждено, что
магнитная навигация — не плод чьей-то фан-
тазии, а реальность. Ведь не столь давно мно-
гие физики и биологи дружно высмеивали
саму возможность биомагнетизма. Похоже,
теперь получают объяснение и случаи мас-
сового выбрасывания китов на сушу. Скорее
всего, это происходит не из-за их стремле-
ния к самоубийству, а оттого, что магнит-
ное поле Земли, вдоль которого они мигри-
руют, испытывает у береговой линии анома-
лии. Не успев понять, в чем дело, киты ока-
зываются на суше. Выходит, другие навига-
ционное средства в этот момент их не под-
страховали.
Здесь уместно будет сказать и об особом
случае наложения, смешения чувств у чело-
века, так называемой синестезии. Например,
322
писатель Владимир Набоков видел буквы
цветными, композитор Александр Скрябин
воспринимал музыку в цвете, а у некоторых
людей сливаются звуки и запахи, зрение и
осязание, слух и вкус. Это одна из тех зага-
док, которые преподносит нам мир чувств. В
последние годы, с открытием новых методов
исследований, подобные тайны начинают по-
степенно раскрываться. Возможно, найдутся
ключи к разгадке и бионавигации.
Напомним: человек оснастил свои средства
передвижения тысячами приборов. Они по-
зволяют перемещаться и ориентироваться на
земле и под водой, в воздухе и в космосе,
ночью и днем. Но это порой десятки кило-
граммов оборудования и киловатты мощнос-
ти. А теперь сравните с навигационной сис-
темой бабочки, перелетающей океан (!), ко-
торая весит доли миллиграмма и нуждается
для работы всего лишь в капельке нектара.
Согласитесь, здесь есть чем восхищаться и
есть что перенимать.
ЗАЧЕМ НАМ ЧУВСТВО ВРЕМЕНИ?
Миграции животных и насекомых заста-
вили людей задуматься еще над одним воп-
росом: а как они узнают, когда нужно соби-
раться в полет, в плавание или в наземное
путешествие к родным местам?
323
Посмотрите на карту, где показаны на-
правления перелетов стай садовых славок.
Специальные опыты, проведенные в неволе,
продемонстрировали их стремление выбирать
вполне определенный курс в точной зависи-
мости от времени года.
Можно, конечно, связать это с подсказка-
ми природы. Начинается потепление, значит
пора двигаться на север, похолодание — от-
правляться на юг. Или, например, медведю —
вылезать из берлоги либо укладываться в
спячку. Иными словами, изменения природ-
ных условий служат вместо календаря или
часов, подавая сигналы к конкретным дей-
ствиям. Но неужели только внешние причи-
ны «заводят» биологические часы?
Безусловно, они оказывают влияние на
ритмы, которым следует все живое вокруг
нас, да и мы сами. Однако еще в 1729 году
французский астроном и математик де Ме-
ран провел замечательное наблюдение над ра-
324
стущей фасолью. Зная, что ночью она опус-
кает листья, а перед рассветом поднимает,
он поместил растение в темную комнату. Не-
смотря на полное отсутствие света, движе-
ния листьев следовали прежнему ритму. Как
же они узнавали, что снаружи — день или
ночь? Или у них были свои, внутренние часы?
А вот какие интересные эксперименты
были проведены с людьми. Оказавшись в тем-
ных пещерах или будучи помещенными в
специальные изолированные от внешнего
мира камеры, испытуемые с удивительной
точностью могли определять время. Правда,
чем дольше проводился эксперимент, тем
чаще и грубее становились ошибки.
Или такой пример. Если человек, ведущий
жизнь по строгому режиму, приказывает себе
вечером перед сном: «Проснуться в 6 утра!»,
то он действительно проснется в срок и ни
минутой позже.
Выходит, внутри нас какой-то «прибор»
удивительно равномерно тикает, отстукивая
минуты и секунды. Иными словами, что-то
помогает нам иметь «чувство времени». Воз-
можно, это сердечный ритм? Казалось бы, да,
но ведь и он может сбиваться, меняться в за-
висимости, к примеру, от того, на сколько
энергично мы движемся. Вряд ли подойдет
для этой цели и ритм дыхания.
Исследования нашего мозга, проведенные
с помощью электроэнцефалограмм, дали убе-
дительные свидетельства того, что в нем че-
325
редуются спады и подъемы активности. Не
исключено, что подобные ритмы задаются на
клеточном уровне. Но в таком случае нужно
говорить не о каком-то отдельном органе, в
котором сосредоточено восприятие времени,
а обо всем организме в целом.
Несомненно то, что между нашими внут-
ренними и внешними, «отбиваемыми» при-
родой ритмами существует тесная связь. Зна-
ние ее имеет огромное практическое значе-
ние, поэтому и появилась специальная на-
ука — хронобиология. Подумайте, почему так
нелегко переносят люди переезд в другие ча-
совые пояса? Не один день человек вынуж-
ден адаптироваться, проще говоря, приспосаб-
ливаться к новому режиму смены дня и ночи.
А вот еще весомое доказательство важности
учета биоритмов — с 1945 года ни один ми-
ровой рекорд, за редким исключением, не был
установлен до 12 часов дня.
Существует такая точка зрения, что весь
давно принятый обычный ритм нашего тру-
дового дня заметно не совпадает с периодич-
ностью подъемов в активности человека. Мно-
гие из вас, наверное, знакомы с ситуацией,
когда чувствуешь себя бодро, но стоит прид-
ти в школу, как начинает клонить в сон. Ока-
зывается,. именно на это время приходится
период замедления наших реакций. Вероят-
но, переход к другим границам начала и кон-
ца работы и учебы мог бы эффективнее ис-
пользовать наши «дремлющие» силы.
326
Симон Эльевич Шноль
(р. 1930) — российский
ученый, заведующий лабора-
торией Института теоретичес-
кой и экспериментальной
биофизики. Одним из первых
выдвинул предположение о
том, что биологическими
часами управляют химические
реакции. Изучает колебатель-
ные процессы в биологических
системах, связи между косми-
ческими и земными процесса-
ми, занимается историей
науки. Выпустил книгу
очерков о выдающихся отече-
ственных биологах.
Продолжение разговора о биоритмах рано
или поздно подводит к вопросу: а на какое
время вообще «заведены» жизненные часы
разных организмов? Иными словами, сколь-
ко кому отпущено прожить? Почему иногда
после спадов жизнедеятельности и болезней
неожиданно начинается подъем и словно бы
обновление?
Проблема эта настолько важная, насколь-
ко и сложная. Ученые к ней лишь подбира-
ются. Мы же закончим рассказ несколькими
рекордными примерами на тему продолжи-
тельности жизни. Так, до недавнего времени
самым старым животным считался карп, про-
живший в одном из японских прудов 228 лет.
Но недавно аргентинские рыбаки выловили
черепаху, которой «стукнуло» уже 230!
327
Лидером долгожительства среди деревьев
признана сосна, растущая более 4600 лет в
американском штате Калифорния. А вообще
самым старым среди ныне живущих расте-
ний оказался найденный в пустыне того же
штата креозотовый кустарник. Появился он
на свет еще до пирамиды Хеопса — почти
12 000 лет назад!
ВОЗМОЖНО ЛИ «МОЗГОВОЕ РАДИО»?
Очень трудно, говоря о различных испы-
тываемых нами ощущениях, обойти вопрос о
дистанционном влиянии одних организмов на
другие. Нет-нет, мы не будем говорить ни об
экстрасенсах — людях, обладающих сверхчув-
ствительностью, ни о телепатии — передаче
мыслей на расстоянии. Вокруг этих людей и
явлений нагромоздилось невероятное количе-
ство домыслов и фантазий, хотя в последнее
время наука, наконец, стала проявлять к ним
серьезный интерес. Вот мы и ограничим себя
только достоверными фактами, считая, что и
из них можно извлечь много любопытного и
полезного.
Для ясности приведем сразу такой при-
мер. Наблюдения, проводившиеся за разлу-
ченными с детства близнецами, дали порази-
тельную информацию к размышлению. В
очень многих случаях практически все, что
происходило в жизни у одного, в точности и
328
порой в одно и то же время повторялось у
другого. Это были свадьбы и рождения де-
тей, болезни и переломы конечностей, путе-
шествия и даже аварии.
Могли ли такие события быть случайны-
ми совпадениями? Или надо допустить, что
развитие близнецов шло по одинаковым про-
граммам? Но почему тогда в точности совпа-
дали испытываемые ими чувства? Отчего со-
впадало и то, что происходило в окружаю-
щей их обстановке и с совершенно разными
связанными с ними людьми? Волей-неволей
хотелось бы назвать какой-то пространствен-
ный способ обмена информацией между ними
и найти те органы и рецепторы, которые мог-
ли бы ее принять. Нет ли подсказки в тех
явлениях, которые, отвечают за удивитель-
ные навигационные способности животных?
Насчет наличия подобных передатчиков и
приемников пока существуют лишь предпо-
ложения. Но вот что обнаружили врачи и
ученые, обследуя в последние годы пациен-
тов с помощью самой современной отечествен-
ной аппаратуры. Это, кстати, был уникаль-
ный измерительно-вычислительный комплекс,
разработанный на базе методов дистанцион-
ного зондирования космоса, земли и океанов.
На рисунке слева светящимся ореолом
показано, сколько различных полей излуча-
ет человек. Только не считайте, что подобное
свечение мы могли бы увидеть глазами. Нет,
это просто способ обозначения зафиксирован-
329
ных приборами данных. Что же собой они
представляют?
Непосредственно у поверхности кожи ре-
гистрируется химическая микроатмосфера,
это молекулы выделяемых нами веществ.
Вокруг всего тела обнаруживается тепловое
излучение, которое присуще нам просто из-
за того, что мы — теплокровные существа.
Помимо этого, есть и слабая люминесценция,
то есть свечение за счет химических реакций.
Также в районе сердца и мозга фиксиру-
ется весьма заметное электрическое поле. В
этих же зонах было замечено и магнитное
поле, подробнее его можно «разглядеть» на
кадре магнитофильма, приведенном на рисун-
ке справа. Не могут ли какие-либо из этих
полей заключать в себе объяснение описан-
ных выше явлений?
Дело в том, что к обычному перечню из
сообщений о погоде — о температуре, влаж-
ности и давлении — все чаще добавляют
330
сведения о так называемых неблагоприятных
геофизических днях, или попросту — о маг-
нитных бурях. Происходят они в магнитосфе-
ре Земли под действием, в том числе и Солн-
ца. Чем дальше, тем больше свидетельств
того, что между ними и самочувствием лю-
дей есть связь. Она непростая, еще довольно
много ошибок в геомагнитных прогнозах, но
ее существования никто, пожалуй, уже не от-
рицает. Значит, мы реагируем на изменения
магнитного поля, восприимчивы к нему.
С другой стороны, недавние наблюдения
германских ученых привели к выводу, что у
разлученных близнецов абсолютно сходны
показатели активности головного мозга. Ре-
гистрировалось это по измерениям генериру-
емых ими полей способами, подобными тем,
что применяли наши исследователи.
Кое-кто из всего рассказанного делает уже
далеко идущие умозаключения — вплоть до
существования «мозгового радио». Конечно,
хотелось бы усмотреть в этом еще одно опере-
дившее нас изобретение природы. Но давайте
все-таки подождем новых исследований...
КТО ПОМОГ НАМ
ОЩУТИТЬ РАДИАЦИЮ?
Еще одна совсем молодая область науки,
связанная с восприятием живыми существа-
ми внешних воздействий, — это радиобиоло-
гия. После овладения атомным оружием и
331
постройки атомных электростанций люди
столкнулись с неведомой им ранее угрозой —
радиацией. Без цвета, вкуса и запаха она воз-
действует на все живое, когда никакими на-
шими органами чувств ее уловить нельзя.
Если быть точным, то человечество испы-
тывало ее влияние всегда. Ведь радиоактив-
ные вещества, находящиеся в бомбах и реак-
торах, были не искусственно созданы, а про-
сто переработаны и сконцентрированы из того,
что извлекалось из-под земли. Однако зале-
жи полезных ископаемых, в которых они со-
держались, были рассеяны по планете и не
создавали для нас угрозы из-за очень слабой
интенсивности.
Как бы не хотелось вновь обращаться к
таракану, но в связи с радиацией придет-
ся еще раз его упомянуть. Это неприхот-
ливое насекомое считают самым древним
обитателем нашей планеты — по новейшим
данным, его возраст около 300 миллионов
лет. За это время он умудрился приспосо-
биться и к радиации: его не берут убойные
для всех дозы!
Другой вид опасных излучений шел из
космоса. Но атмосфера и магнитное поле
Земли надежно ограждали нас от губитель-
ного воздействия этого вида радиации. И
только полеты человека в космос на боль-
шие высоты, когда он выходит из-под их
опеки, заставили задуматься о радиацион-
ной защите.
332
Взгляните на рисунок, где изображен, так
сказать, искусственный космонавт, напичкан-
ный дозиметрами — датчиками радиации. Его
соорудили похожим на человека не только по
внешнему виду, росту и весу, но и по внут-
реннему составу, подо-
брав подходящие мате-
риалы. Они способны
воспринимать радиа-
цию почти так же, как
и биоткани. Это позво-
лило изучить, каким
образом может подей-
ствовать на человека
облучение, которому
он подвергается в кос-
мосе. Ведь фантом-ма-
некен дважды побывал
на борту межпланетных аппаратов, в том чис-
ле совершил перелет по трассе Земля —
Луна — Земля.
Многое уже стало нам понятным в меха-
низмах этого влияния на живую природу.
Инженеры, конструкторы, медики совместны-
ми усилиями создали средства защиты, ко-
торые должны обеспечить безопасную работу
на атомных станциях, в космосе и при обра-
щении с военной техникой. Это прежде всего
ослабление радиации, снижение ее доз.
Но вот с каким открытием столкнулись
исследователи буквально в последние годы.
Если действовать на биологические объекты
333
Александр Леонидович
Чижевский
(1897—1964) — российский
биолог. Один из основопо-
ложников гелиобиологии —
науки о влиянии солнечной
активности на земные
организмы. Исследовал
нарушения биоритмов и сна
у животных. Установил
биологически активное
целебное действие отрица-
тельно заряженных ионов
воздуха, нашедшее примене-
ние в медицине и сельском
хозяйстве.
сверхмалыми дозами химически активных
веществ или радиации, то наблюдается эф-
фект, который сопоставим с влиянием того
же препарата или излучения, в десятки раз
более концентрированного и интенсивного!
Поэтому, возможно, перед нами возникает
задача: или найти способы управления этим
явлением и тогда поставить его нам на служ-
бу, или отыскать новые способы защиты, если
такое воздействие окажется вредным.
Согласитесь, немало любопытного, а уж
сколько важного кроется как в исследовани-
ях того, что способны воспринять наши чув-
ства, так и в том, чего они и вовсе не заме-
чают. Моделирование органов и известных,
и неведомых еще нам чувств не снимается с
повестки дня биоников.
334
ВОКРУГ БИОНИКИ
• О чувствительности нашего органа осяза-
ния — кожи — можно судить по тому, что
тыльная сторона ладони ощущает прикосно-
вение даже невидимой паутинки. Ее действие
сравнимо с давлением грузика массой всего
лишь 0,03 грамма.
• По прогнозам, полимерные материалы ста-
нут широко применяться в качестве замени-
телей кожи к 2010 году. На сегодня извест-
ны такие случаи, когда с помощью искус-
ственной кожи удавалось спасти жизнь при
ожогах 97 процентов тела и разрушении бо-
лее 80 процентов кожных покровов.
• Ученый мир узнал о существовании утко-
носа ровно 200 лет назад. Естествоиспытатель
Дж. Шоу описал его так: «Из всех извест-
ных нам до сих пор млекопитающих это жи-
вотное кажется самым невероятным по свое-
му строению — у него совершенно утиный
нос, насаженный на голову четвероногого... По
первому впечатлению невольно возникает
мысль, что кто-то создал утконоса искус-
ственно просто из озорства». По последним
данным, утконос — одно из древнейших су-
ществ, ему не менее 100 миллионов лет.
• Важность учета закона Вебера-Фехнера
была продемонстрирована рентгенологами.
При постановке диагноза по увеличению про-
зрачности кости на ренгтенограммах они за-
мечали изменения лишь в тех случаях, ког-
335
да костная ткань теряла уже 30 процентов
минералов! Причина неудач крылась в осо-
бенности наших глаз оценивать яркость или
освещенность.
• Рыбы не используют теплолокаторов — и
потому, что в воде инфракрасные лучи силь-
но поглощаются, и потому, что температура
тех обитателей водоемов, которые служат им
пищей, не отличается от температуры окру-
жающей среды. А змеи и насекомые, живу-
щие на суше, имеют тепловые локаторы, по-
скольку сами холоднокровны и могут регис-
трировать излучение, испускаемое теплокров-
ными животными. Так, лишенная слуха, зре-
ния и обоняния гремучая змея мгновенно бро-
салась на источник тепла. Немногим уступа-
ют змеям по чувствительности москиты —
они ощущают колебания температуры в не-
сколько тысячных градуса!
• Удивительно точно сформулировал особен-
ности обоняния писатель В. Набоков: «... как
известно, память воскрешает все, кроме за-
пахов, и зато ничто так полно не воскрешает
прошлого, как запах, когда-то связанный с
ним». А Наполеон, сосланный на остров Свя-
той Елены, писал: «С закрытыми глазами я
узнал бы мою Корсику по запаху».
• Томас Айснер, профессор биологии из
США, называет себя так: «По сути я — это
нос, к которому приделан человек». Необы-
чайная чувствительность к запахам позволи-
ла ему обнаружить интересный случай. Смер-
336
тельно опасные для пушистых тлей хищни-
ки — личинки златоглазки — маскировались
как по виду, так и по запаху, который уда-
лось уловить ученому, от «сторожевых собак»
тлей — муравьев. Приняв облик своих жертв,
личинки беспрепятственно их пожирали.
• Китайские исследователи выяснили, что
змеи, выползающие задолго до будущего зем-
летрясения из своих нор даже в зимнее вре-
мя, реагировали на увеличение концентра-
ции сернистого газа, выделяемого из недр.
Буревестники и альбатросы чувствуют запах
рыбы на расстоянии более трех километров,
акула же способна почуять запах крови в
воде при ее концентрации одна стомилион-
ная часть!
• Созданный в Англии электронный распоз-
наватель запахов установил, что характер за-
паха мужчины не меняется неделями, а жен-
щины пахнут по-разному даже в течение дня.
В германских городах ставят на окраинах и
обочинах дорог надувные фигуры из пласти-
ка, испускающие «человеческий» запах для
отпугивания диких животных.
• Среди опытных образцов оружия, испы-
тывавшегося НАТО во время боевых действий
в Югославии, применялась и бомба-«вонюч-
ка», распространяющая в радиусе нескольких
километров нестерпимое зловоние. Этот запах
преследует солдат противника несколько су-
ток, не давая им принимать пищу и воду.
337
• В начале восьмидесятых годов один из ис-
ландских ученых изобрел новый освежитель.
Через десять лет он продавался уже в 14 стра-
нах. Это — знаменитый «Антиполицай»,
уничтожающий за 5 минут все «неприлич-
ные» запахи.
• Издатели, кинематографисты и компози-
торы предусматривают выпуск книг, филь-
мов и музыкальных произведений, сопро-
вождающихся созданием «атмосферы» запа-
хов, соответствующей содержанию их тво-
рений. Медицина готовится к диагностике
болезней по характерным запахам, распро-
страняемым больными. В Англии уже вы-
пущен будильник, в определенное время ис-
пускающий пахучие вещества, управляющие
пробуждением.
• Акулы, как и многие рыбы, снабжены осо-
бым органом чувств, позволяющим улавли-
вать малейшие колебания воды и ориентиро-
ваться в потоках, выби-
рая струи с большими
или меньшими скорос-
тями. Это боковая ли-
ния — тончайшие кана-
лы, лежащие почти под
кожей по обеим сторо-
нам тела и обладающие
множеством рецепто-
ров. Акула на картин-
ке прекрасно чувствует
аквалангиста, но не ве-
338
дет себя агрессивно из-за... осторожности и
даже трусости — она никогда не атакует,
прежде чем не убедится, что объект нападе-
ния уступает ей в силе.
• Рыбы — единственные из позвоночных
животных, у которых вкусовые рецепторы
находятся не только в ротовой полости, но
и на поверхности тела, в том числе на усах
и плавниках. А бабочки и мухи чувствуют
вкус расположенными на ногах рецептора-
ми. Причем бабочка заметит присутствие
сахара, даже если одну его ложку раство-
рить в ведре воды.
• Горько-пряный вкус перца, от которого во
рту пылает огонь, оказывается, создается ве-
ществом, действующим на тот же рецептор,
который раздражается от прикосновения к нему
чего-либо горячего. Французские ученые полу-
чили недавно самые сладкие заменители саха-
ра, настолько активные, что для ощущения
сладости достаточно одной их молекулы. А чес-
нок, даже если его сок разбавить в 125 000
раз, подавляет рост бактерий.
• Одна клетка давным-давно появившихся
на Земле простейших организмов уже обла-
дала всеми чувствами, обеспечивая возмож-
ность воспринимать свет, запах, ощущать гра-
витацию и магнитное поле. Так, кишечная
палочка обладает примерно двадцатью типа-
ми различных рецепторов. Возникшие впо-
следствии многоклеточные организмы, по су-
339
ществу, не «изобрели» ничего принципиаль-
но нового в рецепции.
• Известны случаи, когда перед природны-
ми катастрофами микроорганизмы начинали
поглощать строго определенные вещества из
окружающей среды. А одна из американских
фирм вывела бактерии, способные обнаружи-
вать в воздухе соединения, сопутствующие
ядохимикатам, взрывчатым веществам, нар-
котикам и продуктам сгорания топлива.
• По частоте стрекота сверчка можно до-
вольно точно определять температуру возду-
ха. Погодные приметы, связанные с чайка-
ми, объясняются чувствительностью к изме-
нению давления их полых костей, действу-
ющих подобно вакуумным коробочкам баро-
метров-анероидов. Попугай одного из кубин-
ских капитанов исполнял перед дождем ме-
лодии вальсов Штрауса, перед бурей — рит-
мичную самбу, а накануне урагана — бра-
вурные марши!
• Австрийский врач Р. Барани, ставший ла-
уреатом Нобелевской премии по физиологии
и медицине за работы по исследованию вес-
тибулярного аппарата, начал их с опыта, в
котором установил, что у человека начинает-
ся головокружение и он теряет равновесие,
если в его ухо вбрызнуть холодную воду.
• Саламандры — хвостатые земноводные —
обладают удивительным «чувством родины».
Даже когда их отвозили в другой водоем, рас-
340
положенный за горным хребтом в полторы
тысячи метров высотой, большинство из них,
потратив три года (!), вернулись домой.
