Текст
                    УДИВИТЕЛЬНАЯ
 ЖИЗНЬ
 ПРИРОДЫ
 Ридерз  Дайджест


Scan, processing- waleriy, 2017 УДИВИТЕЛЬНАЯ ЖИЗНЬ ПРИРОДЫ Печатается по изданию: The Amazing Secrets of Nature © 2005 The Reader’s Digest Association Limited, 11 Westferry Circus, Canary Wharf, London E14 4 HE Перевод на русский язык © 2009 ЗАО «Издательский Дом Ридерз Дайджест» Авторы текста Винсент Альбуи, энтомолог Жан-Клод Буске, доктор наук Фредерик Дане, научный журналист Жан-Мари Дотриа, профессор геологии Филипп Дюбуа, инженер-эколог и орнитолог Серж Лальман, специалист по тектонике плит Жак Малавьель, доктор наук Филипп Массон, профессор Университета Париж-Юг Марк Морель, инженер-гидролог Бернар Пельке, доктор астрофизики Патрик Пиро, журналист-эколог Научные консультанты Филипп Дюбуа, инженер-эколог и орнитолог Жан-Клод Буске, доктор наук Редактор Сэнди Шеперд Художественный редактор Питер Босман Дизайнеры Матиас Дюрви, Кольман Коэн Художники Кристин Адам, Жан-Луи Вердье, Режи Мак, Жан Сути Подбор иллюстраций Мари-Франс Наследникоф, Мари-Кристин Пети, Вероник Масини, Даниэль Бурнишо Русское издание подготовили: Главный редактор книжной программы Натела Ярошенко Перевод с английского канд. биол. наук Петр Петров Научные консультанты д-р физ.-мат. наук Андрей Дамбис канд. геол.-минерал, наук Валерий Кузовкин канд. географ, наук Анатолий Пантюлин Научный редактор Владимир Свечников Ведущий редактор Марина Семенова Корректор Елена Рудницкая Компьютерная верстка Виктор Смирнов Директор по производству Светлана Солдаткина Воспроизведение в любом виде, полностью или частями, на русском или других языках запрещено. Эмблемы «Ридерз Дайджест» и «Пегас» являются зарегистрированными торговыми марками ISBN 978-5-89355-341-3 Отпечатано в Китае, 2009 г. Тираж 22 000 экз. ЗАО «Издательский Дом Ридерз Дайджест» Москва, 117218, а/я 8 Тел.: (495) 725-2570 E-mail: cs_ru@rd.com, ed_ru@rd.com www.rd.ru
Содержание 1. Тайны рождения Фабрика звезд 6 Рождение Красного моря 8 Как появляются вулканы 9 Расселение растений 10 Живородящие животные 13 РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ 14 Вылупление из яйца 16 Ясли и няньки 18 Пора обедать 20 2. Жизненные циклы В новом облачении 24 Метаморфоз у животных 26 От известняка до мрамора 29 Рост растений 30 КОГДА СМЕРТЬ ДАРУЕТ ЖИЗНЬ 32 Звездный финал 34 Старение 36 Сглаживание гор 38 3. Пол И РАЗМНОЖЕНИЕ Размножение кишечнополостных 40 Половой диморфизм 41 Обоеполые существа 44 ЖИЗНЬ ЛЮБОЙ ЦЕНОЙ 46 Нерест ценой жизни 50 Сумчатые 52 Родительское поведение 54 4. Неведомые и невидимые миры Млечный Путь 58 Вещество во Вселенной 60 Клетка 62 Микроорганизмы 64 Полезные или вредные? 66 Уникальная планета Земля 68 5. Жизнь В ДВИЖЕНИИ Передвижение в воде 72 Властелины неба 74 Передвижение на суше 76 Кочевая жизнь 78 Миграции насекомых 81 ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ 82 Сезонные перелеты птиц 84 Безбилетные пассажиры 87 Наземные миграции 88 Путешествия по морю 90 Механизмы ориентации 92 6. Адаптации и эволюция Жизнь в воде 96 Жизнь в пещере 99 Жизнь без воды 100 Темпы эволюции 103 ОЧЕНЬ СТРАННАЯ РОДНЯ 104 Нам морозы не страшны! 106 Вымирание видов 108 Живые ископаемые 111 Если меняется климат 112 Городская среда 114 7. Краски и формы природы Многоцветные породы 118 Драгоценные камни 120 Краски в мире растений 122 Нерукотворная готика 124 Природная архитектура 126 Качающиеся валуны 127 Конкреции и травертин 128 Колонны и призмы из базальта 130 Защита от хищников 132 8. Вода, вода, кругом вода... То дождь, то град 134 Морские течения 136 От волн к прибою 139 Озера - резервуары воды 140 Целебная сила воды 141 ПУТЕШЕСТВИЕ ДОЖДЕВОЙ КАПЛИ 142 Вода из глубин 144 Ледники 146 Реки - потоки жизни 148
9. Волшебный мир неба Огромный термоядерный реактор 152 Мираж 155 Луна - влиятельный спутник 156 ТЕПЛОВАЯ МАШИНА АТМОСФЕРЫ 158 Танец облаков 160 Игра света на небе 162 10. Изменчивый рельеф Землетрясения 166 Вулканы 168 Океанические хребты 170 Кордильеры и островные дуги 172 Гималаи 174 ЗЕМЛЯ В ДВИЖЕНИИ 176 Горячие точки 178 Утесы 180 Коралловые рифы 182 11. Зодчество животных Гнезда птиц 186 Соты и ульи 189 Термитники 190 Стежок за стежком 192 Паутинная архитектура 193 Жизнь в чужом доме 194 Норы и логова 196 12. Империя чувств Движения у растений 200 Вкус у позвоночных 202 Механизмы слуха 203 ОБОСТРЕННОЕ ВОСПРИЯТИЕ 204 Как животные видят 206 Обоняние 208 Осязание 210 13. Язык И ОБЩЕНИЕ Язык тела 212 Феромоны 215 Язык звуков 218 Фотогенез 221 ИНФОРМАЦИЯ - ОСНОВА ОБЩЕСТВЕННОЙ ЖИЗНИ 222 Язык растений 224 Ультра- и инфразвуки 226 14. Целительные силы природы Атмосфера жизни 230 Магнитосфера 232 ПРИРОДНАЯ АПТЕКА 234 Как животные лечатся 236 Лекарственные растения 239 Лекарства будущего 242 15. Хищники И ЖЕРТВЫ Ловушки, яды, приманки 246 Хищные растения 249 Крепкая броня 250 Охота 252 Оборона растений 255 ШКОЛА ЮНЫХ ХИЩНИКОВ 256 Маскировка 260 Защита от хищников 263 Ядовитые животные и растения 266 16. Во ВЛАСТИ СТИХИИ Образование кратеров 270 Извержения вулканов 272 Цунами 274 КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И АНОМАЛИИ 276 Ураганы, циклоны, торнадо 280 Коварство снегов 283 Оползни и камнепады 284 17. Сосуществование И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИДОВ Цветковые растения и опылители 286 Паразитизм 289 Симбиоз 290 Совместная охота 292 ЖИЗНЬ ТУНДРЫ: ЛЕММИНГОВЫЕ ЦИКЛЫ 294 Жизнь бок о бок 296 Муравьиные фермы 297 Стайные животные 298 Межвидовое сотрудничество 300 18. Чемпионы живой природы Самые большие 304 Самые сильные 307 Самые маленькие 308 Самые живучие 310 Лучшие атлеты планеты 312 УКАЗАТЕЛЬ 315
Нильс кии крокодил вылупляется из яйца ( Потенции) ш
Фабрика звезд В недрах огромных водородных облаков в космосе при участии сил тяготения рождаются тысячи звезд. В 1995 г. с помощью космического телескопа «Хаббл» была исследована туманность Орел — гигантское газопылевое сгущение в созвездии Змеи. В центре туманности, находящейся на расстоянии 7000 световых лет от Земли, ученые обнаружили неоднородности. Между светлой областью, состоящей из сильно разреженного атомарного водорода, и темным молекулярным облаком выделялись три столба из очень плот¬ ного газа. Протяженность этих колонн состав¬ ляла более одного светового года. Море зародышей Области плотного газа подобны небесным пи¬ томникам, где группами зарождаются звезды. Среди них встречаются очень крупные экземп¬ ляры (в восемь и более раз превосходящие Солнце) и светила поменьше. Молодые звезды - мощные источники ультрафиолетового излучения, которое, подоб¬ но солнечному ветру, выметает пыль из окрест¬ ного пространства, освобождая его от облаков. На участке, показанном на снимке (слева), из¬ лучение расчистило пространство от большин¬ ства частиц космического вещества, оставив только три гигантских столба. Внутри них с по¬ мощью телескопа «Хаббл» были обнаружены глобулы - плотные газопылевые сгустки диа¬ метром несколько астрономических единиц (одна астрономическая единица равна рас¬ стоянию от Земли до Солнца и составляет око¬ ло 149 млн км). Это зародыши звезд, которые по мере испарения газовых столбов становятся видны все лучше. Под действием силы тяготе¬ ния они постепенно изменяются, как и вся Вселенная. Гравитационные силы стягивают в центр протозвезды все больше газа. В результате об¬ разуются плотные, компактные шары. Этот процесс называют грави¬ тационным коллапсом (сжатием). Остановить его может только вмеша¬ тельство ядерных сил. И они вмешиваются., Ч Туманность Орел в созвездии Змеи обязана своим названием форме гигант¬ ских облаков ионизированного водорода, в нед¬ рах которых зарождаются молодые звезды. У В рукавах этой галактики в созвездии Гон¬ чих Псов, возле Большой Медве¬ дицы, зарожда¬ ются молодые звезды.
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ >• Водород (по¬ казан розовым цветом) в галак¬ тике является признаком газо¬ вых облаков — космических питомников. Цепные реакции При сжатии звездное вещество разогревается. Когда температура достигает 15-20 млн граду¬ сов Цельсия, ядра атомов водорода сливаются, образуя ядра атомов другого элемента - гелия. Начинается термоядерная реакция, в ходе ко¬ торой выделяется громадное количество энер¬ гии в виде тепла и света. Эта энергия препят¬ ствует дальнейшему сжатию звезды. Таким образом, сила тяготения порождает другую, противодействующую ей силу. Их непрекра- щающаяся борьба и определяет дальнейшую жизнь звезды. Когда одна из них ослабевает, другая усиливается. Звезды-выкидыши Но не всякому звездному зародышу суждено когда-нибудь засиять. Некоторые из них так и остаются небольшими темными шарами. Это происходит в тех случаях, когда вещества в за¬ родыше недостаточно, чтобы порожденная им сила тяготения смогла запустить процесс термоядерной реакции. Такие мертворожденные звезды, именуемые бурыми (или коричневыми) карликами, могут составлять существенную часть так называе¬ мого темного вещества, которое исследова¬ тели Вселенной увлеченно ищут. Именно оно, а точнее, его количество может дать ключ к от¬ вету на вопрос о расширении Вселенной. Если плотность темного вещества ниже некоего критического значения, то Вселенная будет расширяться бесконечно. Если плотность выше критической, то расширение рано или поздно остановится, и Вселенная, вероятно, снова сожмется. Гибель звезд Недра звезды - это бурлящий котел, где каж¬ дую секунду в ходе реакции термоядерного синтеза сотни миллионов тонн водорода пре¬ вращаются в гелий, выделяя колоссальное количество энергии. Однако эта энергия, под¬ держивающая жизнь звезды, позже становит¬ ся причиной ее смерти. Чем меньше масса звезды, тем медленнее приближается ее гибель, хотя конец все равно неизбежен. Если звезда массивна (в шесть и бо¬ лее раз превышает массу Солнца), то она может умереть, взорвавшись как сверхновая, и часть ее останков послужит строительным материа¬ лом для нового поколе¬ ния звезд, возникающих в недрах других молеку¬ лярных облаков. Еще более массивная звезда может сжаться до та¬ кой степени, что даже излучаемый ею самой свет окажется не в состоянии покинуть ее, - столь велика будет сила притяжения звезды. Так возникают черные дыры. Менее массивная звезда, вроде Солнца, превращается в красного гиганта. Гелиевое ядро сжимается и раскаляется настолько, что начинается термоядерная реакция превраще¬ ния гелия в углерод с образованием все более тяжелых элементов, вплоть до железа. При этом внешние газовые слои звезды сильно расши¬ ряются и становятся очень разреженными. В конце концов она сбрасывает свою гигант¬ скую газовую оболочку, из которой образуется планетарная туманность. От красного гиганта остается невероятно горячая компактная звезда - белый карлик. Таких белых карликов много разбросано на просторах Вселенной. Постепенно они остывают и превращаются в холодные, потухшие черные карлики. А Любая звезда рано или поздно умирает. Наше Солнце в будущем станет похожим на эту плане¬ тарную туман¬ ность Гантель. РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Жизнь Солнца, подобно жизни многих других звезд, опреде¬ ляется равновесием сил тяготения и противодействующих им ядерных сил. 4,7 млрд лет назад на окраине нашей Галактики - Млечного Пути - сгустилось облако межзвездного вещества. Тем¬ пература в его центре повысилась до 15-20 млн градусов Цельсия. Началась термоядерная реакция превращения водорода в гелий, в результате которой выделилось огромное количество энергии. Эта энергия остановила гравитационный коллапс (сжатие). Так возникло Солнце. Вращающееся вокруг него облако газа упло¬ щалось и в итоге приняло форму диска, в котором частицы веще¬ ства, собираясь вместе, образовали планетезимали. Эти неболь¬ шие тела объединились в более крупные тела - астероиды, из которых в свою очередь сформировались планеты. Рождение Солнечной системы длилось около 30 млн лет. 7
Горные породы Зебергеда (Забаргада). острова в Красном море, представляют собой настоящий архив геологических сведений об этом районе. В них встреча¬ ются гнейсы Афро-Аравийского континен-.: . та, застывшие за 400 млн лет до возник- : новения разлома. Первичные трещины" в коре позволяли перидотиту (на снимке зеленоватая порода) подниматься из ман¬ тии. Он состоит в основном из оливина с включением драгоценных камней. Есть там также и конгломераты, показываю¬ щие. какие отложения накапливались в трещинах, вызванных смещением пластов. И наконец, в верхних слоях океа¬ нического ложа они представлены базаль¬ том - застывшей лавой. Рождение Красного моряДвадцать миллионов лет назад Аравийский полуостров начал отделяться от Африки со скоростью около 1 см в год. В образовавшемся между ними пространстве впоследствии сформировалось Красное море. А Синайский полуостров омы¬ вается на западе Суэцким заливом (отделяющим его от Африки), на востоке заливом Акаба (отделяющим его от Аравийского полуострова) и на юге Красным морем. Там, где теперь находится Восточная Африка, 20 млн лет назад земля неожиданно пришла в движение. Она сотрясалась от мощных толч¬ ков, пока не раскололась надвое. В месте раз¬ лома континентальной коры возникло вытяну¬ тое ущелье - рифт, вдоль которого образовалась цепь тектонических озер, в том числе Тан¬ ганьика (глубина до 1470 м), Рудольф, Ньяса. Раскаленная магма Из недр мантии со скоростью несколько сан¬ тиметров в год поднимался поток расплавлен¬ ных пород - магма. Площадь района, подверг¬ шегося тектоническому воздействию, была огромна: от нынешнего Суэцкого залива до удаленного от него на 2000 км Джибути. Под напором огненных струй жидких пород, проникавших из глубин Земли, Континенталь- ная кора покрылась трещинами. В местах вы¬ хода магмы на поверхность выросло множе¬ ство вулканов, которые выбрасывали пепел и исторгали лаву. При подъеме мантийного вещества примерно пятая его часть расплави¬ лась, превратившись в жидкий базальт, кото¬ рый по трещинам выходил на поверхность земной коры и растекался по ней. Рождается и растет океан Около 5 млн лет назад, по мере удаления Ара¬ вийского полуострова от Африки, промежуток между ними (рифт) заполнился водой, и об¬ разовалось Красное море. Движущаяся земная ;тянулась и так истончилась, что рас- ное вещество мантии стало просачи¬ ваться сквозь нее, наращивая дно моря. Теперь Красное море стало не просто морем, а молодым океа¬ ном. В центральной его части рас¬ положен подводный хребет, сквозь который извергается лава, посто¬ янно формируя новую океаниче¬ скую кору. Скорость расширения рифта невелика - всего 1,6 см в год, но этот процесс, продолжающийся уже несколько миллионов лет, рас¬ колол единую прежде Африканско- Аравийскую материковую плиту. Сложно сказать, как долго разлом будет расширяться и насколько большим будет в итоге формирую¬ щийся в этом месте океан. А Рождение Красного моря 1 Африка 2 Красное море 3 Азия 4 Континентальная кора 5 Мантия Земли 6 Центральный участок, где раска¬ ленное вещество мантии поднимает¬ ся к поверхности 8
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ Как появляются вулканы Рождение вулкана — впечатляющее событие. В наши дни предвестники извержений обнаруживаются специальными приборами. Их показания ученые-вулканологи анализируют в лабораториях. Колокольня сельской церкви в Мексике воз¬ вышается не над крышами домов, а над полем застывшей лавы, окружающей вулкан Пари- кутин. 20 февраля 1943 г. крестьяне в ужасе увидели, как земля, которую они вспахивали, вначале затряслась, а затем потрескалась. Из борозд пахоты поднялись клубы пара. Почти в одно мгновение все село было разрушено землетрясением, а крестьянское поле превра¬ тилось в огромную воронку, извергающую пепел, пар и раскаленные камни. За день во¬ ронка заполнилась, и на ее месте вырос вулка¬ нический конус высотой 8 м. Родился вулкан Парикутин. Через год конус достиг уже 450 м в высоту. Начались первые извержения, и мо¬ лодой вулкан был активен следующие девять лет. Из него не раз вытекали потоки лавы, ко¬ торые похоронили под собой развалины села. Рождение вулкана удается наблюдать крайне редко. Новички обычно появляются в окруже¬ нии старших соседей, действующих или уснув¬ ших вулканов. Местоположение зон вулкани¬ ческой активности определяется геометрией плит, слагающих земную кору, и подземными силами, управляющими их движением. В прямом эфире с острова Сюртсей V Вулканиче¬ ский островов Сюртсей рож¬ дался прямо на глазах в клубах пара и потоках быстро остыва¬ ющей лавы. Вулканический остров Сюртсей на юге Ис¬ ландии, возникший в 1963 г., вначале был по¬ хож на вытянутую ребристую подошву с зияю¬ щей продольной трещиной. В трещину хлыну¬ ла морская вода. При ее смешении с магмой образовались гигантские столбы водяного пара, напоминающие по форме кипарисы или петушиные хвосты, местами поднимавшиеся в высоту на 8 км. Когда вулканический конус вырос настолько, что вода перестала заливать кратер, началось извержение лавы. Огненные потоки стека¬ ли по склонам вулкана в море, рождая густую завесу пара. Вулкан оставался активным почти три года, и новый остров разрастался в северо-восточ¬ ном направлении. Его назвали Сюртсей в честь древнеисландского бога огня. Ко времени последнего извержения в 1967 г. он достигал 1,5 км в длину и 180 м в высоту. Через год на острове обосновалось около 40 видов насекомых и птиц. Птицы и течения принесли сюда семена растений. Постепенно остров по¬ крылся зеленым ковром. Предвестники извержений Каждому извержению предшествует множе¬ ство предупреждающих знаков. Одни сложно не заметить, например вздымание земли, по¬ явление дыма, выбросы газов, быструю череду слабых подрагиваний, которые нередко на¬ блюдаются за несколько недель до изливания магмы на поверхность. Другие предвестники выявляются только с помощью специальной аппаратуры, позволяющей улавливать повы¬ шение температуры почвы, локальные измене¬ ния гравитационного и магнитного полей, меняющийся состав испускаемых вулканом дыма и газов, в том числе увеличенное содер¬ жание серы и углекислого газа. В наши дни автоматическая измерительная аппаратура установлена на склонах вулканов на Гавайях, острове Реюньон и нескольких вул¬ канах, которые могут проснуться. Данные непрерывных измерений передаются в цент¬ ральные лаборатории по спутниковой связи. С помощью дистанционных инфракрасных датчиков всегда можно получить картину рас¬ пределения температур на всем вулкане. Развалины церкви Святого Иоанна над по¬ лем лавы — все, что осталось от села, погре¬ бенного при рож¬ дении вулкана Парикутин. У Через 30 лет после рождения площадь острова Сюртсей не пре¬ вышает 2 км2. Его поверхность предствляет собой конусы вулканического шлака, окружен¬ ные сплошным кольцом базаль¬ товой лавы.
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ Расселение растений Чтобы выжить, растения должны путешествовать. Для этого, впрочем, достаточно, чтобы перемещались только семена. Они распространяются с помощью ветра, воды или животных. У Выброшенный волнами на берег кокосовый орех прорастает, используя для этого энергию содержащихся в нем питатель¬ ных веществ. Туристы с удовольствием фотографируют склоняющиеся над песчаными пляжами ко¬ косовые пальмы. Но сможете ли вы точно сказать, где сделан снимок - на Антильских островах, в Африке, на Сейшельских остро¬ вах, в Индонезии или Полинезии? Ответить на этот вопрос иногда непросто, потому что кокосовые пальмы, которые стали символом безмятежного отдыха на солнечном пляже, встречаются на всех тропических по¬ бережьях. Как же удалось этому растению расселиться по миру? По морям и рекам В случае с кокосовой пальмой ответ - по морю. Семена растений, живущих по бе¬ регам морей, распространяются главным об¬ разом морскими течениями. Толстая волок¬ нистая оболочка кокосового ореха хорошо удерживает его на воде и надежно защищает семя от повреждений. Орех может плавать по морю несколько дней, месяцев и даже лет. Многие орехи гиб¬ нут в пути. Но некоторые наконец при¬ бивает к берегу, где они пускают корни. Ольха, дерево, растущее в заболочен¬ ных поймах, доверяет свои семена реке. Они плавают на поверхности воды, потому что в них много жира. Они сохраняют спо¬ собность к прорастанию, даже пробыв в воде больше года. Но у рек есть один недостаток: они текут лишь в одном направлении. Чтобы осваивать новые территории выше по течению, семенам ольхи нужна помощь ветра. Семена-воздухоплаватели Главное средство расселения семян - вездесущий ветер. Чтобы летать по ветру, растения обзавелись множеством хитро¬ умных приспособлений. Одно из самых эффективных, экономичных и распростра¬ ненных - парашютик. Семя одуванчика кре¬ пится к венчику из тонких волосков. Когда оно созревает, венчик разворачивается и при первом же дуновении ветра уносит с собой семя. Парашютик всегда приземляется семеч¬ ком вниз, что облегчает прорастание. Конструкция парашютика у разных расте¬ ний неодинакова. Иногда это просто пучок волосков, как, например, у хлопчатника. Люди делают из этих волосков вату и ткани. Другое приспособление, облегчающее перенос семян ветром, - крылья. Крыло - это широкая, уплощенная и слегка изогнутая стенка плода. При падении оно начинает вертеться, удерживая семя в воздухе. Ветер разносит такие «вертолетики» на огром¬ ные расстояния. С помощью крыльев расселяются плоды клена - крылатки. Крылатки легко залетают на новые тер¬ ритории, поэтому клен распространил - А Колючие пло¬ ды репейника, или лопуха, при¬ стают к шер¬ сти животных, которые неволь¬ но и распростра¬ няют его семена.