• Необычно острое чутье собак позволяет им,
например, заменять своих хозяев-почтальонов
и разносить корреспонденцию, никогда не
сбиваясь с запомнившегося по запахам марш-
рута. А ослы, даже не зная дороги, всегда
точно определяют кратчайший путь между
двумя пунктами. Если же им приходится
выбирать из нескольких вариантов дороги,
они предпочитают ту, где меньше подъемов
и спусков, причем интуицию осла подтвер-
дили компьютеры.
• С конца прошлого века известно растение-
компас — дикий салат, листья которого рас-
полагаются примерно по меридиану. Живот-
ные инстинктивно укладываются спать голо-
вой на восток, что объясняется влиянием
магнитного поля Земли. Не так давно в орга-
низмах пчел были обнаружены магнитные
кристаллики, благодаря чему стало понятно
многое в их поведении. Возможно, это пред-
видел поэт И. Бродский:
Я заснул. Когда я открыл глаза,
Север был там, где у пчелки жало.
• Когда-то было модно устраивать цветочные
часы: клумбу засевали такими растениями,
чашечки цветов которых открывались после-
довательно, с промежутками в час-два. А рас-
тения, чувствительные к длине светового дня,
341
можно «заставить» цвести на севере летом, ис-
кусственно укорачивая светлое время суток.
• Чтобы не сбивать биоритмы у больных,
надолго прикованных к постели в помеще-
ниях без окон, изобрели «ложные окна» из
крупноформатных диапозитивов с пейзажа-
ми, освещенность которых меняется в стро-
гом согласии со временем суток. Их также
намерены встраивать в подземные бункеры
военных баз.
• Биологические часы мечехвоста, управля-
ющие суточной чувствительностью его глаз,
находятся в передней части мозга. Полага-
ют, что за регулировку цикла сна-бодрство-
вания у позвоночных, в том числе у челове-
ка, отвечает шишковидная железа — эпи-
физ, так сказать, переоборудованный эволю-
цией «третий глаз», теменной орган. Его
роль подтвердили эксперименты германских
ученых, когда на головы птицам надевали
черные колпачки с прорезями для глаз и
клюва. После этого птицы потеряли представ-
ление о времени, даже яйца отложили не в
положенный срок.
• Изменить ход биологических часов чело-
века можно с помощью препаратов, изготов-
ленных на основе вырабатываемого эпифизом
вещества.. Иной способ — освещение глаз или
коленей, которые, как упоминалось, реаги-
руют на свет. И то, и другое позволяет ле-
чить людей, страдающих расстройством сна,
342
а также оперативно помочь тем, кто попал в
другой часовой пояс.
• В начале нашего века множество опытов
с «психоэнергией» и «биолучами» проводил
американский физик Р. Вуд, но ни один из
экспериментов не подтвердил особой приро-
ды этих феноменов — все объяснялось в рам-
ках обычной физики и биологии. Однако до
сих пор ждут разгадки такие явления, как
лозоходство — поиск подземных источников
с помощью взятых в руки ивовых прутьев.
Так, один монгольский геолог, опираясь лишь
на свою интуицию, выявил за двадцать лет
более восьмисот источников воды под землей.
• Английские селекционеры пытаются по
просьбе полиции вывести суперсобаку с ню-
хом ищейки, силой боксера, скоростью до-
бермана и дисциплинированностью немец-
кой овчарки. Это напоминает мечту о «био-
ническом Фантомасе» — искусственно со-
343
зданном существе, сочетающем самые совер-
шенные органы чувств различных животных
и насекомых.
• Обитающие у подводных гидротермальных
источников черви могут вынести не только
высокую температуру, но и, как оказалось,
годовую дозу радиации, в 40 раз превышаю-
щую предельно допустимую дозу, которую че-
ловек может получить за всю жизнь!
БИОИНФОРМАТИКА
Отчего дергалась лапка лягушки?
Зачем рыбам электричество?
Как найти затаившуюся рыбу?
Проводят ли растения ток?
Что переносит информацию?
Как общаются головастики?
Можно ли чувствовать то,
чего нет?
Какие глаза нужны компьютеру?
Способны ли машины обучаться?
Как работает нейрон?
Почему нейроны
действуют сообща?
Что помнят насекомые и птицы?
Существуют ли
таблетки памяти?
На каком языке говорят животные?
Кто на свете всех умнее?
Вокруг бионики
На узенькой тропинке
маленький старый ящер
(родственник крокодила!)
сидел и думал.
Ф. Лорка
Говоря в предыдущих главах о различ-
ных органах чувств, мы до сих пор концен-
трировали свое внимание в основном на том,
чем живые существа воспринимают идущие
извне сигналы. Называли мы эти приемни-
ки рецепторами. Как вы помните, они были
световыми и слуховыми, обонятельными и
осязательными.
Но во всех случаях рецепторы являются
лишь, так сказать, входом в организм. И мы
не раз уже вынуждены были упоминать, что
принятая ими информация сообщается даль-
ше — мозгу, который обрабатывает ее, реша-
ет, как ею распорядиться, и передает сигна-
лы, приводящие в действие различные орга-
ны и части тела с помощью мышц.
Таким образом, что бы мы — и другие су-
щества — ни зафиксировали, нам необходимо
обработать воспринятое. Как это происходит
в живом мире? Способны ли мы создать уст-
347
ройства, которые так же успешно смогут пе-
рерабатывать и хранить информацию?
Конечно, скажете вы, и назовете уже та-
кой относительно простой для вас прибор, как
компьютер, который представлен на картин-
ке в начале главы. Он, кстати, вполне спосо-
бен не только передать изображение реально-
го объекта, чтобы тот оставался для нас уз-
наваемым, то есть обрабатывать визуальную
информацию, но может конструировать несу-
ществующие, мнимые предметы — виртуаль-
ную реальность — и работать с ними.
Наверняка вы приведете еще немало при-
меров могущества компьютеров — вплоть до
игры в шахматы на уровне чемпиона мира.
Безусловно, в живой природе такого не встре-
тишь. Но подумайте вот о чем. У изобра-
женного на мониторе доисторического яще-
ра вся система восприятия управления его
организмом занимала, в общем-то, немного
места и была автономной. Так же и у дру-
гих живых существ. А добились ли мы в
наших искусственных устройствах, даже при
выполнении ими нехитрых функций, подоб-
ной степени миниатюризации и независимо-
сти от человека?
Еще более непростой вопрос. Создавая
машины для переработки и хранения инфор-
мации, а их часто называют думающими,
интеллигентными машинами, люди пытались
выяснить, а что же собой представляет сам
процесс мышления? И вообще, могут ли мыс-
348
лить другие существа, кроме нас? Нельзя ли
какие-то их умственные способности воспро-
извести технически?
Все эти проблемы не могли бы не только
быть хоть как-то решены, но их даже невоз-
можно было бы поставить, если бы люди не
научились использовать... электричество. Ведь
какой бы современный прибор, предназначен-
ный для любого рода работы с информацией,
вы ни вскрыли, всегда найдете внутри пере-
плетения проводов, спаянные контакты и не-
пременно — тот или иной источник тока,
скажем, батарейку.
Но какова связь между прохождением
электричества по бездушным устройствам
и приборам и тем, как обрабатывается ин-
формация в организмах живых существ?
Вот, пожалуй, с истории, открывшей эру
применения электричества, и стоит начать
эту главу.
ОТЧЕГО ДЕРГАЛАСЬ
ЛАПКА ЛЯГУШКИ?
Как и со многими природными явления-
ми, с электричеством человек был знаком
очень давно. Даже сам корень этого слова
пришел к нам из Древней Греции. Но еще
примерно двести с небольшим лет назад ни-
чего похожего на то, что связано у нас с элек-
тричеством сегодня, людей не окружало.
349
Луиджи Гальвани
(1737—1798) — итальян-
ский анатом и физиолог.
Занимался изучением
электрических явлений в
животном организме,
положил начало электрофи-
зиологии. Основной труд —
«Трактат о силах электри-
чества при мышечном
сокращении». Пророчески
писал, что «легко ошибить-
ся в исследовании и счи-
тать виденным и найден-
ным то, что мы желаем
увидеть и найти».
Не было электрических лампочек, не было
никаких бытовых приборов и транспортных
средств, использующих электроэнергию, а
главное, отсутствовали производящие ее уст-
ройства — источники постоянного и перемен-
ного тока. Зато было множество развлечений
и модных опытов, где применяли различные
способы электризации тел, например, трени-
ем. А треск и искрение вашей одежды, когда
вы ее снимаете?
«Баловались» также электрическими фо-
кусами, связанными с животными. Однако
предпринимались и попытки серьезных иссле-
дований. В XVIII веке было замечено, что
различные органы или мышцы препарирован-
ных животных способны сокращаться под
влиянием электрического раздражения. Но
понадобились наблюдательность и терпение
350
итальянского ученого Л. Гальвани, чтобы из
этих, казалось бы, незатейливых опытов из-
влечь, как позже выяснилось, великую пользу
для человечества.
На рисунке, сделанном со старинной гра-
вюры, представлена часть лаборатории, в ко-
торой долгие годы проводил свои эксперимен-
ты этот естествоиспытатель. Ему удалось по-
казать, что сокращение мышц лягушки про-
исходит под действием внешних электричес-
ких разрядов — искр.
Но когда Гальвани просто присоединил к
лапке животного два разнородных металла и
также наблюдал сократительную реакцию, он
посчитал, что электричество рождается внут-
ри самого организма, и даже назвал его «жи-
вотным». Удивляться этому не стоит, так как
к тому времени уже были известны и описа-
ны электрические рыбы, действительно про-
351
изводящие разряды. Гальвани даже не сму-
тило отсутствие у лягушки электрического
органа и то, что она мертва.
Однако спустя некоторое время соотече-
ственнику Гальвани — А. Вольта, — повто-
рившему его опыты, пришло в голову, что
никакого «животного» электричества нет и
лягушка не является источником электричес-
кого тока. Она лишь регистрирует его про-
хождение — ну как отбрасывается стрелка
вольтметра, когда мы подключаем его к сети
или к батарейке. (Попутно заметим, что в
названии этого прибора для измерения на-
пряжения использовано имя прославленно-
го ученого).
Сам же он в доказательство своих рас-
суждений провел любопытнейший опыт, ког-
да в качестве регистратора электрического
тока, возникающего при контакте двух пла-
стин из разнородных металлов, применил
вместо лягушки... собственный язык! Так и
сегодня порой проверяют годность батареек,
касаясь языком их полюсов, при этом ощу-
щается кисловатый вкус.
Вот и получилось, что лягушка спровоци-
ровала великое открытие. Ведь Вольта, поняв,
что электрический ток создается не ею, а при-
соединенными к ней разными металлами, стро-
ит затем из, них знаменитый «столб», тоже по-
лучивший впоследствии его имя. Так появля-
ется первый источник постоянного тока. Про-
изошло это около 200 лет назад, в 1800 году.
352
С этого момента и берет начало эра электри-
чества, преобразившего наш мир.
А что же лягушка? И так ли не прав был
Гальвани? К ней, безусловно, мы вернемся,
но прежде речь пойдет об упомянутых нами
электрических рыбах.
ЗАЧЕМ РЫБАМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?
История сохранила для нас свидетельства
о наблюдении людей за электрическими ры-
бами еще в древности. Разящую силу их уда-
ров могли оценить рыбаки, к которым они
попадали в сети. Немудрено, ведь теперь мы
знаем, что электрический скат или угорь спо-
собны генерировать напряжение в несколько
сот вольт. А мощности, которую вырабаты-
вает крупный угорь во время опасности, хва-
тает, чтобы зажечь полдюжины стоваттных
лампочек.
Зачем понадобилось такое изобретение при-
роде? Прежде всего, электрическим ударом
хищные рыбы могут убить или оглушить жер-
тву, обездвижить ее и затем спокойно «пообе-
дать». Столь грозное оружие может быть так-
же средством защиты от нападения более круп-
ных хищников. Судя по останкам доистори-
ческих рыб, практически все они были снаб-
жены органами, которые могли производить
электричество. Со временем, однако, у мно-
гих из них эти качества были утрачены.
12 Тайны природы
353
Правда, у тех рыб, у кого они сохрани-
лись, приспособления для добычи пищи при-
обретают иногда невероятные формы. Не
столь давно было обнаружено, что обитающая
в теплых морях рыба астроскопус также до-
бывает себе пропитание с помощью электри-
ческой энергии. Однако из-за того, что ее рот
и глаза находятся на спине, она дожидается,
пока жертва не окажется над ней, и бьет раз-
рядом так, чтобы оглушенная рыбешка пада-
ет прямо в рот.
А что же представляет собой такого рода
«живой.» источник тока? Если пользоваться
сегодняшними терминами, то это специаль-
ные клетки типа батареек либо аккумулято-
ров, которые мы применяем в магнитофонах
или автомобилях.
354
Скорее, говорят другие исследователи, он
похож на множество конденсаторов, исполь-
зуемых, например, для работы лампы-вспыш-
ки. Обычно каждый из них — это две прово-
дящие пластины, разделенные слоем изоля-
тора, между которыми можно создать замет-
ное напряжение при зарядке.
Вот нечто подобное цепочке таких природ-
ных батареек или конденсаторов находится у
электрических рыб. Соединенные друг с друж-
кой, они и образуют между хвостом и голо-
вой рыбы высокое напряжение. Причем спо-
собы их соединения для морских и пресно-
водных обитателей различны — будто эволю-
ция в точности следовала законам физики,
выбирая для каждого существа наиболее эко-
номный вариант в зависимости от окружаю-
щей среды.
Это сейчас мы можем объяснить, почему
действует такая «электрическая машина».
Как видите, нам потребовались кое-какие све-
дения из огромной кладовой накопленных
человеком за 200 лет знаний об искусственно
созданных электрических явлениях. Здесь
скорее наука и техника помогли понять, что
происходит в живом мире, нежели ее обита-
тели подталкивали человека к новым изобре-
тениям.
С другой стороны, не ожидая быстрых
подсказок от природы в производстве техни-
ческих устройств, люди научились использо-
вать напрямую ее электрические «хитрости».
355
Вот пример: в густонаселенной африканской
стране Нигерии давно возникли проблемы с
чистотой питьевой воды. Оказалось, что пре-
красным индикатором степени ее загрязнен-
ности может быть нильская щука.
Так вот, этих рыб запускали в бассейн с
предназначенной для питья водой и следили
за их электрической активностью. Почти сле-
пые и глухие, нильские щуки обладают уди-
вительной чувствительностью к находящим-
ся в воде веществам, благодаря расположен-
ным в их длинном хоботе обонятельным ре-
цепторам. Как только вода становится чуть
грязнее, частота испускаемых ими разрядов
снижается. Электрические импульсы рыб уси-
ливают и выводят на табло водопроводной
станции. Такого добросовестного контролера
специалисты намерены использовать и в дру-
гих странах.
КАК НАЙТИ
ЗАТАИВШУЮСЯ РЫБУ?
Еще одна область электрической активно-
сти рыб, привлекшая в последнее время ис-
следователей, — электролокация. Одно
дело — ударить по жертве разрядом высоко-
го напряжения, другое — просто обнаружить
ее с помощью электрических сигналов. Для
этого вовсе не надо порождать мощные им-
пульсы, а достаточно послать и принять сла-
356
бые и безопасные электрические колебания.
Они вполне эффективно регистрируются ры-
бами на расстоянии примерно 10 метров.
Конечно, вы вспомнили, что в чем-то по-
хожим способом производили локацию дель-
фины и киты. Только в их случае речь шла
о звуковых колебаниях, а сейчас мы имеем в
виду импульсы другого происхождения, рож-
даемые электрическими органами рыб.
Поскольку они не используются в каче-
стве оружия и могут быть не слишком мощ-
ными, то обладает ими значительно большее
количество рыб. Электрические сигналы слу-
жат им для установления порядка при дви-
жении в косяке, для разграничения терри-
тории. Примером пассивной электролокации
может также послужить охота акулы, ко-
торая сама не посылает разрядов, но с по-
мощью специальных рецепторов обнаружи-
вает еле заметные электрические импульсы
своих жертв.
357
Был проведен интересный опыт. Как из-
вестно, камбала умело маскируется, прини-
мая вид поверхности дна океана или зарыва-
ясь в песок. Тем не менее, акула умудрялась
ее обнаруживать и нападать на нее. Чтобы
убедиться в том, что дело касается именно
электрических сигналов, возникающих при
дыхании камбалы, экспериментаторы подво-
дили к участку дна провода от обычного ис-
точника тока. Как только имитирующий кам-
балу прибор включали, плавающая поблизо-
сти акула начинала вести себя так же, как
во время охоты. Эта реакция, заметим, легла
в основу электрических ловушек: привлечен-
ная ими промысловая рыба попадала прямо
в трубу, по которой насос перекачивал ее на
рыболовецкое судно.
Вообще говоря, всевозможные рецепто-
ры акулы, как вы убедились, до сих пор не
дают покоя исследователям. Ее необычай-
ная чувствительность ко всякого рода вне-
шним воздействиям просто поразительна. Но
особое внимание вызывают все-таки элект-
рорецепторы рыб.
Причина в том, что это приспособление,
позволяющее также ориентироваться в мут-
ных и стоячих водах, где трудно полагаться
на другше органы чувств, а значит, и на их
модели, возможно, приведет к созданию ис-
кусственного электролокатора.
С помощью расчетов на электронно-вычис-
лительных машинах удалось выяснить, что ми-
358
нимальное количество электрорецепторов для
успешной локации должно быть равно шести.
А в биологических системах их сотни и тыся-
чи. Следовательно, они обладают и повышенной
чувствительностью, и помехоустойчивостью, и
избыточной информацией. Выяснив физический
механизм действия подобных систем, ученые
сделали очередной шаг на пути построения но-
вого типа подводных локаторов.
А что, на земле не нужны подобные лока-
торы? Дело в том, что воздух — не проводя-
щая электричество среда, в отличие от воды.
Поэтому наземным организмам рыбьи элект-
рорецепторы ни к чему. Один утконос сохра-
нил их, да и то для использования в воде,
как у той же акулы — помните его охоту?
Все это, однако, не означает, что при пе-
реходе на сушу разговор о биоэлектричестве
заканчивается. Напротив...
ПРОВОДЯТ ЛИ РАСТЕНИЯ ТОК?
Не только рыбы способны вырабатывать
электричество. Просто у наземных обитате-
лей, конечно, если их не препарировать, как
лягушку, труднее было его обнаружить. Но
вот постепенно, а особенно в последнее вре-
мя, стало накапливаться довольно много лю-
бопытных свидетельств «неравнодушия» к
электричеству самых разных организмов, в
том числе растений.
359
Неужели они проводят электрический
ток? Да, представьте себе, и это можно за-
регистрировать с помощью несложных, на-
ходящихся буквально в школьных лабора-
ториях приборов.
Взгляните на рисунок. Это схема опыта,
когда корни растения помещали в питатель-
ный раствор с известным химическим соста-
вом, а к стеблю подключали электроды вольт-
метра, измеряющего электрическое напряже-
ние. Так вот, оказалось, что при самых раз-
нообразных воздействиях на листья, а это мог-
ло быть облучение, нагрев или прикоснове-
ние, через некоторое время стрелка вольтмет-
ра приходила в движение.
Иначе говоря, реакцией растения на внеш-
ний раздражитель являлся импульс элект-
рического тока. Более того, с составом ра-
створа, то есть, с на-
ходящимися в нем ве-
ществами, происходи-
ли изменения. А это
говорило уже о том,
что электрические и
химические явления
тесно связаны. Элект-
рический сигнал слов-
но передал сообщение
раствору и тот его
принял, показав это
изменением своего со-
стояния.
360
Впрочем, нас же не удивляет подобная
связь, когда мы пользуемся батарейкой или
аккумулятором. Ведь появление на их полю-
сах электрических зарядов, а именно это мы
отмечаем знаками «плюс» и «минус», обяза-
но протекающим в них химическим реакци-
ям, иначе говоря — изменению в составе ве-
ществ. Да и появление кислого вкуса на язы-
ке, коснувшемся этих полюсов, свидетельству-
ет о химическом действии тока.
Отвлечемся на минуту от растений, при-
ведя еще один пример, касающийся челове-
ка. Множество биохимических процессов,
происходящих в нашем организме, зависит
от того, какого заряда частицы находятся во
вдыхаемом нами воздухе. Эти электрически
заряженные частицы называют ионами.
Если их знак отрицателен, то они благо-
творно влияют на организм, «будят» его за-
щитные силы. Напротив, повышенное содер-
жание положительных ионов способствует
началу развития многих болезней. Вот поче-
му надо почаще проветривать наши дома —
в чистом воздухе отрицательных ионов намно-
го больше, чем внутри жилищ. Или же ста-
вить аэроионизаторы, восполняющие их не-
достаток в наших квартирах.
Получается, что электричество как бы
управляет происходящими в нас процессами,
то есть играет не столько энергетическую, как
у бьющих разрядами рыб, сколько информа-
ционную роль. Возвращаясь к растениям, от-
361
метим схожий факт — пропускание электри-
ческого тока через зародыши семян стимули-
ровало их и значительно повысило активность
прорастания, иначе говоря, привело к резко-
му усилению жизнедеятельности.
ЧТО ПЕРЕНОСИТ ИНФОРМАЦИЮ?
Наблюдения за растениями преподнесли
несколько лет назад интересный сюрприз.
Измеряли ритм электрической активности у
высаженных рядом проростков кукурузы. Как
это делается, мы обсуждали в предыдущем
рассказе. Был проведен такой опыт: одно из
растений накрыли светонепроницаемым кол-
паком, а второе освещали мигающим светом.
Через 8 часов частота импульсов у закрытого
растения подстроилась под ритм электричес-
ких колебаний, возникших у освещенного.
Получалось, что растения обмениваются
информацией. Причем, как выяснилось, про-
исходило это через общий грунт, в котором
они находились, и тогда, когда условия ока-
зывались, так сказать, экстремальными, —
например, в отсутствие света или при недо-
статке корневого питания. Природа же тако-
го обмена теперь вам известна: электричес-
кие колебания освещаемого растения меняли
химический состав раствора в почве, а это, в
свою очередь, влияло на электрические же
колебания у закрытого растения. Заметим на
362
будущее, что во всех без исключения описан-
ных случаях информация передавалась через
жидкую среду.
А теперь еще один любопытнейший при-
мер. Глядя на общающихся между собой птиц,
мы прежде всего замечаем, что они передают
информацию с помощью голоса, движений
или, при близком контакте, ощупывая друг
друга. Но вот каким образом происходит поч-
ти молниеносная передача сигналов, когда стая
птиц одновременно разворачивается и меняет
направление полета? Такие маневры были за-
мечены у стай скворцов, насчитывающих ты-
сячи птиц, когда разворот происходил за пять
миллионных долей секунды!
Никакие органы чувств из классического
набора не объясняли происходящее с ними.
И лишь исследования германских ученых
привели к заключению, что переносчиком
сигналов может быть электрическое поле,
363
возникающее во время полета на поверхнос-
ти тела пернатых. Его изменения могут пе-
редаваться с огромной скоростью всем пти-
цам в стае и позволять им согласовывать свое
движение.
Подобные эффекты обнаружились и у на-
секомых, например у пчел. И дело не только
в способе обмена информацией во время по-
лета в стае. Ученых давно занимают вопро-
сы, связанные с организацией любых дей-
ствий у коллективных насекомых. Почему так
слаженно живут и работают те же пчелы?
Или муравьи, колонии которых насчитыва-
ют порой до 50 000 членов? Соз-дается впе-
чатление, что их взаимодействие подчинено
каким-то общим командам, словно мы наблю-
даем целостный гигантский организм.
Теперь известно, что похожее на такое
кооперативное поведение отмечается и в ко-
лониях бактерий, и на уровне мельчайших
единиц живого — клеток. А для того, чтобы
предпринимать такие согласованные действия,
необходим налаженный обмен информацией.
Даже в воздухе, как мы убедились, он
может происходить с помощью биоэлектри-
ческих сигналов. А тем более — в жидкой
среде: в воде у рыб, через почвенные раство-
ры у растений. Однако в последнем случае
незаменимыми участниками информационной
цепочки становились химические вещества.
Об этой их роли — следующий рассказ.
364
КАК ОБЩАЮТСЯ ГОЛОВАСТИКИ?
Одна из самых важных проблем при изуче-
нии процесса передачи информации — узнава-
ние. Вот скажите, каким образом вы опреде-
ляете, в знакомом ли месте оказались вы или
нет? По всей видимости, мы храним в нашей
памяти впечатления, накопленные от множе-
ства данных, переданных нам разными орга-
нами чувств во время предыдущих посещений.
Иногда достаточно показать картину или
фотографию места, где вы уже бывали. И если
она совпадет с тем образом, что запечатлен
вашей памятью, то вы воскликнете: «Узнал!»
Однако даже зрительная информация, как вы
помните, может нас подвести: в каких-то де-
талях само место и его образ могут разой-
тись, не совпасть друг с другом, вы начнете
сомневаться, откажетесь его признать, а по-
том обескураженно скажете себе: «Как же я
мог ошибиться?!»
Еще тоньше обстоит дело, когда разговор
касается узнавания людей. Разве вам не при-
ходилось попадать в ситуации, когда вы встре-
чали человека, очень похожего на одного из
ваших знакомых, друзей или родственников,
хлопали его по плечу, а потом должны были
просить прощения, что обознались.
На что больше всего можно положиться в
таких случаях, на какие органы чувств? Ин-
формация от какого из них наиболее досто-
верна? Может быть, воспользоваться всеми
365
доступными каналами восприятия и сложить
полученную с их помощью информацию?
Это весьма непростые вопросы, и мы к
ним, конечно, еще вернемся. А пока попро-
буем выяснить вместе с учеными, как узна-
ют друг друга все-таки более простые, чем мы,
существа — головастики жаб или лягушек.
На картинке вы можете увидеть изобра-
женный в плане большой аквариум. В левой
и правой его частях, отделенных сетчатыми
перегородками, находились два выводка го-
ловастиков. В центральную часть, разделен-
ную непрозрачной перегородкой, помещали по
одному головастику из каждого выводка. В
этих условиях одиночные животные предпо-
читали большую часть времени проводить
около своих родственников.
Когда же сетки заменили стеклянны-
ми — прозрачными, но непроницаемыми
366
для воды — перегородками, выяснилось, что
никакого родственного предпочтения не воз-
никало. Тогда опыт изменили: сетки вер-
нули на место, а каждую из групп головас-
тиков накрыли ящиком с отверстиями —
так, что их самих не было видно, но вода
внутрь ящиков проникала. И что же — оди-
ночные головастики вновь стали проявлять
свою склонность к общению с братьями и
сестрами. Во всех ситуациях аквариум про-
слушивали гидрофонами, чтобы «засечь» и
звуковые контакты, но они не играли опре-
деляющей роли.
Какой же из всего этого был сделан вы-
вод? Средством коммуникации у этих су-
ществ, помогающим узнаванию, была не оп-
тическая, не акустическая, и тем более не
осязательная, а только лишь химическая
связь. Головастики посылали друг другу сиг-
налы с помощью веществ, по которым мож-
но было отличить один выводок от другого.
Это пример того, как исследователи пы-
таются разгадать механизмы передачи инфор-
мации, последовательно исключая действие
тех или иных органов чувств. Мы не раз го-
ворили, что бионикам часто удается достичь
больших успехов в моделировании природных
систем при обращении к более примитивным
существам. Однако соблазн узнать побольше
о способах восприятия информации челове-
ком побуждал к экспериментам и с его не-
посредственным участием.
367
МОЖНО ЛИ ЧУВСТВОВАТЬ то,
ЧЕГО НЕТ?
Что мы будем ощущать, если нас лишить
«путей сообщения» с внешним миром? При-
чем разговор идет не о такой изоляции, в
которой оказываются заключенные в камеру-
одиночку, или спелеологи, опускающиеся в
глубокие темные пещеры. В данном случае
мы ставим вопрос об абсолютно полном пре-
сечении возможности принимать какие-либо
внешние сигналы.
Подобный опыт был проведен учеными-
психологами. Человека, конечно, доброволь-
ца, помещали в комнату, надев наручники,
не позволявшие ему пользоваться осязанием.
Глаза его покрывали экраном, который ис-
кажал зрительное восприятие, а голова по-
коилась на специальной звукопоглощающей
подушке.
Казалось бы, перекрытие основных кана-
лов информации должно было привести к
тому, что человек просто вообще переставал
что-либо чувствовать. Ведь если не поступает
никаких раздражителей, то наш мозг обязан
был бы «выключиться». Ведь не звонит же
телефон, если никто не набирает ваш номер.
Но Здесь сравнение с простым техническим
устройством, как говорится, не проходит. Вся
уже накопленная в нашем мозгу информация
не может просто храниться, как стопка лис-
368
тов бумаги или дискеты в коробке. В нашей
голове даже в отсутствие внешних возбудите-
лей происходят активные процессы.
Об этом испытуемые рассказывали сами в
микрофоны непосредственно во время прове-
дения эксперимента. Чувствительные датчи-
ки, укрепленные на их голове, также улав-
ливали электрические сигналы, говорящие о
непрерывной мозговой активности.
О том, что мы, как и другие организмы,
способны порождать различные поля и излу-
чения, рассказывалось в предыдущей главе.
Там же мы обсуждали с вами, что изменения
этих полей могут происходить ритмически.
Например, сердце вызывает такие элект-
рические колебания, которые возможно за-
фиксировать датчиками, перевести на язык
графиков и по ним получить картину работы
одного из наших главных органов. Называ-
ется это снятием электрокардиограммы.
369
Так вот, протекаю-
щие в мозгу процессы
также порождают из-
менения электрическо-
го поля, и их мы тоже
можем разглядеть на
ленте самописца или
на экране компью-
тера. Такого рода про-
цедуру именуют запи-
сью электроэнцефа-
лограммы.
Конечно, в буквальном смысле прочесть
по графикам наши мысли невозможно. Но
если связать эту информацию с тем, что со-
общает испытуемый, подвергшийся изоляции,
появляется возможность проследить за реак-
цией мозга на действие или отсутствие раз-
дражителей. Выяснилось, что человек без них
долго не протянет — у добровольцев ухудша-
лась способность мыслить, у некоторых даже
начинались галлюцинации. Испытание ока-
залось настолько тяжелым, что превращалось
в пытку — никто не выдержал его больше
недели.
Подобные исследования позволяют про-
лить свет на проблему «фантомов» — виде-
ний и звуков, возникающих в мозгу в от-
сутствие зрительной и акустической инфор-
мации, а также ощущений от потерянных
при несчастьях конечностях. Есть множество
свидетельств, как люди чувствуют боль, зуд
370
или покалывание в ампутированных руках
и ногах.
Поразительно, но чтобы ощущать собствен-
ное тело, его вовсе не обязательно иметь! Наш
мозг не только пассивно принимает и анали-
зирует сигналы, идущие к нему от внешнего
мира через рецепторы, он словно имеет внут-
ри себя картину нашего тела и отдельных его
частей и может ее «достраивать», если чего-
то не хватает.
Вернемся, однако, к восприятию реальных
объектов.
КАКИЕ ГЛАЗА
НУЖНЫ КОМПЬЮТЕРУ?
Итак, наши приемники всех видов внеш-
ней информации фиксируют ее, передают
дальше, в результате она попадает в мозг и
заставляет его принимать решения — опре-
делять нужные действия по отношению к
внешнему миру. Возьмем еще раз для при-
мера глаз человека, все-таки он основной по-
ставщик потока сведений об окружающей
среде. Но теперь рассмотрим его не отдель-
но, в качестве только датчика, а уже в связи
со всем каналом передачи информации.
Световые лучи, идущие от какого-либо
наблюдаемого предмета, пройдя всю систему
глазного яблока, попадают, как вы помните,
на сетчатку, представляющую собой огромное
371
количество нервных окончаний. Возбуждение
этих окончаний передается далее по зритель-
ному нерву в мозг, где и формируется пред-
ставление о том, что мы рассматриваем.
Давайте остановим свое внимание на не-
скольких, крайне важных для конструкторов
искусственных «разумных» машин моментах.
Первый — ввод информации. Вспомните,
как он производится в компьютере. Конечно, в
основном через клавиатуру. Неужели этот спо-
соб эффективнее, чем непосредственное воспри-
ятие интересующих нас объектов — предметов
или текстов — с помощью зрения? Ответ дав-
но для всех ясен, и попытки снабдить самые
разные, — как стационарные, так и автоном-
ные — устройства сканирующими, считываю-
щими системами непрерывно предпринимают-
ся. Предсказывают, что широкое распростра-
нение «зрячих» компьютеров не за горами.
372
Второе замечание. Вы наблюдаете за бе-
гущим животным. Что для вас значит дви-
жение зрительно? Смещение предмета отно-
сительно фона, скажем, бегущей лошади в
сравнении с покоящимся пейзажем. Так вот,
наши глаза останавливаются на животном,
оно для нас неподвижно, его изображение в
центре сетчатки. А смещение, сдвиг по сет-
чатке окружающего пейзажа, на самом деле
«стоящего», и фиксируется как факт движе-
ния. Это качество природного органа зрения
уже используется в видеокамерах, в них точ-
но так же работает электронная система ста-
билизации изображения.
Когда-то создатель науки об управлении
Н. Винер сказал: «Кошка не бежит прямо к
месту, где находится мышь, а движется к ее
будущему положению». Умение живых су-
ществ предугадывать развитие событий по
получаемой зрительной информации пытались
воплотить роботостроители в электронных
футболистах. В ноябре 1997 года прошел пер-
вый в истории турнир, в котором они приня-
ли участие. Победу одержали механизмы,
чуть лучше других бегающие, внимательнее
смотрящие, а главное, умеющие предвидеть
развитие игры — куда через мгновение сдви-
нется соперник и покатится мяч.
И третий эффект, о котором мы уже упо-
минали: как обозначить то, что мы видим?
Этот процесс, предполагают ученые, происхо-
дит так, словно мы сличаем наблюдаемое с
373
Норберт Винер
(1894—1964) — американ-
ский ученый, математик и
философ, полиглот, владев-
ший 14 языками. Занимался
электрическими сетями и
вычислительной техникой.
Изучение аналогий в работе
электрических и электронных
систем и в живых организмах
привело его к созданию
кибернетики — науки об
управлении и связи в живот-
ном и в машине — очень
близкой по своим задачам к
бионике.
картотекой имеющихся в нашей библиотеке-
мозге образов. Например, если вам предъ-
явить фотографию какого-либо участка город-
ской улицы, на которой стоит велосипед, и
попросить отыскать его на снимке, то вы это
сделаете практически мгновенно. Однако, если
разрезать фото на несколько прямоугольни-
ков, перетасовать их, и сложить в произволь-
ном порядке, то ту же самую поисковую за-
дачу вы будете решать заметно дольше.
Что это значит? Мы видим не только сам
объект, но воспринимаем его вместе с окру-
жением. Стоит окружению измениться, как
мозгу кажется, что его картотеку смешали,
и ему необходимо время, чтобы вновь навес-
ти в ней порядок.
Все это — малая толика проблем, с ко-
торыми сталкиваются создатели электрон-
374
нои техники, постоянно «советуясь» с при-
родными системами получения и обработки
информации.
СПОСОБНЫ ЛИ МАШИНЫ
ОБУЧАТЬСЯ?
Отступим немного назад во времени, ког-
да постепенно накапливаемые знания о ме-
ханизмах действия органов, ответственных за
переработку информации в живой природе,
начали побуждать ученых строить имитиру-
ющие их системы. Примерно полвека назад
появилось любопытное устройство, названное
персептроном — по английскому слову
perception, означающему «восприятие». Глав-
ное, что оно должно было продемонстриро-
вать, — умение обучаться. Какая же «дума-
ющая» машина
может обойтись
без такой способ-
ности?
Мы вынужде-
ны показать на
картинке очень
грубую схему это-
го устройства, от-
ражающую лишь
самые главные его
черты. Нам нужно
извлечь только
rwJUA/tML
375
принцип, на основе которого строилась такая
система. А заключался он в следующем. На
рецепторные ячейки — датчики — подавался
какой-либо сигнал, несущий блок информа-
ции. Это служило аналогом внешнего раздра-
жителя живого существа. Теперь вы понимае-
те, что это может быть свет или звук, прикос-
новение или воздействие молекулы пахучего
вещества. В персептроне выбрали свет.
Получая как бы зрительный сигнал, каж-
дая из этих приемных ячеек передавала его
по проводам в следующий ряд, содержащий
огромное число так называемых ячеек памя-
ти, причем соединение производилось случай-
ным, беспорядочным образом. Иными слова-
ми, к какой-то ячейке из второго ряда могло
попасть больше сигналов из первого, а к дру-
гой — меньше. Срабатывала ячейка памяти
лишь в том случае, если количество приня-
тых ею сигналов превышало некоторый по-
рог, — тогда она передавала информацию
дальше, к реагирующей ячейке.
В свою очередь, эта ячейка суммировала
поступившие к ней сигналы и результат срав-
нивала с заранее установленным в ней значе-
нием. Если сумма превышала заданный по-
рог, ячейка срабатывала — реагировала. Счи-
талось, что тогда она опознала предъявлен-
ный устройству объект.
Интересно, что такая в общем-то неслож-
ная с точки зрения техники система оказалась
способной сличать новую полученную инфор-
376
мацию с той, которая поступала к ней раньше.
Более того, в случае, если это сопоставление
было ошибочным, то с помощью оператора-учи-
теля в ячейки можно было внести изменения,
которые в дальнейшем приводили к правиль-
ному распознаванию. И затем персептрон уже
сам принимал верные решения.
Работа эта произвела большое впечатление
на конструкторов «мыслящих» машин. Хотя
в персептроне нашли потом немало недостат-
ков, главное, что было показано, — мы мо-
жем, пусть поначалу грубо и неумело, но
моделировать происходящие в такой сложной
природной системе, как связь «глаз-мозг»,
информационные процессы.
На многое сегодня способны преемники
персептрона — электронно-вычислительные
машины. Например, определять нефтеносную
местность, распознавать болезни человека, об-
наруживать технические неисправности и
предсказывать аварийные ситуации, считы-
вать тексты и воспринимать их с голоса... Но
как вы думаете, что служило создателю пер-
септрона прототипом элементов его конструк-
ции? Ответ — в следующем рассказе.
КАК РАБОТАЕТ НЕЙРОН?
Какие же «детали» организма пытались
смоделировать ученые с помощью таких уст-
ройств, как персептрон? И что представляет
377
собой канал, который проводит к нашему
мозгу сигнал, получаемый рецептором? Это
нейроны, нервные клетки.
Посмотрите, как выглядит отдельный ней-
рон. Это довольно большая, состоящая из
нескольких частей клетка. От так называе-
мого тела нейрона отходит довольно много
отростков, или дендритов. Именно они соби-
рают получаемую самыми различными рецеп-
торами поступающую на «вход» организма
информацию. Далее она передается по длин-
ному выросту, именуемому аксоном, оконча-
нием которого служит для связи с другими
клетками.
Это структура передатчика сигнала. А как
же происходит сам процесс передачи? Клет-
ка, как вы помните, окружена оболочкой-мем-
браной. Внутри и снаружи этой мембраны
располагаются электрически заряженные ча-
стицы, поэтому мы можем сказать, что меж-
378
ду внутренней и внешней поверхностями обо-
лочки существует электрическое напряжение.
Чем-то это вновь напоминает заряженный
конденсатор или батарейку.
Пришедший сигнал меняет напряжение,
однако это не остается незамеченным дру-
гими, соседними участками клетки. Они
также начинают изменять свое электричес-
кое состояние, и возникает словно бы вол-
на, которая бежит по поверхности клетки;
ее еще называют эстафетой передачи сигна-
ла. Иногда ее сравнивают с цепочкой, со-
ставленной из костяшек домино, когда па-
де де первой из них вызывает разрушение
всей цепи.
Собираемая от всех дендритов, эта инфор-
мация накапливается, достигает некоторого
порогового уровня и, в конечном итоге, пере-
Чарльз Шеррингтон
(1857—1952) — англий-
ский ученый, автор
фундаментальных трудов
по нейрофизиологии. Ввел
представление о синапсах,
выявил их значение в
механизмах нервно-
мышечной передачи. В
своих трудах развивал
взгляды на организм как
на единое целое. За
исследование законов
деятельности нервных
волокон был удостоен
Нобелевской премии.
379
дается по аксону к мозгу. Как видите, очень
многое роднит здесь природные и искусствен-
ные способы ее передачи.
Однако надо обязательно отметить и раз-
личия между электрическим импульсом, бе-
гущим по нервной клетке, и протеканием
электрического тока по металлическим и
иным проводам, которые мы используем в
электронных схемах. Они потому-то и назы-
ваются электронными, поскольку главными
действующими лицами в них являются мель-
чайшие отрицательно заряженные частич-
ки — электроны. Двигаясь, например, по ме-
таллу, они переносят заряд, и мы это назы-
ваем электрическим током.
А вот нервы, несмотря на поговорку, ни-
когда не бывают стальными. В живой клетке
перенос биоэлектрического сигнала осуществ-
ляется путем, более схожим с тем, что про-
исходит внутри аккумулятора, заполненного
проводящим раствором. Ведь клетка также
содержит жидкость, в которой находятся бо-
лее массивные, чем электроны, заряженные
частицы — ионы (о роли их присутствия в
воздухе мы уже говорили). Это, правда, зна-
чительно уменьшает скорость распростране-
ния электрического импульса.
Природа выбрала такой, казалось бы, ме-
нее эффективный путь. Однако по сию пору
догнать мозг по количеству и качеству вы-
полняемых им функций, по необыкновенной
экономичности и компактности искусствен-
380
ним системам — с проводами и контактами
из твердых веществ — не удалось. Неужели
не удастся и в будущем?
ПОЧЕМУ НЕЙРОНЫ
ДЕЙСТВУЮТ СООБЩА?
Может быть, нам и не стоило бы пытать-
ся воспроизвести все способности мозга с по-
мощью проводов и схем, сделанных из твер-
дых неорганических материалов? Нельзя ли
попробовать вырастить что-либо подобное ней-
ронам, то есть изготовить искусственный по
происхождению, но схожий с природным по
своим возможностям материал? Или, на ху-
дой конец, просто извлечь нейрон из орга-
низма и включить его в наши схемы как их
часть. Говоря по-иному, создать или исполь-
зовать изолированно от живой материи от-
дельные нервные клетки. Но не тут-то было —
воистину и в природе один в поле не воин.
Дело в том, что по мере роста и усложне-
ния организма становится все более совершен-
ной его нервная система. Растущие нервные
клетки не выполняют свои функции каждая
сама по себе, независимо от другой. Они со-
общаются между собой, устанавливают свя-
зи-сигналы, могут обмениваться информаци-
ей, то есть работают совместно.
Взгляните на рисунок, где показаны лишь
два из многих способов коммуникации нервных
381
клеток. Слева прямоугольничком выделен уча-
сток, где происходит так называемый синап-
тический контакт между аксоном одной клет-
ки и отростком-шипиком другой. Интересно,
что когда электрические сигналы, добежавшие
до нервного окончания, должны быть пере-
даны «соседке», в дело вступает уже извест-
ная нам химическая сигнализация. От одной
клетки к другой перебегают, причем только
в одном направлении, вещества, приводящие
в действие новую электрическую эстафету, но-
вый электрический импульс во второй не-
рвной клетке.
Справа выделен участок, на котором по-
добным образом происходит коммуникация
уже между дендритами, однако здесь обмен
информацией, гак сказать, взаимный. Полу-
чается, что все нервные клетки объединены
между собой разветвленной системой сигна-
лизации. Это и позволяет им работать как
382
чему-то целому. Такую особенность подмети-
ли создатели современных компьютеров, по-
нимая, что их возможности будут многократ-
но увеличены, если машины строить на базе
нейронных сетей.
Ох и непростая это задача! Ведь в нашем
мозгу не менее 10 миллиардов нейронов и
бесчисленное количество связей между ними.
Более того, нейроны специализируются по
своим функциям. Те, что передают сигналы
от рецепторов к мозгу, — о них шла речь в
прошлом рассказе — порой, например в слу-
чае реакции на изменение температуры, мо-
гут и не «торопиться». А вот моторные ней-
роны, идущие от мозга к мышцам, обязаны
действовать, что называется, моментально.
Почему природа не создала их одинаковыми
по скорости передачи импульсов? Да пото-
му, что эволюции пришлось решать задачу
с противоречивыми требованиями. Ведь ско-
рость зависит от толщины нейрона: чем он
больше в поперечном сечении, тем быстрее
по нему бежит биоэлектрический импульс.
И будь все нейроны в равной степени «сприн-
терами», на мышцы и скелет в организме
места бы не осталось. В конце концов, по
результатам приспособления к окружающей
среде и было найдено компромиссное реше-
ние, каким должно быть соотношение тон-
ких и толстых нервных волокон.
Помните, мы обещали вернуться к лягуш-
ке, лапка которой дергалась в опытах Гальва-
ни? Вот самое время для этого, поскольку те-
383
перь вам нетрудно будет ответить на вопрос,
как заставляло электричество сокращаться ее
мышцы? Заодно отметим, что Гальвани про-
водил и такие опыты, где действительно имел
дело с «животным электричеством», со време-
нем был реабилитирован, а подтверждением
его правоты стала вся история электробиоло-
гии, которая в конце концов и привела к по-
ниманию взаимодействия между нейронами.