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ А Сочные ягоды (как у показан¬ ной здесь костя¬ ники) служат богатым источ¬ ником пищи для множества животных, прежде всего для птиц. Заключенные в ягодах семена не переварива¬ ются и разно¬ сятся на боль¬ шие расстояния, попадая на зем¬ лю с пометом. ся по свету очень широко. Семенам других растений плоские крылья позволяют легко планировать по воздуху и далеко улетать даже при слабом ветре. С помощью животных Растения закреплены корнями в почве и сами передвигаться не могут, зато живущие рядом звери могут бегать где угодно. Почему бы не воспользоваться таким «транспортным средством»? Задумка проста: нужно пристать к шерсти животного, а через некоторое время упасть - желательно на плодородную почву. Возьмем для примера лопух, или репейник, растущий в природе почти по всей Евразии и Северной Америке и выращиваемый в Япо¬ нии ради питательных корней. Плод, содер¬ жащий семена, представляет собой шарик с торчащими во все стороны крючками. Когда плоды созревают, они легко отламываются от стеблей и прицепляются к шерсти живот¬ ных. Пытаясь освободиться от назойливого репья, животное начинает чесаться и разбра¬ сывает семена лопуха по земле. Некоторые растения (например, орешник и многие злаки) расселя¬ ются благодаря животным, которые уносят с собой их лакомые семена. Некоторые из семян, перетаскивае¬ мых грызунами и муравьями в свои кладовые, теряются по дороге и про¬ растают. Другие семена дают ростки в хранилищах, о которых их хозяева попросту забывают. Пернатые разносчики семян К гладкому оперению птиц семенам и плодам прицепиться непросто. Перна¬ тые распространяют семена на огромные расстояния иным способом. Каждый год от арктической тундры до экваториальных лесов созревает масса вкусных ягод и других сочных плодов, которыми растения распла¬ чиваются с птицами и прочими животными за свое расселение по свету: животные поеда¬ ют их, а через некоторое время выбрасывают семена наружу вместе с пометом. В южноамериканских дождевых тропиче¬ ских лесах плодами дикорастущего авокадо питается птица квезал. Пернатые с удоволь¬ ствием поедают плоды с сочной маслянистой мякотью, но при этом проглатывают и нахо¬ дящееся внутри крупное семя. На следующий день оно выходит наружу вместе с пометом и падает на землю, где через некоторое время прорастает. Квезали и авокадо не выжили бы друг без друга. Без птиц это растение не смогло бы распространять семена, а квезали вымерли бы без своего основного источника пищи. < А Парашю- тик одуванчика (слева) поднима¬ ется в воздух даже от слабого дуновения ветра. Иногда семена этого растения растаскиваются муравьями (вверху). < Из волокон хлопчатника люди делают вату и ткани. Растению эти волокна нужны, чтобы распро¬ странять свои семена с помо¬ щью ветра. Ч Путешест¬ вуют не только семена. Цветки этого растения (Nanocnide japonica) выбра¬ сывают в воздух массу пыльцы. 11
А От малейшего прикосновения плод бальзамина, или недотроги бальзаминовой (Impatiens balsamina), с треском рас¬ крывается и выбрасывает семена. Зеленые конструкторы Бешеный огурец (Ecballium) выбра¬ сывает свои семена под высоким давле¬ нием, словно из шпри¬ ца. Это дикорастущее растение из семейства тыквенных с больши¬ ми желтыми цвет¬ ками распространено в Средиземноморье. Его мясистые щетинистые плоды напоми¬ нают по размеру и форме огурцы. По мере созревания плод наполняется жидкостью. В этой жидкости, находящейся под высоким давлением, плавают семена. От легкого со¬ трясения плод отрывается от плодоножки и из образовавшегося отверстия начинает бить клейкая струя, которая выбрасывает семена на расстояние до 12 м! Полагаясь только на собственные силы, обычно растение может разбросать семена лишь на несколько метров, но для травяни¬ стых растений бывает достаточно и этого. Используемые ими для этого устройства весьма разнообразны и вполне сравнимы с самыми совершенными механизмами, изо¬ бретенными человеком. Например, семена могут вылетать из пло¬ дов, как из катапульты, благодаря деформа¬ ции тканей в результате высыхания. Род недо¬ трога (Impatiens) семейства бальзаминовых с треском раскидывает свои семена при самом легком прикосновении к зрелым плодам. Некоторые комнатные и садовые виды этого растения многим известны под названием бальзамин. Семена некоторых злаков, бобовых и мно¬ гих других растений могут ползать по земле. Семянки (односеменные нераскрывающиеся плоды с околоплодником, не срастающимся с семенем) василька и крупины, как и одуван¬ чика (все эти растения относятся к семейству сложноцветных), снабжены щетинистым хо¬ холком. Он очень мал, и по воздуху такие се¬ мена летать не могут. Упав на землю, они на¬ чинают медленно отползать от материнского растения с помощью щетинок своего хохолка: во время дождя он складывается, а в сухую погоду расправляется, отталкивая семечко от поверхности почвы. Путешественники во времени Агростемма, или куколь, образует крупные округлые семена, которые падают на землю рядом с растением. Они не имеют никаких приспособлений для расселения. Чем же рас¬ тение компенсирует недостаток подвижности своих семян? Путешествием во времени! Упавшие семена могут долго оставаться в состоянии покоя и не прорастать, до тех пор пока не ослабеет конкуренция со стороны других растений, например после паводка или вспашки земли. Семена куколя спо¬ собны прорастать даже через несколько десятков лет - в условиях, отличных от тех, которые были на месте их осы¬ пания сразу же после созревания. Семена растений могут сохраняться даже в самом сухом песке. Вот почему через несколько дней после сильного дождя пустыни покрываются цветоч¬ ным ковром. Растения прорастают, цве¬ тут, плодоносят и умирают в течение нескольких недель. Образовавшиеся при этом семена будут терпеливо дожидаться новых дождей. ВСЕ ДЕЛО В СЕМЕНАХ Растения образуют семена, чтобы оставить после себя потомство. В любом семени заключен зародыш - из него может развиться новое расте¬ ние. Справа в поперечном разрезе по¬ казано семя клещевины, из которой получают касторовое масло. На рисун¬ ке изображены семенная кожура (1), расположенные рядом зачатки двух будущих листьев (2), зачаток корня и стебля (3). В семени содержится запас питательных веществ, необходимых для развития проростка (4). В семени дуба питательных веществ намного больше, чем в крошечном, как пылинка, семени орхидеи, но устроены они почти одинаково. 12
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ Живородящие животные Почти все млекопитающие, некоторые рептилии и амфибии, многие акулы и ряд беспозвоночных рождают хорошо развитых детенышей — свои маленькие копии. Это повышает шансы малышей на выживание. → У акул, в от¬ личие от млеко¬ питающих, де¬ теныши с самого рождения долж¬ ны заботиться о себе сами. Самка жирафа рожает стоя. Детеныш появ¬ ляется из материнской утробы на высоте два метра от земли, шлепается на землю, а минут через 20 поднимается на ноги. Спустя час он уже сосет молоко матери. Новорожденный весит 45-70 кг и достигает в высоту 1,9 м. Появление на свет Роды - очень сложный процесс. После начала схваток время становится на вес золота. Дыха¬ ние и питание зародыша за счет крови матери прекращаются. Начавшим работать легким необходимо быстро наполниться воздухом. Пищеварительная система готовится принять пищу, которая до сих пор поступала в организм вместе с кровью матери через пуповину. Чтобы как можно быстрее сделать первый вдох, дете¬ ныши наземных животных рождаются головой вперед. Малыши дельфинов, напротив, рожда¬ ются хвостом вперед: хвост помогает им вы¬ браться из утробы. Китообразные умеют на¬ долго задерживать дыхание, поэтому их дете¬ ныши меньше рискуют умереть во время родов от удушья. Почти самостоятельные Как и многие другие копытные, жирафы рожают на виду у хищников. Поэтому их дете¬ ныши должны появляться на свет хорошо раз¬ витыми. После 13—16 недель внутриутробного развития они выходят в мир, напоминая уменьшенные копии родителей. При этом их вес составляет более 10% от веса матери. Хорошо сформированные и вскоре после рож¬ дения уже довольно подвижные, они не со¬ А Появление на свет — тя¬ желое испыта¬ ние для жира¬ фенка. Ему необходимо как можно быстрее встать на ноги. Если первое вре¬ мя детеныш бу¬ дет постоянно держаться ря¬ дом с матерью, риск стать жертвой хищ¬ ника составит для него всего лишь 10%. всем беспомощны перед лицом хищни¬ ков. То же можно ска¬ зать про детенышей зайцев и морских млекопитающих. Внутриутробное развитие слоненка продолжается бо¬ лее 22 месяцев — больше, чем у всех других млекопи¬ тающих. При рож¬ дении он тоже падает на землю, но вскоре встает на ноги, хотя весит около 100 кг, и подходит к матери, которая будет кормить его молоком до шести лет. О слоненке заботятся несколько слоних, которые ни на ми¬ нуту не оставляют его без присмотра. Один их размер уже отпугивает хищников. У кроликов и других животных, рождающих детенышей в норах и логовах, малыши появля¬ ются на свет слепыми, слабыми и очень ма¬ ленькими. Так, новорожденный медвежонок весит всего 500 г — почти в 1000 раз меньше, чем его мамаша! Живых детенышей приносят на свет и аку¬ лы. Лимонные акулы, например, приплывают рожать всегда в одни и те же лагуны. Почти сразу же после появления на свет акулята в отличие от детенышей млекопитающих сами добывают себе пропитание. Живорождение Живорождение — обычное явление для так на¬ зываемых высших животных, которые обла¬ дают сложной физиологией, высокоорганизо¬ ванным поведением, развитым интеллектом и умением приспосабливаться к резким изме¬ нениям окружающей среды. Большинство из них живут в более-менее постоянных усло¬ виях и сравнительно редко сталкиваются с угрозой для жизни. Поэтому они могут по¬ свящать достаточно времени своему немного¬ численному потомству, имеющему после рож¬ дения высокие шансы на выживание. 13
Рождение Вселенной Представьте себе все вещество сжатым в один массивный объект, весь свет сконцентрированным в одном источнике. Вообразите пространство с чис¬ лом измерений больше, чем наблюдаемые нами три. До Большого взрыва наша Вселенная могла быть именно такой, но возможно, что вещества и света тогда вообще не было. Ученые считают, что Вселенная возникла из единственной точки, начала расширяться и постепеннсивформилась. За 15 млрд лет в ней образовались обширные поля галактик, состоящих из сотен миллиардов звезд и планет. С начала XX в. астрофизики пытаются воссоздать долгую историю формирования Вселенной, понять устройство мироздания. Но до решения этой гран¬ диозной задачи еще очень далеко. Разгадка тайн аномалий В 1924 г. американский астроном Эд¬ вин Хаббл обнаружил, что лучи света, идущего от далеких звезд, смещены в сторону длинноволновой красной части спектра. Это означало, что длина световых волн увеличивается, словно излучающий их объект удаляется от точки наблюдения. Хаббл понял, что есть связь между этим явлением и ско¬ ростью, с которой галактики удаляются от Солнца. На самом деле происходит не столько удаление галактик, сколько увеличение расстояний между ними в результате расширения Вселенной. В 1965 г. американские радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон открыли микроволновое электромагнитное излу¬ чение, которое равномерно поступало со всех сторон, имело одинаковую температу¬ ру и, следовательно, не могло исходить от одного объекта. Это доказывало существо¬ вание микроволнового фона, оставшегося со времен рождения Вселенной, когда впервые возникло отделенное от вещества электромагнитное излучение. Сегодня мы умеем регистрировать его. Это реликтовое фоновое излучение показано на снимке (см. с. 15) видимой с Земли части неба, сделанном в 1993 г. спутником «СОВЕ» (от англ. Cosmic Background Explorer - «исследователь космического фона»). Раз¬ ные частоты излучения имеют свой цвет. И СТАЛ СВЕТ В начале времен было мгновение, ког¬ да температура и плотность вещества достигли критического значения и про¬ изошел Большой взрыв (см. схему на с. 15, 1). За долю секунды гигант¬ ская энергия, сосредоточенная в точ¬ ке, меньше острия иголки, распростра¬ нилась во все стороны и породила субатомные частицы. В результате их взаимодействия образовалась среда, состоящая из кварков, фотонов, ней¬ трино и электронов (2). В течение первых трех минут после Большого взрыва эти частицы оказались прочно связаны друг с другом, и из кварков возникли протоны и нейтроны (3). Когда температура начала падать, про¬ тоны и нейтроны объединились, образовав первые атомные ядра (4). Появились са¬ мые легкие элементы, прежде всего водо¬ род и гелий, - первокирпичики Вселенной. Плотность среды была так велика, что фо¬ тоны оказались заблокированы электрона¬ ми и не могли рассеиваться, поэтому Все¬ ленная была темной, совсем лишенной света. Через 300 тыс. лет вещество стало электрически нейтральным, его плотность уменьшилась, и фотоны смогли свободно двигаться, начав распространяться в кос¬ мосе, - так родился свет. Именно эти фо¬ тоны и создают космический микроволно¬ вый фон, или реликтовое излучение. 14
РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ В ТЕОРИИ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА ТАИНЫ РОЖДЕНИЯ В ПОИСКАХ НЕВИДИМОЙ МАТЕРИИ Через миллион лет после Большого взрыва вещество отделилось от излуче¬ ния и стало эволюционировать самосто¬ ятельно. Вселенная состояла тогда на 90% из водорода и на 10% из гелия (5). Со временем появились области, где плотность вещества была выше, чем в окружающем пространстве. Так воз¬ никли предшественники галактик (6). Они обладали большой силой тяготения и становились еще плотнее, притягивая вещество из разреженных областей. С возникновением объектов, имею¬ щих мощные гравитационные силы, расширение Вселенной замедлилось, но, чтобы она приняла современный вид (7), в ней изначально должно было быть боль¬ ше вещества, чем доступно нашему наблю¬ дению. Это скрытое вещество назвали тем¬ ным. Сколько его? Из чего оно состоит? Возможно, темное вещество содержит античастицы нейтрино и нейтралино или частицы, называемые вимпами (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle - «слабовзаимодействующая массивная частица»), а может быть, мачо (от MACHO, Massive Astrophysical Compact Halo Object - «массивный астрофизический компактный объект гало») или даже «мертворожден¬ ные» звезды. В поисках ответа астрономы сопоставляют данные исследований кро¬ шечных и гигантских объектов Вселенной. Чередование взрывов и сжатий Не исключено, что Вселенная ритмично пульсирует. Возможно также, что она по-прежнему расширяется и это расши¬ рение никогда не прекратится. Все зависит от плотности вещества во Все¬ ленной. При слишком большой плотно¬ сти сила тяготения невероятно возрас¬ тает. А это в свою очередь должно приводить к процессу, обратному рас¬ ширению, - все галактики под дейст¬ вием тяготения должны вновь начать сжиматься в одну точку. Этот процесс описывает теория Большого сжатия. При этом световые волны будут сме¬ щаться в коротковолновую фиолето¬ вую часть спектра, поскольку расстоя¬ ния между галактиками будут умень¬ шаться. Но если плотность вещества не превышает критического значения, то Вселенная продолжит расширяться, в итоге галактики утратят связь друг с другом, а звезды погаснут. Некото¬ рые ученые предполагают, что Вселен¬ ная проходит бесконечную череду рас¬ ширений, начинающихся Большим взрывом, и сжатий, заканчивающихся Большим сжатием. Реликтовое излучение на видимой с Земли части неба
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ А Серая жаба - представитель класса амфибий, или земноводных. Каждый год сам¬ ка откладывает в каком-нибудь пруду тысячи икринок. Но го¬ ловастики вый¬ дут лишь из не¬ многих икринок: большинство съедят рыбы. Вылупление из яйца Чтобы появиться на свет, рыбы, амфибии, рептилии и птицы должны пробиться из яйца наружу сквозь его оболочки. Эта непростая задача иногда требует помощи родителей. Самка ниль¬ ского крокодила, услышав из глу¬ бины яйца жа¬ лобный зов о по¬ мощи, помогает детенышу разо¬ рвать скорлупу, катая яйцо между языком и нёбом. Самка нильского крокодила беспокоится. Она ходит взад-вперед вокруг невысокого песча¬ ного холмика. Время пришло. Через несколько минут ее детеныши начнут появляться на свет. Но, конечно, не все сразу: ритуал их вступле¬ ния в жизнь продлится несколько часов. Под мягкой скорлупой После спаривания самка нильского крокодила роет задними ногами углубление в песке и от¬ кладывает в ямку от 15 до 80 яиц. У некоторых видов крокодилов самка прикрывает отложен¬ ные яйца растительными остатками, которые, разлагаясь, будут давать тепло, необходимое для развития зародышей в течение 2-3 меся¬ цев. Дополнительное тепло нужно потому, что самка не насиживает яйца, что не мешает ей оставаться заботливой мамашей. Она ревно¬ стно охраняет кладку и решительно нападает на всякого, кто осмелится к ней приблизиться. В положенный срок самка подходит к одно¬ му из яиц, из которого доносится писк. Она проворно раскапывает тонкий слой песка, об¬ нажая спрятанное под ним яйцо. Если дете¬ ныш сам не может пробить наружную оболоч¬ ку, мать осторожно берет яйцо в зубы и катает между языком и нёбом до тех пор, пока эла¬ стичная скорлупа не разрывается. То же самое она проделывает с каждым яйцом кладки, хотя не из всех вылупляются детеныши. ГНЕЗДО С ОБОГРЕВОМ Затем она зубами рает по оче¬ реди всех ма¬ лышей в пасть и несет их к бли¬ жайшему водоему, где они впервые в жизни ис¬ купаются и пообедают. Плавучий питомник Весной жабы мечут в прудах икру. Тысячи икринок сцеплены друг с гом в длинную, плавающую в воде ленту. Иногда она запутывается в прудовых рас¬ тениях. Каждая икринка состоит из зародыша и окружающего его липкого студенистого ве¬ щества, которое и связывает икринки в ленту, напоминающую бусы. Темная точка в центре икринки — зародыш будущей жабы. Студени¬ стая оболочка икринок постепен¬ но истончается, поскольку веществами, из которой она состоит, питается развивающийся заро¬ дыш. В конце концов зародыши превраща¬ ются в головастиков, а те в свою очередь во взрослых жаб — правда, лишь немногие: большинство икринок и головастиков становятся жертвами прожорливых обитателей пруда. Специальные приспособления Яйца птиц покрыты твердой из¬ вестковой оболочкой. Но как ма¬ ленькому, слабому птенцу, свер¬ нувшемуся внутри яйца плотным клубочком, выбраться из этой сми¬ рительной рубашки в дивный но¬ вый мир? Подобно детенышам крокоди¬ лов, связанным с птицами тесны¬ ми эволюционными узами, птенцы перед вылуплением издают внутри яйца звуки, которые слышат роди¬ тели. О яйцах, из которых вот-вот Самки некоторых южноаме канских кайманов откладыв ют яйца в чаще тропического леса. Но солнце плохо освещает землю под густым пологом, и для согре¬ вания яиц кайманам нужен другой источник тепла. Поэтому самка строит гнездо возле термитника: вырабатываемое насекомыми теп¬ ло согревает кладку. Однако вско¬ ре крокодилье гнездо становится частью разрастающегося термит¬ ника, и, когда наступает время вы- лупления детенышей, самке при¬ ходится взламывать его стенки, чтобы малыши смогли спокойно выбраться наружу. 16
ТАИНЫ РОЖДЕНИЯ У Страусенок выбрался из яйца мокрым и устав¬ шим. Ему нужно несколько минут, чтобы прийти в себя. V Яйцо коша¬ чьей акулы прикрепляется к морским водо¬ рослям. Богатое питательными веществами со¬ держимое яйца позволяет заро¬ дышу жить и развиваться внутри яйца в течение не¬ скольких меся¬ цев. Долгое раз¬ витие зародыша характерно для яйцекладущих акул, однако не свойственно большинству других рыб. должны вылупиться ма¬ лыши, они проявляют особую заботу. Впрочем, у большинства видов птиц мамашам не при¬ ходится помогать птен¬ цам взламывать скор¬ лупу, потому что их клюв оснащен яйцевым зубом - специальным приспособлением, по¬ могающим им выби¬ раться из яиц. Он пред¬ ставляет собой треуголь¬ ный вырост на конце надклювья, который птен¬ цы теряют вскоре после вы- лупления. Конечно, скорлупа бывает и очень толстой. Птен¬ цам страуса приходится проби¬ вать скорлупу своих яиц, прилагая немалые усилия. Интересный способ вскрытия яйце¬ вой оболочки используют детеныши австралийской гигантской каракатицы. Проведя целых четыре месяца внутри студе¬ нистого яйца, маленькая каракатица освобож¬ дается из него с помощью специальной щетки на конце хвоста, которой она работает как на¬ пильником, постепенно подтачивая оболочку. Как и яйцевой зуб у птиц, вскоре после вы- лупления эта щеточка исчезает. Капсулы с акулятами Обыкновенная кошачья акула - небольшая яйцекладущая рыба, обитающая у берегов Ев¬ ропы и Северной Африки. Самка откладывает яйца, заключенные в мягкий продолговатый футляр с длинными извивающимися нитями на концах. С помощью нитей яйцо прикреп¬ ляется к морским водорослям на все то время, пока внутри защитной капсулы развивается зародыш. Вылупляющиеся акулята разры¬ вают оболочку зубами, а пустые капсулы нередко выбрасываются волнами на берег. Жители некоторых европейских стран назы¬ вают их «кошельками русалок». Акуленок развивается внутри капсулы при¬ мерно 9 месяцев. Все это время он пи¬ тается за счет запасов питательных ве¬ ществ и регулярно поворачивается в капсуле, чтобы в нее проникала бога¬ тая кислородом вода. Яйцевые капсулы небольших кошачьих акул не превы¬ шают в длину 10 см, а громадные кито¬ вые акулы откладывают «кошельки» длиной 60 см и диаметром 40 см! С помощью яйцевых капсул раз¬ множаются и многие скаты, но в отличие от акул они откла- дывают их на дно моря. ■< Проведя шесть недель в яйце, птенец страуса стара¬ ется выбраться наружу. Перед вылуплением он издает внутри яйца звуки, сооб¬ щающие родите¬ лям, что ему пора появляться на свет. По¬ скольку проло¬ мить толстую скорлупу страу¬ синого яйца не¬ просто, страу¬ сенку приходится изрядно потру¬ диться. Однако процесс вылупле- ния почти всегда заканчивается благополучно.
Л Розовые фла¬ минго живут огромными груп¬ пами. Духом кол¬ лективизма эти птицы проника¬ ются с самого раннего воз¬ раста, ведь их птенцы вос¬ питываются в «яслях». Ясли и няньки Пока малыши растут, родителям не до отдыха. Многие животные с помощью различных хитроумных приспособлений научились ограждать своих детенышей от невзгод и напастей. В колонии розовых фламинго бывает до не¬ скольких тысяч взрослых птиц. К концу июня у них вылупляются птенцы. Но где же они? Видны только взрослые фламинго, чье розо¬ вое оперение отчетливо выделяется на фоне голубой воды прибрежных болот (маршей). А птенцы, имеющие пока неброскую окраску, собираются плотной группой на окраине бо¬ лота. Сотни маленьких бурых фламинго шле¬ пают по мелководью под бдительным надзо¬ ром нескольких взрослых птиц. Птичьи ясли Фламинго, как и некоторые другие виды пернатых, растят свое потом¬ ство в «яслях». Как только птенцы начинают ходить, они собираются гурьбой. За ними присматривают не¬ сколько взрослых птиц. Это не зна¬ чит, что родители их бросили. Они навещают и кормят малышей до тех пор, пока те не станут вполне само¬ стоятельными. По писку - а у всех птенцов он разный - родители безо¬ шибочно узнают своих отпрысков среди множества других. Учитывая, что в «яслях» малых фламинго, оби¬ тающих в тропической Африке, бы¬ вает до 30 000 птенцов, взрослые пти¬ цы, надо полагать, обладают чрезвы¬ чайно тонким слухом. Малыши подрастают, учатся кормиться самостоятельно, и связь между ними и родите¬ лями постепенно ослабевает. В конце концов птенцы покидают «ясли», где были надежно защищены от врагов: хищнику сложнее похи¬ тить птенца из огромного скопления детены¬ шей, чем поймать отбившегося от взрослых неопытного одиночку. Такой способ заботы о потомстве характерен и для некоторых других видов птиц, например РЫБЫ МЕНЯЮТСЯ РОЛЯМИ А погоны - тропиче¬ ские рыбы из груп¬ пы окунеобразных - вы¬ нашивают икру во рту. При этом самка мечет ее прямо в рот самца. Па¬ паша оберегает икринки вплоть до вылулления мальков - обычно около двух недель (хотя у раз¬ ных видов сроки могут отличаться). Очевидцы утверждают, что при опасности во рту у отца могут прятаться и маль¬ ки. Однако ученые со¬ мневаются в достовер¬ ности этих сведений. 18
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ А Птенцы лазо¬ ревки выпраши¬ вают лакомство у одного из роди¬ телей. Эти ма¬ ленькие синички распространены в Европе, Север¬ ной Африке и Малой Азии. обеспечивают волчицу кормом, оставляя до¬ бычу у ее логова. Как только малыши начина¬ ют выходить из норы и знакомятся с другими взрослыми волками, заботу о них берет на себя вся стая. Когда мамаша отдыхает или охотится, волчата остаются под присмотром какого- нибудь взрослого самца или самки. Волк- «нянька» должен не только защищать подопеч¬ ных от врагов, но и развлекать играми. В стаде слонов нет взрослых самцов. Когда слонята-самцы подрастают, они начинают жить поодиночке. Стадо, которое возглавляет старая самка-матриарх, состоит только из се¬ стер, их дочерей и внучек. Когда одна из сло¬ них рожает, остальные стоят вокруг и трубят. Впоследствии они заботятся о чужом малыше не меньше, чем о собственных детенышах, тро¬ гательно опекая его и помогая преодолевать любые трудности. < А У слонов и львов мало общего, но самки этих млекопи¬ тающих живут группами, помо¬ гая друг другу заботиться о детенышах. У Китенок ста¬ рается все время держаться рядом с мамашей: так он меньше риску¬ ет подвергнуться нападению крово¬ жадной косатки. антарктических пингвинов и пестро¬ носой крачки. Эти птицы тоже узнают своих детей по голосу. Совместно вос¬ питывают птенцов и утки пеганки, хотя их «ясли» невелики: они состоят из выводков всего нескольких супру¬ жеских пар. Иногда можно наблю¬ дать, как, например, за одной парой взрослых пеганок вышагивает десятка четыре утят - подозрительно много для одной семьи! «Ясли» для детенышей устраивают и некоторые млекопитающие, напри¬ мер летучие мыши и даже огромные киты (особенно горбатые). Няньки У некоторых птиц совмест¬ ная забота о потомстве приняла несколько иные формы. У флоридской кус¬ тарниковой сойки и золо¬ тистой щурки родителям нередко помогают выкарм¬ ливать малышей птенцы прошлогоднего выводка: они приносят своим младшим братьям и сестрам до 30% корма. Не¬ которые ученые считают, что такое поведение помогает молодым птицам подготовиться к будущим заботам о собствен¬ ном потомстве. У камышницы, или болотной курочки, ро¬ дителям помогают забо¬ титься о летнем выводке совсем молодые птицы, которые появились на свет весной, то есть всего на несколь¬ ко недель раньше. Взаимная помощь Общественные животные помогают друг другу защищать и воспитывать детенышей самыми разными способами. Например, львицы, жи¬ вущие в одном прайде (группе), нередко кор¬ мят молоком не только свое кровное потом¬ ство, но и малышей других самок. У некоторых видов летучих мышей самки живут отдельно от самцов. Отправляясь на охоту, самка оставляет родного малыша в укрытии, а вернувшись домой, кормит моло¬ ком первого попавшегося детеныша. Однако чаще всего летучие мыши легко узнают своих отпрысков с помощью ультразвуков даже в тем¬ ноте и суматохе густонаселенной пещеры. Волчья стая состоит из 8—12 животных, но размножается лишь пара доминирующих зверей. Обычно самка приносит на свет пять детенышей и первые несколько недель забо¬ тится о них сама. Но остальные члены стаи 19
В течение нескольких не¬ дель об этом маленьком фла¬ минго позаботятся его роди¬ тели. Затем птенца отда¬ дут в «ясли», где он будет расти вместе со своими сверстниками. УПИТАННЫЕ МАЛЫШИ Некоторые птицы, например северные олуши и многие пингвины, кормят птенцов до тех пор, пока они не становятся тяжелее родителей, а потом заботиться о них прекращают. Моло¬ дым птицам приходится самим добывать себе пропитание. Родители раскармливают их неспроста - ведь в течение первой недели после разлуки с ними птенцы довольно беспомощны. Избыток веса необходим им для выживания: он поддержит силы молодняка в начале само¬ стоятельной жизни.
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ Пора обедать У одних видов животных родители сразу отлучают детенышей от себя. У других выкармливают малышей до тех пор, пока они не научатся питаться самостоятельно. На молочной диете Кормление детенышей мо¬ локом - характерная осо¬ бенность всех млекопи¬ тающих. Когда в матке у самки образуется за¬ родыш, под влиянием половых гормонов эстрогена и проге¬ стерона ее молочные железы начинают уве¬ личиваться в размерах, готовясь обеспечивать детенышей питанием. Молочные железы состоят из клеток, выраба¬ тывающих молоко. Оно стекает в особые про¬ токи, открывающиеся на кончике соска. Молочные железы начинают вырабатывать молоко только после рождения детеныша. В это время уровень эстрогена и прогестерона в крови матери резко падает, зато увеличива¬ ется содержание пролактина, который и сти¬ мулирует секрецию молока. Кормление дете¬ нышей молоком приводит к усилению выра¬ ботки пролактина и выделению еще одного гормона, окситоцина, который помогает мышцам молочных желез сокращаться и вы¬ талкивать молоко из сосков. Когда детеныши переходят на другой корм, выработка молока у самки прекращается, и ее молочные железы вновь уменьшаются в размерах. У детенышей китообразных нет губ, поэто¬ му они не могут сосать молоко. Но у самки вокруг соска расположены очень сильные мышцы, которые, сокращаясь, впрыскивают мощную струю молока прямо в рот детенышу. Благодаря этому питательная жидкость почти не разбавляется водой. А Взрослый бурый пеликан набивает зоб рыбой. Вернув¬ шись в гнездо, он отрыгнет ее сидящим в нем птенцам. У многих животных малыши с первых минут полностью отлучены от родителей. Кто-то выкармливает детенышей до тех пор, пока они не смогут питаться самостоятельно. Потомство млекопитающих с момента появления на свет и до перехода на «взрослую» пищу сосет мате¬ ринское молоко. Птенцовые и выводковые Теплый майский день на тихоокеанском по¬ бережье Калифорнии. Расположенный здесь заповедник наполнен шумом и криками. Множество самых разнообразных пер¬ натых заняты главным в эту горя¬ чую пору делом — кормлением птенцов. Здесь вытягивают шеи лох¬ матые птенцы бурого пели¬ кана, чтобы залезть в горло¬ вой мешок родителей и по¬ живиться отрыгнутой рыбой. Птенцам всего несколько дней, их тело по¬ крыто редким пухом, и большую часть дня они жмутся друг к другу, не покидая расположен¬ ного на земле гнезда. А невдалеке семья шилоклювок — малень¬ ких куликов с загнутыми кверху тонкими клю¬ вами - неторопливо прогуливается по мелко¬ водью соленой лужи. Пушистые птенцы вы¬ ходят из гнезда сразу после вылупления и шлепают вслед за родителями, самостоя¬ тельно добывая корм. Поначалу охота идет не слишком успешно: малыши погружают клювы в воду, как правило, безрезультатно. Но родители терпеливо помогают неопыт¬ ным малышам, подзывая их туда, где живности больше. Пеликаны, как и многие другие птицы, относятся к так называе¬ мым птенцовым видам пернатых: их малыши появляются на свет слепыми и голыми и на первых порах остаются в гнезде. Роди¬ тели неустанно кормят их до тех пор, пока птенцы не оперятся и не начнут летать. Шилоклювки - птицы вывод¬ ковые. Их птенцы вылупляются хорошо развитыми. Они вскоре покидают гнездо и начинают до¬ бывать корм самостоятельно. V У хорьков детеныши рож¬ даются слепыми и голыми. Забот¬ ливая мамаша кормит их моло¬ ком несколько недель. А Волчата, переставшие получать мате¬ ринское молоко, на первых порах едят только то, что им дают ро¬ дители. Взрослые волки принесли детенышам два больших куска мяса, слегка раз¬ жеванных, чтобы малышам было легче их есть.
ТАЙНЫ РОЖДЕНИЯ КОРМЯЩАЯ МУХА Поедаемые заживо Некоторые животные обеспечивают своих де¬ тенышей кормом паразитическим способом. Родственники ос, наездники, садятся «вер¬ хом» (отсюда их название) на гусениц и других личинок насекомых и откладывают яйца в тело жертвы. Личинка наездника развивает¬ ся внутри гусеницы, поедая ее заживо. Когда гусеница окукливается, внутри нее окуклива¬ ется и личинка наездника. В результате из ку¬ колки на свет появляется не бабочка, а наезд¬ ник. Некоторые виды наездников развиваются внутри личинок других наездников, которые в свою очередь развиваются в теле гусениц! Муха цеце, переносчица возбу¬ дителей сонной болезни чело¬ века, обитает в Африке. Каждый раз самка производит на свет по одному детенышу. Он всегда окру¬ жен материнской заботой. Самка носит личинку в особой сумке и кормит ее жидкостью, выделяе¬ мой брюшком. Личинка дышит через две трубки, торчащие из тела матери возле клоаки, и несколько раз линяет, а когда подрастает, вы¬ бирается наружу и сразу же окук¬ ливается. Из неподвижной куколки через некоторое время выходит взрослая муха. Австра¬ лийские утконос и ехидна (внизу) размножаются иначе, чем другие млекопитающие: они откладыва¬ ют яйца. Самка ехидны перека¬ тывает яйцо из клоаки в особую сумку на брюхе. После вылупления детеныш прикре¬ пляется здесь к шерсти матери (справа) и кор¬ мится вытекаю¬ щим из молочной железы молоком. В сумке малыш остается до тех пор, пока у него не начинают расти иглы. Состав молока Молоко очень питательно. Оно состоит из воды, белков (в том числе легко усвояемого казеина), углеводов и жиров. Соотношение этих ингредиентов зависит от условий среды и потребностей детеныша. Обычно чем больше в молоке углеводов, тем меньше белков и жи¬ ров. У млекопитающих, живущих в засушли¬ вых местах (пустынях или саваннах), молоко содержит намного больше воды, чем у обита¬ телей европейских лугов. Потомство морских млекопитающих и животных холодных широт получает очень жирное молоко. Богатый энергией жир - лучшее топливо для обогрева животных. Новорожденные дете¬ ныши млекопитающих, населяющих холодные моря и приполярные районы суши, должны расти особенно быстро, чтобы поскорее научиться самостоя¬ тельно противостоять суро¬ вому климату. Поэтому у них велика потребность в кало¬ рийном питании, а удовлетво¬ рить ее можно только за счет жирного молока. Птичье молоко Птенцы голубей не смогли бы вы¬ жить без «голубиного молочка» - вязкого беловатого вещества, немного похо¬ жего на творог, которое выделяют клетки, рас¬ положенные в стенках зоба у взрослых птиц. По своему составу оно близко к молоку мле¬ копитающих и вырабатывается тоже благода¬ ря гормону пролактину. Под действием про- лактина клетки в зобу у голубя наполняются «молочком» и отделяются от стенок зоба, а птенцы достают их, глубоко засовывая голо¬ ву в клюв родителей. Особым «молочком» кормят своих птенцов и розовые фламинго. В его состав входят не только полупереваренные рачки и водорос¬ ли, но и особые выделения пищевода, содер¬ жащие значительное количество крови взрос¬ лой птицы, поэтому «молочко» окрашено в розовый цвет. По питательной ценности эта жидкость не уступает молоку млекопитающих. Птенцы фламинго питаются «молочком» в течение первых двух месяцев жизни. В этот период их прямой от рожде¬ ния клюв начинает медленно загибаться вниз, а когда он становится таким же горба¬ тым, как у родителей, малы¬ ши приступают к самостоя¬ тельной кормежке. Молочное питание - самый на¬ чальный этап развития новорож¬ денных. Когда он закончится, дете¬ ныши должны сами добывать себе пищу. Растительноядные млекопи¬ тающие обычно учатся этому само¬ стоятельно: их кормежка не требует особых навыков. А вот для хищни¬ ков умение добывать еду - целая наука. На первых порах родители в основном кормят детенышей отрыгиваемыми и разжеванными кусками своей добычи. Затем начи¬ наются уроки охоты. 22
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ В новом облачении Линька - это периодическая смена у позвоночных и беспозвоночных животных кожи или ее образований (шерсти, перьев, панциря и т. д.). А Осенью самец каменки полно¬ стью обновляет свое оперение. Во время линьки он сбрасывает пестрый весенне¬ летний наряд (вверху) и обла¬ чается в красно¬ вато-бурый зим¬ ний (внизу). Новый плащ-невидимка Линька позволяет животным полностью из¬ менить окраску. У некоторых видов, живущих высоко в горах или тундре, осенью окраска становится чисто-белой, позволяя им зимой оставаться незаметными на снегу. Весной жи¬ вотные вновь обзаводятся серовато-бурыми перьями или шерстью - под цвет камней и лишайников. Так поступает, например, белая куропатка, родственница обычной серой куропатки, а также горностай, небольшой хищный зверек с тонким длинным тельцем и густым мехом - бурым летом и белым зимой (за исключением кончика хвоста, который всегда остается чер¬ ным). Свой наряд обновляет и песец. Хищни¬ ки, таким образом, тоже линяют, чтобы изме¬ нить окраску и стать незаметными для жертв. Выползок У змей линька происходит обычно раз в год и в отличие от птиц не занимает много време¬ ни. Эти рептилии сбрасывают старую кожу, потому что она изнашивается. За несколько дней до линьки у змеи мутнеют глаза, тускне¬ ет и бледнеет окраска, пропадает аппетит. В это время она может быть очень агрессив¬ ной. Некоторые змеи перед линькой проводят много время в воде, чтобы размягчить кожу. Когда приходит время линять, змея трется о камень или какой-нибудь другой твердый В Гренландии конец лета, и каменка заканчи¬ вает выкармливать птенцов. Теперь ей пред¬ стоит перелет в далекую тропическую Африку, где она проведет зиму. Но трогаться в путь пока рано: маховые перья птицы изрядно по¬ трепались во время высиживания птенцов и выцвели под лучами не заходящего за гори¬ зонт солнца. Самое время обновить оперение. Перья для полета и украшения Не все перелетные птицы линяют перед долгой дорогой. Некоторые, например вилохвостая чайка, гнездящаяся в Арктике и улетающая на зиму южнее экватора, пред¬ почитают экономить перед полетом запасы а линяют уже в местах зимовки, на по¬ бережье Африки или Южной Америки. Из всех животных птицы обладают самыми разнообразными способами линьки. Перья все время в работе и постепенно изнашивают¬ ся, поэтому их приходится регулярно менять. Первый раз птица линяет в юности, меняя птенцовый пух на настоящее оперение. Взрос¬ лые птицы обычно линяют один или два раза в год. В ходе линьки у многих птиц меняются не все перья, а только часть, поэтому они не теряют способности нормально летать. Однако у некоторых уток, гусей, журавлей и пастушков после сезона размножения все маховые перья выпадают разом, поэтому какое-то время птицы летать не могут и не¬ редко становятся легкой добычей хищников. Спасаясь от врагов, птицы собираются в труд¬ нодоступных уголках водоемов или на непро¬ ходимых болотах. Самцы других уток (например, кряквы, шилохвости, широконоски, гоголя, длинно¬ носого крохаля и мандаринки) облачаются в роскошные брачные наряды зимой. В это время они уже подыскивают себе пару, и яркое оперение, по-видимому, помогает им оболь¬ щать самок. Самки, напротив, приобретают невзрачное оперение, которое сделает их не¬ заметными на гнездах в период насиживания яиц. Когда брачный сезон заканчивается, самцы снова линяют. Их наряд становится та¬ ким же тусклым, как у самок. Теперь им тоже не стоит бросаться в глаза хищникам. Наряд¬ ные перья вновь отрастут у них во время частичной зимней линьки, в преддверии но¬ вого периода размножения. < У песца две шубы: весной он меняет белый зим¬ ний мех на более темный, серо¬ коричневый. Благодаря этому хищника сложно заметить на фоне тундрового ланд¬ шафта и зимой и летом. 24
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ РОЛЬ СВЕТА Одни животные линяют в течение жизни многократно, другие - лишь несколько раз. Каким образом запускается механизм линьки, пока не вполне ясно. Возможно основную роль здесь играет изменение продол¬ жительности светового дня. Ее увели¬ чение стимулирует работу гипофиза - железы, вырабатывающей определен¬ ные гормоны. Эти гормоны активи¬ зируют деятельность других желез, в частности щитовидной, гормоны которой регулируют рост тканей и пиг¬ ментацию покровов. А Чтобы расти, паукам нужно регулярно менять внешний скелет: старый посте¬ пенно становит¬ ся тесным. Этот паук-птицеед едва перелинял - сбросил свое старое облачение (вверху) и остал¬ ся в новой, еще не затвердевшей шкурке. Она станет твердой через несколько часов. У некоторых многоножек линька происхо¬ дит только на стадии личинки, взрослые особи не линяют. С каждой линькой у личинки воз¬ никает новый сегмент тела, и когда их образу¬ ется нужное количество, животное перестает расти и становится половозрелым. Линька - очень ответственный момент в жизни всех беспозвоночных. Лишившись защитного панциря, их мягкое нежное тело оказывается очень уязвимым для хищников. Крабы и раки в течение нескольких дней и даже недель после линь¬ ки прячутся под камнями и в других убежищах, пока не затвердеет новый панцирь. Дело осложняется еще и тем, что, пытаясь вытащить клешни из ста¬ рого панциря, животные нередко отрывают их и, таким образом, на¬ долго лишаются своего главного оружия (через некоторое время клешни отрастают вновь). Y Змеи обычно начинают ли¬ нять с головы (внизу). Старая кожа — выпол¬ зок — остается лежать на земле (вверху). предмет, чтобы прорвать старую кожу. Первым делом змея освобождает голову. С остальной части тела старая кожа сходит чулком и оста¬ ется лежать на земле в виде прозрачного вы ползка. Поскольку при смене кожи змея теряет много жидкости, после линьки ее нередко мучит сильная жажда. Перелинявшая змея выглядит как новенькая! Ящерицы в отличие от змей сбрасывают старую кожу лоскутами. Они сдирают ее ртом, а лоскутки съедают. Когда панцирь тесен Тело членистоногих (пауков, насекомых, ракообразных, многоножек) защищено снаружи внешним скелетом - панцирем. Расти эти животные могут только потому, что время от времени сбрасывают старые покровы, под которыми уже сформирова¬ лись новые, более просторные. Мокрицы линяют в два приема: сначала сбрасывают покровы со спинной стороны тела, а через несколько часов - с брюшной. 25
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ Метаморфоз у животных Личинка превращается во взрослую особь в результате кардинальной перестройки организма. Иногда внешне они совсем не похожи друг на друга. Метаморфоз свойствен большинству беспозвоночных, амфибиям и некоторым рыбам. Долгое время считалось, что опарыши (личин¬ ки мух) зарождаются сами собой в гнилом мясе. А уж говорить о каком-нибудь их отно¬ шении к мухам людям и в голову не приходило. Глядя на гусеницу, тоже с трудом верится, что она может превратиться в прекрасную бабочку. Но насекомым свойствен метаморфоз - уди¬ вительный процесс перевоплощения. Порой личинка и взрослая особь (имаго) внешне так сильно отличаются друг от друга, что кажутся разными существами. Сложно представить, что это стадии развития одного организма. ОТ ГОЛОВАСТИКА ДО ЛЯГУШКИ А Чтобы стать взрослыми жи¬ вотными, лягуш¬ ки, как и насеко¬ мые, пережива¬ ют метаморфоз (превращение). Личинка лягуш¬ ки - головас¬ тик — живет в воде. Когда у головастика отрастают ноги и развиваются легкие, позволяю¬ щие ему дышать воздухом, он на¬ чинает выби¬ раться на сушу. Метаморфоз головастиков - это сжатое повторение событий, приведших 350 млн лет назад к выходу рыб на сушу. Головастик живет исключительно в воде. Он дышит внутренними жабрами и, подоб¬ но рыбам, ориентируется в воде с помо¬ щью органов боковой линии. Затем у голо¬ вастика отрастают ноги - и он превраща¬ ется в лягушонка, который дышит легкими и поверхностью кожи. Личинки саламандр и тритонов тоже дышат жабрами, только наружными. В возрасте двух-трех месяцев они выходят из воды и подвергаются метаморфозу. А личинки некоторых ам¬ фибий метаморфоза не претерпевают. Аксолотли (мексиканские саламандры) растут и размножаются, так и не превра¬ щаясь во взрослых животных. Это явление называют неотенией. Существа в футляре Тело насекомых защищено от внешних по¬ вреждений толстостенным футляром, состоя¬ щим из хитина. Это сложное органическое вещество образует покровы и многих других беспозвоночных. Чтобы расти, личинке при¬ ходится время от времени линять, сбрасывая эту броню и заменяя ее на новую, более про¬ сторную. Обычно личинка насекомого изме¬ няется от линьки к линьке не слишком силь¬ но. Во время последней она пре¬ вращается во взрослую особь (имаго). При этом у одних ви¬ дов насекомых облик меняется незначительно, у других внеш¬ ность и строение тела подвер¬ гаются радикальному преоб¬ разованию. Изменения постепенные... Личинки кузнечиков и сверчков живут в той же среде и питаются такой же пищей, что и взрослые насекомые. Перед окончательным превращением они линяют четыре или пять раз. При этом они постепенно растут и раз¬ виваются: у них увеличиваются глаза и усики, появляются зачатки крыльев, которые с каж¬ дой линькой становятся крупнее и крупнее. Сходным образом развиваются и постельные клопы, только у них нет крыльев. С каждой из пяти линек ихличинки все больше напоми¬ нают взрослых насекомых. ...или резкие У поденок и стрекоз личинки сильно отлича¬ ются от взрослых особей. Взрослые поденки и стрекозы летают в воздухе, а совсем непо¬ хожие на них личинки живут под водой. Личинки стрекоз необычайно прожорливы. Их сильно развитая нижняя губа с острыми клещами, так называемая маска, может раз¬ ворачиваться и хватать добычу (например, мальков рыб). Проведя в воде много месяцев и претерпев примерно 10 линек, хищная личинка прекращает питаться и начинает ме¬ няться, но то, что происходит под толстыми стенками ее покровов, снаружи не видно. 26