А открытия, связанные с ними, не пре-
кращаются! Так, считалось, что нервные клет-
ки не восстанавливаются. Оказалось, что нет,
совместными действиями элементы нервной
системы реконструируют утраченные системой
функции, выделяя вещества, стимулирующие
отстраивание разрушенного.
До последнего времени не удавалось зас-
тавить нервные клетки делиться и размно-
жаться. Но вот уже получены культуры ней-
ронов, способные в дальнейшем разрастать-
ся, соединяться друг с другом, образуя сети.
Найдены способы воздействия на одну-
единственную нервную клетку с помощью
микроминиатюрных устройств на основе
кремния без затрагивания соседних нейро-
нов, — а это уже мостик, стыковка между
информационными системами живого и ис-
кусственного происхождения.
Такого рода достижения и вселяют надеж-
ду на создание нейрокомпьютеров, использу-
ющих способы обработки информации в жи-
вых существах, или, как их еще называют,
разумных машин XXI века.
384
что помнят
НАСЕКОМЫЕ И ПТИЦЫ?
Конечно, работа мозга — не только у че-
ловека, но и у животных, и у значительно
более простых существ — настолько сложна,
что разобраться в ней, лишь непосредственно
изучая одни нервные клетки, невозможно.
Такие чисто инструментальные исследования
необходимо дополнять и наблюдениями за
поведением животных. Они также дают не-
мало пищи для размышлений.
Весьма любопытные факты были получе-
ны в экспериментах, проведенных уже в вось-
мидесятые годы нашего века. Посмотрите на
эту симпатичную птичку, называемую черно-
головой гаичкой. Не напоминает ли она вам
нашу синицу? Действительно, гаичка из того
же роду-племени, а привлекли ее к опытам
по изучению памяти. Было известно, что она
13 Тайны природы
385
со своим крошечным мозгом умудряется за-
помнить и отыскать сотни запрятанных се-
мян, в то время как мы зачастую забываем и
о десяти спрятанных вещах.
Но что это у нее с левым глазом? Не бес-
покойтесь, ничего страшного, просто на вре-
мя эксперимента его закрывали колпачком.
При этом птичке давали вдосталь семян под-
солнечника, которых хватало, чтобы наесть-
ся сразу и чтобы запасти впрок. Гаичка рас-
совывала лишние семена по тайникам, уст-
роенным в подстилке из мха, разделенной для
удобства наблюдений на квадраты.
Через некоторое время птичку выпускали
для розыска спрятанных семян. Если колпа-
чок оставался на прежнем месте, она прекрас-
но справлялась с задачей. Но стоило перенес-
ти колпачок на другой глаз, как ситуация
полностью менялась: создавалось впечатление,
что гаичка совершенно забыла, где находи-
лись ее тайники.
Ученые пришли к выводу, что в данном
случае зрительная информация воспринима-
ется каждым глазом по отдельности и запе-
чатлевается только в одной, связанной с ним
половинке мозга. Таким образом, у птицы
между этими половинками отсутствует пере-
нос подобного рода сведений.
Почему этот факт важен? Да потому, что
у высокоорганизованных животных, в том
числе и у человека, в обработке зрительной
информации от обоих глаз участвуют и пра-
386
вое, и левое полушария мозга. Хотя они и
специализированы — левое отвечает за речь,
письмо и счет, а правое воспринимает про-
странство и распознает образы, — работают
они совместно, «рука об руку», дополняя
функции друг друга.
У гаички же глаза расположены по бо-
кам головы, левое и правое поля зрения не
перекрываются, каждый глаз получаемые све-
дения передает лишь «своему» полушарию.
Поэтому, не заложив в него информацию,
нельзя и заставить ее вспомнить.
К чему ведут эти исследования? Благода-
ря достижениям в понимании работы полу-
шарий мозга создаются такие системы, как
разработанный отечественными учеными ней-
ростереодисплей, позволяющий получать и
наблюдать объемное изображение на монито-
ре компьютера без каких-либо очков и шле-
мов. Им уже заинтересовались авиадиспетче-
ры, которым важно иметь подобную картин-
ку полетных ситуаций, а также разработчи-
ки объемного телевидения.
Еще один пример, касающийся существ с
вроде бы ограниченными мыслительными спо-
собностями — насекомых. Какая у них может
быть память? А вот взгляните на картинку.
Пчел, которые хорошо освоили путь к специ-
ально устроенному месту медосбора, перенесли
в темноте от улья в совсем незнакомое им мес-
то и там выпустили.
387
Если бы насеко-
мые вообще не пони-
мали, где они нахо-
дятся, то они полете-
ли бы по привычно-
му направлению, как
по компасу. Если бы
им были нужны ори-
ентиры или метки,
сопровождающие ста-
рый путь, то они вер-
нулись бы к улью и
направились привычной дорогой. Такие воз-
можные трассы указаны пунктиром.
Удивительно, но пчелы выбрали кратчай-
ший путь. А это говорит о том, что они пре-
красно поняли, и где они находятся, и куда
надо двигаться. Иными словами, в их кро-
хотных головках, в памяти, содержались
мысленные карты, созданные за время про-
шлых полетов, и они могли гибко распоря-
жаться уже «выученной» информацией.
СУЩЕСТВУЮТ ЛИ
ТАБЛЕТКИ ПАМЯТИ?
Давайте попробуем проследить за еще од-
ной возможностью узнать побольше об уст-
ройстве памяти и о том, что именно на нее
может повлиять. Сперва расскажем об одном
сомнительном эксперименте.
388
Американские исследователи пытались
обучить планарий — примитивных червей.
Было известно, что на освещение ярким све-
том они реагируют — вытягиваются. Однако
если в это время подвергнуть их слабому элек-
трическому удару, то они, напротив, начина-
ют сокращаться. Спустя какое-то количество
опытов планарий обучают съеживаться лишь
при воздействии света.
Оказалось, что и разделенные пополам
планарии — а таких червей можно делить и
получаются два целых организма — сохра-
нили эту способность. Но еще более удиви-
тельно было то, что если обученных плана-
рий скармливали необученным, то те приоб-
ретали такие же навыки. Получалось, что у
этих червей во время обучения вырабатыва-
ется некое химическое вещество, которое хра-
нит в себе и может передать другому орга-
низму не что иное, как память.
Эти и схожие с ними эксперименты выз-
вали целую бурю дискуссий в ученом мире.
Окончательного вывода из них пока сделать
не удалось. Но вот другой опыт, который был
проведен абсолютно строго, по всем правилам,
принятым в науке.
В неглубокий бассейн, заполненный водой,
запускали крыс, как показано на рисунке на
следующей странице. Для того чтобы они мог-
ли из него выбраться, в противоположном углу
ставили лесенку. Прямой же путь из одного
угла в другой перегораживали простенькими
389
препятствиями. Крысы очень быстро обучались
и находили кратчайший вариант прохождения
такого лабиринта.
Затем обученным крысам вводили сред-
ство, нарушающее выработку некоторых хи-
мических веществ (протеинов) клетками моз-
га. Однако на крыс это не подействовало, и
они по-прежнему быстро находили знакомый
им путь.
В дальнейшем опыт видоизменили. Новых
крыс обучили передвижению по тому же са-
мому лабиринту и разделили на две части.
Первой группе ввели такое же средство, а
вторую, не подвергали его действию. Но те-
перь обе эти команды должны были прохо-
дить слегка переделанный лабиринт. Как ви-
дите на рисунке справа, даже форма пути
была схожа с прежней. И что же — вторая
390
команда моментально переобучилась и быст-
ро находила выход. Но крысы, получившие
инъекцию, оказались просто в растеряннос-
ти — им потребовалось в несколько раз боль-
ше попыток, чтобы наконец сообразить, как
выбраться из бассейна.
Получалось, что на уже хранящуюся в
памяти информацию воздействовать не уда-
ется, но, вводя определенные вещества, мож-
но помешать запоминанию информации све-
жей. Значит, между запоминанием и присут-
ствием химических соединений существует
связь. Развитие подобных исследований при-
вело к созданию препаратов, с помощью ко-
торых стало возможным непосредственно вме-
шиваться в деятельность мозга, стимулиро-
вать ее или угнетать, способствовать лечению
тяжелых болезней или... оказывать наркоти-
ческое действие.
В недавних опытах на пауках было уста-
новлено, как влияют введенные им наркоти-
ки на вид сплетаемых ими паутин. Химичес-
кие вещества воздействовали на складывавши-
еся миллионы лет механизмы передаваемой по
наследству информации — паутины было не
узнать. Причем каждому виду наркотика со-
ответствовал свой, новый рисунок сети, так что
возникла даже идея использовать пауков на
таможнях для выявления характера провози-
мых наркотических веществ.
Бионики, разумеется, не могут спокойно
пройти мимо открытий и идей, касающихся
391
тонких и до сих пор во многом загадочных де-
талей устройства памяти. А что до тех, кто
мечтает получать знания без труда, а лишь гло-
тая содержащие их таблетки, то должны разо-
чаровать — таких средств еще не изобрели!
НА КАКОМ ЯЗЫКЕ
ГОВОРЯТ ЖИВОТНЫЕ?
После всего рассказанного очень трудно
обойти вниманием вопрос о разумности жи-
вотных. Ведь в описанных ранее опытах мно-
гое можно было бы объяснить чисто инстин-
ктивной реакцией живых существ на внеш-
ние раздражители. Повторяя их, мы можем
достичь запоминания сигнала, который не-
сет с собой благоприятное (пища) или отри-
цательное (удар током) воздействие на орга-
низм и добиться от него нужного ответа. Но
вот происходит ли это по одному лишь ин-
стинкту? А может быть, и по сознатель-
ному выбору?
Пожалуй, самыми интересными нашими
помощниками в поисках ответа на вопрос,
могут ли мыслить животные, были дельфи-
ны. Проводились опыты по проверке того,
владеют ли они языком, то есть способны ли
передавать друг другу смысловую информа-
цию. Один из них выглядел так.
В бассейне, разделенном пополам прозрач-
ной сеткой, устанавливали две лампы, а рядом
392
с каждой из них —
по паре педалей. В
правую часть бас-
сейна запускали
самку дельфина, в
левую — самца.
Обучение состояло
в следующем: дли-
тельное свечение
лампы означало
приказ о нажатии
правого рычага, а
мигающий сигнал
требовал включения левого. При правильной
реакции дельфин получал в награду рыбку. С
таким заданием животные справлялись, как
говорится, играючи.
Но вот эксперимент усложнили. Лампу из
отделения, где находился самец, как видно
из рисунка, убрали. И чтобы узнать, на ка-
кую из педалей необходимо нажать для по-
лучения награды, дельфину теперь требова-
лось ориентироваться на действия самки. Ус-
ловия опыта меняли так, что сперва слева мог
быть заметен световой сигнал в правой час-
ти; что лампа была загорожена, но было вид-
но, какую педаль нажимает самка; что не
было видно ни того, ни другого, но в перего-
родке сохранялось отверстие для акустичес-
кой связи между дельфинами; что, наконец,
перегородка между половинками бассейна
была свето- и звуконепроницаемой.
393
Во всех случаях, кроме последнего, дель-
фин-самец принимал верные решения, дости-
гая порой 98 процентов совпадения своих дей-
ствий с выбором самки. Ученые посчитали,
что добыли веские доказательства умения сам-
ки осмысливать световую информацию, ко-
дировать ее в звуковую и передавать партне-
ру. А самец мог воспринимать посылаемые
сигналы, расшифровывать их и практически
безошибочно повторять нужные действия.
На воле дельфины демонстрировали и не
такие, как выяснилось, элементарные для них
умения. Все это привело исследователей к
выводу, что некоторые животные обладают
высокоразвитым языком, что способность ос-
мысленно преобразовывать форму сигналов
присуща не одному лишь человеку, как счи-
талось раньше.
Дональд Хебб
(1904—1985) — канадский
психолог. Заложил основы
современной нейробиологии,
своими трудами предвосхитил
создание компьютерных
моделей нервных сетей —
одного из наиболее перспек-
тивных направлений в иссле-
дованиях по искусственному
интеллекту. Был среди пер-
вых ученых, занявшихся
изучением поведения дельфи-
нов в неволе, предполагая
высокий уровень развития
этих животных.
394
Почему столько сил тратят люди на изу-
чение способов передачи информации жи-
выми существами, их языка? Уж очень хо-
чется, чтобы скорее наступили времена, ко-
торые предвидел Н. Винер, произнося:
«Вполне возможно, чтобы человек разгова-
ривал с машиной, машина — с человеком
и машина — с машиной». Для достижения
этой цели и могут пригодиться знания о
языке животных.
КТО НА СВЕТЕ ВСЕХ УМНЕЕ?
Этим рассказом мы завершаем главу о
биоинформатике, но отнюдь, как вы поняли,
не исчерпываем тему обработки и хранения
информации в живом мире и наших возмож-
ностей воспользоваться подсказками природы.
Много удивительного открылось в последнее
время, и человек вполне может гордиться тем,
что из всех животных он — единственный,
кто способен это понять и оценить, исследо-
вать процессы мышления, да еще строить ду-
мающие машины.
Такими талантами одарила нас эволюция,
снабдив высокоразвитым мозгом. Взгляните
на диаграмму, на которой представлено вос-
хождение от низших животных к высшим,
соотнесенное с величиной мозга. Чем ближе
мы подходим к занимаемому нами месту, тем
круче идет кривая, тем резче видны разли-
395
чия в том, какими возможностями мышле-
ния наделила нас природа, выделяя мозгу все
большую долю в организме.
Но давайте поставим вопрос так: если уж
м.ы столь богато одарены природой, то не дол-
жны высокомерно отбрасывать очевидное и
не делать вид, что не замечаем фактов, кото-
рые свидетельствуют о наличии у других су-
ществ умений и навыков, приписываемых
ранее только людям.
Примеров тому немало. Назовем лишь не
столь давно обнаруженную способность к сче-
ХУ у насекомых. Конечно, речь не идет о том,
что они, наморщив лоб, загибают лапки, как
мы — пальцы на руках. Или записывают
числа.в виде каких-то символов. Но установ-
ленный факт — то, что, например, для пчел
не безразлично число совершаемых перед уль-
ем пируэтов их соплеменницы, принесшей
мед. Это информация, передаваемая и воспри-
396
нимаемая, как некое подобие цифрового язы-
ка. Американские же ученые считают, что в
памяти пчел находится что-то вроде фотоаль-
бома с образами содержащих нектар цветков,
причем «снимки» эти цветные.
Или вот еще возможности, демонстрируе-
мые муравьями. Они способны сообщить друг
ДРУГУ, на какой по счету веточке, отходящей
от ствола дерева, находится лакомство. Бо-
лее того, как полагают отечественные иссле-
дователи, муравьи в пределах пяти цифр мо-
гут складывать и вычитать.
А как отнестись к научным публикациям
о воронах, подкладывающих орехи под коле-
са проезжающего транспорта? Об африкан-
ском сером попугае, просящем по-английски
вещи, с которыми ему хочется поиграть? О
шимпанзе, научившихся общаться с помощью
клавиатуры пишущей машинки или жеста-
ми языка для глухонемых?
Заметьте, как меняются люди, соприкос-
нувшиеся с такими удивительными фактами.
Когда-то человек отшучивался: «Животные не
способны мыслить, но они себе на уме». А
после опытов по проверке памяти и обуче-
нию осьминогов и кальмаров один из амери-
канских ученых заявил: «Сегодня у нас нет
достаточного количества данных, чтобы точ-
но определить уровень умственного развития
головоногих, однако проблема эта существу-
ет только из-за недостатка ума у человека, а
не у моллюска».
397
А вот... Стоп! Давайте удержим себя и ос-
тановимся в перечислении поразительных
находок последнего времени. Наверное, сто-
ит просто посоветовать повнимательнее сле-
дить за представителями живого мира — ведь
именно с таких наблюдений и начинались
подобные открытия.
ВОКРУГ БИОНИКИ
• Пытаясь опровергнуть утверждение Галь-
вани о «животном электричестве», Вольта
проводил и такой опыт: надо прикоснуться к
глазному яблоку оловянным листком, а в рот
взять серебряную ложку. Замыкание между
собой ложки и листка приводит к световому
ощущению в глазу.
• Свой источник постоянного тока Вольта
назвал поначалу «искусственным электричес-
ким органом», поскольку тот вызывал удар,
напоминающий разряд электрических рыб.
Кстати, открытие Вольта практически мгно-
венно получило всеобщее признание, а на его
доклад в Парижской Академии наук явился
сам Наполеон Бонапарт, по достоинству оце-
нивший заслуги ученого.
• По-видимому, первым ученым, испытав-
шим на себе силу рыбьих «электростанций»,
был знаменитый географ и натуралист Алек-
сандр фон Гумбольдт, наступивший во вре-
398
мя своего аргентинского путешествия 1800
года на только что вытащенного из воды элек-
трического угря.
• Электрических рыб часто использовали
ученые-физики в качестве лабораторных ис-
точников тока, как, например, великий анг-
лийский экспериментатор Майкл Фарадей.
Поскольку многие естествоиспытатели счита-
ли, что «животное электричество» должно об-
ладать какими-то особыми признаками, он
провел серию специальных работ, которыми
доказал, что самые разные виды электриче-
ства имеют одну природу.
• Перед сильным землетрясением, как об-
наружили японские сейсмологи, начинает не-
обычайно беспокоиться сом. Оказалось, что
часов за восемь до начала бедствия возника-
ющее в воде электрическое поле становится
настолько большим, что в десяток раз пре-
вышает порог чувствительности этой рыбы.
• Электрическая рыба гимнарх — крупный
ночной хищник — непрерывно посылает сла-
399
бые разряды, так что вокруг ее тела в воде про-
текают электрические токи. Их картина в от-
сутствие поблизости каких-либо предметов по-
казана на рисунке слева на следующей страни-
це. Но стоит чему-то оказаться в зоне локации
гимнарха, как эта картина меняется, что сразу
фиксируют электрорецепторы рыбы, причем она
различает не только форму и размеры предме-
та, но и его способность проводить ток.
• Под линиями электропередачи наводится
такое сильное поле, что начисто пропадает
кровососущая активность комаров. Вблизи
мощных электростанций птицы теряют спо-
собность ориентироваться. Едва завидев свет
голубого экрана телевизора, мыши покидают
помещение, поскольку крайне чувствительны
к излучениям электронной трубки.
• «Ты, электрический зверек мой, в тиши-
не мурлычешь под моей рукою», — писал
французский поэт Ш. Бодлер о кошке. Из-
вестно, что если погладить сухую кошачью
шерсть, то она заряжается и встает дыбом.
Однако мощность этой живой электростан-
ции крайне низка: подсчитано, что для пи-
тания всего лишь 15-ваттной лампочки тре-
бовалось бы гладить одновременно 150 мил-
лионов кошек!
• Генерация растениями электрических им-
пульсов в ответ даже на ничтожно малые, бе-
зопасные раздражения носит, как показали
отечественные ученые, предупредительный ха-
рактер, мобилизуя органы и ткани для реак-
400
ции на вероятное ухудшение внешних усло-
вий. А некоторые исследователи даже полага-
ют, что растения способны воспринять на рас-
стоянии эмоциональное состояние человека.
• В японском Мемориальном парке на ост-
рове Окинава записали электрические сигна-
лы растений и цветов, ввели в компьютер и
преобразовали в звуки. Они стали основой для
сочинения местным композитором «раститель-
ной» симфонии в стиле рок.
• Исследования искусственных кровеносных
сосудов привели к выводу, что их внутрен-
ней поверхности необходимо сообщать отри-
цательный электрический заряд, иначе они
увеличивают свертываемость крови. Оказа-
лось, что многие ткани живого организма, в
том числе и сосуды, находятся в электричес-
ки заряженном состоянии, то есть являются
биоэлектретами.
• Медики выдвинули предположение, что
точки акупунктуры, которые используют для
иглоукалывания, представляют собой еще
один, помимо нервных путей, канал переда-
чи электрических сигналов в организм. К это-
му их побудило то, что при введении иглы в
такую точку человек ощущает слабый элект-
рический разряд. Не наследство ли это на-
ших древнейших предков, обитавших в море
и обладавших электрорецепторами?
• Кальмару для «запуска» своего реактивно-
го двигателя требуется быстро и одновремен-
но заставить сработать всю мускулатуру. Этой
401
цели служат его гигантские нервные волокна,
достигающие в поперечнике миллиметра. Они,
кстати, в тридцатые годы нашего века стали
замечательным объектом для исследований
прохождения нервного импульса.
• Необычная, по сравнению с машинами, на-
дежность организма связана с избыточным
числом одновременно действующих его эле-
ментов. Так, для нормальной работы главно-
го глазного нерва человека достаточно было
бы четырех тысяч нейронов, а их там задей-
ствовано 25 тысяч!
• Информация, полученная до обеда, запоми-
нается лучше, чем после еды. Доказано, что
негромкая музыка активизирует концентрацию
памяти и способность к запоминанию. Для тре-
нировки мозга и улучшения его кровоснабже-
ния полезно работать за пишущей машинкой
или играть на клавишных инструментах, да и
просто барабанить пальцами по столу.
• По оценкам ученых, человеческий мозг при
каждодневной напряженной нагрузке обраба-
тывает за всю жизнь около 20 миллиардов
единиц информации. Однако для того, чтобы
всю ее хранить, достаточно было бы и тысяч-
ной доли общего числа нервных клеток. Не-
обыкновенную способность взаимозаменяемо-
сти частей мозга продемонстрировал случай с
известным ученым Луи Пастером, прожившим
после паралича почти половину жизни с од-
ним лишь здоровым полушарием и сделавшим
в это время свои самые крупные открытия.
402
• Большинство женщин баюкают детей,
держа их на левой руке. Английские иссле-
дователи объясняют это тем, что тогда ин-
формация о поведении ребенка передается в
правое полушарие мозга матери, отвечающее
за эмоциональные реакции и лучше приспо-
собленное для ее расшифровки. Также оно
может, в отличие от левого, анализировать
зрительные образы, неосознанно воспринима-
емые глазами и обычно ускользающие от на-
шего внимания.
• Чтобы обезопасить подводные съемки от
бегемотов, представляющих немалую угрозу
для человека, знаменитый океанограф Жак
Ив Кусто предложил изготовить подводную
лодку по образу и подобию этого животного.
Форма каучукового «собрата» настолько со-
ответствовала представлениям бегемотов, что
не вызвала у них подозрений и позволила
благополучно завершить работу.
• Редкую форму мимикрии открыли канад-
ские биологи, назвав ее «волк в овечьей шку-
ре». Мухи одного вида, имеющие черные по-
лосы на крыльях, имитировали с их помощью
полосатые лапки своего врага — зебрового па-
ука. Определенным образом взмахивая кры-
льями, муха копирует движения паука и от-
бивает у него охоту к нападению.