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ Наконец личинка вылезает из воды на лист какого-нибудь растения. Ее шкурка лопается, и из нее появляется голова взрослого насеко¬ мого (снимок слева). Затем стрекоза высво¬ бождает из личиночных покровов грудь, ноги и крылья. Лежа вверх тормашками на старой шкурке, она ждет, пока ее ноги затвердеют и помогут ей развернуться, чтобы освободить брюшко. Через час под давлением крови у насекомого расправляются крылья, мягкое брюшко затвердевает. Теперь стрекоза готова начать взрослую жизнь, которая будет короче, чем жизнь личинки. Куколка У жуков, мух, комаров, пчел, муравьев, блох и бабочек между стадиями личинки и взрос¬ лого насекомого (имаго) имеется еще одна стадия развития — так называемая куколка. Неподвижная куколка образуется в результа¬ те последней линьки. Окукливаясь, личинка окружает себя новым тесным футляром, в ко¬ тором наконец формируется тело взрослого насекомого. Превращение всех этих насекомых назы¬ вают полным: их личинки совершенно не по¬ хожи на взрослых особей. При этом самые важные изменения в процессе развития про¬ исходят на стадии куколки. С каждой линькой личинка лишь увеличивается в размерах, и только на стадии куколки происходят ради¬ кальные изменения формы и строения тела насекомого. И какие изменения! Возьмем, к примеру, муравьиного льва. Взрослое насекомое напо¬ минает хрупкую медлительную стрекозу. А проворная толстобрюхая личинка муравьи¬ ного льва живет в почве и вооружена огром¬ ными серповидными челюстями. Затаившись на дне вырытой в песке воронки, хищница терпеливо ждет, когда в ямку упадет заблудив¬ шийся муравей, которого она тут же разгры¬ зает на части и поедает. А Куколка - одна из стадий развития Куколка в шелковом коконе Гусеницы - личинки бабочек - имеют три пары настоящих ног на груди и несколько пар ложных ног на брюшке. После трех-четырех многих насекомых. На снимке вверху — куколка будущей пчелиной матки. А Из личиночной шкурки на свет появляется взрослый дозор¬ щик-император. Эта стрекоза живет по бере¬ гам рек и отно¬ сится к числу одних из самых крупных насе¬ комых Европы. Длина ее тела около 10 см. А Дозорщик- император мо¬ жет кружить в воздухе целый день, едва приса¬ живаясь на рас¬ тения. 27
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ линек гусеницы окукливаются. У многих видов куколка заключена в кокон из шелковых нитей (из коконов тутового шелкопряда и получают натуральный шелк). Шелк выделяют две осо¬ бые железы в головном конце тела гусеницы, составляющие примерно 2/5 объема ее тела. Шелк выделяется в виде клейкой жидкости из отверстия в бугорке под нижней губой. При со¬ прикосновении с воздухом она тут же застывает и превращается в тонкую, но необычайно прочную шелковую нить. Личинки ручейников тоже выделя¬ ют шелк, но они скрепляют им свои домики, сложенные из камушков, ра¬ кушек и фрагментов растений. Неко¬ торые личинки ручейников напомина¬ ют гусениц, другие отличаются от них хорошо развитыми ногами. Личинку, защищенную тяжелым «камуфляж¬ ным» домиком, труднее унести бы¬ строму течению, и хищной форели сложнее заметить ее на речном дне. Безногие личинки Существуют и безногие личинки. Это, напри¬ мер, опарыши - личинки некоторых мух. Без¬ ногие личинки встречаются только у насеко¬ мых из отряда двукрылых, к которому относят¬ ся мухи, комары, долгоножки и мошки. После четырех (у кровососущего комара) или восьми (у комнатной мухи) личинки окуклива¬ ются и превращаются во взрослых особей. Что- выйти из куколки, насекомое должно разо¬ рвать ее покровы. Комнатные и многие другие мухи делают это, раздувая полость в головной части шкурки. Вокруг основания усиков таких мух навсегда остается шов - своего рода шрам в память о выходе на свободу. Метаморфоз свойствен не только насеко¬ мым, но и личинкам многих морских беспо¬ звоночных, головастикам амфибий и молоди рыб. Но только у насекомых с полным пре¬ вращением метаморфоз преображает орга¬ низм личинки до неузнаваемости. ПРИЧУДЛИВЫЙ метаморфоз камбалы Личинки камбалообразных рыб (камбалы, палтуса, калкана и др.) похожи на обычных рыб. У них симметричное тело и по одному гла¬ зу на обеих сторонах головы. Под¬ растая, личинки подвергаются мета¬ морфозу. Их тело постепенно упло¬ щается, становится шире, а один глаз перемещается на другую сторо¬ ну головы, поближе ко второму. (На фотографии справа - одномесячный калкан.) Затем личинка опускается на дно и подолгу лежит на безглазой стороне тела. В результате эта сто¬ рона становится беловатой, а сама рыба - совершенно плоской. А Ручейники — невзрачные суме¬ речные насеко¬ мые, похожие на бабочек. Их личинки живут под водой (ввер¬ ху) в домиках из камушков и раковинок, скрепленных клейкой шелко¬ вистой нитью. Взрослые ручей¬ ники (внизу) со¬ вершенно не по¬ хожи на личинок. После нескольких месяцев жизни под водой личинка заделывает отверстие своего домика и в нем окукливается. Вскоре куколка выбира¬ ется из домика и всплывает на поверхность воды, где из нее выходит взрослое насекомое. Взрослые ручейники совсем не похожи на ли¬ чинок: они больше напоминают бабочек, с ко¬ торыми состоят в родстве. Длинные усики помогают им ориентироваться в темноте. ^ А Личинка комара-пискуна (Culex pipiens) дышит с помо¬ щью хвостовой дыхательной трубки, выстав¬ ляя ее из воды (слева). Вверху справа — взрос¬ лый комар. 28
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ От известняка до мрамора Когда сходятся литосферные плиты, одна из них пододвигается под другую и погру¬ жается в массы полурасплавленных пород. Там погруженные породы перекристал- лизовываются и много позже выходят на поверхность метаморфизованными. А Слева направо: метаморфический сланец; слой неме- таморфизованной глины (белые кру¬ пинки — кристал¬ лы кварца); и та же порода, пре- >• 1 Две континен¬ тальные плиты схо¬ дятся, и край одной из них проскальзы¬ вает под край другой {процесс субдукции). 2 Столкновение плит вызывает поднятие суши в виде горного хребта, а осадочные породы, накопившие¬ ся на дне океана, по¬ гружаются в мантию. 3 После столкнове¬ ния процессы дену¬ дации постепенно обнажают метамор¬ фические породы. Денудацией (от лат. denudatio - «обнаже¬ ние») называют со¬ вокупность процес¬ сов сноса продуктов разрушения горных пород с возвышенно¬ стей и их последую¬ щего накопления в понижениях рельефа. Мрамор добывают открытым способом, хотя когда-то он был породой, залегавшей под зем¬ лей на глубине нескольких километров. Обра¬ зование мрамора, как и образование сланцев и слюды, происходит в результате превраще¬ ния (метаморфизма) древних горных пород (в случае мрамора это известняк, в случае слан¬ цев и слюды - глина), опустившихся на глу¬ бину. Эти породы, называемые метаморфи¬ ческими, вышли на поверхность, поскольку многокилометровая толща перекрывавших их отложений была разрушена. Метаморфические породы — продукт преобразования уже сущест¬ вующих пород в земной коре и мантии под воз¬ действием высокой температуры, огромного давления и химически активных растворов. Затянутые на глубину Литосфера, верхняя твердая оболочка Земли, образованная земной корой и самой верхней частью мантии, разбита на жесткие блоки- плиты. Эти плиты постоянно перемещаются - иногда они сходятся, иногда расходятся. На границе схождения плит одна из них обычно проскальзывает под другую. В то время как на верхней плите образуются горные цепи, породы нижней постепенно погружаются в мантию на глубину до нескольких десятков километров. Этот процесс, называемый суб- дукцией, часто приводит к землетрясениям и извержениям вулканов по мере того, как создаваемая внутри земной коры энергия на¬ пряжения высвобождается на поверхности. Погруженные породы подвергаются дейст¬ вию не только растущего давления (примерно 300 атмосфер на 1 км), но и увеличивающейся температуры (30°С на 1 км). Кроме того, в ре¬ зультате сильного сжатия они расслаиваются на тонкие пластины, расположенные перпен¬ дикулярно направлению действия сил. Такую слоистость метаморфических пород называют сланцеватостью (от названия породы - сланец). Деформация и перекристаллизация Рост температуры и давления обычно приво¬ дит к деформации породы, а также полной ее перекристаллизации - изменению минерало¬ гического состава и размера зерен при посто¬ янстве химического состава. Новые минералы обретают характерную слоистость, соответ¬ ствующую направлению приложения сил. вратившаяся в процессе мета¬ морфизма в слюду. Перекристаллизо- ванные минералы (серые и белые — кварц, желто¬ оранжевые — слюда) выросли и переориентиро¬ вались в соответ¬ ствии со сланце¬ ватостью. 29
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ Рост растений В отличие от большинства животных растения увеличиваются в размерах на протяжении почти всей своей жизни. Их рост обусловлен регулярным обновлением тканей. А Ствол старо¬ го дерева принци¬ пиально не отли¬ чается от тон¬ кого стволика молодого деревца. Разница состоит лишь в накоплен¬ ной за долгие годы огромной массе древесины. В нормандской деревушке Аллувиль-Бельфосс растет древний дуб. Чтобы он не упал от силь¬ ного ветра, жители укрепили его опорами. Диаметр полого ствола дерева составляет более 4 м, а периметр - около 15 м. В 1696 г. внутри этого дуба была вырублена часовня в честь Девы Марии. В кроне дерева, куда не раз ударяли молнии, установлена де¬ ревянная крыша с крестом, напоминающая церковный купол. Этот дуб вырос из желудя, по-видимому, во времена Карла Великого, то есть ему около 1200 лет. Тем не менее на со¬ хранившихся у него огромных живых ветвях каждый год распускаются листья и образуется много желудей. Меристема Дуб в деревне Аллувиль, несомненно, потерял за свою долгую жизнь не одну ветку. Но даже если бы дерево спилили у основания, оно, возможно, не погибло бы, а дало новые по¬ беги. Дуб, как и все растения, имеет большое преимущество перед животными: у него есть ткань, из которой может вырасти новый побег. Эта ткань - меристема - обладает способ¬ ностью к активному росту за счет деления РАСТИ ИЛИ ЦВЕСТИ «Архитектура» растения постоянно меняется. Все зависит от того, что образуется из почек - побеги или цветки. 1-5 Почки 6-7 Новые побеги 8 Цветок Почки (1,2) и верху¬ шечная почка (5) заставили растение пустить новые по¬ беги со стеблями, листьями и почками (6, 7). Одна почка (4) в рост не пошла. Другая (3) превра¬ тилась в цветок (8), дав растению воз¬ можность образо¬ вать семена и про¬ должить род. © Банан — тра¬ вянистое расте¬ ние. Развивается и образования новых клеток. Она формирует все прочие ткани и определяет постоянный рост растения. Пока эта ткань цела, растение способно восстанавливаться. Существует несколько типов меристем. Апи¬ кальные, или верхушечные, меристемы рас¬ положены в почках и зонах активного роста - на верхушках побегов и концах корней, обе¬ спечивая их нарастание в длину. Латеральные, или боковые, расположены кольцеобразно под корой (периферическим покровным слоем растений), обеспечивая нарастание стеблей (стволов) в толщину. Раневые меристемы об¬ разуются в местах повреждения тканей и орга¬ нов и дают начало особой ткани (каллусу), затягивающей место поражения. Садоводы с давних пор использовали эту особенность растений, подрезая их, прививая и размножая черенками. Животные не имеют меристемы и развива¬ ются совершенно иначе. Ткани зародышей дифференцируются и превращаются в опреде¬ ленные органы. Если один из жизненно важ¬ ных органов разрушается, весь организм неизбежно погибает, так как в отличие от рас¬ тений восстановиться поврежденный орган не способен. Органы растений к тому же спе¬ циализированы не так сильно, как у животных. Листья, например, выполняют функцию и ды¬ хания, и поглощения воды, и фотосинтеза. он быстро, но живет недолго. В отличие от дуба, живущего сотни лет, банан не образует дре¬ весину. Его «ствол» сфоми- рован плотно прилегающими друг к другу осно¬ ваниями листьев. 30
А Из почки мо¬ жет образовать¬ ся стебель с лис¬ тьями, который укоренится и превратится в новое растение. Этот процесс называют веге¬ тативным раз¬ множением. Но растения способ¬ ны размножать¬ ся и половым спо¬ собом - образо¬ вывать цветки и семена. >- Все сосны рано или поздно умирают, но не¬ которые их виды известны удиви¬ тельным долго¬ жительством. Среди деревьев самой большой продолжитель¬ ностью жизни отличается севе¬ роамериканская сосна остистая. А У одуванчика очень короткий стебель и плотно прилегающие друг к другу ли¬ стья. Одуванчик мало похож на дуб или банан, но его ростом управляют те же законы. Растительная архитектура Своей способностью к постоянному росту и обновлению растения обязаны меристеме. Из меристемы почек образуются побеги, со¬ стоящие из стебля, листьев и новых почек. Рост дуба, банана и одуванчика принци¬ пиально ничем не отличается, но строение у них разное. У деревьев стебель (ствол) круп¬ ный. Он несет огромную крону, образованную ветками и листьями. У одуванчика стебель очень короткий. Листья расположены на нем плотной розеткой, находящейся у самой зем¬ ли. Банан, как и одуванчик, - травянистое растение, хотя внешне больше похож на дере¬ во. Стебли и листья — основные надземные органы и трав и деревьев. Их строение, форма, взаимное расположение и определяют беско¬ нечное разнообразие облика растений. Вечно молодые, но не бессмертные Живые клетки дерева сосредоточены в моло¬ дых побегах, листьях и тонком слое ткани между корой и древесиной. Остальная часть дерева состоит из мертвых клеток. Вот почему вековые деревья с насквозь прогнившим стволом весной продолжают покрываться листьями и цветками. Долговечностью деревья обязаны меристеме. Рекордсме¬ ны по продолжительности жизни среди позвоночных животных - наземные че¬ репахи - доживают почти до 200 лет. А самым старым известным деревьям, представителям медленно растущих хвойных пород Северной Америки и Австралии, больше 4000 лет. Самому старому в мире дереву - сосне остистой в Ко¬ лорадо — перевалило за 4700 лет! Оно старше пирамиды Хеопса! Но когда-нибудь любое дерево умирает — поваленное бу рей, упавшее под тяжестью соб¬ ственного веса или поедае мое изнутри бактериями, грибами и насекомыми. В конце концов поги¬ бает и меристема. Про¬ цесс разрушения за¬ вершается возвраще¬ нием минеральных веществ в почву, а углерода - в атмо¬ сферу в виде углекислого газа. При вегетативном размноже¬ нии (например, усами, как у клубники) растениям трудно приспособиться к новой среде. В условиях изменения климата и истощения почвы они выживают благодаря расселению с помощью семян и половому размножению, которое позволяет виду все время совершенствоваться ВЕГЕТАЦИЯ И ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ Растения непрерывно растут (вегетируют), пока не достигнут взрослых размеров. Кроме того, они обладают механизмом, помогающим им эволю¬ ционировать, - половым размножением. Из мери¬ стемы отдельных почек развиваются не а цветки, образующие пыльцу (в мужских полов органах - тычинках) и яйцеклетки (в женских нах - пестиках). Когда содержащийся в пыльце зерне спермий сливается с яйцеклеткой, завяз ется семя, из которого может возникнуть новы организм. Генетически он будет отличаться от обо их родителей. Почка, из которой возникает цветок, не дает начало новым побегам, и растение на¬ всегда лишается содержавшейся в ней меристемы. Если из всех почек образуются цветки (как у однолетни¬ ков), после образования семян растение погибает. Таким образом, вегетация обеспечивает выживание одного конкретного организма, а половое размножение - целого био-
Когда смерть дарует жизнь Все живое умирает, но смерть поддерживает жизнь. Съеденное хищником растительноядное животное в конце концов превратится в питательные вещества, которые помогут жить и размножаться его сородичам. Круговорот веществ в природе существует благодаря гибели одних организмов и появлению на свет новых. Животные- падальщики, грибы и бактерии постепенно разрушают тела погибших животных. Образующиеся в результате процессов разложения вещества усваиваются растения¬ ми, а этими растениями кормятся растительноядные животные. Цикл обновления жизни замыкается. V Хищники И ИХ ДОБЫЧА Семья гепардов поедает бородавоч¬ ника (внизу). Но они не съедят его целиком. Другие плотоядные звери - гиены - придут подобрать остатки. Тут может возникнуть серьезная дра¬ ка. Днем гиены обычно играют роль падальщиков. Они приходят за добы¬ чей после того, как хищ¬ ники убивают ее. Стая пятнистых гиен может даже отогнать льва от его добычи. Однако ночью гиены сами охотятся стаями и становятся такими же хищниками, как львы, леопарды и гепарды. Шакалы, которые мельче гиен, ждут своей очереди. Как и гие¬ ны, они и хищничают, и подбирают, где возможно, падаль. Но с этим бо¬ родавочником им придется подождать третьего сеанса и доедать то, что останется после гиен.
ЖИЗНЕННЫЕ НИКЛЫ Пир насекомых Теперь от трупа остались лишь не¬ сколько фрагментов плоти, жесткая шкура, шерсть и кости - труднопере- вариваемая пища. За эти объедки при¬ мутся в основном небольшие плотояд¬ ные существа, крылатые и бескрылые. Что останется после них, то достанет¬ ся насекомым. Первыми обычно при¬ бывают мухи, но не есть, а отложить яйца. Их похожие на червей личинки будут питаться разлагающимися останками и наконец превратятся в куколок (справа), из которых выйдут мухи нового поколения. Затем настает черед жуков-кожеедов и жуков-мерт- воедов - пожалуй, самых способных падальщиков в мире, а также жуков- карапузиков. Совместно с личинками мух и некоторыми другими жуками они полностью обнажат скелет. Кро¬ шечные клещи, способные усваивать любые органические вещества, обгло¬ дают кости до белизны и полностью очистят землю под ними. Экскременты падальщиков и последние остатки ор¬ ганики станут пищей бактерий. Бакте¬ рии превратят составляющие их веще¬ ства в неорганические молекулы - удобрения, которые легко усваиваются растениями. Путешествия останков Многие насекомые, черви, млекопита¬ ющие и птицы уносят с собой кусочки трупов, чтобы съесть или переварить их в другом месте. Самки навозных жуков собирают экскременты расти¬ тельноядных и плотоядных животных, скатывают их в шарики и прячут в норки, где поедают их или исполь¬ зуют как инкубаторы - откладывают в них яйца, чтобы личинкам было чем кормиться. Жуки-могильщики закапы¬ вают трупы или их фрагменты в зем¬ лю и откладывают рядом с ними яйца, из которых вылупятся личинки и займутся поеданием падали. По¬ следние остатки переварят клещи и черви. Танец грифов Труп зебры пролежал на траве уже не¬ сколько дней, но ажиотаж вокруг него не утихает. Над ним раздается целый хор криков от группы грифов, раздира¬ ющих остатки мяса. Их клювы и шеи покрыты кровью, они то запрыгивают на труп, то спрыгивают с него и машут крыльями, чтобы отогнать соперников. Первыми сюда явились африканские белобокие грифы, за ними - грифы Рюппеля. С помощью острых клювов и длинных шей они рвут на части внутренности и подъедают оставшееся мясо. Вслед за ними прибудут более крупные африканские ушастые и белогорлые грифы, чьи массивные клювы позволяют им рвать на части кожу и сухожилия. Под конец прилетят падальщики поменьше - обыкновен¬ ные и бурые стервятники, чтобы об¬ глодать кости. Поодаль стоят темно¬ серые марабу, которые доедают остат¬ ки пиршества грифов и стервятников. После гибели дерева В лесах умеренных широт погибшее дерево обычно разлагается примерно за 10-15 лет. Часть упавшего ствола, лежащую на сырой земле, быстро заселяют грибы и бактерии, которые проникают внутрь мертвого дерева и поедают целлюлозу, образующую стенки его клеток. Затем приползут ногохвостки и насекомые, например тараканы и уховертки. Вместе с дож¬ девыми червями, многоножками и мокрицами они поедают разла¬ гающуюся древесину. В ней живут и окукливаются также личинки жуков-оленей и хрущей. Мертвый ствол постепенно размягчается, и в него вгрызаются новые выхо¬ дящие из-под земли разрушители. В конце концов ствол оказывается так сильно проеденным изнутри, что разваливается, превращаясь в груду гнилых щепок и трухи. Клещи и бак¬ терии, поглощая эти остатки, возвра¬ щают в лесную почву минеральные вещества, необходимые для жизни растений.
Звездный финал Все звезды обречены рано или поздно умереть. Продолжительность их жизни и особенности финала более всего зависят от массы светил в момент рождения. Молодой канадский астроном фотографиро¬ вал 23 февраля 1987 г. в обсерватории Серро- Тололо (Чили) одну из ближайших галактик. На проявленном снимке он заметил необыч¬ ную звезду. Сопоставление с более ранними фотографиями не оставляло сомнений — это была сверхновая. Гибнущая звезда взорвалась с выделением чудовищного количества энер¬ гии. Обнаруженная сверхновая расположена сравнительно близко от Земли, на расстоянии около 170 тыс. световых лет. Астрономы следят за происходящими с ней изменениями при помощи наземных телескопов. Наблюдаемое по сей день увеличение размеров сверхновой говорит о необычайной силе взрыва. Бурлящий котел в сердце звезды Механизмы, вызвавшие взрыв сверхновой, включились в работу уже в момент рождения звезды. Все начинается с плотного облака газа, состоящего в основном из водорода, из кото¬ рою формируются глобулы (небольшие газово-пылевые сгустки). Под действием сил тяготения происходит сжатие облака, и его вещество концентрируется вокруг центра при¬ тяжения. По мере того как вещество в центре сжимается, его температура и давление растут и достигают таких значений, что запускается термоядерная реакция слияния (синтеза) ядер атомов простейшего элемента, водорода. Тогда в действие вступают противостоящие силы: сила тяготения стремится умень¬ шить диаметр звезды, а ядер- ные силы — увеличить. Устойчивое существование звезды зависит от равновесия между ними. На этом этапе в недрах звезды бурлит котел. Топливом служит водород, а продуктом его «сгорания» в ходе ядерного синтеза является гелий. Когда в центральных областях весь водород выгорает и замещается гелием, ядро звезды сжимается и разогревается. Светило теряет равновесие. Давление и температура в центре продолжают расти, и к поверхности звезды по¬ ступает дополнительная энергия. В результате ее газовая оболочка (внешние слои) расширя¬ ется и увеличивается в диаметре в сотни раз. Как ни странно, рост температуры в центре со¬ провождается снижением ее на поверхности. Излучение звезды становится все более крас¬ ным, и она превращается в красного гиганта. Белый карлик В ядре звезды, обреченной стать сверхновой, температура возрастает от 20 до 100 млн граду¬ сов, и сливаться начинают уже ядра гелия. Звезда снова меняется. Она проходит стадию, на которой в ее центре из ядер гелия синтези¬ руется углерод, вто время как на периферии водород превращается в гелий. Когда в реак¬ цию термоядерного синтеза вступает большое количество ядер гелия, происходит внезапная гелиевая вспышка. Если масса звезды при рождении меньше, чем шесть солнечных масс, то процесс термо¬ ядерного синтеза на этом заканчивается, потому что для слияния ядер углерода энергии недо¬ статочно. После стадии с очень высокой свети¬ мостью, когда звезда раздувается и превраща¬ ется в красного гиганта, она сбрасывает свои внешние слои, очень слабо связанные с ядром. Из этой разреженной газовой оболочки, рассеи¬ вающейся гг пространстве, образуется планетар¬ ная туманность. От центральной части звезды остается только белый карлик. Плотность этой карликовой звезды около I млн тонн/см'. Через несколько миллиардов лет она остывает и ста¬ новится мертвым черным карликом. Сверхновая Более крупные звезды, масса которых в шесть и более раз превышает массу Солнца, ждет еще более драматический, но вместе с тем и эф¬ фектный финал. Б результате реакций слияния ядер образуются все химические элементы, 1 Остатки сверхновой, обнаруженные в. Большом Магеллановом Облаке в 1987г. Астрономы прозвали ту планетарную туманность в созвездии Близ¬ нецов « Маска клоуна». Белая точка в ее цен¬ тре — белый карлик.
ХРОНОЛОГИЯ жизни НЕБОЛЬШОЙ ЗВЕЗДЫ - СОЛНЦА Стадия Время 1. Рождение О 2. Окончание стабильного периода развития 10 млрд лет 3. Начало стадии красного гиганта (жизнь на Земле больше невозможна). .10,2 млрд лет 4. Гелиевая вспышка 10,5 млрд лет 5. Звезда еще жива 10,6 млрд лет 6. Сбрасывание газовой оболочки и смерть звезды (белый карлик) 11 млрд лет 7. Окончание охлаждения белого карлика и его превращение в черного карлика. .100 млрд лет вплоть до железа. Оболочка такой звезды, раз¬ дувшейся до красного сверхгиганта, взрывает¬ ся с выделением колоссального количества энергии и разлетается во все стороны. С Земли этот взрыв выглядит как очень яркая вспыш¬ ка — кажется, что на небе загорелась новая звезда. Вот почему это явление называется рождением сверхновой. Через месяц-два она исчезает с небосвода. После взрыва ее остатки быстро сжимаются (коллапсируют). При этом на центр звезды с чудовищным давлением дей¬ ствуют силы тяготения. Будущее оставшегося ядра зависит от массы звезды. ливается. Плотность крохотной нейтронной звезды невероятно велика. Она составляет око¬ ло I млрд тонн/см’’. Благодаря высокой ско¬ рости вращения, когда звезда совершает один оборот вокруг своей оси за считаные миллисе¬ кунды, она превращается в своеобразный маяк колоссальной мощности, посылающий сигна¬ лы с постоянной частотой. Такие пульсирую¬ щие звезды получили название пульсаров. Если звездное ядро больше трех солнечных масс, то его сжатие (гравитационный коллапс) не может прекратиться, потому что атомные ядра не в состоянии сопротивляться чудовищ¬ ной силе тяготения. Гигантское звездное ядро сжимается до крайне малых размеров, стано¬ вясь фантастически плотным. Поле его тяготе¬ ния настолько сильное, что поглощает все, в том числе вещество соседних звезд и соб¬ ственные световые волны. Астрономы называ¬ ют подобного рода объекты черными дырами. Ничто, попавшее в черную дыру, уже не может преодолеть силу ее притяжения и вырваться наружу, даже излучаемый ею самой свет. Поэтому черные дыры невидимы. Обнаружить их можно лишь по светящемуся кольцу, кото¬ рое образуют затягивающиеся в них газы. А Крабовидная туманность, расположенная на расстоянии 6500 световых лет от Земли. В 1054 г. китай¬ ские астрономы впервые замети¬ ли эту «новую» звезду. Разбро¬ санное взрывом вещество свиде¬ тельствует о силе взрыва. Нейтронные звезды и черные дыры Если ядро звезды меньше трех масс Солнца, оно продолжает сжиматься до тех пор, пока со¬ ставные части атомных ядер не начнут взаимо¬ действовать между собой. При очень высокой плотности электроны, соединяясь с протона¬ ми, образуют нейтральные частицы - нейтро¬ ны. Вскоре уже почти вся звезда состоит из од¬ них нейтронов. Они так тесно прижаты друг к другу, что огромная звездная масса сосре¬ доточивается в очень небольшом шаре радиу¬ сом несколько километров и сжатие останав¬ >■ Маленькие звезды (I) стано¬ вятсяшзчала красньШи гиган¬ тами (2), затем белыми карлика¬ ми, окруженными планетарной туманностью (3). Самые большие звезды (4) прохо¬ дят стадию взры¬ ва сверхновой (5), а потом, сжи¬ маясь, превраща¬ ются в черные дыры (6) или, при меньшей мас¬ се, в быстро вра¬ щающиеся ней¬ тронные звезды — пульсары (7). 35
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ Старение Механизмы феномена старения — предмет активных исследований, но для ученых он пока во многом остается загадкой. Изучая процессы старения, люди надеются продлить жизнь и улучшить ее качество. А Считается, что биологиче¬ ский предел про¬ должительности жизни человека составляет около 150 лет. Эту цифру под¬ тверждает и со¬ временная наука. А Тело гигант¬ ской черепахи с Галапагосских островов надеж¬ но защищено панцирем от по¬ вреждений и вра¬ гов. Эти репти¬ лии нередко живут дольше 100 лет. Крыса обычно живет не больше трех лет. Слон может дожить до 70, а кит до 200 лет. Францу¬ женка Жанна Кальман, самый старый человек в мире среди долгожителей, чей возраст до¬ стоверно известен, умерла в 1997 г., когда ей было 122 года. Все эти примеры наглядно ил¬ люстрируют феномен старения - возрастных изменений, постепенно приводящих организм к смерти. Но можно ли говорить о старении бактерий, которые размножаются делением? Если бы они старели, каждое новое поколение становилось бы старше предыдущего, и все бактерии давно бы вымерли. Так что бактерии, как бы стары они ни были, практически бес¬ смертны и вечно остаются молодыми. Неизбежный процесс Старению подвергаются организмы, размно¬ жающиеся с помощью половых клеток (спер¬ матозоидов и яйцеклеток): в результате их слияния на свет появляется совершенно новая особь. Так размножаются, за немногими ис¬ ключениями, все животные. По-видимому, процесс старения тесно связан с механизмами размножения. Можно даже утверждать, что организм начинает стареть лишь после дости¬ жения им половой зрелости. Возрастные из¬ менения, несомненно, также предопределены генетическими факторами. Существуют три основные гипотезы, объ¬ ясняющие феномен старения. Одну выдвинул английский биолог Питер Медавар. Он счита¬ ет, что если бы процессы старения, ухудшаю¬ щие функции организмов, начинались до на¬ ступления половой зрелости, то их род рано или поздно прервался бы и они имели бы меньше шансов передать свои гены потомкам, чем организмы, приступающие к размноже¬ нию в расцвете сил. С другой стороны, рассу¬ ждает ученый, если старение начинается после наступления половой зрелости, оно не мешает размножению и передаче генов потомкам. Естественный отбор не устраняет связанные со старением нежелательные изменения орга¬ низмов, следовательно, ответственные за них гены могут передаваться потомству. Американский эволюционист Джордж Уильямс полагает, что, если какой-либо при¬ знак (скажем, способность к старению) имеет среди живых организмов универсальное рас¬ пространение, естественный отбор, видимо, А Бактерии (на снимке пока¬ зана Haemophilus influenzae) раз¬ множаются деле¬ нием. Этот спо¬ соб размножения позволяет орга¬ низмам переда¬ вать наслед¬ ственный мате¬ риал потомкам в неизменном виде, что делает их теоретически бессмертными. У Голубые цап¬ ли, как и боль¬ шинство живот¬ ных, обеспечива¬ ют передачу своих генов по¬ томкам посред¬ ством полового размножения. Это «изобрете¬ ние» природы, видимо, и приве¬ ло к возникнове¬ нию феномена старения. способствует его сохранению. Из этого он за¬ ключает, что гены старения должны оказывать благотворный эффект на молодой организм, например увеличивать его плодовитость. По мнению английского геронтолога Тома Кирквуда, старение связано с механизмом «временного перераспределения» энергетиче¬ ских ресурсов, когда организмы отдают пред¬ почтение процессам воспроизводства потом¬ ства в ущерб поддержанию жизненно важных функций тела. С эволюционной точки зрения для сохранения вида организмам важнее по¬ тратить энергию на репродуктивные процес¬ сы, сохранив свои гены в молодом, здоровом следующем поколении, чем направлять уси¬ лия на восстановление собственных уже из¬ ношенных тел. При благоприятных условиях существования выгоднее переключить баланс в пользу долгожительства и поддержания своей жизнеспособности, чтобы продолжить успешно размножаться. Эти современные гипотезы, дополняющие друг друга, к сожалению, пока не дают окон¬ чательного решения загадки старения. Размеры тела и долголетие Анализ продолжительности жизни животных помогает понять процессы старения. Почему слоны живут дольше мышей? Во-первых, конечно, у них меньше естественных врагов. В условиях напряженной борьбы за существо¬ вание мало кто может похвастаться долголе¬ тием. А мыши становятся жертвами хищников гораздо чаще, чем крупные млекопитающие. Летучие мыши, которые днем прячутся в укрытиях, живут до 15 лет. Черепахи, 36
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ А Мясистые большие щеки — характерный признак самцов суматранского орангутана. Чем старше самец, тем он щекастее. надежно защищенные панцирем, могут про¬ жить больше 100 лет. Но даже в условиях пол¬ ной безопасности мышь не сможет дожить до 100 лет. Таким образом, естественный отбор не наделил долголетием виды, которые в при¬ роде не имеют шансов прожить долгую жизнь: оно не принесло бы им пользы как видам. Тому факту, почему более крупные виды — но не отдельные особи! - живут дольше мел¬ ких, можно дать и логическое объяснение. Чем крупнее животное, тем дольше ему приходится расти, чтобы достигнуть зрелости. Поэтому и старости он, естественно, достигает в более позднем возрасте, чем мышь. Слониха рождает одного детеныша раз в несколько лет. По¬ скольку он один из немногих продолжателей рода, мамаша очень долго окружает его роди¬ тельской заботой. У мышей риск погибнуть в начале жизни намного выше, но и детенышей у них рождается помногу. В поисках эликсира молодости? Старение вызывает у ученых не только теоре¬ тический интерес. Многие исследования име¬ ют практические цели. И хотя тайна бессмер¬ тия до сих пор не раскрыта, по всему миру давно ведутся работы, направленные на борьбу с признаками старения и продление жизни. Попытки идентифицировать гены, ответ¬ ственные за продолжительность жизни, и на¬ учиться управлять их работой не увенчались успехом. Такой подход оказался слишком про¬ стым. Предельный возраст, достичь которого может организм, зависит от взаимодействия множества факторов, связанных как с наслед¬ ственностью, так и с внешними условиями. Людей не покидает надежда отыскать чудо¬ действенное средство против старения. Еще сравнительно недавно такие свойства припи¬ сывали антиоксидантам, которые «обезврежи¬ вают» так называемые свободные радикалы, но представляют серьезную опасность для жи¬ вых тканей. Рекламодатели советовали упо¬ треблять пищу и пить таблетки, содержащие антиоксиданты, и даже наносить их на кожу, несмотря на то что до сих пор нет результатов, достоверно свидетельствую¬ щих, что они позволяют успешно противостоять ста¬ рению. Сторонники другой мето¬ дики призывали сокращать потребление калорий. Этот способ увеличивал продол¬ жительность жизни у крыс, но не у плодовых мушек. Инъекции дегидроэпиавдро- стерона, вещества, синтезируемого надпочеч¬ никами, в некоторых случаях слегка замед¬ ляли процессы старения, в других никаких результатов не приносили. В 1960-х гг. была сформулирована теория, согласно которой основной причиной старе¬ ния является накопление возрастных генети¬ ческих мутаций. Гены теряют способность правильно регулировать жизненно важные процессы вследствие повреждений в ДНК, а система репарации (способность исправлять нарушения), обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность пере¬ дачи наследственной информации, с возрас¬ том ослабевает. Сегодня, однако, получены данные, опровергающие и эту гипотезу. Так что, похоже, эпоха поиска эликсира мо¬ лодости закончилась, по крайней мере для ученых. Но есть надежда, что геронтологиче¬ ские исследования позволят науке в скором будущем продвинуться в изучении механиз¬ мов старения и способов борьбы с ним. А Кристал деги- дроэпиандросте- рона. По мнению многих, при опре¬ деленных усло¬ виях это веще¬ ство может замедлять про¬ цесс старения. Но панацеи про¬ тив разруши¬ тельного дей¬ ствия времени попросту не существует. НЕДУГ, ПРЕВРАЩАЮЩИЙ ДЕТЕЙ В СТАРИКОВ Прогерия поражает детей и приводит к тому, что некоторые из их жизненных функций ухудшаются так же быстро, как при старении. В результате дети становятся похожими на ста¬ риков и умирают, не дожив до 12 лет. При этом их умственные способности не ослабевают, так что говорить о настоящем ста¬ рении организма в этом случае нельзя. Прогерия не передается по наследству: пораженные ею дети умирают, не достигнув половой зрелости. Болезнь возникает в результате спонтанных мутаций, и с 1990 г. в мире было отмечено только 17 ее случаев. Исследования прогерии пока не позволили ученым заметно продвинуться в изучении феномена старения. 37
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ Сглаживание гор Ничто не устоит перед эрозией, даже высочайшие горы. Древние горные породы материков когда-то были частью высоких хребтов, которые постепенно сглаживались. Но иногда процессы омоложения рельефа заставляют старые горы снова расти. А Аппалачи, часть Герцинской складчатой си¬ стемы, долгое время разруша¬ лись, а затем омолодились в результате нового поднятия. У Горный массив Арре в Бретани также часть Гер- цинид. Складки этого массива сглажены процес¬ сами, начавшими¬ ся в конце палео¬ зойской эры, около 245млн лет назад. Кто бы мог предположить, путеше¬ ствуя по Французской Бретани и Ап¬ палачским горам в США, что 300 млн лет назад они составляли единую горную цепь? В те времена Атланти¬ ческий океан еще не существовал и земная суша представляла собой единый материк, называемый Пан¬ геей. Горы Бретани и Аппалачи были тогда частью огромной Герцинской складчатой системы, рельеф которой сильно отличался от нынешнего и, вероятно, напоминал скорее современные Гималаи. Геркулесова задача С самого начала формирования Герцинского пояса в дело вступили силы созидания и раз¬ рушения. Схождение континентальных плит продолжило процессы складкообразования и прилегания пород, в результате чего мощ¬ ность земной коры в горных районах увеличи¬ лась. Породы коры, которые легче лежащих ниже пород мантии, выталкивались наверх. Этот подъем проходил очень медленно и за¬ кончился лишь тогда, когда процессы денуда¬ ции (см. с. 29) удалили «излишек» пород и зем¬ ная кора восстановила изначальную толщину. Понадобилось почти 60 млн лет, чтобы Гер- цинские горы трансформировались в обшир¬ ную, почти плоскую равнину, называемую пе¬ непленом, то есть «почти равниной». С начала мезозойской эры (около 240 млн лет назад) они были погребены под мощным слоем отложе¬ ний. Однако в Бретани, и особенно в Аппалач¬ ских горах, где вершины достигают 1000 м, от того пенеплена почти ничего не осталось. Недавние (в геологических масштабах време¬ ни) умеренные поднятия вызвали новый цикл омоложения рельефа и эрозионных процессов, меняющих облик этих мест. ПРОЦЕСС НИВЕЛИРОВАНИЯ (ВЫРАВНИВАНИЯ) Эрозия может разрушить мощную толщу от¬ ложений. Многие вершины Пиренеев и Альп сложены древними породами эпохи Герцин¬ ской складчатости, впоследствии поднятыми и обнаженными, подобно гранитным интру¬ зиям массива Монблан. История гор — это постоянная борьба между силами поднятия и сглаживания. Горы стачи¬ ваются под действием ветра, воды, движущих¬ ся ледников, перепадов темпаратуры, химиче¬ ских процессов. Те же ветер, вода и ледники переносят обломки на новое место, а реки - дальше в океаны, где из этих отложений обра¬ зуются осадочные породы. При схождении литосферных плит земная кора сминается и осадочный материал опять выталкивается наверх, формируя новую горную цепь. А За миллионы лет эрозия способна пре¬ вратить гору (4) в пе¬ неплен (5). Выталки¬ вающие силы в ман¬ тии (1) вынуждают континентальную кору (2) подниматься вместе с гранитными породами (3), а вы¬ ветривание разру¬ шает и сглаживает элементы рельефа.
Глава Мадагаскарские орхидеи.
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ Размножение кишечнополостных Медузы, актинии и кораллы размножаются как делением, так и половым способом. Одно и то же животное при этом может принимать совершенно разные обличья. Если медузу перевернуть щупальцами вверх и куполом книзу, внешне она будет похожа на актинию. Это и неудивительно, потому что медузы и актинии, а также кораллы и гидры, принадлежат к одной группе животных - типу кишечнополостных, или стрекающих. Все они обладают сходным строением тела: имеют рот, кишечную полость и жалящие щупальца. Плавающие кишечнополостные называются медузами, а неспособные к передвижению - полипами. Впрочем, эти студенистые существа весьма непостоянны: они с легкостью пере¬ ходят из одного состояния в другое. Медузы и полипы В жизни таких примитивных кишечнополост¬ ных, как гидроид обелия, одинаково важны стадия медузы и полипа. Медузы вырабаты¬ вают половые клетки (сперматозоиды и яйце¬ клетки), которые, сливаясь, образуют зиготу, А Два кишечно¬ полостных жи¬ вотных на ста¬ дии полипа — ак¬ тиния (вверху) и кораллы (внизу). 1 Личинка 2 Молодой полип 3 Почкование (бесполое размножение) 4 Полип образует медуз (половую стадию) 5 Молодая медуза 6 Взрослая медуза ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛ МЕДУЗЫ Медуза аурелия проходит две основные стадии жизненного цикла. Плавающая медуза размножается половым путем и производит личинок, из которых вырастают неподвижные полипы. Полипы образуют медуз. а зигота превращается в свободно плавающую личинку - планулу. Вскоре планула оседает на дно моря, и из нее вырастает полип, дающий жизнь новым медузам. Сходным образом размножаются и так называемые настоящие медузы (аурелия, корнерот, пелагия), а также кубомедузы, но стадия полипа у них непродолжительна и незаметна: в жизненном цикле преобладает ста¬ дия медузы (поэтому их и называют настоящими медузами). Почти у всех остальных кишечно¬ полостных имеется только стадия полипа: гидры, актинии и кораллы никогда не производят медуз. Пла¬ вают у них одни личинки, которые затем оседают на дно и превращаются в полипов. Путем почкования полипы образуют колонии, а кроме того, сами способны производить половые клетки (гаметы). Кишечнополостные, один из самых разнообразных типов животных, так и не смогли решить, каким способом им размножаться — половым или делением. Первый они используют для расселе¬ ния, второй - для того, чтобы побыстрее занять свободное место на камнях, рако¬ винах моллюсков или подводных частях А Португаль¬ ский кораблик (физалия) не ме¬ дуза — это пла¬ вающая на особом «поплавке» коло¬ ния полипов. Каждый полип выполняет опре¬ деленную функ¬ цию — защит¬ ную, пищевари¬ тельную или репродукт ивную.