• Подчеркивая несоответствие, несовпадение
зрительного восприятия человека с окружа-
ющим нас миром и недостижимость фотогра-
фической точности в живописи, известный
403
итальянский художник Джорджо де Кирико
говорил: «Я пишу то, что вижу своими за-
крытыми глазами».
• Группа ученых из Российской академии
наук пришла к ошеломляющему выводу о
том, что с помощью словесных мыслеобразов
человек способен созидать или разрушать свой
наследственный аппарат. Иначе говоря, сло-
вами молитвы можно вызывать резервные
силы, скрывающиеся в молекулах, ответствен-
ных за передачу наследственных программ,
а руганью и проклятиями — подавлять их.
• Еще столетие назад, указывая на реаль-
ную возможность моделирования действий
животных, выдающийся отечественный уче-
ный Николай Умов писал: «В целом ряде ак-
тов, сопровождающихся сознанием и вызы-
ваемых внешним миром, живая материя мо-
жет быть заменена автоматом».
• Голотрамма — особый снимок в лазерных
лучах — отличается тем, что каждая ее точка
содержит всю информацию о заснятом объекте,
поэтому даже ее кусочка достаточно для восста-
новления полной картины съемки. По анало-
гии с ней была создана математическая модель
деятельности нейронной сети в мозгу человека.
Такая сеть, внесенная в память компьютера,
обладала некоторыми качествами нашего моз-
га, например, могла, реагируя на внешний сиг-
нал, порождать образы, причем не утрачивала
работоспособности даже при разрушении 15 про-
центов своих элементов.
404
Николай Алексеевич Умов
(1846—1915) — российский
физик, активный популяри-
затор науки, пропагандист
естественнонаучных зна-
ний. Работы посвящены
теории колебаний, оптике,
электричеству, магнетизму.
Создал учение о движении
энергии. Изучая процессы,
протекающие в живой и
неживой материи, показы-
вал единство всех организо-
ванных систем, высказывая
идеи, принятые на воору-
жение бионикой.
• Запущенный в октябре 1998 года амери-
канский зонд «Глубокий космос — 1» дви-
жется по Солнечной системе без какой-либо
помощи с Земли. Управляет им суперкомпью-
тер, способный провести зонд мимо комет и
астероидов, обследовать их и всю информа-
цию направить к своим создателям. Без их
вмешательства космический навигатор лишь
на основе собственных наблюдений и расче-
тов всегда знает, где он находится.
• В настоящее время ведутся разработки по
созданию источников тока, аналогичных био-
логическим мембранам, для применения в ми-
никомпьютерах. Дело в том, что размеры та-
ких элементов могут быть чрезвычайно малы,
ведь толщина мембран составляет всего лишь
проценты от миллионной доли метра!
• Примером поразительной компактности
может служить анализатор химического со-
405
става грунта Марса, разработанный россий-
скими учеными и установленный на амери-
канском марсоходе «Ровер». Целая лаборато-
рия весит всего лишь 570 граммов и умеща-
ется в чайной чашке. А электронный блок,
обрабатывающий полученную информацию и
готовящий ее к передаче на Землю, может
разместиться в контейнере кубической фор-
мы со стороной 8 сантиметров.
• Немецкие эксперты, составившие прогноз
развития науки и техники на первую четверть
XXI века, предсказывают, что к 2020 году
будут выяснены нейробиологические основы
функционирования мозга — такие, как по-
знание, память, язык и сны.
• По мнению некоторых американских уче-
ных, к 2030 году появится возможность со-
здания суперкомпьютера, превосходящего по
информационной мощности способности мозг
всего человечества. К тому же времени для жи-
телей развитых стран станет доступным ин-
формационное бессмертие, когда все хранимые
в мозгу человека сведения можно будет пере-
писать на электронный носитель и хранить
неопределенно долго или вставлять во взятое
напрокат тело биоробота. Неужели действи-
тельно претворятся в жизнь слова Норберта
Винера о «передаче человека по телеграфу»?
БИОТЕХНОЛОГИЯ
Как избавиться от загрязнений?
Можно ли питаться мусором?
Сколько же профессий
у бактерий?
На что способны водоросли?
Как растения
спасаются от вредителей?
Кто помогает
в борьбе с сорняками?
Чего от насекомых больше —
вреда или пользы?
Как опреснять морскую воду?
Для чего медикам мембраны?
Что может генная инженерия?
Как сберечь продукты питания?
Так возможны ли химеры?
Нужно ли Марс
переделывать в Землю?
Вокруг бионики
Упали в прах обломки суеверий,
Наука в правду
превратила сон:
В пар, в телеграф,
в фонограф, в телефон,
Познав составы звезд
и жизнь бактерий.
В. Брюсов
Взглянув на картинку, открывающую эту
главу, вы можете упрекнуть автора книги и
художника в безудержной фантазии. Откуда
может взяться столь необычное существо? Ка-
ким образом совмещаются в одном организ-
ме такие совершенно разные животные, как
тигр и кит?
Что-то говорит нам: сама природа подобных
монстров создать не может. Однако, если ал-
химикам было позволительно надеяться на пре-
вращение одних веществ в другие, то почему
нельзя было мечтать о существах, сочетающих
в себе черты разнородных организмов, так ска-
зать, переходящих друг в друга? Подкрепля-
лись эти надежды уходящими в древность пред-
ставлениями о химерах — чудовищах с туло-
вищем козы, головой льва и хвостом дракона.
Увы, русалки и сирены, пегасы и кентав-
ры, встречающиеся в мифах и фольклоре,
действительно были лишь плодом воображе-
409
ния. Многочисленные попытки скрестить, как
шутливо говорится, бульдога с носорогом, не
приводили к успеху. Природой был постав-
лен непреодолимый барьер на пути получе-
ния межвидовых гибридов.
Но постепенно достижения биологов под-
вели человечество к поистине новой револю-
ции. Сегодня стало возможно вмешиваться в
ход тончайших природных процессов на ге-
нетическом — наследственном — уровне и
влиять на появление неведомых еще существ.
Зачем это нужно людям? Для удовлетво-
рения любопытства? Для демонстрации воз-
можностей науки? Для утверждения своего
превосходства над природой?
В поисках ответа отступим немного во
времени. Как справедливо отметил в начале
XX века В. Брюсов, уже тогда наука и тех-
ника воплотили многие заветные мечты че-
ловечества. Были созданы быстроходные
транспортные средства и установлена связь
между людьми, немыслимая ранее по своей
скорости и масштабам охвата. Строились
грандиозные энергетические станции и воз-
двигались огромные фабрики и заводы.
Но у этой медали прогресса была и обрат-
ная сторона: возрастало количество произво-
димых отходов, загрязнялась окружающая
среда, возникали новые болезни. Не секрет,
что бороться со всеми этими напастями, при-
зывая на помощь ту же технику, оказалось
людям не под силу. И нужно было вновь обра-
титься к живой природе, в том числе к бак-
410
териям, в мир которых только-только про-
никал человек, для того, чтобы узнать, как
она справляется с подобными проблемами.
Подумайте, например, существуют ли в
природе, взятой отдельно от человека, такое
понятие, как отходы? Конечно же, нет, у нее
все идет в дело и огромную роль в этом игра-
ют микроорганизмы. Так почему бы не поза-
имствовать у них это «умение»?
Все больше узнавая о жизни и возможно-
стях мельчайших существ, люди не только
напрямую использовали их для своих нужд,
но и добрались в конце концов до расшиф-
ровки механизма наследственности. Иначе
говоря, мы получили доступ к конструирова-
нию организмов с заранее известными, необ-
ходимыми нам качествами.
Вот так поначалу исподволь, по мере ус-
пехов и достижений науки, сложилось новое
направление нашей деятельности, называемое
биотехнологией. Сегодня это одна из самых
стремительно развивающихся отраслей, ори-
ентированная на решение насущных проблем
человечества.
КАК ИЗБАВИТЬСЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ?
Картинка, которую мы приводим на сле-
дующей странице, представляет собой пейзаж,
обнаруженный людьми у подводных геотер-
мальных источников. В главе о биоэнергети-
411
ке мы говорили о необычных существах, напо-
минающих длинные гибкие трубки и населя-
ющих эти глубоководные места, — погоно-
форах, мирно уживающихся с бактериями.
Оказалось, что не только на склонах ис-
точников, выбрасывающих горячие воды, рас-
пространены погонофоры. Они живут и на
мелководье, причем в содружестве с бактери-
ями, способными перерабатывать метан — го-
рючий газ, используемый нами как топливо
и сырье для химической промышленности.
Наблюдения показали, что практически
везде, где люди обнаружили под океанским
дном запасы нефти и газа, рядышком оби-
тают погонофоры и эти чувствительные к ме-
тану бактерии. Пока добыча горючих иско-
паемых идет на не очень больших глубинах,
можно применять различные технические
способы их разведки. Но когда люди дви-
412
нутся в глубь океана, одним из указателей
на перспективные залежи могут стать эти са-
мые бактерии.
Их способность извлекать метан из окру-
жающей среды может пригодиться и в шах-
тах, где добывают уголь. Огромное число про-
исходящих в забоях катастроф связано имен-
но со взрывами этого горючего газа, подни-
мающегося из недр.
Как выяснилось, борясь с пятнами от раз-
лившейся в океане нефти с помощью синте-
тических моющих средств и горячей воды,
человек приносит природе больше вреда, чем
пользы, попутно уничтожая флору и фауну.
Необходимо же использовать новую техноло-
гию, когда в работу включаются бактерии,
просто «пожирающие» нефтепродукты.
Получается, что микроорганизмы могут слу-
жить как индикаторами какого-то полезного или
опасного вещества, так и защитниками от него,
если оно окажется для
нас вредным. Взгляни-
те-ка на рисунок, где
изображено крохотное
зернышко, которое,
чтобы как следует раз-
глядеть, нужно было
многократно увели-
чить. Что оно вам на-
поминает — песчинку
или комочек пластили-
на? Это — собранная в
413
сточных водах длинным нитевидным грибом
гранула, содержащая еще более мелкие части-
цы токсичных веществ. Вот работа микроорга-
низмов, в которой мы так сегодня нуждаемся!
Огромное количество используемой про-
мышленностью и для бытовых нужд воды
сбрасывается в водоемы. Если не следить за
ее чистотой, мы скоро лишимся источников
питьевой воды. Бактерии и микроскопичес-
кие грибы — надежные помощники в деле
ее очистки.
МОЖНО ЛИ ПИТАТЬСЯ МУСОРОМ?
Если бактерии могут питаться совершен-
но, на наш взгляд, несъедобными вещества-
ми, то почему бы не использовать их для пе-
реработки твердых отходов? Ведь наша пла-
нета, особенно крупные города, все больше
задыхается от мусора.
Выделяются огромные площади для свалок,
но это выводит из оборота так нужные нам
земли. Мусор сжигают, но тогда в воздух по-
падают ядовитые вещества. Закапывая его в
землю, мы, словно страусы, прячущие голову
в песок, пытаемся отстраниться от проблемы,
а что же с ним дальше там происходит?
Дело в. том, что очень многие искусствен-
но созданные нами соединения могут десяти-
летиями не разлагаться, накапливаясь в поч-
ве, например, стекло и некоторые пластмас-
414
сы. Или же медленно отравлять окружающую
среду, выделяя токсины, а мы затем будем
находить в растениях и продуктах животно-
водства следы вредных для нас веществ.
И вот тут вспомнили об экологически чи-
стом способе получения металлов из бедных
руд с помощью бактерий. Тысячелетиями
люди добывали, например, медь, используя
дренажные воды, но не догадывались, какую
роль в этом играют микроорганизмы. Они пе-
реводят металл в растворимые соединения, ко-
торые легко вымыть из руды водой. Теперь
таким способом пользуются вполне сознатель-
но, добывая не только медь, но и никель, зо-
лото, уран и многие другие химические эле-
менты. Процесс добычи стал проходить быст-
рее, экономичнее, а главное — чище! Нельзя
ли и с полимерами так же «разобраться»?
Да, и здесь на выручку приходят бакте-
рии. Были обнаружены, а впоследствии и спе-
циально выращены такие их разновидности,
которые могут извлекать из почвы попадаю-
щие в нее полимерные соединения. Причем
интересно, что если вокруг достаточно пригод-
ной для бактерии пищи, она не делает ника-
ких запасов. Но стоит ей почувствовать, что
«нормального» пропитания становится мень-
ше, а вместо него подсунули что-то неподхо-
дящее, как она интенсивно начинает накап-
ливать внутри себя полимерные гранулы. Их
теперь нетрудно увидеть на снимках, сделан-
ных с помощью электронного микроскопа.
415
Таким образом микроорганизмы способ-
ствуют очищению природы от зловредного
мусора. Далее, если организовать подобное
поглощение полимеров в промышленном мас-
штабе, то мы получаем естественную безот-
ходно работающую фабрику по их производ-
ству. При этом одни и те же бактерии мож-
но заставить «выпускать» разнообразные про-
дукты, и к тому же с заданными свойства-
ми. Еще один способ применения особеннос-
тей таких бактерий — изготовление из поли-
мерных отходов, к примеру, из засорившей
весь мир полиэтиленовой пленки, питатель-
ных удобрений для растений.
Как видите, природа создала свои фаб-
рики и заводы, которые миллионами лет очи-
щали йащу планету от всякого рода есте-
ственных загрязнений и, переработав, запус-
кали их снова в оборот. Стоит ли пренебре-
гать такой совершенной технологией? Ведь
416
во многих случаях нам достаточно только
внимательного наблюдения за этими процес-
сами и желания перенять их для наших се-
годняшних нужд.
СКОЛЬКО ЖЕ ПРОФЕССИЙ
У БАКТЕРИЙ?
Однажды в открытом море затонула аме-
риканская подводная лодка. Прошло доволь-
но много времени, прежде чем ее удалось об-
следовать под водой. Каким же было удивле-
ние ученых, решивших посмотреть, что про-
изошло с запасами продуктов, пролежавших
на морском дне, — они оказались в целости
и сохранности.
Попробовали проверить, уже в лаборато-
рии, способность продуктов так долго хра-
ниться. Поместили их в чистую морскую
воду и стали выдерживать при температу-
ре, соответствующей той глубине, на кото-
рой покоилась лодка. И что же? Все про-
дукты менее чем за две недели пришли в
негодность. Оказалось, что в таких услови-
ях портившие их микроорганизмы очень
быстро размножались.
Чего же не предусмотрели ученые? Выяс-
нилось, что необходимо было воспроизвести
еще и такое давление, которое испытывают
продукты на дне океана, а оно в 150 раз боль-
ше атмосферного!
14 Тайны природы
417
Это было хорошей иллюстрацией того, что
требуется для подавления роста бактерий, в
деятельности которых мы не нуждаемся. С
другой стороны, такого рода опыты позволя-
ют выяснить, какие условия необходимо со-
здавать полезным микроорганизмам для их
благополучного размножения.
Успешная борьба за продление сроков ис-
пользования пищи началась еще полтора сто-
летия назад с работ Луи Пастера. Это его
именем назван способ уничтожения микробов
в жидкостях и продуктах однократным на-
греванием до температуры 60—70 градусов по
Цельсию, благодаря чему стало возможным
консервировать молоко, вино и пиво.
А вот недавний пример противоположно-
го характера. Один из английских исследо-
Луи Пастер
(1822—1895) — француз-
ский ученый, основополож-
ник современной микробио-
логии. Создал биохимичес-
кую теорию брожения,
разработал процесс, позво-
ляющий продолжительно
сохранять продукты пита-
ния — пастеризацию.
Нашел средство борьбы с
заразными болезнями —
прививки. Доказал невоз-
можность самозарождения
микроорганизмов.
418
вате лей обнаружил, что определенный вид
бактерий может вырабатывать электрический
ток, если их постоянно подпитывать... сахар-
ным сиропом. Благодарные микроорганизмы
в ответ на такую заботу производили столько
энергии, что даже возникла мысль исполь-
зовать ее для работы электромобиля. По рас-
четам выходило, что такая машина способ-
на пробежать более 1000 километров при за-
правке ее 50 килограммами густого сахар-
ного сиропа.
Это может прозвучать как шутка, да и
зачем тратить сахар? Но, по здравому раз-
мышлению, пришли к выводу, что неприхот-
ливым бактериям годится и технический са-
хар, получаемый из различных растительных
отходов — соломы, опавших листьев, опилок.
В дело могли бы пойти и полимерные изде-
лия, выбрасываемые на свалку. Возможен
также вариант комбинированных электричес-
ких батарей, когда сахар из воды и углекис-
лого газа добывали бы с помощью солнечно-
го света одноклеточные водоросли, а его бы
использовали бактерии. Что и говорить, за-
манчивые проекты, хотя и нереализованные
пока в промышленном масштабе.
В последние годы многие ученые склоня-
ются к мысли, что большинство бактерий ве-
дут жизнь не одиночных, а коллективных су-
ществ, распределяя между собой разнообраз-
ные функции. Видимо, каждой клетке выгод-
419
нее обитать в ко-
лонии, нежели
самой по себе. И
действительно,
сложные биохи-
мические про-
цессы, в которых
участвуют бакте-
рии, вне органи-
зованных групп
протекают менее
эффективно.
Еще одно ин-
тересное наблю-
дение. Структура
подобных той, что
бактериальных колоний,
изображена на рисунке при увеличении в 180
раз, носит так называемый фрактальный —
ветвящийся — характер. Так же устроены кро-
веносные системы и дыхательные пути, кро-
ны деревьев и корневые образования. Объеди-
няет их задача доставить (или вывести) ка-
кие-либо вещества в определенную область и
равномерно распределить их там. Обнаружив,
что в природе широко распространены такие
структуры, человек стал использовать их в тех-
нике, например, при прокладке трубопроводов,
распределяющих нефть или газ огромному чис-
лу потребителей, или сооружении несущих
строительных конструкций, схожесть которых
с формой деревьев приводит к заметной эко-
номии материалов.
420
НА ЧТО СПОСОБНЫ ВОДОРОСЛИ9
В предыдущем рассказе мы отметили воз-
можность совместной работы растительных
организмов — водорослей — и бактерий. Од-
нако это была искусственная, нарочно создан-
ная человеком ситуация. А нет ли в природе
вариантов согласованного, взаимно полезного
сотрудничества бактерий с другими организма-
ми, которое и нам неплохо было бы перенять?
Один из примеров такого симбиоза мы уже
приводили — это взаимодействие погонофор
и бактерий. Там, правда, был случай, кото-
рый пока еще не подсказал какой-либо тех-
нологии. А вот выращивание риса, одной из
основных пищевых культур в мире, как раз
может продемонстрировать многое подсмот-
ренное человеком в природе.
На рисунке показано, как выглядит вы-
саженный в почву рис. Может быть, вам
421
приходилось видеть, хотя бы в фильмах, так
называемые рисовые чеки. В отличие от по-
лей пшеницы, ржи и овса, эти угодья зали-
вают водой. Потому-то и возделывают рис
там, где в ней недостатка нет.
Понятно, что любому земледельцу хочет-
ся снять как можно больший урожай. Но со
временем почва беднеет, растения вытягива-
ют из нее необходимые для их роста веще-
ства. Тогда приходится производить подкорм-
ку — вносить в почву минеральные удобре-
ния, представляющие собой искусственно со-
зданные нами химические соединения.
А это уже вмешательство в естественные
природные процессы. Как бы точно мы ни
старались рассчитать, сколько нужно расте-
ниям этих удобрений, часть их все равно ос-
тается в почве, меняет ее химический состав,
а также вымывается дождями и постепенно
накапливается в водоемах.
В идеале было бы желательно вообще
обойтись без искусственно вносимых в поч-
ву химикатов. Но как же тогда поднимать
урожай? А дело в том, что необходимое рас-
тениям вещество носится буквально в возду-
хе. Это азот — газ, составляющий большую
его ч^сть. Правда, непосредственно усваивать
азот растения не могут. Если же появятся
такие посредники, как бактерии и синезеле-
ные водоросли, переводящие, перерабатыва-
ющие атмосферный азот в доступные для
422
растении питательные соединения, то мож-
но вообще обойтись без минеральных удоб-
рений. В примере с рисом подобным путем
удается поднять его урожайность до двух
тонн с гектара, что считается весьма хоро-
шим показателем.
Бактерии и водоросли, эти крошечные
труженики, способны, по оценкам биотехно-
логов, обеспечить в начале следующего века
не менее трети наших потребностей в удобре-
ниях. Добавьте к этому выгоды от прекраще-
ния производства азотных химикатов — слож-
ного, долгого и дорогостоящего процесса —
и экологическую чистоту природных мини-
заводов. Вот сколько преимуществ!
С разведением водорослей связывают еще
и надежды на очищение воздуха от вред-
ных примесей, прежде всего от углекисло-
го газа. Дело не ограничивается их возмож-
ным использованием в длительных косми-
ческих экспедициях, когда разговор идет о
небольшом замкнутом пространстве. Амери-
канские ученые разработали проект строи-
тельства гигантских океанских ферм по
выращиванию водорослей, способных дей-
ствовать в планетарном масштабе. Они по-
глощали бы до 5 миллиардов углекислого
газа в год, то есть большую часть его выбро-
сов в атмосферу. Вдобавок водоросли выраба-
тывали бы метан, которым можно заменить
ископаемое горючее.
423
КАК РАСТЕНИЯ
СПАСАЮТСЯ ОТ ВРЕДИТЕЛЕЙ?
В горах Японии, вдали от городов и про-
мышленных предприятий находится чудесное
чистое озеро. Тысячи лет люди пользовались
его прозрачной водой. Но вот совсем недавно
было обнаружено, что даже в нем изменился
химический состав — туда попали токсичные
вещества.
Откуда они могли там взяться, ведь вок-
руг не было никаких источников загрязне-
ния? Анализ показал, что это были пестици-
ды — специальные химические соединения,
применяемые для борьбы с сельскохозяйствен-
ными насекомыми-вредителями. А заносили
их в озеро воздушные потоки, пришедшие с
полей Китая и Кореи. Выходило, что спасая
свой урожай, люди наносили урон природе
за полторы тысячи километров!
Другой пример. Когда-то индонезийский
остров Калимантан страдал от нашествия це-
лых полчищ тараканов. Для борьбы с ними
был использован порошок ДДТ — специаль-
ный инсектицид, то есть вещество для унич-
тожения насекомых. Тараканы «слопали» эту
отраву и благополучно выжили. Их, в свою
очередь, съели ящерицы, а тех — кошки.
И вот тут перешедшее к кошкам по пище-
вой цепочке токсичное вещество проявило себя
в полной мере — началось массовое вымира-
424
ние зверьков. А это отразилось на катастро-
фическом росте количества крыс, вплоть до
того, что миллионы грызунов стали выживать
людей из домов. Пришлось на остров в сроч-
ном порядке сотнями «десантировать» на па-
рашютах новых кошек, и только благодаря
этому удалось справиться с крысами.