А Самцы мор¬ ских слонов иногда весят несколько тонн, что более чем в три раза пре¬ вышает массу самки. Огромные размеры помога¬ ют им охранять свой гарем. Половой диморфизм Самцы и самки многих животных сильно различаются внешним видом и особенностями строения. Некоторые из этих признаков тесно связаны с размножением и помогают привлечь партнеров. Во влажных джунглях Центральной Африки группа горилл пробирается сквозь густой под¬ лесок. Впереди вприпрыжку бегут детеныши, за ними следуют самки, некоторые с младен¬ цами. Немного в стороне от остальных не торо¬ пясь идет самец, который заметно крупнее всех особей в группе. Это вожак. Кроме внушитель¬ ного роста, он отличается от самок гребнем на макушке, массивными надбровными дугами и серебристой окраской спины, резко контра¬ стирующей с черным цветом остального меха. Различие признаков мужских и женских особей называется половым диморфизмом. Большие и сильные Половой диморфизм играет важную роль в жизни животных. Хищник или самец-соро- дич сразу узнает вожака по высокому росту, характерной окраске и другим признакам. С такой же легкостью он распознает и самку, отличающуюся менее крепким сложением и более скромной окраской. Огромный рост и мощное телосложение по¬ могают самцу гориллы отпугивать врагов - будь то хищники или соперники. Живущие в африканской саванне львы от¬ личаются от львиц более крепким телосложе¬ нием, крупными размерами и более внуши¬ тельным внешним видом. В Восточной Африке у львов длинная бурая грива. У западноафри¬ канских львов тоже есть грива, но она скром¬ нее. По внешним признакам потенциальные жертвы и другие львы легко отличают самцов от самок. Половой диморфизм особенно отчетливо выражен у некоторых морских млекопитаю- 41
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ •< После спари¬ вания самец бо¬ гомола рискует быть съеденным подругой. Если самка голодна, она может счесть самца вполне приемле¬ мой добычей. А У королевских райских птиц (Cicinnurus regius), живущих на Новой Гвинее, ным сине-зеленым веером. Райские птицы тоже соревнуются, чье оперение лучше. Самки оказывают предпочтение самцам с самыми яркими перьями, умеющими лучше всех де¬ монстрировать свой наряд. С другой стороны, у некоторых пернатых, например у соловья, многих славок и дроздов, половой диморфизм выражен слабо; внешне их самцы мало чем отличаются от самок. Но весной, когда самцы распевают свои сладко¬ звучные песни, разницу между самцами и сам¬ ками не заметить невозможно! Птицы издают звуки с помощью нижней гортани - особого органа, расположенного в нижней части трахеи, в том месте, где она разветвляется на два бронха. Особенно слож¬ ное строение нижняя гортань имеет у певчих птиц: она содержит до 7 пар голосовых мышц. Этой особенности певчие птицы и обязаны своими выдающимися вокальными данными. У самок и самцов нижняя гортань устроена одинаково, но в начале весны, в преддверии периода размножения, масса голосовых мышц у самцов резко увеличивается. Это происходит под действием мужского полового гормона тестостерона, который в брачный сезон на¬ чинают интенсивно вырабатывать половые железы самцов. А деятельность половых желез в свою очередь активизируется в результате удлинения светового дня. Сравнительно недавно ученые обна¬ ружили, что самцы и самки певчих птиц сильно различаются и строением некоторых участков мозга, связанных с пением: у самцов они включают гораздо больше структур, чем у противоположного пола. Весной тестостерон стиму¬ лирует их активность, и под¬ готовленная к пению ниж¬ няя гортань начинает изда¬ вать звуки, чарующие слух самок и вызывающие страх у самцов-соперников. У У круглоносых плавунчиков сам¬ ка (внизу) окра¬ шена намного ярче, чем самец (вверху). Это связано с тем, что яйца у этих птиц насижива¬ ет самец, кото¬ рому необходимо оставаться незаметным для врагов. щих. Так, у морских львов и морских слонов самец может быть в три раза крупнее самки. Это особенно свойственно полигинным видам (у которых один самец живет с несколькими самками). Самцы таких животных обзаводятся настоящими гаремами. Чтобы отгонять воз¬ можных соперников, им нужно быть больши¬ ми и сильными. Обольстительные перья Самцы некоторых видов птиц тоже бывают крупнее самок, но это ско¬ рее исключения из общего правила. Половой диморфизм у пернатых в большей степени проявляется в окраске оперения, чем в размерах. У самцов она обычно намного ярче, чем у самок. Кроме того, на шее, спине или в хвосте самцов нередко имеются особые декоративные пе¬ рья. Все это нужно только для того, чтобы очаровать партнершу, поэто¬ му в основном самцы демонстри¬ руют свои роскошные наряды только в брач¬ ный период. В яркое убранство на какое-то время наряжаются самцы многих уток и певчих птиц. У последних, кроме перьев, есть еще одно средство обольщения — красивая песня. самец раскрашен в белый и ярко- красный цвета. Оливково-бурая самка выглядит рядом с ним очень скромно. Броский наряд и сладкие серенады Некоторые виды пернатых носят яркие одежды почти всю жизнь, особенно представители от¬ ряда курообразных, к которым относятся ряб¬ чики, куропатки, фазаны и павлины. Длинные перья надхвостья павлина, которые обычно волочатся за ним по земле, нужны для привле¬ чения самок. Расхаживая перед павлинихой, самец задирает и расправляет хвост роскош¬ 42
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ У Самец евро¬ пейского благо¬ родного оленя крупнее самки. Его голова воору¬ жена большими рогами, которые в период гона он использует как оружие против других самцов. Самки-щеголихи У самок многих птиц окраска не¬ взрачная - пестровато-бурая или серая. У такого скромного опере¬ ния есть большое преимущество: когда самка сидит на яйцах, ее трудно заметить хищникам. У других видов (например, у небольших куликов — кругло¬ носых плавунчиков и их родст¬ венников) самки не только круп¬ нее самцов, но и довольно ярко окрашены. Более того, они спа¬ риваются с несколькими самца¬ ми. После того как самка откла¬ дывает яйца в построенное сам¬ цом гнездо, он их насиживает, а потом один воспитывает птенцов. Самка в это время подыскивает себе другого партнера. Миниатюрные мужья У многих членистоногих самки намного круп¬ нее самцов. Обычно это связано с тем, что самки вынуждены вынашивать и откладывать НЕРАСТОРЖИМЫМ БРАК У некоторых животных половой димор физм выражен настолько сильно, самца и самку легко принять за разных ществ. Самки морских червей бонел (ВопеШа) обычно достигают в длину 10 в то время как длина самцов не пре 1 мм. У бонеллии зеленой (ВопеШа самка (справа) может вырастать до Самец меньше ее в тысячу раз. Ли самца может превратиться во взро червя только после того, как навсег крепится к телу самки, где он и паразитом. массу яиц, а это требует больших затрат энер¬ гии. Например, огромных размеров достигают самки термитов - потому что им нужно от¬ кладывать миллионы яиц. Сильно отличаются размерами самцы и самки богомолов и пауков-нефил (Nephila), и сразу после спаривания самец рискует быть съеденным партнершей. Похоже, что у неко¬ торых богомолов такая развязка даже необхо¬ дима для сохранения вида. Съев самца и по¬ полнив свои запасы энергии, самка может без задержки отложить яйца. Есть и другое объяснение скромных разме¬ ров самцов членистоногих: поскольку самцы не принимают участия в защите и выкармли¬ вании потомства и редко соперничают друг с другом из-за самок, им нет никакого смысла становиться гигантами.
ДАМСКОЕ ЦАРСТВО А Слизни — гермафродиты. Во время спари¬ вания мужские половые органы партнеров пере¬ плетаются и об¬ мениваются спер¬ матозоидами. Обоеполые существа Готовым к спариванию самцам и самкам некоторых видов животных встретиться друг с другом не всегда легко. Гермафродитизм — один из способов решения этой проблемы, изобретенных природой. Дафнии - маленькие водяные рачки, обычные в прудах и озерах. Их жиз¬ ненный цикл замечательно приспособлен к условиям обитания. При благоприятных обстоятельствах все дафнии - самки. Их яйца развиваются без оплодотворения (такой процесс называется партеногене¬ зом), и из них вылупляются новые самки. Если условия существования ухудша¬ ются, из некоторых яиц вылупляются самцы и спариваются с самками. После этого самки откладывают по 1-2 оплодо¬ творенных яйца в прочной оболочке, содержащих большой запас питательных веществ. Эти яйца могут долго покоиться на дне пруда или озера, а когда условия вновь станут благоприятными, из яиц выйдут молодые дафнии. Когда одиночество не проблема И все-таки некоторые обоеполые животные практикуют самооплодотворение, например паразитические ленточные черви, живущие в кишечнике людей и животных. Тело червя разделено на десятки небольших сегментов, каждый из которых снабжен и мужскими, и женскими половыми органами. Если червь живет совсем один, для самооплодотворения ему достаточно сложить тело. Соприкасаясь, сегменты обмениваются сперматозоидами. К самооплодотворению способны и некото¬ рые каменные окуни (Serranus). Например, каменный окунь-зебра (Serranus scriba), кото¬ рый встречается в восточной части Атлантики, Средиземном и Черном морях, в начале лета иногда сам оплодотворяет собственную икру. Однако это происходит редко и, по-видимому, не отражается на жизнеспособности вида. Смена пола по мере надобности Последовательный гермафродитизм - это смена пола животными по мере необходимо¬ сти, позволяющая избежать избытка самцов или самок в популяции. Поскольку пол живот¬ ных определятся генетически, количество самцов и самок у всех видов примерно одина¬ ково. Правда, то, что характерно для вида в целом, не всегда свойственно небольшим популяциям. Если в изолированной группе Во время спаривания слизни крепко обвивают друг друта телами и висят в воздухе на тонкой слизистой нити. Партнеры обильно выделяют слизь, а затем выпячивают наружу свои муж¬ ские половые органы, которые переплетаются и обмениваются сперматозоидами. Потом каждый слизень втягивает свой орган обратно и с его помощью доставляет сперму парт¬ нера в свой женский половой орган. Слиз¬ ни - гермафродиты: у каждого живот¬ ного имеются как мужские, так и жен¬ ские половые органы. А вдвоем лучше Половое размножение обеспечивает генетическое разнообразие потом¬ ства, но при этом требует непосред¬ ственного участия самца и самки. А это условие - особенно в море, где партнеров нередко разделяют огром¬ ные расстояния, - порой трудновыпол¬ нимо. Гермафродитизм - весьма прагма¬ тичный подход к решению проблемы размножения. Поскольку у каждого гермафродитного животного имеются и женские, и мужские половые орга¬ ны, они могут спариваться при каж¬ дой случайной встрече. Это помогает обеспечить выживание вида. Такая репродуктивная особенность свойст¬ венна многим беспозвоноч¬ ным, в частности улиткам и слизням. Большинство гер¬ мафродитов живут в морях или пресных водах. Теоретически эти живот¬ ные могли бы оплодотворять свои яйцеклетки сами. Само¬ оплодотворение позволило бы гер¬ мафродитам обеспечивать продол¬ жение рода в одиночку, без участия партнера. Но тогда их потомство было бы генетически идентично родителям, а это нежелательно, по¬ скольку жизнеспособность вида за¬ висит от его генетического разно¬ образия. Вот почему особенности строения половых органов этих жи¬ вотных - их форма или расстояние между ними - обычно исключают самооплодотворение. 44
А Ленточный червь - внутри- кишечный пара¬ зит, одно из не¬ многих живот¬ ных- гермафроди- тов, способных к самооплодо¬ творению. А Улитки- туфельки - гермафродиты. Во время размно¬ жения эти мол¬ люски образуют огромные скопле¬ ния, создающие ощутимые пре¬ грады на пути морских течений. За скоплениями моллюсков нака¬ пливается раз¬ личный осадоч¬ ный материал, и дно в таких местах заили¬ вается. особей какого-нибудь вида из-за определенных причин окажутся одни самцы или только самки, она может вымереть. Чем тут можно помочь? Для решения этой проб¬ лемы природа создала животных-транссексуалов, способных менять пол на про¬ тивоположный. Такое явление свой¬ ственно многим рыбам, в частности каменным окуням (семейство Serranidae), губанам (Labridae) и морским карасям (Sparidae). Так, бурый каменный окунь появляется на свет каким-то среднеполым существом, имеющим признаки и самца и самки. В таком неопреде¬ ленном состоянии он пребывает более 5 лет. К тому времени рыба достигает длины около 40 см и становится самкой. В 14-17 лет, будучи уже вдвое больше, каменный окунь может превратиться в самца. Произойдет это или нет, зависит от плотности популяции животных. Если она невелика (например, из-за рыболов¬ ства), старые рыбы могут оставаться самками, чтобы обеспечить выживание популяции. Менять пол в середине жизни способны и популярные аквариумные живородящие рыбки меченосцы. Самка, не раз дававшая потомство, может неожиданно превратиться в полноценного самца: у нее отрастает длин¬ ный мечевидный отросток в нижней части хвоста и начинают вырабатываться спермато¬ зоиды. Любопытно, что формирование пола у меченосцев сильно зависит от условий со¬ держания: при температуре воды около 30°С самцов рождается в 10 раз больше, чем самок, а при 20°С — наоборот. Он, она или оно? Подобные демографические проблемы не беспокоят улиток-туфелек из семей¬ ства калипрей. В проливе Ла-Манш эти мол¬ люски достигли угрожающей численности. Они размножаются, образуя громадные скоп¬ ления. Личинки, прикрепившиеся к камен¬ ному дну, вырастают в самок, а личинки, при¬ крепившиеся к самкам, становятся самцами и оплодотворяют этих самок. Если к такому самцу прикрепится еще одна личинка, она тоже станет самцом, и так до тех пор, пока на самке не образуется целая «башенка» самцов. Оплодотворяют самку только самые малень¬ кие и молодые самцы, прикрепившиеся к «ба¬ шенке» последними. Оплодотворение осу¬ ществляется с помощью длинного полового органа. Между активными самцами и самкой находится несколько «старых» самцов, кото¬ рые превратились в существ неопределенного пола. Если такой «бесполый» моллюск выпа¬ дет из «башенки», он станет самкой.
Жизнь любой ценой В новогвинейском лесу раскричались райские птицы. Они шумят все громче, беспокоятся и ведут себя странно. Ничего страшного не случилось: просто самцы обольщают самок. Для привлечения партнера хороши любые средства. От этого в конце концов зависит выживание вида: ведь чтобы оставить после себя потомство, сначала нужно поко¬ рить партнера. Брачные танцы, турниры, песни, роскошные наряды, подарки и демонстрации - все идет в ход, чтобы очаровать представителей противоположного пола. У тех, кто не преуспеет в этом, есть серьезный повод для беспо¬ койства: в лучшем случае они только в этот раз окажутся без пары, в худшем - вообще не оставят потомства. У Пляски ЯПОНСКИХ ЖУРАВЛЕЙ Пары японских журавлей одеваются в изысканные наряды, когда собира¬ ются вместе в конце зимы. Бело¬ черное оперение с красной шапочкой на макушке эффектно смотрится во время брачного танца. Журавли хлопают крыльями, высоко подпрыги¬ вают и пронзительно кричат. А если несколько пар танцуют одновременно, получается настоящий кордебалет. Такой спектакль смотрится особенно выразительно на фоне зимнего пей¬ зажа, с силуэтами обнаженных дере¬ вьев среди ослепительно белого снега. Это зрелище вдохновляло многих японских художников.
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ Битвы ЗА ГАРЕМ Когда наступают первые холодные ночи, леса оглашаются громким заунывным ревом. Это самцы оленей зовут друг друга на поединок. Их рев возвещает начало брачного периода - гона. У европейских благородных оле¬ ней он открывается турниром. Каждый самец стремится собрать свой гарем, но за самок предстоит непростая борь¬ ба. Самцы вновь и вновь сталкиваются в поединке, со стуком сцепляя рога, и иногда даже ранят друг друга. Более слабый вынужден отступить и попы¬ тать счастья в другом месте. Иногда, впрочем, турнирные сражения самцов оканчиваются трагически: намертво сцепившись рогами, противники не могут разойтись в стороны и поги¬ бают от истощения или становятся жертвами хищников. Приверженцы свободной любви Глядя на эту похожую на воробья лес¬ ную птичку с неброским оперением, трудно предположить, что в сердечных делах она не признает правил. Если населенная завирушками территория достаточно велика, а особей в популя¬ ции много, то в брачный сезон они готовы спариваться со всеми подряд особями противоположного пола: са¬ мец - с несколькими самками, самка - с несколькими самцами. Кладку наси¬ живают самки, и уже через пару не¬ дель пары завирушек кормят птенцов. Но своих ли детей кормит самец, неизвестно. Чаще, однако, завирушки, как и большинство других пернатых, живут отдельными супружескими па¬ рами и нежно заботятся о потомстве. Игры китов Киты-горбачи выбирают для своих зимних встреч теплые районы Тихого океана, возле берегов Южной Калифорнии. Их брачные игры - неза- W; бываемое зрелище. Самцы в облаке пены соревнуются за вни¬ мание самок. Устремляясь к поверх¬ ности, 25-тонные исполины нередко даже выпрыгивают из воды и тяжело падают обратно, поднимая гигантские фонтаны брызг. Иногда самцы дерут¬ ся из-за самки. Но их главное сред¬ ство обольщения - песни, у каждого самца своя. Губан - самец или самка? Соорудив гнездо, самец губана терпе¬ ливо ждет, пока не приплывет самка и не вымечет туда икру. Некоторые из примерно 500 живущих на планете видов губанов строят гнезда из водо¬ рослей. Другие, например обитающие в Средиземном море, используют в основном разлагающиеся остатки высших водных растений. Третьи до¬ вольствуются трещиной в каменном дне. Самец всегда бросается защи¬ щать свое гнездо от любого незваного гостя, а самку окружает вниманием и заботой. Это и неудивительно, ведь он сам когда-то был самкой! С возрас¬ том пол у губанов меняется. При этом другой становится и окраска рыб.
Красноречивый помет Североамериканская красноспинная саламандра - удивительное животное: самцы привлекают самок с помощью собственного помета. В самом начале брачного периода самцы сидят в своих норках, оставляя экскременты у входа. Самка приползает к норке и изучает помет, чтобы узнать, чем питался его хозяин. Остатки термитов, любимой еды этих рептилий, свидетельствуют о «высоком качестве» самца: если он способен добыть столь ценный корм, от него на свет, очевидно, появится здоровое потомство. Если же самец питался одними муравьями, которых добывать легче, но переваривать труднее, у него меньше шансов стать избранником взыскательной самки. Ярмарки женихов Самцы райских птиц, обитающих в ле¬ сах Новой Гвинеи, полигамны. В нача¬ ле брачного сезона они собираются группами в кронах деревьев и демон¬ стрируют самкам свои великолепные наряды. Самцы громко кричат, привле¬ кая к себе внимание партнерш. Когда появляется самка, каждый самец ста¬ рается как можно лучше продемон¬ стрировать достоинства и красоту собственного оперения. Женихи при этом громко хлопают крыльями, под¬ прыгивают на ветках и даже свешива¬ ются с них вниз головой. Сделав вы¬ бор, самка подлетает к избраннику и низко приседает перед ним. Длинноухие боксеры Весной, в период гона, зайцы начина¬ ют преследовать друг друга, устраивая настоящие скачки по пашням. Самцы, которых зачастую больше, чем самок, группой бегут за одной самкой. Но она выбирает супруга не только за быст¬ роту его ног. Поэтому зайцам-самцам нередко приходится устраивать еще и боксерские поединки. Они встают на задние лапы и боксируют перед¬ ними. Сходным образом и с той же целью завоевать самку мутузят друг друга самцы кенгуру в Австралии. Свадебный подарок Собираясь группами на скалистых островах или по берегам лагун, самки крачек завороженно смотрят представ¬ ление, разыгрываемое самцами. Же¬ нихи медленно, с призывными крика¬ ми летают кругами, а затем садятся на землю неподалеку от самок, зади¬ рая клювы к небу и слегка расправляя крылья. Потом самцы снова поднима¬ ются в воздух и отправляются на рыб¬ ную ловлю. Добычу жених приносит приглянувшейся самке. Если она принимает подарок, партнеры сразу спариваются. Так же поступают и мно¬ гие другие птицы, например щурки. Самец щурки преподносит избраннице стрекозу или другое насекомое.
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ Шейные турниры Упираясь в землю широко рас¬ ставленными ногами, жирафы- самцы наносят друг другу уда¬ ры своими длинными шеями. Прежде чем начать ухаживание, самец должен избавиться от сопер¬ ника. Поединки между самцами быва ют очень жестокими. Они бьют друг друга изо всех сил головами, до тех пор пока один из противников не обра¬ тится в бегство. Затем победитель подходит к самке и начинает использо¬ вать шею в совершенно других целях. Теперь она служит не оружием, а ин¬ струментом обольщения. Самец нежно трется шеей о тело самки и поглажи¬ вает головой ее бока. Такое ухажива¬ ние иногда длится несколько часов. Шедевры шдлдшников Чтобы завоевать расположение самок, в брачный период самцы шалашников демонстрируют незаурядные творче¬ ские способности. Они сооружают ко¬ ридоры из переплетенных веток или строят у стволов деревьев замыслова¬ тые беседки (шалаши). Так самцы по¬ казывают самкам, кто из них одарен¬ нее. Кроме того, почти все шалашники украшают свои конструкции камуш¬ ками, раковинами,отполированными косточками, осколками стекла и даже перьями, украденными у близких род¬ ственников - райских птиц. Декоратив¬ ные сооружения самцов служат лишь для привлечения партнерш. Настоящие гнезда шалашники устраивают на де¬ ревьях, причем строят их самки.
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ Нерест ценой жизни Некоторые животные размножаются лишь раз в жизни и, произведя на свет потомство, умирают. Жизнь каждой особи посвящена одной главной цели — продолжению рода. Нерки, рыбы из семейства ло¬ сосевых, почти готовы к нере¬ сту. Самец (на заднем плане) отличается от самки (на перед¬ нем плане) более горбатой спиной и сильнее искрив¬ ленными челю¬ стями. Еще не кончилась зима, и на Камчатке, где снег лежит большую часть года, довольно хо¬ лодно. Кругом царят тишина и покой. Только горная речка бурлит так, будто в ней вдруг за¬ били мощные горячие ключи. Это идут на не¬ рест лососи. С берегов за происходящим вни¬ мательно наблюдают орланы-белохвосты. Они только и ждут, когда рыбы погибнут. Пару недель назад нерки (один из видов ло¬ сося) пустились в свое последнее путешествие вверх по реке, чтобы дать начало новой жиз¬ ни, а потом умереть. ных водах, а затем плывут на восток или северо-восток к холодному Бе¬ рингову проливу — в центральную часть северных районов Тихого океана. Примерно за четыре года из мальков вырастают взрослые нерки. Летом они живут в самых северных районах океана, а зимой мигрируют к югу, где вода не такая холодная. Все это время нерки пи¬ таются зоопланктоном и мелкой рыбой. Зов моря Несколько лет назад в верховьях этой реки вы¬ метало икру другое поколение лососей. Вы¬ шедшие из икринок мальки по меньшей мере год, а то и несколько лет жили в родной реке. В их памяти отложились многие ее запахи, виды и звуки. Затем они отправились в долгий путь вниз по течению в более крупную реку, а из нее - в Тихий океан. Это путешествие за¬ няло у молодых лососей 4-6 месяцев и было полно опасностей. Нерки становились жерт¬ вами хищников и рыбаков, гибли из-за загряз¬ нения воды и при прохождении плотин. Рыбы, которым удалось уцелеть, выходят в открытое море, где достигают половой зре¬ лости. Первое время они держатся в прибреж- Возвращение к истокам Приходит время, и взрослые нерки возвраща¬ ются в места, где появились на свет. Они плы¬ вут к морскому берегу, а затем, прежде всего по запаху, находят устье реки, из которой не¬ сколько лет назад вышли в море. Когда рыбы снова попадают в родную реку, их облик рази¬ тельно меняется: под влиянием гормонов нерки приобретают алую окраску, особенно яркую у самцов. Челюсти самцов и самок ис¬ кривляются - разрастаются и загибаются внутрь. Зубы становятся крупнее. Спина вы¬ гибается и образует горб. Все это придает рыбам, особенно самцам, грозный вид. Лососи плывут вверх по течению, затрачи¬ вая массу сил на преодоление речных порогов и плотин. Им приходится спасаться от когтей крупных пернатых хищников и медведей, больших любителей лососины. Когда рыбы наконец прибывают на место нереста, они со¬ вершенно истощены (в том числе и потому, что искривленные челюсти сильно затрудняют кормежку).