Не раз приходилось людям вспоминать в
таких случаях английскую детскую песенку
о гвозде, которого не оказалось в кузнице.
Если помните, это в конце концов привело к
тому, что была разбита целая армия. А мы
лишний раз убеждаемся в том, насколько
осторожно надо вмешиваться в природу, ведь
порой даже малые воздействия на нее приво-
дят к непредсказуемым последствиям.
Так что же, скажете вы, не стоит бороть-
ся с вредными насекомыми? Почему же, обя-
зательно надо, только давайте посмотрим, как
с такой задачей справляется сама природа.
Взгляните на рисунок на следующей стра-
нице, где видно, как развивается табачный
бражник, гусеницы которого питаются листь-
ями табака и томата. Если ему ничего не ме-
шает, то вырастает обычное насекомое. Если
же в его пищу добавить специальное защит-
ное вещество, вырабатываемое одним бобовым
растением, которое он не уничтожает, то его
потомство окажется неполноценным.
Да, и у растений, представьте, есть свои
химические средства защиты. Научившись их
425
извлекать или создавать и воздействовать ими
на насекомых вместо искусственных химика-
тов, мы добьемся больших успехов в борьбе с
вредителями.
Дело еще и в том, что за долгие годы на-
секомые успели приспособиться к губитель-
ным ранее пестицидам. Наша «химия» уже
не берет таких опасных вредителей, как ко-
лорадский жук, совка и капустная моль. По-
этому разработка и внедрение биологических
методов борьбы с сельскохозяйственными вре-
дителями актуальны, как никогда!
А тем, кто хочет избавиться в своем доме
хотя бы от назойливых мух, советуем разво-
дить хищные растения: росянку, жирянку и
венерину мухоловку. Эти «охотники» пре-
красно заменяют липучки и химикаты, не
требуя особого ухода.
426
КТО ПОМОГАЕТ В БОРЬБЕ
С СОРНЯКАМИ?
Помимо инсектицидов — средств борьбы
с вредными насекомыми, земледельцы актив-
но использовали и так называемые гербици-
ды — химические соединения, помогающие
избавляться от сорняков. Казалось бы, дело
полезное, потому что всю историю земледе-
лия людям приходилось тратить невероятные
усилия, уничтожая те растения, что не дава-
ли полноценно развиваться полезным куль-
турам. Вспомните, если вам поручали пропол-
ку сорняков на огороде, насколько это «при-
ятное» занятие.
Понятно, что когда появились всякого
рода химикаты, избавляющие от столь тяже-
лого труда, работники сельского хозяйства это
только приветствовали. Но вновь беда — все
большее накопление в почве, кормовых куль-
турах и грунтовых водах чуждых природе
веществ приводило в конечном итоге к об-
ратным результатам. Гербициды стали реаль-
ной угрозой здоровью человека и животных.
Однако и здесь можно подсмотреть и най-
ти способы, которыми защищается от сорня-
ков сама природа. Так, попавший в прошлом
веке в Индию американский кактус опунция
стал настолько бурно разрастаться, что бук-
вально вытеснил все посадки крестьян. Но на
него нашли естественную управу: кактус при-
шелся по вкусу маленькому насекомому под
427
названием червец. И стоило только позабо-
титься о размножении этих крохотных су-
ществ и регулярно выпускать их в нужных
местах, как была одержана сокрушительная
победа над коварным сорняком.
Немногим более ста лет назад опунция
могла превратить в сплошные заросли колю-
чих лесов и целый континент — Австралию.
Она размножалась там с невероятной быст-
ротой — пастбище в тысячу гектаров за де-
сять лет приходило в полное запустение. Спас-
ли континент невзрачные ночные бабочки,
завезенные из Аргентины. За полтора десят-
ка лет они «огнем и мечом» прошлись по ко-
лючим захватчикам, вернув в оборот 30 мил-
лионов гектаров угодий! Недаром благодар-
ные фермеры воздвигли в честь этой бабочки
памятник.
Отметим, однако, что в других районах
Земли некоторые виды тех же червецов ока-
428
зываются страшными вредителями. В тринад-
цати африканских государствах одно время
пришлось отказаться от посевов маниока —
очень питательного растения — из-за того, что
его нещадно уничтожали червецы.
Но и в этот раз был найден естественный
«борец» с вредителем. Им оказалась крошеч-
ная оса, откладывающая свои яйца в яйца
червецов, которые становятся для осиных
личинок живой столовой. Тем самым удалось
сохранить огромные средства, предназначен-
ные поначалу для борьбы с вредными насе-
комыми с помощью химикатов, и восстано-
вить посадки маниока.
Появилась надежда, что подобным путем
мелкие осы помогут справиться и с тарака-
нами — в Калифорнии были проведены об-
надеживающие эксперименты. Там же нача-
ли действовать десятки фирм, разводящие жу-
ков, клещей и улиток для помощи фермерам
в борьбе со всякого рода садовыми и огород-
ными паразитами.
429
Возвращаясь к сорнякам, надо сказать, что
в последние годы они получили неожиданную
поддержку. Защитники природы в Швейца-
рии, к примеру, выступили с предложением
отказаться от беспощадной борьбы с ними.
Полагают, что при этом нарушается природ-
ный баланс, требующий биологического раз-
нообразия, и приводят немало аргументов в
пользу того, что сорняки могут быть даже
полезными. А именно: они защищают почву
от эрозии, а едва пробившиеся из-под земли
ростки полезных культур — от мороза, града
или палящих солнечных лучей. Главное же —
сорняки дают кров полезным насекомым, спо-
собным бороться с сельскохозяйственными
вредителями.
Вот какие непростые взаимоотношения
складываются в природе. Есть над чем при-
задуматься биотехнологам...
ЧЕГО ОТ НАСЕКОМЫХ БОЛЬШЕ —
ВРЕДА ИЛИ ПОЛЬЗЫ?
Иногда маленькие дети, увидевшие куз-
нечика, грызущего травку, жалеют ее: «Он
ей делает больно!» Но, во-первых, насекомым
тоже надо питаться. Во-вторых, отнюдь не
всегда ^насекомое вредит при этом растению.
Тот же кузнечик во время еды вносит в лист
вещество, способствующее его росту.
Удивительным образом в дикой природе
установились взаимные связи, выгодные всем
430
участникам пищевых цепочек. А в тех слу-
чаях, когда растению «не хочется», чтобы его
грызло то или иное насекомое, оно выделя-
ет, например, ароматические соединения, при-
влекая ими ос, способных бороться с гусени-
цами. Или самостоятельно вырабатывает, как
мы писали, отпугивающие либо убивающие
вредителей вещества.
Интересные примеры использования тако-
го рода соединений демонстрируют порой на-
секомые. Один из видов кузнечика, приспо-
собившийся к химическим средствам защи-
ты растений, бесстрашно их поедает, накап-
ливая в себе вещества, которые должны были
бы отпугивать сельскохозяйственных вреди-
телей. Его организму они ничем не грозят.
Но если на него нападает хищник, например,
грызун, то он выбрасывает из себя струю ядо-
витого химиката, пользуясь им, словно сво-
им собственным средством защиты.
431
А бабочка из семейства данаид, водящая-
ся в США, запасает в себе столько подобных
веществ, что становится несъедобной для сво-
его врага — голубой сойки.
Попутно стоит сказать о любопытной тех-
нологии изготовления насекомыми отпугива-
ющих веществ. Когда-то великому натурали-
сту Ч. Дарвину при охоте за жуками дове-
лось одного из них взять в рот, чтобы осво-
бодить руки. Через мгновение он почувство-
вал на языке нестерпимую горечь и жжение.
Ощущения были столь сильны, что пришлось
разжать ладони и растерять всех пойманных
жуков.
Это был знаменитый жук-бомбардир. В
задней части его брюшка находятся две ка-
меры, разделенные перегородкой. В каждой
из них скапливается определенное вещество.
В момент опасности жук усилием ломает пе-
регородку, камеры соединяются и слившие-
ся вещества вступают в бурную химическую
реакцию. Температура едкой жидкости дос-
тигает 120 градусов по Цельсию, и она под
давлением вылетает пульсирующей струей из
двух небольших отверстий.
Вся эта конструкция настолько напоми-
нала реактивные снаряды, что исследователи
без колебаний окрестили ее чудом инженер-
ной мысли природы.
Нелегко заставить себя восхищаться раз-
личными приспособлениями насекомых и ус-
пехами ученых в их изучении, когда, напри-
мер, полчища саранчи уничтожают под ко-
432
рень с трудом выращенный урожай, как это
произошло в нескольких регионах России
летом 1999 года. Однако приходится с сожа-
лением признать, что масштабы бедствия
были бы значительно меньше, если бы люди
вовремя воспользовались уже хорошо извест-
ными, в том числе и биологическими, мето-
дами борьбы с этими вредителями.
Илья Ильич Мечников
(1845—1916) — российский
биолог, создатель учения о
воспалительных процессах и
фагоцитозе — одной из защит-
ных реакций организма.
Разработал теорию развития
многоклеточных организмов.
Один из основателей первой в
России бактериологической
станции. Впервые выдвинул
идею применения биологичес-
ких методов борьбы с вредите-
лями сельскохозяйственных
культур. Лауреат Нобелевской
премии по физиологии и
медицине.
В связи с этим полезно вспомнить беседу
выдающегося биолога Ильи Мечникова с Львом
Толстым. Великий писатель возмущался:
«Представьте, я узнал, что сейчас описано чуть
ли не 10 000 мух, вот куда интеллигенция тра-
тит свои силы. Лучше бы думали о повыше-
нии урожаев, увеличении плодородия почвы,
обучали народ, а они — мух изучают».
15 Тайны природы
433
Оказалось, что эти самые мухи — не толь-
ко наши докучливые сожители, но и важные
опылители многих растений, корм для мно-
жества животных, один из важнейших объек-
тов генетических исследований. Можно ли
вообще сказать сейчас, какой из 10 милли-
онов видов живых существ на земле — лиш-
ний для природы и человека?
Когда-то грек Пифагор воскликнул: «Не
позволяй своим детям убивать насекомых: с
этого начинается человекоубийство!» А мы
предлагаем вам подумать, что произошло, если
бы в одночасье исчезли все насекомые?
КАК ОПРЕСНЯТЬ МОРСКУЮ ВОДУ?
Совместное действие бактерий и водорос-
лей подсказало человеку еще один способ
производства энергии. Ведь вместо того, что-
бы добывать из-под земли в огромных коли-
чествах органическое топливо, можно пойти
другим путем — обратившись к фотосинте-
зу. То есть концентрировать с помощью зеле-
ных водорослей и микроорганизмов солнеч-
ную энергию в так называемой биомассе. А
ее затем, если уж потребуется, можно и
сжечь — использовать в качестве топлива. Но
еще лучше — извлечь из нее полезные хими-
ческие соединения, например, для получения
пластмасс, как это сейчас пытаются делать,
перерабатывая нефть, уголь и газ. Или с по-
434
Николай Николаевич Семенов
(1896—1986) — российский
ученый, один из основополож-
ников химической физики.
Главный труд — теория цеп-
ных реакций, за создание
которой был удостоен Нобелев-
ской премии по химии. В
последние годы жизни особый
интерес проявлял к изучению
химических реакций в биоло-
гических системах. Считал, что
человек решит свои энергети-
ческие проблемы, овладев
принципами фотосинтеза.
мощью солнца разложить воду, чтобы добыть
из нее ценнейшее топливо — водород, но ме-
тодами, схожими с теми, которыми пользу-
ются растения.
О том, насколько сложен процесс фотосин-
теза и как нелегко воссоздать его искусствен-
но, мы говорили в главе о биоэнергетике.
Академик Николай Семенов сравнивал жи-
вую растительную клетку с миниатюрным хи-
мико-энергетическим заводом со множеством
специальных цехов. Но он же предлагал не
идти по пути полного копирования природы,
а выделять и воспроизводить отдельные про-
текающие в организме растения процессы,
например, для получения какого-либо конк-
ретного вещества — того же водорода. Тогда
задача намного упрощается и ее легче реали-
зовать технически. Этот подход получил на-
звание химической бионики.
435
Однако во всех случаях роста биомассы, так
же, как и при возделывании любых растений,
требуется вода. Но ведь отнюдь не во всех рай-
онах, где можно было бы выращивать какие-
либо культуры, ее хватает. С другой стороны,
в океанах и морях, до которых порой рукой
подать, хранится огромный ее запас. Беда
лишь в том, что она соленая, не пригодная
ни для питья, ни для полива. И тут природа
предлагает нам оригинальные решения.
Подумайте, как существуют в океане мно-
гочисленные организмы? Разве они не нуж-
даются в пресной воде? Оказалось, что даже
дельфин, которого до последних лет считали
«непьющим», потребляет живительную вла-
гу. Но для этого в его организме действует
самая настоящая опреснительная установка.
Теперь инженеры бьются над созданием тех-
нического устройства, работающего на «дель-
финьем» принципе.
Еще пример. Когда говорят, что кто-то про-
ливает крокодиловы слезы, имеют в виду не
только неискренность человека, но и просто
крупные, льющиеся по щекам капли. У кроко-
дила в действительности время от времени у глаз
выступает жидкость. Появляется она из-за того,
что его почки не справляются с очисткой орга-
низма от солей, поэтому ему приходится избав-
ляться^ от них, выделяя соленую влагу еще и
через щелки, расположенные у глаз.
Как же работают эти природные опресни-
тели? Понять это можно на гастрономическом
примере. Что делают хозяйки, если купленная
436
ими рыба оказалась чересчур солона? Да очень
просто — ее вымачивают. Лишняя соль про-
никает через кожу, играющую роль оболочки
с избирательной проницаемостью, в раствор.
Помните работу мембран, способных пропус-
кать определенные вещества только в одном на-
правлении? Вот эта технология и действует в
природных опреснительных системах.
Ими оказались снабжены морские птицы
и черепахи, змеи и ящерицы. Кроме того,
тридцать пять лет назад были открыты и изу-
чены обитающие в морских лагунах, соленых
озерах и даже в Мертвом море так называе-
мые галобактерии — мельчайшие существа,
живущие за счет фотосинтеза и способные
бороться с засоленностью среды. Как вы ду-
маете, с помощью чего это удавалось? Конеч-
но же, благодаря мембранам!
Человек уже начал активно использовать
эту технологию, поняв, насколько она эко-
437
номичнее и экологичнее традиционных тех-
нических методов. И недалеко то время, ког-
да на полях, расположенных у берегов морей
и океанов, будут действовать мощные биоло-
гические опреснительные установки, подобные
той, что изображена на рисунке. Да и нам
чистой водички достанется!
ДЛЯ ЧЕГО МЕДИКАМ МЕМБРАНЫ?
Изучение мембран, их способности целе-
направленно транспортировать вещества ока-
зало очень важную помощь медицине. В од-
ном из опытов, зная об особенностях рыбьей
кожи, описанных в прошлом рассказе, иссле-
дователи попытались использовать этот эф-
фект для оригинального внедрения в организм
лекарственных веществ. Дело в том, что, воз-
действуя ультразвуком определенной частоты
на кожу рыб, можно менять ее проницае-
мость. Таким образом, из раствора, окружа-
438
ющего рыб, внутрь их тела можно вводить
вакцины: происходит что-то похожее на инъ-
екцию, только непосредственно через поверх-
ность кожи, без всяких уколов.
А вот взгляните на картинку, которая
показывает, как можно доставлять лекарства
прямо к нуждающемуся в них органу. На тело
человека наклеивается полимерная пленка,
состоящая из нескольких слоев. Нижний об-
ладает липучестью и, одновременно, хорошей
проницаемостью. Такая мембрана постепен-
но пропускает сквозь себя заключенный меж-
ду другими слоями пленки лекарственный
препарат. А поскольку наша кожа также про-
ницаема, то необходимое организму вещество
небольшими дозами доходит до кровеносного
сосуда и с кровью — к месту назначения.
Отметим, что мембранные технологии в
последнее время стали широко внедряться и
в сопредельные с медициной области. Приве-
дем «косметический» пример. Никогда рань-
ше не было такого выбора кремов — увлаж-
няющих и сохраняющих кожу, питательных
и разглаживающих морщины. На основе чего
их делают? В состав кремов вводят липосо-
мы — пузырьковые частицы, содержащие
внутри воду и целебные вещества, окружен-
ные мембранной оболочкой, имитирующей
клеточные мембраны.
Еще одна сфера применения липосом —
пищевая. Если добавить такие частицы в хле-
бобулочные и кондитерские изделия, то, бла-
439
годаря своим свойствам удерживать воду, они
не дадут продуктам черстветь и позволят им
долгое время сохранять товарный вид. Липо-
сомы защищают клетки дрожжей от гибели при
замораживании, могут включать в себя вкусо-
вые и ароматизирующие вещества, улучшаю-
щие качество изделий пищевой индустрии.
Вернемся, однако, к проблеме, давно не
дающей покоя медикам, — прямому воздей-
ствию лекарственными препаратами непосред-
ственно на пораженные ткани или органы.
Ведь даже описанные чуть раньше мембран-
ные пленки заставляют довольно обширные
здоровые части организма испытывать дей-
ствие лекарств. Но всегда ли это воздействие
им необходимо и полезно?
А что если помещать препарат внутрь кро-
хотной частицы, которая, пропутешествовав
по организму, достигнет места назначения и
именно там освободит, выпустит из себя ле-
440
карство? На пути к такого рода «точечным»
воздействиям уже сделаны некоторые шаги.
Ученые, к примеру, изобрели искусствен-
ные эритроциты — красные кровяные тель-
ца. Размерами они меньше, чем природные,
и заключены в липосомную капсулу-мембра-
ну. «Общение» их с окружающей средой —
газообмен — проходит через эту мембрану,
как и в натуральной крови. Такая оболочка
позволяет «кровяным протезам» сохранять
жизнеспособность в течение полугода. А это
значит, что искусственную кровь можно по-
долгу хранить и использовать для срочного
переливания. Более того, она позволяет избе-
жать заражения, чего в последнее время, при
распространении различных вирусных инфек-
ций, очень боятся медики.
Еще один очень волнующий людей воп-
рос — получение чистых биологических пре-
паратов для борьбы с сердечно-сосудистыми
заболеваниями, в том числе с тромбами —
сгустками, способствующими закупорке кро-
веносных сосудов. Существует единственное
соединение, которое вырабатывается челове-
ческим организмом и способно растворять об-
разовавшиеся тромбы. Однако в земных ус-
ловиях выделить его в чистом виде и выяс-
нить особенности его действия нелегко. Но
на помощь пришли космические эксперимен-
ты — в невесомости задача очистки и разде-
ления биоматериалов решается намного про-
ще. Это всего лишь один пример выхода
биотехнологий на космические орбиты.
441
ЧТО МОЖЕТ ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ?
Размеры и вес животных и растений в
природе, помимо внешних условий, регули-
руются сложными наследственными програм-
мами, изменить которые не так-то просто.
Понятно, что людям всегда хотелось вырас-
тить более крупных коров, чтобы они давали
больше мяса и молока, или такую пшеницу,
которая приносила бы больше урожая с каж-
дого гектара. Для этого приходилось вести
долгую и кропотливую селекционную рабо-
ту, то есть много раз отбирать для продолже-
ния потомства самых лучших представителей
внутри разных пород и сортов. А затем по-
рой целую жизнь дожидаться, что же полу-
чилось в результате скрещивания.
442
Селекционерами предпринимались и по-
пытки получения межвидовых гибридов, на-
пример, растения с «вершком» капусты и
«корешком» редьки или с клубнями карто-
феля и плодами помидора. А выходило зача-
стую наоборот, что служило пищей для сати-
риков и юмористов.
В последнее же время многие представле-
ния о выведении новых сортов и пород под-
верглись серьезному пересмотру. Появилась
возможность, влияя на наследственные — ге-
нетические — механизмы, добиваться немыс-
лимых ранее сочетаний качеств у растений и
животных. А главное — получать их в го-
раздо более короткие сроки.
Это достижения генной инженерии. Отра-
ботанные на бактериях и насекомых, прежде
всего на кишечной палочке и мухе-дрозофи-
ле, ее методы вторглись в сельское хозяйство
и животноводство. Вот всего лишь несколько
из огромного множества примеров.
Благодаря новым технологиям удается
поднять урожай картофеля в 2—4 раза на тех
же площадях. Повлияв на участок генетичес-
кого аппарата лососей, отвечающий за их
рост, ученые смогли получить тысячи рыб,
самые крупные из которых превышали нор-
му в 40 раз. Растения приобретают качества,
позволяющие им отпугивать вредителей, при-
способиться к засухе и морозу, увеличивать
или уменьшать сроки созревания, а это не-
сколько урожаев за сезон или вообще круг-
логодичное плодоношение.
443
Многое из этого кажется фантастикой, и
сами ученые призывают к осторожности —
ведь отнюдь не все последствия использова-
ния в пищу новых продуктов мы можем пре-
дусмотреть. Поэтому исследования продолжа-
ются и ставятся тысячи опытов. Тем не ме-
нее, научные прогнозы говорят, что через 15
лет доля продуктов, частично или полностью
произведенных с помощью генной технологии,
превысит 30 процентов в торговом обороте.
А сейчас давайте выполним обещание,
данное в главе о биоархитектуре, когда речь
шла о сложности создания искусственной
паутины. Пять лет назад один из американ-
ских биологов сообщил об удачной пересадке
бактериям части генетического материала
паука, ответственной за производство волокон.
Теперь уже микроорганизмы изготовляют
нити, причем более прочные и эластичные,
чем сама паутина!
КАК СБЕРЕЧЬ
ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ?
Никуда не денешься, производство продук-
тов питания всегда было одной из самых важ-
ных забот человечества. Сейчас, когда насе-
ление Земли достигло шести миллиардов че-
ловек, а новые площади для выращивания
растений и разведения домашних животных
практически не добавляются, эта проблема
444
приобретает особую остроту. Дело еще и в том,
что даже произведя большое количество
пищи, следует подумать о ее сбережении.
Ведь, скажем, урожай зерновых пока все-таки
собирают не ежедневно, а один, два, ну, от
силы три раза в году. Значит, до следующего
сбора надо суметь его сохранить.
Добавьте сезонную заготовку мяса живот-
ных и промысел рыбы. Или обеспечение рай-
онов, уже освоенных человеком, где продук-
ты питания невозможно производить на мес-
те, надо завозить их издалека, например, на
Север. Для всего этого требуются элеваторы и
склады, овощные базы и громадные холодиль-
ники, как стационарные, так и передвижные.