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ А В период нере¬ ста лососи мечут и оплодотворя¬ ют икру (слева), из которой вско¬ ре появляются на свет мальки (внизу). Когда мальки немного подрастут в род¬ ной реке, они пу¬ стятся в долгое путешествие вниз по течению, к океану. Последняя битва Вот и конец пути. Самки выкапывают на дне небольшие ямки и откладывают икру. А самцы принимаются сражаться друг с другом за право оплодотворить ее молокой. Битва бывает жестокой. Самки тоже не остаются в стороне от драк: они яростно защищают подготовлен¬ ное для икрометания место от других самок. В перерывах между драками самцы надолго замирают, экономя силы для новых поединков. В это время они становятся легкой добычей для хищников. Выметав и оплодотворив икру, истощенные нерки погибают, доставаясь на обед хищникам и падальщикам. В реке не оста¬ ется ни одной взрослой нерки, но в икринках, надежно спрятанных самками в ямках на реч¬ ном дне, уже начали развиваться мальки. Большинство тихоокеанских лососей сразу после нереста умирают. Атлантический лосось (сёмга) может вернуться в море и повторить труд¬ ный путь к местам размножения до трех раз. Угри: путь в обратную сторону Жизненный цикл угрей во многом напоминает судьбу лососей, только направление их мигра¬ ций противоположное. Лососи появляются на свет в пресных водах, а угри - в океане. Европейские угри нерестятся в Саргассовом море, недалеко от Антильских островов. В глу¬ бине этого моря самки выметывают икру и по¬ гибают. Вышедшие из икринок личинки под¬ нимаются к поверхности воды и дрейфуют с морскими течениями к берегам Европы. Они имеют широкое уплощенное тело и настолько не похожи на взрослых рыб, что даже получили особое название - лептоцефалы. После трех¬ четырех лет путешествия личинки угря дости¬ гают берегов Европы, сильно меняя при этом свой облик. Они заходят в устья рек и проводят там несколько лет, пока не достигнут половой А Во время зрелости, а потом пускаются в обратный путь, нереста лососей к морю. В отличие от уплощенных личинок к реке наведыва- взрослые угри имеют толстое вытянутое тело ются медведи: длиной до 1 метра, крупные челюсти и более хищники устраи- темную окраску. вают себе пир Взрослые угри возвращаются в те воды, где из плывущих началась их жизнь, чтобы выметать икру и про- вниз по течению извести потомство, прежде чем погибнуть погибших рыб. на дне моря. Почему же угри плывут из евро¬ пейских рек нереститься в Саргассово море, проделывая полный опасностей путь в тысячи километров? Ответ на этот вопрос остается для ученых загадкой и по сей день, но, скорее всего, рыб ведет сюда древний ин¬ стинкт, сформировавшийся 100 млн лет назад. В те далекие времена между Европой и Америкой простирался узкий, как пролив, водоем - в этом внутреннем море и нерестились реч¬ ные угри. Когда же Атлантика расширилась, А Прежде чем места обитания рыб - реки Европы - сильно вернуться в род- отодвинулись от мест их нереста. Эту гипотезу ное море, угри подтверждает и тот факт, что речные американ- тоже соверша¬ ешь угри тоже нерестятся в Саргассовом море, ют далекое которое находится к ним гораздо ближе. путешествие. САМЦЫ, ОБРЕЧЕННЫЕ НА СМЕРТЬ Трутни - самцы пчелы - несч: существа. «Объятия» с с во время спаривания бывают так кре1 ки, что самцы нередко лишаются ча¬ сти брюшка и погибают. Но и выжив¬ ших после спаривания трутней рабо¬ чие пчелы выгоняют из улья, обрекая^ на верную смерть. Пчелы к том1 еще и жалят ставших ненужными цов, которые вскоре умирают от Жестокое на первый взгляд пов ние сородичей способствует выж нию вида: исполнивший свое пре значение самец должен умереть, бы не стать нахлебником в улье. 51
А Пока кенгуре¬ нок не достигнет восьмимесячного возраста, при малейших при¬ знаках опасно¬ сти он возвраща¬ ется в материн¬ скую сумку. >• Новорожден¬ ный кенгуренок весит около грамма и дости¬ гает лишь не¬ скольких милли¬ метров в длину. Едва родившись, он прикрепляется к материнскому соску и не отпу¬ скает его, как минимум, два месяца. Сумчатые Сумчатым, реликтам древних времен, сегодня грозит исчезновение. Это связано с особенностями размножения: их слабые, плохо развитые малыши совсем не приспособлены к неблагоприятным факторам внешней среды. В конце мелового периода, 100 млн лет назад, когда на Земле господствовали ди¬ нозавры, уже существовали млекопитаю¬ щие, например альфадоны, напоминаю¬ щие современных южноамериканских опоссумов. Достигая в длину всего 30 см, они были самыми крупными млекопи¬ тающими того времени. Эти сумчатые зверьки — родственники современных кенгуру, обитающих в Австралии. История сумчатых тогда еще только начиналась. в сумке Сумчатые (отряд Marsupialia) в некотором роде представляют собой промежуточное зве¬ но между яйцекладущими, которые отклады¬ вают яйца, но кормят детенышей молоком, и плацентарными млекопитающими, рождаю¬ щими полностью сформированных, хорошо развитых детенышей. У кенгуру беременность длится 40 дней. Самка прозводит на свет крошечного, похо¬ жего на червяка, сильно недоразвитого дете¬ ныша весом около грамма. Мамаша садится на землю и позволяет новорожденному, хвата¬ ясь крошечными лапками за мех, добраться до сумки на ее брюхе. Этот путь занимает у кенгуренка несколько минут. Забравшись в сумку, он тут же прикрепляется к одному из материнских сосков. В этом убежище кен¬ гуренок будет долго развиваться, прежде чем отважится высунуть голову наружу. У большого рыжего кенгуру детеныш от¬ пускает сосок только на 70 день жизни, вы¬ глядывает из сумки на 150 день, выбирает¬ ся из нее лишь на 190 день и навсегда покидает мать примерно в возрасте 235 дней. Все это время сумка служит ему спасительным укрытием. Другая особенность сумчатых со¬ стоит в том, что, как только ново¬ рожденный малыш забирается в сум¬ ку, самка снова спаривается с самцом, и происходит оплодотворение новой яйцеклетки. Однако присутствие в сумке детеныша подавляет развитие образовав шегося зародыша до тех пор, пока подрос¬ ший отпрыск не покинет сумку. Это явле¬ ние, называемое эмбриональной диапаузой, дает животным большое преимущество: если первый малыш погибнет, его место быстро займет другой. К сожалению, такое случается довольно часто: убегая от стаи динго или во время сильной засухи, самка иногда выбра¬ сывает детеныша из сумки, спасая тем самым собственную жизнь и жизнь покоящегося в ее матке зародыша. А Как и все сум¬ чатые млекопи¬ тающие, самка коалы имеет сумку, где подрастают ее малыши. 52
ЯЙЦЕКЛАДУЩИЕ ЗВЕРИ Яйцекладущие, или одн примитивные млекоп ныши которых вылупляю вут они только в Австралии с ней островах. К ся несколько видов ехи У утконоса перепончатые тая в «утиный» клюв ный, как у бобра, хвост утконоса впервые прив ученые подумали, что это на сенсацию розыгрыш. Я как птицы, согревают яйц ственного тела, но кор молоком,как и все Неопределенное будущее Плацентарные млекопитающие появились в Австралии вместе с европейскими колони¬ стами в XVIII в. До этого из плацентарных здесь жили только дикие собаки динго. Коло¬ нисты завезли кроликов, коз, собак, кошек, крыс, которые расплодились и вступили с сумчатыми в жестокое противоборство. Не¬ которых сумчатых, представлявших угрозу для скота, убивали люди. Многие австралийские сум¬ чатые вымерли в XIX— начале XX в. Тасманийский волк, или тилацин, безжалостно истреблялся до тех пор, пока в 1930-е гг. не исчез совсем. В 1950-е гг. вымер свиноногий бандикут — грациозный сум¬ чатый зверек с тонкими нога¬ ми, внешне напоминавший миниатюрную антилопу. Он был открыт в середине XIX в. и, как свидетельствует Альфред Брем в своем знаменитом многотомном труде «Жизнь животных», населял тогда почти всю Австра¬ лию. По мере развития скотоводства и земле¬ делия свиноног отступал в глубь страны. Ког¬ да в Австралии появились лисицы, а люди стали выжигать под пашни заросли кустарни¬ ков во внутренних райнах кон¬ тинента, свиноногий бандикут окончательно вымер. В наши дни многим сумча¬ тым, включая некоторые виды кенгуру, грозит вымирание. К счастью, сегодня в Австралии действует ряд природоохран¬ ных программ, направленных, например, на сохранение коа¬ лы и тасманийского дьявола. А вот будущее азиатских сумча¬ тых летяг и южноамериканских опоссумов вызывает серьезные опасения. А Мышиный опоссум — один из самых мелких представителей сумчатых на све¬ те. Длина его крошечного тельца не пре¬ вышает 10 см. Жертвы конкуренции Сумчатые, по-видимому, воз¬ никли в Южной Америке и некогда покорили весь мир. Но вскоре появились другие звери — плацентарные млекопитающие. Они рождали хорошо развитых детенышей, кото¬ рые способны были переносить неблагопри¬ ятные условия жизни гораздо лучше, чем неж¬ ные малыши сумчатых. В результате соперничества с плацентар¬ ными сумчатых стало меньше. В третичном периоде (1,8-65 млн лет назад) они во многих регионах вымерли. Полагают, что в Европе они исчезли около 20 млн лет назад. Несколь¬ ко видов сохранилось в Южной Америке и Юго-Восточной Азии. К счастью, в Австра¬ лии сумчатые жили и процветали до недавних пор: плацентарные млекопитающие в течение многих миллионов лет не могли заселить этот удаленный континент. Вот почему сумчатые достигли в Австралии огромного разнообразия и заселили почти все уголки этого континента. Сумчатые чувствовали себя на австралийском континенте в полной безопасности, пока здесь не появились европейские переселенцы. А Это детены¬ ши тасманий¬ ского дьявола (Sarcophilus harrisi) — сумча¬ того зверя, ко¬ торому грозит вымирание. А Тасманийский волк исчез с лица нашей планеты навсегда. Евро¬ пейские колони¬ сты беспощадно истребляли это¬ го сумчатого хищника, потому что иногда он нападал на овец. Его сначала уни¬ чтожили в Авст¬ ралии, а затем и на острове Тасмания. 53
Родительское поведение Одни виды яйцекладущих сразу оставляют свои кладки без присмотра. Другие проявляют чудеса изобретательности ради выживания потомства. новые опасности Жаркой летней ночью болото гремит от всевоз¬ можных звуков. Если подойти с фонариком к кромке воды, можно увидеть маленькую, длиной всего 5 см, жабу с кучкой икры на бед¬ рах. При свете фонарика амфибия замрет на месте. Это жаба-повитуха (Alytes obstetricans), получившая свое название за причудливую ма¬ неру носить на себе икру вплоть до вылупления головастиков. «Какая прекрасная мать!» - скажете вы. И ошибетесь. Об икре у жабы-повитухи забо¬ тится только самец. Во время спаривания он помогает самке выметать икру двумя студени¬ стыми шнурами, а затем оплодотворяет ее и наматывает шнуры себе на бедра, становясь живым инкубатором. Самец к тому же поддер¬ живает и постоянную влажность кладки, время от времени заходя для этого в воду. Природные инкубаторы Многие виды яйцеродящих животных сразу покидают свои кладки, оставляя их на произ¬ вол судьбы. Они предоставляют заботу об от¬ ложенных яйцах самой природе. Так, напри¬ мер, поступают кожистая, зеленая и другие морские черепахи. Когда самка готова отложить яйца, она вы¬ бирается на песчаный пляж, чтобы закопать кладку в песок. Потратив немало труда на ры¬ тье ямки, черепаха откладывает на дно яйца, засыпает их песком и утомленная возвращает¬ ся в море. Теплый песок - природный инкуба¬ тор, согревающий яйца, под оболочкой кото- ■< Самка кожи¬ стой черепахи выбралась на пляж, вырыла ластами яму в песке и отло¬ жила в нее яйца. Теперь она воз¬ вращается в море. У Сразу после вылупления ма¬ леньким черепаш¬ кам предстоит полное опасно¬ стей путеше¬ ствие к морю. И даже если по дороге их не съедят хищ¬ ники, в воде их подстерегают
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ А У жабы - повитухи (Alytes obstetricans) об икре заботит¬ ся самец. Три рых развиваются зародыши. В один прекрас¬ ный день из песка вылезают крошечные черепашки. Они тут же спешат к морю, но до спасительной воды доберутся лишь те, кого по дороге не съедят хищники. Сумчатые рыбки О малышах заботятся даже некоторые рыбы. У морских коньков вся забота о потомстве тоже лежит на отце. Во время спаривания самка ме¬ чет икру в особую сумку в нижней части брюш¬ ка самца. Когда вся икра оказывается в сумке, самец оплодотворяет ее, а потом все время но¬ сит с собой. В результате резких изменений тканей сумки развивающиеся в ней икринки хорошо снабжаются кислородом. Месяца через два из икринок вылупляются крошеч¬ ные мальки, и самец не без труда вы¬ талкивает их из сумки наружу. Похоже ведет себя и близкий родственник морского конька — флейторыл. У колюшек и некоторых американ¬ ских окуней самец охраняет кладку икры вплоть до появления на свет мальков. Он регулярно «проветри¬ вает» гнездо и отгоняет от него незва¬ ных гостей. У дискусов мальки прячутся во рту у родителей - в случае опасности или при переселении рыб на новое место. Более того, мальки дискусов кормятся питательной слизью, образующейся у родителей на поверхности чешуи. недели он носит на бедрах шнуры с икрой, а потом сбрасывает свою ношу в пруд, где из икринок вый¬ дут головастики. Рожденные в компосте Большинство птиц добросовестно насижива¬ ют отложенные яйца. А австралийские сорные куры и некоторые другие пернатые считают это лишним. Сорные куры - крупные птицы, решившие проблему обогрева яиц оригинальным, хотя и довольно трудоемким способом. Самец роет в земле яму и заполняет ее листьями, гниющи¬ ми ветками и прочим влажным органическим материалом. Затем он засыпает этот компост песком, сооружая холм высотой до 1 м. Когда к этому сооружению приходит самка, чтобы отложить яйца, самец выкапывает на вершине углубление. Сюда, поближе к теплым разла¬ гающимся растительным остаткам, и будут отложены яйца. Самка откладывает по одному яйцу в несколько дней. Самец каждый раз засыпает их песком, а затем раскапывает вновь, что¬ бы самка могла отложить новое яйцо. Кладку согревает тепло, образующееся в результате гни¬ ения остатков растений. Когда температура становит¬ ся слишком высокой, самец проделывает в холме отверстия, через которые часть тепла выхо¬ дит наружу. Если инкубатор остывает, он накидывает на него листья и гнилые ветки. Птенцы вылупляются примерно через 11 месяцев после начала строитель¬ ства инкубатора. Птенцы и их родители У большинства птиц о потомстве заботятся оба родителя. Иногда на яйцах сидит только самка, а самец помогает ей кормить птенцов. Но у круглоносого плавунчика, малого песочника и некоторых других куликов яйца насиживают самцы. Выкармливание птенцов - самая горячая пора в жизни птиц. Взрослые птицы должны не только обеспечить детенышей достаточным количеством корма, посвящая его поиску все светлое время суток. Они поддерживают гнез¬ до в чистоте, вынося в клювах помет птенцов, в стужу прикрывают собственным телом, что¬ бы согреть. В жаркие дневные часы, когда лучи А Самец морско¬ го конька — не¬ обычайно забот¬ ливый папаша. Он вынашивает свое потомство в особой сумке на брюхе. Y Этот инку¬ батор из земли и растительных остатков соору¬ дил самец глаз¬ чатой сорной курицы. 55
ПОЛ И РАЗМНОЖЕНИЕ ИДЕАЛЬНАЯ МАТЬ Кто бы мог подумать, что уховертка (Forficula) обла¬ дает материнским инстинктом? Самка откладывает яйца в укромном безопасном месте. Но она не бросает их на произвол судьбы, а остается сторожить и обе¬ регать. Более того, она регулярно чистит их, чтобы из микроскопических спор на их поверхности не вырос¬ ла плесень. Когда на свет появляются детеныши, самка продолжает следить за ними и защищать от опасностей. У некоторых видов уховерток мамаши даже кормят своих малышей. Но и это не все. Порой сам¬ ки этих насекомых заботятся о кладках других самок, иногда даже не относя- щихся к их виду. Y Куда смотрят эти император¬ ские пингвины ? На свои лапы, где каждый из самцов согре¬ вает теплом собственного тела по одному яйцу. Так пингви¬ ны высиживают птенцов. солнца падают прямо на выводок, один из ро¬ дителей становится над гнездом и, слегка рас¬ правив крылья, создает над птенцами тень. Многие хищники загораживают птенцов от солнца зелеными ветками деревьев. У пингвинов, особенно у императорских, родительская забота о потомстве безгранична. Сезон размножения императорских пингвинов наступает в середине полярной зимы, в глу¬ бине антарктического континента, где сложно найти корм, а температура редко поднимается выше -20°С. Отложив единственное яйцо и передав его нагулявшему жир самцу, самка отправляется в дальнюю дорогу к морю, преодолевая порой 160 км. В море она кор¬ мится и восстанавливает силы. Яйцо лежит на лапах самца, прикрытое теплой склад¬ кой кожи в нижней части отцовского брю¬ ха. Благодаря этому температура яйца по¬ стоянно остается примерно такой же, как температура тела птицы, что вполне доста¬ точно для развития зародыша. Все это вре¬ мя отец стоит на снегу. К тому дню, когда с моря возвращается отдохнувшая самка, из яйца вылупляется пингвиненок. Теперь настала очередь отца отправлять¬ ся к морю. За период насиживания яйца самец изрядно оголодал - ведь он ничего не ел больше 100 дней. Родители по очере¬ ди будут ходить к морю за рыбой и кормить малыша до тех пор, пока он не обгонит по весу каждого из них. Лишний вес пригодится ему во время долгого пу¬ тешествия к морю, которое может продлиться целый месяц. Добрав¬ шись до моря, он начнет добы¬ вать себе пищу самостоятельно. Во время насиживания яиц самцы императорских пингвинов прибегают к одной хитроумной уловке. Они собираются большой плот¬ ной группой и время от времени меняются местами, чтобы каждый папаша мог со¬ греться в ее середине. Это позволяет пти¬ цам экономить тепло. Мрачные кладовые Жуки-могильщики - совершенно необыч¬ ные существа. В период размножения сам¬ цы и самки отправляются на поиск мерт¬ вых мышей и других мелких животных, тканями которых обычно питаются. Обнаружив труп зверька, могильщики начинают рыть в земле ямку. Затем, забрав¬ шись под мертвую тушку и работая ногами, они с огромным трудом мало-помалу затаскивают ее в эту ямку, засыпают землей и выделяют особое ве¬ щество, ускоряющее разло¬ жение тканей. Вскоре труп превращается в компакт¬ ный комок. Затем жуки-могиль- щики роют в земле над этим «склепом» ход, куда самка откладывает яйца. Когда из яиц вы¬ ходят личинки, забот¬ ливые родители под¬ манивают их к пище характерными стреко¬ чущими звуками. ИНКУБАТОР МОГИЛЬЩИКОВ Тушку маленькой ПТИЦЫ... .. .жуки затаскивают в ямку... ...и засыпают землей. Выделяя особые веще¬ ства, жук-могильщик превращает труп в ком¬ пактный комок... ...возле которого по¬ явятся на свет его ли¬ чинки. Услышав голос родителей, они отыщут дорогу к пище.
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ Млечный Путь Млечный Путь — это видимая с Земли часть гигантского скопления звезд — нашей Галактики, одной из сотен миллиардов других подобных систем. Вместе они образуют Вселенную. У Не все галак¬ тики имеют оди¬ наковую форму. Внизу показаны (слева направо): эллиптическая галактика NGC 7742, спиральная галактика с пе¬ ремычкой NGC 1365 и спиральная галактика М51 в созвездии Гон¬ чих Псов. Если смотреть на звезды ясной безлунной но чью где-нибудь вдали от городских огней, то хорошо видна пересекающая небо свет¬ лая полоса - Млечный Путь. На самом деле это свет множества звезд, из кото¬ рых состоит наша Галактика. Научные исследования доказали: то, что древние поэты называли разлитым молоком богини Геры и дорогой в рай, оказалось видимой нам частью огромной структуры диаметром около 100 тыс. свето¬ вых лет, состоящей из миллиардов звезд, меж¬ звездного вещества, туманностей и других не¬ бесных тел. Наша Солнечная система тоже является частью Млечного Пути. Наши звездные соседи Другими словами, Млечный Путь - это не что иное, как наша Галактика, на которую мы смот¬ рим изнутри и к тому же «с ребра». С Земли видно больше звезд в полосе Млечного Пути, чем за ее пределами. Благодаря нашему положе¬ нию на периферии Галактики, ясными ночами мы имеем возможность наблюдать наиболее плотные ее области. Мы живем в Солнечной системе, а кроме нашего светила, Галактику населяют более 200 млрд других звезд. Они образуют звездную систему со спиральной структурой. Сбоку она напоминает диск. Если смотреть с Земли в на¬ правлении, перпендикулярном плоскости дис¬ ка, то в поле зрения окажется совсем немного звезд. Сам же диск виден как пересекающая небосвод молочно-белая полоса. При наблю¬ дении в направлении, параллельном плоскости диска, видно огромное множество плотно рас¬ положенных звезд, за которыми находится большая часть Галактики. До центра Галактики 28 360 световых лет Астрономам было непросто определить форму нашей Галактики и положение ее центра, по¬ скольку значительная часть видимого излуче¬ ния звезд на пути к Земле поглощается меж¬ звездным газом и космической пылью. Иссле¬ дуя сфероидальное гало, окружающее диск Галактики, астрономы обнаружили шаровые звездные скопления. Каждое скопление на¬ считывает до нескольких миллионов звезд - реликтов эпохи, когда диск в Галактике еще не образовался. Определив положение этих скоплений, ученые смогли рассчитать, где на¬ ходится центр Галактики. Оказалось, что он расположен в созвездии Стрельца на расстоя¬ нии 28 360 световых лет от нас. 58 А Вид нашей Галактики с Земли в услов¬ ных цветах. Хорошо видна полоса Млечного Пути и утол¬ щение (балдж) в центральной части. На самом деле центр Га¬ лактики скрыт от нас газопыле¬ выми облаками.