Неужели нельзя с помощью природы най-
ти способы хранения, которые не требовали
бы от нас таких усилий — огромных затрат
энергии и транспортных средств? Известны
445
же, и мы об этом писали, случаи анабиоза,
то есть продолжительного пребывания живых
существ как бы в летаргическом сне. Вот, на-
пример, креветка, которая может оказаться
в состоянии мнимой смерти и годами нахо-
диться в нем, а потом вновь вернуться к нор-
мальной жизнедеятельности. Как здорово
было бы научиться управлять анабиозом, вво-
дя в него, по мере надобности, словно кон-
сервируя, живые организмы, а затем выво-
дить их, получая свежую, полноценную, так
сказать, готовую к употреблению пищу.
Нечто похожее уже делают в Японии.
Рыб, находящихся в аквариуме, охлаждают
вместе с водой так, что на ее поверхности
появляется ледок. При такой температуре
рыбу можно сохранять довольно долго — от
недели до полугода, не тратить на нее пита-
ния и транспортировать в очень малых объ-
емах воды.
Но эта технология все-таки требует изме-
нения внешних условий — охлаждения. А вот
с помощью генной инженерии сегодня ищут
способы воздействия на биоритмы растений
и животных, то есть надеются «переводить
стрелки» их внутренних часов, регулируя
периоды активности или спячки. Пока же,
например, генетическими методами удалось
вывести .помидоры с удлиненным сроком со-
зревания плодов: их можно снимать с куста
уже совсем красными, не боясь, что они пе-
резреют при перевозке.
446
ТАК ВОЗМОЖНЫ ЛИ ХИМЕРЫ?
Вспомним теперь самое начало книги, а
именно опыты швейцарского ученого Трамб-
ле с гидрами. Он изучал не только способы
их передвижения, но обнаружил и другие
интереснейшие их особенности.
Выяснилось, что гидры размножаются
почкованием, то есть из маленького отрост-
ка — почки — на их теле со временем выра-
стает новый организм, который отделяется и
затем живет вполне самостоятельно. Но еще
более удивительным оказалось то, что гидры
могут восстанавливать утраченные части
тела — регенерировать. Это отнюдь не един-
ственный случай в природе, вы наверняка
вспомните о ящерицах, у которых отрастают
оторванные хвосты. Или об уже упомянутых
нами ранее червях — планариях, способных
447
восстанавливать целый организм из поделен-
ных надвое особей.
Возможно ли такое у высших животных,
в частности, у человека? Казалось бы, нет,
например, при утрате конечности формиру-
ется рубец, рост которого опережает рост дру-
гих тканей, — возникает «заплатка». Но вы-
яснилось, что если затормозить рост рубца,
то дремлющие в организме способности к ре-
генерации проявят себя.
Отечественными учеными создан биологи-
ческий материал «Аллоплант», позволяющий
добиться регенерации соединительных тканей,
роговицы, кровеносных и лимфатических со-
судов, костей и клеток печени. Появилась
возможность выращивать «запчасти» для че-
ловека! Таким образом, реально избавление
от проблемы тканевой несовместимости, воз-
никающей при пересадке органов от донора.
Вот тут-то мы и сталкиваемся с вопросом
о существовании химер — организмов, состав-
ленных из частей различных животных. Если
до середины XX века такие существа действи-
тельно обитали только в мифах, то потом об-
наружилось, что природа все-таки допускает
их появление. Так, из половинок двух три-
тонов — хвостатых земноводных — француз-
ским исследователям удалось срастить впол-
не жизнеспособных животных, причем в не-
которых случаях количество их пог достига-
ло шести, а то и восьми! Однако генная ин-
женерия пошла намного дальше.
448
Недавно по экранам кинотеатров всего мира
и по телевидению с триумфом прошел фильм
американского режиссера Стивена Спилберга
«Парк Юрского периода». Зрители были пора-
жены фантастической возможностью возрожде-
ния в наше время доисторических ящеров. А
достижимо ли это в действительности?
Несколько лет назад в научной печати про-
звучали сообщения о том, что удалось восста-
новить наследственное вещество застрявших в
янтаре и окаменевших затем насекомых. Ока-
залось, что если с помощью тончайшей совре-
менной технологии извлечь это вещество и
пересадить его в клетки ныне живущих насе-
комых, то вроде бы можно вырастить суще-
ства, обитавшие невообразимое время назад.
Однако все оказалось не так-то просто.
В фильме подобным образом получали
динозавра. В янтаре был найден комар, в
котором содержались остатки клеток крови
динозавра. Из них
выделили наслед-
ственное вещество
ящера, а затем вы-
растили его по всем
правилам генной
инженерии на ра-
дость зрителям.
В жизни, однако,
несмотря на то, что
исследователи обла-
дают сегодня при-
мерно сотней даже
449
самих окаменевших яиц этих ископаемых
ящеров, вероятность использовать их наслед-
ственное вещество для получения реальных ди-
нозавров ничтожно мала. То же, считают уче-
ные, касается и человеческих мумий и замерз-
ших мамонтов.
Правда, удивительные эксперименты по-
степенно заставляют скептиков сомневаться
в принципиальной невозможности такого со-
бытия. Например, во Франции путем хитрых
клеточных манипуляций удалось разбудить
«генетическую память» мыши и вырастить су-
щество с ухом ее древнего предка — ящера,
обитавшего около двухсот миллионов лет на-
зад. Американские же ученые, также экспе-
риментируя с мышами, создали млекопита-
ющее с жабрами и позвоночником, которы-
ми обладали доисторические организмы. Во-
ображаемые нашими предками химеры уже
сегодня кажутся сущей безделицей по срав-
нению с теми монстрами, которые появляют-
ся в современных лабораториях!
Границы между возможным и невозмож-
ным в науке рушатся буквально на наших
глазах. В последние годы была осуществлена
операция по клонированию, когда из сома-
тической, то есть не предназначенной для раз-
множения, клетки взрослой овцы был извле-
чен и пересажен в яйцеклетку, лишенную
ядра, донорский генетический материал. За-
тем из этой новой клетки развилась вполне
нормальная овечка, названная Долли и об-
450
ретшая мировую популярность, сравнимую с
популярностью кинозвезды. Возникла и ак-
тивно обсуждается возможность создания ге-
нетических копий человека.
Эти факты открывают совершенно новые
горизонты биотехнологии. Какие перспекти-
вы разворачиваются перед сельским хозяй-
ством и медициной! Сколько застарелых проб-
лем можно будет решить! Однако наряду с
этим возникают и вопросы, с какими люди
еще не сталкивались, например, потеря уни-
кальности человеческой личности или ответ-
ственность за ошибки генно-инженерных опе-
раций. Готово ли человечество к ответу на
них, справится ли с ними?
НУЖНО ЛИ МАРС
ПЕРЕДЕЛЫВАТЬ В ЗЕМЛЮ?
Еще один герой спилберговских фильмов,
которого теперь хорошо знают и у нас в стра-
не — маленький симпатичный инопланетя-
нин по прозвищу И-Ти. Появившись на эк-
ранах, он в очередной раз напомнил о дав-
ней идее внеземного происхождения жизни,
которая время от времени волнами захлесты-
вает воображение людей.
Впрочем, у этой идеи было и есть немало
сторонников не только у массового зрителя,
но и среди серьезных ученых. Они допуска-
451
ют, что жизнь спер-
ва могла зародиться
на других планетах
или даже за преде-
лами Солнечной си-
стемы, а уже затем
была занесена на
Землю.
Конечно, в дан-
ном случае речь идет
не о летающих таре-
лочках и человекооб-
разных существах.
Мы теперь знаем,
что для развития жизни достаточно и крохот-
ного комочка материи. Главное, чтобы в нем
была заключена необходимая наследственная
информация — программа развития будуще-
го организма — и чтобы условия для этого
развития оказались подходящими.
Проблема внеземной жизни встала в послед-
ние годы в полный рост: после того, как были
исследованы упавшие на нашу планету метео-
риты. В них ученые обнаружили ископаемых
бактерий и простейшие грибы. Судя по возрас-
ту метеоритов, сравнимому с возрастом Земли,
они могли попасть к нам в такие далекие вре-
мена, когда еще только-только формировались
условия для возникновения земной жизни. Для
продолжения исследований создается междуна-
родная научная программа «Новость века:
жизнь старше планеты Земля».
452
Эту увлекательную тему можно долго об-
суждать с самых разных позиций. Мы же сей-
час остановимся на одной из них, в каком-то
смысле обратной. Иными словами, давайте по-
думаем не о том, как жизнь могла попасть
на нашу планету, а о том, как она, напро-
тив, может распространиться от нас на дру-
гие планеты.
Планы по освоению Луны и, как следую-
щий этап, Марса, постепенно обретают реаль-
ные очертания. В ближайшие годы начнется
строительство лунных баз, не за горами и
высадка человека на «красную планету».
Условия для «проживания» там людей
самые что ни на есть неподходящие. Нужно
оградить человека от палящего солнца и глу-
бокого холода, от радиации, снабдить его
пищей и энергией, чтобы он хоть в какой-то
степени чувствовал себя, как на Земле.
Но почему бы там не изменить все вокруг
таким образом, чтобы не были нужны ни ска-
фандры, ни города под куполами, ни специ-
альные средства защиты? Что ж, это предус-
матривается в смелых биотехнологических
проектах по переделке поверхности и атмос-
феры Марса с целью приблизить их по своим
параметрам к земным.
Сперва предполагается с помощью рассе-
янных в марсианском воздухе «парниковых»
газов увеличить поглощение солнечной энер-
гии и повысить температуру холодной пла-
453
неты. Тогда начнут таять ледниковые шап-
ки, разморозится грунт, появятся озера и
океаны. В размороженную почву следует вне-
сти микроорганизмы, способные выработать
азот, необходимый для жизнедеятельности
растений. А уж они, приспособленные с по-
мощью генной инженерии к новым услови-
ям обитания, насытят атмосферу кислородом,
в котором нуждаются человек и животные.
Образуется защитный озоновый слой, по го-
лубому небу поплывут белые облака, начнут
выпадать дожди...
Как ни заманчивы эти мечты, прервем
их замечаниями скептиков: а что, разве все
эти новые технологии не способны изменить
жизнь на Земле так, чтобы нам и не захо-
телось с нее улетать к другим мирам? И
Сванте Аррениус
(1859—1927) — шведский уче-
ный, один из основателей физи-
ческой химии. За создание
теории электролитической диссо-
циации, объяснившей электро-
проводность растворов, был
удостоен Нобелевской премии.
Занимался исследованиями по
астрофизике, стремился приме-
нять законы физики и химии к
изучению биологических процес-
сов. Был сторонником панспер-
мии — гипотезе о переносе
жизни с одного космического
тела на другое.
454
еще — не слишком ли самоуверен человек,
предполагая, что у него есть право перекро-
ить по своему желанию устройство целой
планеты?
Конечно, читатель заметил, что такого рода
вопросы сопровождали нас по всей книге. С
ними, естественно, мы подошли и к ее за-
вершению.
ВОКРУГ БИОНИКИ
• На дне протекающей по США реки Гуд-
зон были найдены бактерии, способствующие
распаду токсичных веществ, содержащих
хлор, на менее вредные продукты.
• Одна из американских фирм обнаружила
микроорганизмы, потребляющие в пищу крас-
ку, и использовала их для очистки пустых
алюминиевых банок из-под пива и безалко-
гольных напитков перед переплавкой.
• Сотрудники Техасского университета вы-
явили бактерии, способных производить
целлюлозу, и стали разводить их специаль-
но, поскольку новая технология много де-
шевле и экологичнее промышленной, а так-
же позволит сохранить деревья и сэконо-
мить хлопок.
• В Германии выращена бактериальная
культура, выборочно уничтожающая лишь
пластмассовые кузова выброшенных на свал-
ку автомобилей «Трабант». За несколько не-
455
дель кузов весом 650 килограммов превра-
щается в 20 килограммов биомассы, пригод-
ной для скармливания животным.
• Для уничтожения запасов скопившегося со
времен двух мировых войн химического ору-
жия разработана технология с применением
бактерий. А для обеззараживания загрязнен-
ных токсинами почв американская фирма
«Дюпон» предложила использовать сорняки.
Например, обычная амброзия эффективно
вытягивает из земли свинец.
• Бактерии могут пригодиться в деле очист-
ки отходов атомных электростанций и под-
вергшихся радиоактивному заражению почв.
Однако микологи — специалисты по гри-
бам — считают, что грибы — «природные пы-
лесосы» и всасывают ядовитые и радиоактив-
ные вещества гораздо эффективнее бактерий
и растений.
• В Японии испытывают новый метод борь-
бы со снегом, размещая под дорожным по-
крытием систему труб с циркулирующей по
ним водой, которую нагревают микроорганиз-
мы, перерабатывающие смесь из рисовых от-
рубей, соломы и древесных опилок.
• Исследователи из университета в американ-
ском городе Питсбурге установили, что при
помощи веществ, позаимствованных у бакте-
рии, сконструированной методами генной ин-
женерии, можно создать элементы сверхско-
ростного биомолекулярного компьютера.
456
• Отдельные стафилококковые бактерии
весьма чувствительны к действию пеницил-
лина, однако, образуя колонию, они приоб-
ретают устойчивость к этому антибиотику.
Дело в специальном внеклеточном слизевом
покрытии, выделяемом микроорганизмами и
защищающем их сообщество.
• Яркий пример природной фрактальной
технологии построения ветвящихся структур
демонстрирует папо-
ротник: каждое ответ-
вление от главного к
стебля копирует общую 1 *
форму растения вплоть
до отдельного листика. .
Изучение фрактальных >
структур в живой и не-
живой природе привело 1
к созданию новых инфор-
мационных и компью-
терных технологий, по- ^SSS»^i
скольку оно предоставляет '
чрезвычайно емкий способ описания самых
различных объектов и процессов.
• Способность мидий — двустворчатых мол-
люсков — намертво прикрепляться к скалам
и днищам судов заинтересовала ученых и
привела к обнаружению необычайно эффек-
тивного природного клея. Его производство
поможет склеивать материалы под водой и
сращивать кости и зубы. Подобное вещество
457
используется уже и военными, изготовивши-
ми липучую пену для приклеивания к доро-
гам покрышек автомобилей противника и
парализации его солдат.
• Некоторые насекомые, обитающие на по-
верхности воды, в случае опасности выпус-
кают позади себя струю жидкости с низким
поверхностным натяжением, из-за чего их
преследователи начинают тонуть. Схожим
образом действуют создатели новых видов
оружия, поливая дороги специальными хи-
мическими составами, ослабляющими сцеп-
ление колесных машин с асфальтом или
рельсами, что приводит к безостановочному
скольжению.
• «Липучки», заменившие шнурки на обу-
ви, пуговицы и молнии на одежде, были со-
зданы по образу и подобию колючек лопуха.
Теперь по той же технологии разработан
сверхпрочный материал для скрепления де-
талей в самых различных устройствах — от
стиральных машин до космических станций.
А ученые уже присматриваются к одному из
сортов картофеля с листьями, покрытыми
густыми волосками, к которым накрепко при-
стают насекомые-вредители.
• Методы биологической борьбы с вредными
насекомыми стали применять еще в Древнем
Китае лет за четыреста до новой эры, когда
против вредителей, уничтожающих амбарные
запасы, разводили хищных муравьев.
458
• Единственный вид съедобных грибов, ко-
торые не червивеют, то есть не годятся в пищу
личинкам насекомых, а значит, располагает
природными химическими средствами защи-
ты от них, — это лисички, обладающие в то
же время прекрасными гастрономическими
достоинствами.
• Около трети производимых в США про-
дуктов питания связано с опылением насеко-
мыми — в основном пчелами. Когда же се-
лекционеры попытались вывести новый гиб-
рид, скрестив африканскую и обычную евро-
пейскую пчелу, эксперимент вышел из-под
контроля и получились чрезвычайно агрессив-
ные насекомые. Активно размножаясь, они
заполнили американский континент, причем
от их жал погибло больше людей, чем от уку-
сов змей.
• Китайские биологи путем скрещивания
различных пород вывели дерево с четырех-
гранной формой ствола, которое очень удоб-
но для упаковки, транспортирования, а осо-
бенно — для изготовления шпал. А герман-
ские ученые получили сорт апельсина с на-
столько прочной кожурой, что ее можно ду-
бить, как шкуру животных, и даже изготов-
лять подметки.
• Происхождение слова «мембрана» от ла-
тинского «кожица» говорит о том, что чело-
век не изобрел ее, а использовал готовую при-
родную идею. И не случайно, что мембрано-
459
логия началась с экспериментов французско-
го ученого Ж. Нолле по разделению этилово-
го спирта и воды с помощью свиного пузыря
в качестве полупроницаемой мембраны. Так
было открыто явление осмоса.
• Долгое время изучение липидных час-
тиц — упрощенных моделей клеточных мем-
бран — считалось малоинтересным и не
очень приятным занятием, недаром науку о
липидах называли «грязной, нечистой хими-
ей». Однако новое направление всего лишь
за последние тридцать лет стремительно про-
шло путь от открытия до практической реа-
лизации — довольно редкий случай в исто-
рии науки.
• Шесть тысяч долларов получил от прави-
тельства США скромный учитель биологии из
штата Юта за открытие нового вида червей,
пожирающих мусор. А выведенный в Кали-
форнии красный дождевой червь способен
производить из отходов биогумус — ценное
и безвредное удобрение. На Филиппинах лет
пятнадцать назад начался настоящий бум,
когда все бросились разводить червей для
получения кормового белка — ведь в них его
содержится свыше 70 процентов!
• Саранча — стихийное бедствие для мно-
гих стран — в то же время спасение от голо-
да для некоторых африканских народов. В
крупной стае этих насекомых, по выкладкам
ученых, содержится столько же белков и уг-
460
леводов, сколько в стаде из двух с полови-
ной тысяч слонов. Более того, белок саранчи
усваивается человеческим организмом лучше,
чем какой-либо иной, и это всерьез заинте-
ресовало фирмы, специализирующиеся на
производстве спортивного питания.
• Благодаря роботу, работающему на од-
ной из французских птицеферм, значитель-
но снизился падеж цыплят. Поразительное
устройство пересчитывает птенцов, делает
им прививки и даже подрезает кончики
клювов, чтобы они не могли поранить друг
друга. А в Канаде создан «заменитель» жи-
вой свиньи, выкармливающий до восьми но-
ворожденных поросят. Этот робот может
хрюкать, подогревать молоко и подавать его
в резиновые соски.
Чарльз Дарвин
(1809—1882) —английский
естествоиспытатель, осново-
положник эволюционного
учения об историческом
происхождении видов живот-
ных и растений путем естест-
венного отбора, учения,
объясняющего невероятное
разнообразие всего живого.
Описанный им процесс
«естественного конструирова-
ния» важен для достижения
высокой результатитвности в
бионическом творчестве.
461
• В выставочном центре Токио реализован
компьютерный проект «Галапагос», позволя-
ющий проследить эволюцию искусственных
созданий за считанные минуты, которая в
природе происходит миллионы лет. Название
проект получил в честь островов, на которых
Ч. Дарвин собрал немало подтверждений сво-
ей теории.
• Самые древние семена, которые удалось
прорастить, были найдены на дне пересохше-
го озера китайскими ботаниками. Возраст их
равнялся почти тринадцати столетиям, а со-
хранялись они столь долгое время за счет
толстой оболочки и особого вещества, поддер-
живающего в целости и сохранности белки.
Теперь генетики пытаются пересадить это ве-
щество в зерновые культуры, чтобы продлить
сроки хранения урожая.
• Около десяти лет назад в Австралии по
заказу японской фирмы «Саптори» была вы-
ращена голубая роза. Примерно в то же вре-
мя в Калифорнии, опять-таки благодаря ген-
ной инженерии, удалось скрестить табак и ...
светлячка. Выведенное растение обладало спо-
собностью светиться в темноте.
• Американские биотехнологи наладили про-
изводство эффективного противоракового ле-
карствен,, введя человеческий ген в наследствен-
ный аппарат одного из видов гусениц. Для кон-
троля за выработкой лечебного средства в гу-
сеницу был введен еще и ген медузы, отвеча-
462
ющий за выделение зеленого светящегося ве-
щества по мере накопления лекарства.
• По прогнозам ученых, к 2015 году генная
инженерия позволит успешно бороться с на-
следственными заболеваниями, а также со
СПИДом и злокачественными опухолями.
Впоследствии методами этой науки можно бу-
дет воздействовать и на изменение фигуры,
цвета глаз и даже на возраст.
• Одним из самых популярных изображе-
ний, рекламирующих микроустройства, оста-
ется крошечный робот, путешествующий по
кровеносным сосудам человека и атакующий
жировые отложения. Однако благодаря ген-
ной инженерии, возможно, отпадет необходи-
мость в подобных механизмах, так как будут
созданы лекарства, самостоятельно распозна-
ющие объект воздействия и направляющиеся
точно к нему.
463
• Согласно шутливому прогнозу английско-
го журнала «Нью Сайнтист», когда будет
вскрыто завещание американского режиссе-
ра Стивена Спилберга, из него выяснится, что
динозавры — герои «Парка Юрского перио-
да» — не были плодом компьютерной графи-
ки. Дешевле оказалось вырастить настоящих
ящеров, обучить их актерскому мастерству,
а после съемок избавиться от них, восполь-
зовавшись сильным наводнением в бассейне
реки Миссури.
• В конце 1997 года состоялась премьера
американского фильма «Пришельцы. Воскре-
шение», описывающего достижения биотех-
нологии XXII века, когда военные исследо-
ватели клонируют земную женщину, чтобы
изъять из ее грудной клетки развившееся в
ней маленькое инопланетное существо...
Так связан, соединен от века
Союзом кровного родства
Разумный гений человека
С творящей силой естества,..
Скажи заветное он слово—
И миром новым естество
Всегда откликнуться готово
На голос родственный его.
Ф. Тютчев
Вы прочитали книгу о природных изобре-
тениях и о науке, которая пытается заимство-
вать их для нашей с вами пользы, — биони-
ке. На самом же деле оказалось, что биони-
ка — отнюдь не единственная героиня этой
книги. Волей-неволей нам пришлось затро-
нуть физику и химию, экологию и медици-
ну, астрономию и геологию, в общем, прак-
тически все науки, составляющие широкое
понятие « естествознание ».
Впрочем, бионика вряд ли будет на это в
обиде. Она же, по сути своей, — дисциплина
синтезирующая, собирающая для решения
какой-либо научной, инженерной или конст-
рукторской задачи всех своих «соседок».
В этом вы могли убедиться, встретив на
страницах нашей книги имена выдающихся
ученых и инженеров, изобретателей и писа-
телей, даже людей искусства. Большинство
16 Тайны природы
465
из них — весьма разносторонние люди, про-
являвшие интерес к самым разным областям
знания. А иначе, наверное, и быть не могло,
ведь им вряд ли удавалось бы ставить слож-
ные задачи и находить их решения, если б
они не умели связывать достижения науки и
техники с подсказками природы.
В ряду «героев» книги неоднократно по-
являлись такие обитатели Земли, как пчелы
и тараканы, кузнечики и змеи, утконосы и
лягушки, летучие мыши и дельфины, акулы
и кальмары, тюлени и киты, разнообразные
растения. Были среди них и давно вымершие
динозавры, и фантастические существа, на-
пример, Ихтиандр и инопланетянин И-Ти. И
даже мельчайшие организмы — бактерии —
не единожды, во многих главах, становились
персонажами наших рассказов. А говорит все
это о том, что каждое живое существо — ог-
ромный мир. И наблюдать за ним, и изучать
его можно с самых разных точек зрения.
Для автора книги тема неисчерпаемого
разнообразия природы была главной. Очень
хотелось бы донести и до читателя чувство
восхищения той грандиозной постройкой,
которая называется Природой. А также при-
звать его беречь и изучать прекрасный и за-
гадочный мир, который нас окружает и по-
немногу, не спеша, открывает упорным и
любознательным свои сокровенные тайны.
Давайте прислушаемся напоследок к сло-
вам французского натуралиста Жоржа Бюф-
466
фона, автора «Естественной истории» — мно-
готомной энциклопедии естествознания XVIII
века: «Естественная история, взятая во всем
своем объеме, охватывает все, что обнаружи-
вается во Вселенной. Это чудовищное множе-
ство четвероногих, птиц, рыб, насекомых,
растений, минералов и т.д. представляет со-
бой для любознательности человеческого ума
грандиозный спектакль, ансамбль которого
так велик, что кажется неисчерпаемым в сво-
их деталях».
ПРЕДМЕТНО-ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
азот.................................... 422
аккомодация............................. 243
аксон .................................. 378
акулы........................... 290, 338, 357
акулья кожа...............................38
акупунктура............................. 401
акустика................................ 167
«акустические очки» .................... 171
анабиоз.............................. 149, 446
Аррениус С.............................. 454
Аристотель ........ 28, 54, 82, 162, 267, 270, 274
арочные конструкции.......................88
археоптерикс..............................41
астроскопус............................. 354
аэродинамика..............................47
Б
бабочки ...........................99, 139, 323
бактерии.....................27, 126, 307, 319,
— 410,412,414,418, 421
барабанная перепонка..................196, 199
468
БараниР.................................. 340
Бахметьев П. И........................... 161
Бекеши Д................................. 198
бинокулярное зрение...................... 230
биодом...............................114, 153
биологические часы....................... 324
биологический дизайн .................... 278
биолюминесценция ........................ 268
биомагнетизм ............................ 322
биомасса................................. 434
биомеханическая модель человека ...........53
биомолекулярный компьютер................ 456
бионика....................... 6, 224, 282, 465
бионика архитектурная......................67
«бионический Фантомас» .................. 343
биопредвестник землетрясений.........210, 316
биоритмы.............................327, 446
биоробот ................................ 406
биосенсор................................ 308
«Биосфера-2» ............................ 153
биоэлектреты ............................ 401
биоэлектрический сигнал.................. 380
близнецы................................. 328
блоха .....................................22
Бойль Р..............................168, 268
боковое зрение........................... 230
бомба-«вонючка».......................... 337
Борелли Дж................................ 54, 110
бурый медведь............................ 148
БюффонЖ.......................;.......... 466
469
василиск .................................38
верблюд................................... 144
вестибулярный аппарат.................313, 317
Винер Н..........................373, 395,406
вкус...................................... 306
влагообмен................................ 121
внутреннее ухо................... 196,199, 313
водный велосипед............................40
водоросли ............................419, 421
волноводы................................. 182
волоски................................... 313
Волластон У............................... 184
ВольтА.....................................352, 398
ВудР................ 61,174, 206,236, 276, 343
выталкивающая (архимедова) сила .......25, 68
Г
газоанализаторы .......................... 302
Галилео Галилей.............................23
галобактерии.............................. 437
Гальвани Л...................... 351, 383, 398
Гарвей У.................................. 138
гаттерия.................................. 234
Геккель Э...................................94
геккон ................................... 238
Гельмгольц-Г..........................216, 224
Гельмонт.................................. 122
генетические механизмы ................... 443
генетический материал.....................450
470
генная инженерия .....................443, 448
геодезический купол ......................92
«геотропизм»..............................73
гепард....................................23
гербициды............................... 427
Гершель В .............................. 276
гидры................................. 13, 447
гидрокостюм ..............................70
гидрофоны.............................174,184
гимнарх................................. 399
глаз............................ 223, 225,371
глухарь ................................ 195
гнезда....................................74
головастики .......................... 366
голограмма.............................. 404
голос................................... 201
голосовые связки........................ 202
голый землекоп ....................... 106
гомункулюс ............................. 283
горло................................... 201
гранула .............................414,415
гремучая змея........................... 295
гуйя.................................... 194
Гук Р.....................................60
Гумбольт А.............................. 398
д
Дарвин Ч....................... 73, 432, 462
датчики давления..................... 312
дельфины ...........36,135, 172,175, 392, 436
471
дельфинирование..........................37
Демокрит дендриты диафрагмирование динозавры длиннохвостая крачка древние ящеры дыхание •утл /IV жабры жаба-робот жгутики жираф жук — бомбардир — вертячка — носорог — жучок-лубоед Жуковский Н. Е 3 закон сохранения энергии закон Вебера-Фехнера заточка звук звуки мышц «звуковая пушка» землетрясение змея зоопланктон 108 378 227 16, 23, 142,449 317 85 132 34,133 263 27 69 432 60,210 49 190 46 158 294 16 167,184 186 177 210 68, 210, 309 94
472
зрачок .............................227, 238
зрительный нерв.......................... 372
И
изоляция................................. 368
иммунитет................................ 292
«индикатор настроения» .................. 296
инерция.................................. 265
инерция зрения........................... 265
инопланетянин И-Ти....................... 451
инсектицид............................... 424
информация..................... 348, 362, 395
инфразвуки......................... 184, 207
инфракрасные (тепловые) лучи..............248, 294
ионы......................................361, 380
искусственные
— кожа .............................. 287
— кровь.............................. 441
— мышцы.............................. 130
— паутины............................ 444
— сердце ............................ 138
испарение................................ 119
источники тока............................350, 354
Ихтиандр............................ 187, 235
К
кактус опунция ......................... 427
кальмар................................... 31, 242
камбала...................................260, 358
камера-обскура........................... 226
каналы восприятия........................ 366
473
капилляры................................71
Капица П. Л............................ 300
кенгуру ................................ 20
Кеплер И................... 110,224,226,243
кислород............................ 132, 268
кит ......................25, 36,151,172, 176
клетка............... 71, 72, 128, 253, 364, 378
клонирование............................. 450
кожа.................................284, 439
— акулья.............................38
— дельфина ..........................37
колбочки ................................ 255
колеоптиль ............................... 254
колесо....................................26
колонии бактерий ......................... 364
колосья .................................. 101
компас ................................... 318
компьютер ................................ 348
конденсатор .............................. 355
конструкции ажурные....................84, 91
контрастное изображение...............247, 262
кооперативное поведение................. 364
космическая архитектура................. 103
космические перелеты.................... 155
кости .....................................84
кошачьи глаза ......................... 240
креветка............................... 446
кровь ...и............................. 145
кровообращение......................... 137
крокодилы.............................. 233
кроты.................................. 105
474
крылья............
крыса.............
кузнечик .........
кукурузные початки
Кусто Ж. И........
кутикула .........
Л
... 35, 39, 41, 43
292, 300,389
186, 188, 210, 431
...... 101
...... 58, 96, 403
......88
Лавуазье А......
Лазарев П. П....
Ламарк Ж. Б.....
Ланжевен П......
легкие..........
Леонардо да Винчи
.......... 131
.......... 322
.......... 286
.......... 214
.......133,138
44, 58, 182, 226
летучие
— дракон............................41
— мыши............................ 168
— рыбы..............................39
Лилиенталь 0..........................44
липосомы ........................... 439
ловля рыбы............................. 180
локатор ............................171,172
лук.................................... 304
лягушки....................... 212, 261, 351
М
Майер Р............................ 158
манипуляторы...........................31
Мариотт Э............................ 276
медуза................................. 209
межвидовые гибриды .................... 410
475
мезокотиль............................. 254
мелодичные звуки ...................... 205
мембрана............. 27, 72, 307, 378, 437, 438
метеориты.............................. 452
механика................................11
механорецепторы....................... 315
мечехвост ............................ 247
Мечников И. И........................ 433
миграции.............................. 316
мимезис............................... 108
мимикрия...........................259, 305
минеральные удобрения................ 422
моделирование органов чувств......282, 334
мозг...................... 325, 368, 395, 347
мойва................................ 290
моль...................................47
морские черепахи .................... 320
морская звезда ........................97
москиты ............................. 311
моторные нейроны..................... 383
муравьи................... 248, 298, 312, 397
мусор ............................... 414
«мушиный глаз»....................... 245
мышление ............................ 348
мышцы .............................129, 184
мышь...............................134, 143
Н
навигация........................249, 320, 321
«наводка на резкость» .................. 241
надкрылия жуков...........................79
476
насекомые-вредители ................ 192, 424
насекомые-опылители ................... 304
наследственная программа..........66, 442, 452
наследственность....................... 411
настройка на резкость.................. 227
наушники............................... 197
невесомость ........................... 103
нейрокомпьютеры ....................... 384
нейронные сети ........................ 383
нейроны ............................... 378
нейростереодисплей .................... 387
нервная система ....................... 381
Нернст В............................... 160
нильская щука.......................... 356
Нолле Ж................................ 460
ноосфера..................................6
нос.................................... 289
ночное видение......................... 296
ныряние................................ 135
Ньепс Н................................ 224
О
оболочечные конструкции..................88
обоняние............................... 297
обонятельные рецепторы................. 300
омматидий.............................. 245
опреснительная установка............... 436
оптические
— волокна............................ 254
— иллюзии ........................... 264
— системы....................... 237, 251
477
органика................................. 123
органы чувств ........................... 282
орнитоптеры-махолеты .......................44
оса...................................298, 429
осмос .....................................71
острота зрения........................... 251
осязание................................. 284
очки..................................... 243
П
падальщик...............................15
палочки............................... 255
память ............................. 385, 388
панорамные снимки .................... 231
панцирные оболочки ......................93
Пастер Л............................402. 418
паук...............................76, 311, 391
паук-скакун ............................ 250
паутина...................... 76, 252, 311, 391
перископ ............................... 271
персептрон.............................. 375
пестициды .............................. 424
пигмент................................. 258
плавание рыбы ...........................29
плавники........................... 31, 35, 39
планирование.............................41
Плато Ж. .. ........................... 274
плейеры ............................... 201
погонофоры...........................126, 412
подвесные мосты .........................77
478
подводное судно...................... 30, 270
подводные поселения......................96
подземные машины......................... 107
подсолнечник............................. 100
подъемная сила......................35, 47, 49
полеты насекомых.........................46
полушария мозга ....................... 387
поляризованный свет ................... 248
полярный медведь ...................... 147
предсказание погоды.................... 309
предсказатель штормовой погоды......... 208
приборы ночного видения..............295, 296
принципы бионики.........................15
Пристли Д.............................. 124
прожилки листа ..........................90
прыгающий автомобиль.....................21
психотронное оружие.................... 207
птицы ................................. 192
пчела........81,140,189, 248, 298, 364, 387, 396
Р
равновесие............................18, 21
радар...............................179,180
радиобиология.......................... 331
радиолярия...............................94
распознавание.......................... 377
рачки....................................14
реактивный принцип.......................32
ребра жесткости..........................79
регенерация............................ 447
479
резервы организма ..
резонаторы........
резцы ............
рецепторы.........
рецепторные ячейки
рис ..............
роботопарк .......
............ 156
............ 202
..............16
285, 288, 293, 347
............ 376
............ 421
..............62
С
саранча................................. 432
сверхмалые дозы ........................ 334
сейсмические сигналы.................... 212
сейсмографы ............................ 211
Семенов Н............................... 435
сенсорные системы ...................... 281
Сент-Дьёрдьи А.......................... 129
сердце................................68, 137
серповидная форма ........................35
сетчатка ...................... 255, 226, 240, 373
Сеченов И............................... 131
симметрия ................................98
синаптический контакт................... 382
синестезия.............................. 322
синтезатор .............................. 194
сканирующие системы ..................... 372
скелет....................................84
складки.................................. 202
складчатые формы..........................90
скорлупа..................................86
скорпион ................................ 315
480
слизь.....................................34
слон................................. 134, 142
слуховые аппараты ...................... 200
слуховые косточки....................... 197
смысловая информация.................... 392
собаки.................................. 299
солнечные батареи................124, 140,148
сонары ..............................173,179
сопротивление движению ................34, 36
сорные куры ............................ 147
сорняки................................ 427
соты......................................81
Спалланцани Л........................ 161, 168
спектральные приборы ................... 261
спираль................................. 112
среднее ухо............................. 196
средства безопасности.....................52
стереоскопические снимки................ 231
стопоходящие машины.......................19
стрекозы................................ 233
счет у насекомых........................ 396
Т
табачный бражник ....................... 425
таракан ..........................19, 314, 332
Татлин В. Е...............................44
теплокровность.......................... 133
теплообмен ..........................150,152
теплообменники ......................... 151
теплоотдача............................ 142
481
термитник ............................... 141
термиты ............................... 191
термолокатор............................. 295
терморегуляция —......................... 147
терморецепция............................ 292
Тимирязев К. А.......................102,125
тканевая несовместимость .................448
Трамбле А................................. 12, 447
третий глаз......................... 234, 318
тюлень....................................187, 238
тяготение.............................70, 73
У
узнавание.............................. 365
улитка...............................199, 314
ультразвук.........................171,172
ультрафиолетовые лучи................ 248
УмовН.................................. . 405
урозаурус............................ 296
устойчивая ходьба..........................18
устьица ................................. 120
утконос .........................62, 287, 359
уши .................................186,198
ушастая круглоголовка................ 107
Ф
фантом-манекен.......................333, 370
Фарадей М................................ 399
фасеточные глаза......................... 244
ФехнерГ.................................. 293
482
Финсен Н.........
фитопланктон.....
фотоаппарат......
фоторецепторы ...
фотосинтез.......
«фототропизм»....
фрактал ..........
фуллерены.........
Фуллер Бакминстер
........... 273
.............94
........... 225
....... 247
123,125,252,434
.........73
........420,.457
........ 92, 95
.............92
X
хамелеон .............................. 259
ХеббД.................................. 394
хеморецепторы......................... 306
хемосинтез............................. 127
Хендрик Ван Гофф Я..................... 126
химеры .............................409, 448
химическая связь....................... 367
химическая бионика .................... 435
хлорофилл.............................. 125
холоднокровность ...................... 133
хронобиология.......................... 326
хрусталик...........................241, 225
ц
цвет фона ............................. 266
цветное зрение ......................256, 259
цветное телевидение ................... 257
центр тяжести.........................18, 51
Циолковский К. Э.........................53
483
ч
частота кадров......................... 265
Чебышев П. Л.............................17
червец................................. 428
черноголовая гаичка.................... 385
чеснок................................. 303
чешуя ...................................33
Чижевский А. Л......................... 334
«чувство времени» ..................... 325
чувство равновесия..................... 313
Ш
шалашник ................................74
шелковая нить ...........................78
Шеррингтон Ч......................... 379
Шноль С. Э............................. 327
Шулейкин В. В.......................... 208
Э
Эйлер Л.............................92, 273
Эйфелева башня ..........................86
электрические рыбы..................351, 353
электрический сигнал ................... 360
электричество .......................... 349
электробиология......................... 384
электрокардиограммы..................... 369
электролокация.......................... 356
электронные футболисты ................. 373
электроны............................... 380
484
электрорецепторы..................... 289, 358
электроэнцефалограммы ................325, 370
энергообмен ..........................118, 155
эргограф ................................. 131
эффект рыбьего глаза...................... 236
эхолокатор................................ 180
эхолот ...............................169, 179
Я
язык ..................................... 394
яйца........................................86
ячеистые конструкции .......................94
ЛИТЕРАТУРА
1. Г. С. Альтшуллер. Алгоритм изобретения.
М.: Московский рабочий, 1973.
2. П. Д. Астапенко. Вопросы о погоде. Ленин-
град: Гидрометеоиздат, 1986.
3. М. Б. Беркинблит, Е. Г. Глаголева. Электри-
чество в живых организмах. М. Наука, 1988.
4. Г. Я. Воронков. Электричество в мире хи-
мии. М.: Знание, 1987.
5. В. Е. Демидов. Как мы видим то, что ви-
дим. М.: Знание, 1979.
6. Д. Глазер. Биология в новом свете. М.:
Мир, 1978.
7. Л. Жерарден. Бионика. М.: Мир, 1971.
8. И. Б. Литинецкий. Предвестники подзем-
ных бурь. М.: Просвещение, 1988.
9. В. П. Лишевский. Популярная механика.
М.: Наука, 1979.
10. В. П. Морозов. Занимательная биоакустика.
М.: Знание, 1981.
11. Ю. Г. Чирков. Фотосинтез: два века спус-
тя. М.: Знание, 1981.
12. И. И. Элыианский. Законы природы слу-
жат людям. М.: Просвещение 1978.
486
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие......................... 3
Вокруг бионики...................... 7
БИОМЕХАНИКА
Как движутся примитивные существа? .... 12
Что подсказывают древние животные? ....14
Чья «походка» лучше?................17
Легко ли догнать кенгуру?...........20
Что важнее: скорость или сила?......23
Изобрела ли природа колесо?.........26
Для чего рыбе хвост? ...............28
Почему плавает кальмар?.............30
Как снизить сопротивление воды?.....33
В чем секрет кожи дельфина?.........36
Кто и плавает, и летает? ......... 38
Как планируют драконы?..............40
Может ли человек летать?............43
Что помогает насекомым порхать?.....46
Кто на свете всех сильнее?..........49
Как себя обезопасить?...............52
Вокруг бионики.................... 54
487
БИОАРХИТЕКТУРА
Где должно быть сердце?.............67
Растения и земное притяжение........70
Кто лучший строитель шалашей? ......74
В чем загадка паутины?..............76
Подсказки жуков и водорослей........78
Не хотите ли пожить в улье?.........80
Почему прочны кости? ...............83
Чья скорлупа крепче?................86
Чем хороши складки? ................88
Кто изобрел дырчатые купола?........91
Какие домики у планктона?...........93
В чем жить на океанском дне?........95
Почему так красива бабочка? ........98
Как освещаются початки?............100
Когда поднимут солнечные паруса?...103
Легко ли строить под землей?.......105
Вокруг бионики................... 108
БИОЭНЕРГЕТИКА
Как листья теряют влагу?...........119
Чем питаются растения?.............121
Можно ли обойтись без фотосинтеза?.125
Как организовать работу мышцы? ....128
Кто чаще дышит? ...................132
Зачем глубоко нырять?..............135
«Что так сердце растревожено?» ....137
488
Как греются насекомые?...............139
Почему так проворна мышь?............142
Хранить или расходовать тепло? ......144
Возможен ли глубокий анабиоз?........148
Может ли кит простудиться? ..........150
Удастся ли нам
обособиться от природы?............152
Какие резервы заложены в человеке? .... 155
Вокруг бионики.......................157
БИОАКУСТИКА
Можно ли видеть ушами?...............168
Как ориентироваться под водой? ......172
Чем «стреляют» киты и дельфины? .....175
Где — полезный сигнал,
а где — помеха?....................177
Как выловить рыбку без труда?........180
О чем говорят мышцы? ................183
Чем слышит кузнечик? ................186
Урчит ли в животе у долгоносика?.....189
Как услышать вымершую птицу?.........192
Отчего глохнет глухарь? .............195
Как ухо «ловит» звуки? ..............198
Откуда берется голос?................201
Какая музыка животным не по нраву?... 204
Кто способен слышать шторм? .........206
Как предсказать землетрясение?.......210
Вокруг бионики.......................213
489
БИООПТИКА
Как свет распространяется в глазу?...225
Нельзя ли обойтись одним глазом?.....228
А если и двух глаз мало? ............232
Что мы видим из-под воды? ...........235
Сколько света нужно глазу?...........238
Как лучше настроиться на резкость?...241
Чем хорош мушиный глаз?..............244
Кто видит невидимые лучи?............247
На что похож глаз паука?.............250
Проходит ли свет
сквозь... растения?................252
Как мы различаем цвета? .............255
Зачем менять свою окраску? ..........258
Что именно видит лягушка?............261
Какой глобус нужен космонавту?.......264
Кто сам себе светит?.................267
Вокруг бионики.......................270
БИОСЕНСОРИКА
Все ли мы знаем об осязании? ........283
Для чего утконосу такой нос? ........287
Как защищают нас органы чувств?......290
Кто лучше, всех
измеряет температуру?..............294
Можно ли обойтись без обоняния?......297
Как распознать запахи?...............300
490
Зачем природа придумала такое?......303
Где у бактерии язык?................306
Кто предчувствует ненастье? ........309
Почему у таракана быстрая реакция?...313
Какие компасы у птиц?...............316
Не мешают ли друг другу чувства?.....319
Зачем нам чувство времени? .........323
Возможно ли «мозговое радио»? ......328
Кто помог нам ощутить радиацию?......331
Вокруг бионики......................334
БИОИНФОРМАТИКА
Отчего дергалась лапка лягушки?.....349
Зачем рыбам электричество? .........353
Как найти затаившуюся рыбу?.........356
Проводят ли растения ток?...........359
Что переносит информацию?...........362
Как общаются головастики?...........365
Можно ли чувствовать то, чего нет?..368
Какие глаза нужны компьютеру?.......371
Способны ли машины обучаться?.......375
Как работает нейрон? ...............377
Почему нейроны действуют сообща?....381
Что помнят насекомые и птицы? ......385
Существуют ли таблетки памяти?......388
На каком языке говорят животные?....392
Кто на свете всех умнее? ...........395
Вокруг бионики.................... 398
491
БИОТЕХНОЛОГИЯ
Как избавиться от загрязнений? .....411
Можно ли питаться мусором?..........414
Сколько же профессий у бактерий?....417
На что способны водоросли? .........421
Как растения
спасаются от вредителей?..........424
Кто помогает в борьбе с сорняками? .427
Чего от насекомых больше —
вреда или пользы?.................430
Как опреснять морскую воду? ........434
Для чего медикам мембраны?..........438
Что может генная инженерия?.........442
Как сберечь продукты питания? ......444
Так возможны ли химеры?.............447
Нужно ли Марс
переделывать в землю? ............451
Вокруг бионики......................455
Эпилог..............................465
Предметно именной указатель.........468
Я ПОЗНАЮ
МИР
ТАЙНЫ ПРИРОДЫ
ISBN 5-17-0ЪЧЫ=>Ч-7
785170
46642