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ А Центральная часть спиральной галактики, похо¬ жей на Млечный Путь. Мы видим характерную для спиральных галактик карти¬ ну из нескольких расходящихся от центра рука¬ вов. Число звезд в них превышает 200млрд. А Великолепное зрелище эллипти¬ ческой галактики под названием Сомбреро. Гало, рукава и балдж Подобно другим спиральным галактикам, у Млечного Пути есть центр, от которого по спирали расходятся рукава, как в огненном ко¬ лесе при фейерверках. В центре Галактики на¬ ходится плотное утолщение (балдж). Ядро Га¬ лактики - это самая центральная часть балджа. Диаметр балджа - около 20 тыс. световых лет, а толщина диска в этом месте - около 3200 све¬ товых лет. Хотя ядро очень труднодоступный для ис¬ следования объект, ясно, что в нем сосредото¬ чена колоссальная энергия. Поэтому оно вы¬ зывает огромный интерес у астрофизиков. Ученые выдвинули немало гипотез для описа¬ ния его строения и эволюции. Одна из них ри¬ сует особенно страшную картину: высокая плотность звезд в районе балджа может при¬ вести к гравитационному коллапсу и образо¬ ванию сверхмассивных черных дыр, которые затянут в себя окружающее вещество. В рукавах Галактики расположено множе¬ ство звезд самого разного возраста: старые, очень яркие и молодые и даже еще не родив¬ шиеся. Из-за большой силы тяготения плот¬ ность вещества в рукавах повышена. Солнеч¬ ная система, частью которой является и наша крошечная планета, находится в одном из та¬ ких спиральных рукавов - рукаве Ориона. Поэтому вся Галактика с Земли не видна. По¬ добно тому как Земля вращается вокруг Солн¬ ца, Солнечная система тоже обращается вокруг центра Галактики в компании множества дру¬ гих звезд. Вся эта большая, сложно устроенная конструкция составляет всего лишь ничтож¬ ную часть еще более обширной и сложной структуры — Вселенной. Разнообразие галактик Успехи, достигнутые в создании астрономиче¬ ских приборов и инструментов, сделали воз¬ можным подробные исследования многих участков неба, в том числе и многочисленных туманностей. Раньше было совершенно неиз¬ вестно, что они собой представляют. Предпо¬ лагалось, что это могут быть шаровые скопле¬ ния (плотные сферические группы, состоящие из сотен тысяч старых звезд), остатки звезд, газовые облака и, возможно, другие галактики. Но с появлением более совершенных телеско¬ пов на фоне миллионов и миллионов запечат¬ ленных на фотопластинках звезд все явствен¬ нее стали проступать галактики. Теперь астро¬ номы научились определять их размеры и уда¬ ленность от Земли. По форме галактики классифицируются на спиральные (с рукавами, идущими по спирали от центра), спиральные с перемычкой (с рука¬ вами, отходящими от концов перемычки - сильно вытянутого ядра), эллиптические и не¬ правильные (не имеющие определенной фор¬ мы). Каждая отдельная галактика насчитывает до нескольких сотен миллиардов звезд. Изме¬ ряя расстояние до галактик, можно определить характер их взаимного расположения в про¬ странстве. Оказалось, что галактики образуют скопления, которые в свою очередь объединя¬ ются в сверхскопления. Были выявлены так называемые типы звездного населения: звезды населения I, в целом более молодые, располо¬ жены в диске галактики, а более старые звезды населения II находятся в сфероидальном гало и шаровых скоплениях. Галактик во Вселенной больше, чем звезд в нашей Галактике. Звезды - это основные эле¬ менты, из которых они построены. Каждая галактика состоит примерно из 100 млрд таких «кирпичиков», а сотни миллиардов галактик в свою очередь образуют Вселенную. Так что Млечный Путь составляет крайне малую часть огромного и сложного мироздания. А Упрощенная схема строения нашей Галакти¬ ки: вид сбоку (вверху) и сверху (внизу). Ее раз¬ меры огромны: 100 тыс. све¬ товых лет в по¬ перечнике (1 све¬ товой год равен 9460млрд км). Вся Галактика вращается, при¬ чем внутренние звезды движутся быстрее наруж¬ ных. Наше Солн¬ це удалено от центра Галакти¬ ки на расстояние около 2/3 ее ра¬ диуса. Мы живем на окраине Млеч¬ ного Пути! 59
Вещество во Вселенной Все вещества состоят из атомов, объединяющихся в разном количестве и сочетаниях. К настоящему времени на Земле обнаружено 92 типа атомов. Они называются химическими элементами. Только представьте: почти все во Вселенной — звезды, Земля, растения, люди — состоит из одних первичных материалов! Они возникли очень давно. Насколько мы можем судить, это произошло вскоре после Большого взрыва, около 15 млрд лет назад, когда свет отделился от вещества, а Вселенная начала расширяться. Тогда возникли элементарные частицы, из ко¬ торых и состоит известная нам материя. Правильные ингредиенты До этого Вселенная представляла собой свое¬ образную взрывчатую субстанцию. Описать это состояние невозможно даже в терминах со¬ временной физики. Не существовало ни вре¬ мени, ни пространства в нашем понимании. Температура была бесконечно велика. Не было ни света, ни вещества как отдельных явлений. Затем появились кварки, объединяясь, они об¬ разовали нейтроны (незаряженные частицы), протоны (положительно заряженные частицы) и электроны (отрицательно заряженные час¬ тицы). Из этих трех составляющих и сформи¬ ровались атомы всех веществ. В первые три минуты после Большого взрыва образовались наиболее легкие атомы. Простей¬ ший из них, атом водорода, состоит из протона и электрона. Атом дейтерия — разновидности водорода - имеет протон, нейтрон и электрон. Следующий по массе атом — атом гелия. Его ядро состоит из двух протонов и двух нейтро¬ нов, а оболочка — из двух электронов. Сразу после Большого взрыва в мире еще не было сложных структур. Но появились основные ингредиенты, из которых и образовалась Все¬ ленная: примерно 90% водорода, около 10% гелия и немного лития. Мечта алхимика Под действием сил гравитации изначально Благодари звез¬ дам, расположен¬ ным в недрах га¬ лактик, вещество во Вселенной усло¬ жняется и образу¬ ются химические элементы. неупорядоченное вещество постепенно соби¬ ралось в галактики, в которых те же силы гра¬ витации привели к возникновению звезд. Ядро звезды работает как термоядерный реактор: там происходит реакция термоядер¬ ного синтеза — слияние ядер. В результате из водорода возникают другие элементы. Внутри звезды, как в огромном тигле, выплавляются атомы более сложных элементов. В ходе цепи реакций слияния ядер последовательно обра¬ зуются углерод, кремний, железо и множество других химических элементов. После образо¬ вания железа дальнейшее слияние ядер в та¬ кого рода реакциях уже невозможно. Более тяжелые элементы (в том числе один из самых тяжелых - уран) смогут возникнуть только в конце жизни звезды, во время взрыва сверх- 60 У Одно из люби¬ мых занятии физиков- ядерщиков — расщеплять ядра атомов и, наблю¬ дая процессы распада, исследо¬ вать их состав и строение.
ляющеи атомных ядер. Согласно современным представлениям, Путешествие в мир крайностей Солнечных систем, подобных нашей, в каждой галапктике сотни миллиардов. Галактики собраны в скопления, скопления - в сверхскопления, сверхскопле¬ ния - во Вселенную. Вся эта конструкция удерживается силами гравитации. А теперь отправимся в обратную сторону, используя лучшие микроскопы и даже ускорители частиц, чтобы посмотреть на мельчайшие объекты. Почти все вокруг нас состоит из молекул. Молекулы в свою очередь из атомов, а каж¬ дый атом - из ядра и электронной оболочки. Ядра атомов - из протонов и ней¬ тронов, а каждый протон или нейтрон - из трех кварков. Кварки - простейшие известные частицы, из которых состоит материя, а значит, и любое вещество. Этот мир прекрасно организован. Скрепляют его компоненты и обеспечивают передачу взаимодействий между ними три типа элементарных частиц: глюоны, бозоны и фотоны, которые на данном этапе развития науки нельзя расщепить на составляющие. Но представить себе очень большие и сверхмаленькие размеры все же слож¬ но. Возьмем, к примеру, Землю и Солнце. Диаметр Земли 12 600 км, а диаметр Солнца 1,4 млн км. Чтобы оценить соотношение этих размеров, положим горо¬ шину рядом с футбольным мячом. Ядро атома по сравнению с самим атомом будет выглядеть еще меньше, чем горошина. Если размер человека условно принять за единицу, то размер кварка будет равен 10~15, атомного ядра 10 14, атома 10 э, Луны 106, Земли 107, Солнца 109, планетарной туманности 1015. При этом силы, действующие на макроуровне, имеют много общего с силами, действующими на микроуровне. Устройство галактики, Солнечной системы и атома очень похоже - ядро в центре и вращающаяся вокруг него система. Ч Схема строе¬ ния протона, основной состав- протон состоит из трех кварков. новой. Таким образом, в процессе звездной эволюции легкие — простые — элементы пре¬ вращаются в более сложные и тяжелые. составил датский ученый Нильс Бор. Сейчас известны и описаны, по-видимому, все встре¬ чающиеся в природе элементы. Но наука не стоит на месте. Сегодня ученые пытаются разобраться уже в фундаментальных основах строения материи, исследуя еще более простые, чем химические элементы, ее состав¬ ляющие, такие, как кварки, глюоны и бозоны. Современная стандартная модель строения ма¬ терии предполагает существование 12 частиц, из которых состоит все вещество во Вселенной. Собственно, частиц 24, потому что у каждой есть античастица. Фотоны, из которых состоит свет, не имеют массы и, вероятно, являются одновременно частицами и античастицами. Кажущаяся простота В наши дни известно 117 элементов, из которых 92 обнаружены в природе (в атмосфере и составе земной коры). Упорядоченную систему элементов впервые построил в 1869 г. русский ученый Дмитрий Иванович Менде¬ леев. Но в то время ничего не было из¬ вестно о строении атомов, и причины, определяющие порядок элементов и распределение их свойств в системе, были неясны. Поэтому периодическая система Менделеева носила скорее эмпирический характер. В 1922 г. более полную классификацию элементов В ЧЕСТЬ БОГА ГЕЛИОСА Разделение света на составля ющие дает спектр - радуг из полос с разной длиной волнь По спектру света звезд можно судить об элементах, входящих в их состав. В 1868 г. во время., солнечного затмения был полу чен спектр солнечного свет из которого следовало наличи на Солнце ранее неизвестног элемента. В честь греческого бога Гелиоса этот элемент наз ли гелием. (Справа - cxeiv ское изображение атома гелия.)
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ Клетка Все существа состоят из клеток. Каждая клетка — своего рода миниатюрная фабрика, способная вырабатывать энергию и вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. РАЗНООБРАЗИЕ КЛЕТОК А Под действи¬ ем особых хими¬ ческих веществ из этой бакте¬ рии вышла нару¬ жу ее длинная молекула ДНК, которая обычно плотно свернута внутри клетки. Что общего между дрожжами и синим китом? И дрожжи, и кит состоят из клеток - элемен¬ тарных единиц жизни. Работа клеток управ¬ ляется белками. Синтез белков в свою очередь определяется генетической программой, за¬ писанной в сложных молекулах дезоксирибо¬ нуклеиновой кислоты (ДНК). Ученые различают два основных типа кле¬ ток. Прокариотические («доядерные») клетки, свойственные бактериям и синезеленым водо¬ рослям, не имеют ядра, а их ДНК не окружена дополнительной оболочкой. В эукариотиче¬ ских («обладающих ядром») клетках всех остальных организмов (от дрожжей до жира¬ фов) ДНК находится внутри ядра. Простые системы Клетки прокариот устроены довольно просто. Каждая окру¬ жена клеточной, или плазма¬ тической, мембраной толщи¬ ной в несколько миллионных долей миллиметра. Эта «плен¬ ка» защищает содержимое клетки от внешних воздей¬ ствий. Клеточная мембрана состоит из липи¬ дов (жироподобных веществ) и белков. В ней есть особые «поры», контролирующие обмен молекулами между клеткой и окружающей средой. Внутри клетка заполнена вязкой жид¬ костью - цитоплазмой, содержащей массу белков, в том числе ферментов, а также рибо¬ сомы - частицы, ответственные за «сборку» новых белков. Рибосомы синтезируют бел¬ ки, соединяя молекулы различ¬ ных аминокислот строго в соот¬ ветствии с генетической инфор¬ мацией. Ее предоставляют рибосомам молекулы рибо¬ нуклеиновой кислоты (РНК) — копии участков ДНК (генов). Все процессы в прокариоти¬ ческих клетках протекают непо¬ средственно в цитоплазме. Клетки многоклеточных орга¬ низмов выполняют неодинако¬ вые функции, поэтому устроены они по-разному. Например, у кле¬ ток, вырабатывающих гормоны, сильно развита часть эндоплазма¬ тического ретикулума, несущая рибосомы, - так называемый гра¬ нулярный эндоплазматический ретикулум. Мышечные клетки (справа), требующие много энер¬ гии, богаты митохондриями - орга- неллами, осуществляющими окис¬ ление веществ. устроена сложнее. Она разде¬ лена на цитоплазму и ядро, содержащее молекулы ДНК. В цитоплазме находятся орга- неллы. Они тоже окружены мембранами, которые отгра¬ ничивают их содержимое от остальной цитоплазмы. Орга- неллы - это «органы» клетки, ее постоянные структуры. Каждый их вид специализируется на выпол¬ нении строго определенной функции. Одни вырабатывают энергию, другие отве¬ чают за фотосинтез и т. д. Деятельностью всех органелл управляет клеточное ядро. Эндоплазматическая сеть, или эндоплазма¬ тический ретикулум (ЭПР), состоит из много¬ численных сообщающихся друг с другом канальцев и цистерн. Эта органелла участвует в обменных процессах. Главная ее функция - транспорт белков. Белки синтезируются на рибосомах, прикрепленных к внешней сто¬ роне мембраны ЭПР. Белки, которые нужно вывести из клетки наружу, проникают сквозь мембрану ЭПР внутрь органеллы, накаплива¬ ются там и в особых мембранных пузырьках, отделяющихся от цистерн ЭПР, перемеща¬ ются в другие части клетки или в комплекс Гольджи. В комплексе Гольджи белки видо¬ изменяются (превращаются в более сложные белки) и накапливаются в так называемых секреторных пузырьках, содержимое которых и выводится из клетки через ее тончайшую плазматическую (клеточную) мембрану. ческая клетка (на снимке — клетка пивных дрожжей). Красным цветом показано ядро, зеленым — мито¬ хондрии, а корич¬ невым — клеточ¬ ная стенка. Все вместе эти ком¬ поненты состав¬ ляют сложней¬ шую миниатюр¬ ную фабрику по производс белков и эз А Эукариоти- Сложные конструкции Как и прокариотические, эука¬ риотические клетки отделены от окружающей среды мембра¬ ной, но их внутренняя среда 62
>• Клетки рас¬ тений (на сним¬ ке — клетка кукурузы) окру¬ жены плотной оболочкой из цел¬ люлозы, которая имеет почти Биохимическая мини-фабрика Все эти процессы требуют огромного количе¬ ства энергии, которую вырабатывают «силовые станции» клетки - митохондрии. Эти крошеч¬ ные органеллы работают автономно от осталь¬ ной клетки: у них даже есть своя ДНК. В мито¬ хондриях протекают реакции окисления орга¬ нических молекул, а выделяемая при этом энергия запасается в виде молекул аденозин- НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ трифосфата (АТФ). Этот про¬ цесс называется клеточным ды¬ ханием. Молекулы АТФ расще¬ пляются в самых разных частях клетки, которая использует вы¬ свобождаемую энергию для сво¬ их нужд. Клеточное дыхание - очень эффективный процесс. Окисления одной молекулы глю¬ козы достаточно для образования 36 молекул АТФ. Для сравнения: в клетках бактерий, ответственных за спиртовое брожение, одна моле¬ кула глюкозы позволяет синтезиро¬ вать лишь две молекулы АТФ. Особый случай: клетки растений Клетки растений окружены жесткой стенкой из целлюлозы, под которой находится клеточ¬ ная мембрана. В растительных клетках есть еще один тип «энергетиче¬ ских» органелл - хлоропла- сты. Внутри хлоропластов находятся молекулы хлоро¬ филла — зеленого пигмента, способного улавливать энер¬ гию солнечного света. С по¬ мощью этой энергии расте¬ ния синтезируют из углекис¬ лого газа и воды органические вещества - углеводы (сахара). Этот процесс получил назва¬ ние фотосинтеза. Растения могут запасать углеводы в виде крахмала, превращать их в другие органические ве¬ щества или использовать для синтеза АТФ с помощью митохондрий. Вот почему растения, в отличие от жи¬ вотных и грибов, не нужда¬ ются во внешних источниках пищи: они создают ее сами, а затем высвобождают из нее необходимую для жизнедея¬ тельности энергию. Клетки животных в свою очередь наделены способно¬ стями, отсутствующими у рас¬ тений. Например, сперматозоиды снабжены жгутиком, у основания которого находятся митохондрии, снабжающие его энергией. Только за счет биений жгутика сперматозоид способен двигаться и достигать яйцеклетки. Мышечные клетки животных содержат микро¬ скопические белковые нити - миозиновые и актиновые филаменты. Когда филаменты начинают скользить друг относительно друга, клетка и вся мышца в целом укорачивается (сокращается). У растений таких «сократи¬ тельных» белков нет. А Грибы (ввер¬ ху — спорангии плесени аспер- гилла) образуют особое царство живых существ. Их тело состоит из эукариоти¬ ческих клеток, как у животных и растений. КЛЕТКА ЖИВОТНОГО КЛЕТКА РАСТЕНИЯ А 1 Ядро 2 Лизосома (орга- нелла пищеварения) 3 Цитоплазма 4 Комплекс Гольджи 5 Клеточная мем¬ брана 6 Митохондрия (ор- ганелла дыхания) 7 Центриоли 8 Хлоропласт прямоугольное сечение (показа¬ на желто-зеле¬ ным цветом). 63
вызывающий СПИД (синдром приобретенного иммунного дефи¬ цита), нападает на лимфоцит — клетку крови, ЖИВЫЕ СКУЛЬПТУРЫ А Вирус имму¬ нодефицита человека (ВИЧ), Микроорганизмы Микробы вездесущи: они живут и на дне моря, и внутри человеческого тела, и глубоко под землей, и высоко в атмосфере. В жизни природы они играют важнейшую роль. В австралийском заповеднике Хэмлин-Пул можно встретить необычные твердые глыбы, назы¬ ваемые строматолитами. Они обра¬ зуются на морских мелководьях в результате жизнедеятельности колоний цианобактерий, или сине- зеленых водорослей. На поверхно¬ сти строматолита накапливаются органические осадки и кристаллы карбоната кальция, за счет которых он и растет. Древнейшие из извест¬ ных науке строматолитов образова¬ лись около 3,5 млрд лет назад. Это самые ранние из дошедших до нас форм жизни. В жизни природы эти крошечные существа играют важнейшую роль. Со времен Пастера, основоположника микробиологии и иммуно¬ логии, люди привыкли обвинять микроорга¬ низмы (микробов) в своих болезнях. И напрас¬ но - большинство микробов приносят пользу. У всех микробов лишь одно общее: микроскопические раз¬ меры и тело, состоящее всего из одной клетки. и важнейшие жизненные процессы - фото¬ синтез, кислородное дыхание и даже своего рода половое размножение (обмен и рекомби¬ нация генетического материала). Бактерии играют огромную роль в круговороте веществ в природе. Именно они расщепляют сложные органические молекулы на более простые. Одноклеточные эукариотические организ¬ мы, например амебы и инфузории, образуют царство протистов. Представители трех других царств - животные, растения и грибы - это многоклеточные эукариоты. По-видимому, клетки древнейших протистов возникли в ре¬ зультате слияния нескольких клеток бактерий. Молекулы ДНК у протистов заключены в ядро, а многочисленные клеточные функции выпол¬ няют специализированные органеллы (мито¬ хондрии, хлоропласты и др.), представляющие собой «останки» некогда свободноживущих ответственную за иммунитет (устойчивость к болезням). Люди, заражен¬ ные ВИЧ, уми¬ рают не непо¬ средственно от СПИДа, а от болезней, с которыми не может бо¬ роться их осла¬ бленная иммун¬ ная система. Странные формы жизни Из живых организмов первыми на Земле появились — не менее 3,5 млрд лет назад! — бактерии, преимущественно одноклеточ¬ ные организмы. Ученые выде¬ ляют их в особое царство. Про¬ кариотические клетки бактерий устроены довольно просто. У них нет ядра, и единственная длинная молекула ДНК, носи¬ тель генетической информации, находится прямо в цитоплазме. У бактерий впервые возникли 64
У Внизу: своей окраской зеленые водоросли обязаны хлорофиллу — пиг¬ менту, способно¬ му поглощать энергию света и с ее помощью синтезировать сахара из углекис¬ лого газа и воды. У Фоновый сни¬ мок: в Мертвом море, где концен¬ трация соли достигает 30%, способны жить только редкие микроорганизмы, устойчивые к воз¬ действию агрес¬ сивной среды. Микробы-рекордсмены Архебактерии сохранились до наших дней с древнейших времен. Сегодня одни архебак¬ терии живут в соляных корках солончаковых болот, другие — в горячих серных источниках, третьи — в кислотных вулканических озерах или на раскаленных скалах, где температура достигает 113°С. Архебактерии встречаются даже у подводных горячих источников в океа¬ нах на глубине нескольких километров. Да здравствуют микробы! Микроорганизмы обеспечивают нас пищей. Без бактерий и дрожжей не было бы вина, пива, хлеба, сыра, квашеной капусты. Без бак¬ терий и дрожжей, живущих в желудках коров и помогающих им переваривать траву, не было бы молока. Без почвенной микрофлоры, раз¬ рушающей органические остатки до частиц, которые могут усвоить растения, не было бы овощей и фруктов. А без кишечной микро¬ флоры мы не могли бы переваривать пищу. Даже болезнетворные микробы спо¬ собны приносить пользу. Так, тюрингская бацилла (Bacillus thuringiensis), убивающая на- секомых-вредителей, с успе¬ хом используется в сельском хозяйстве. Человеческому организму микробы по¬ могают вырабатывать устойчивость к болез¬ ням. Медики установи¬ ли, что у людей, живущих в слишком стерильных условиях, работа иммун ной системы нарушается. ■А А Портрет¬ ная галерея «хо¬ роших» и «пло¬ хих» микробов. Слева направо: вирус бешенства, вирус гриппа, ки¬ шечная палочка, пивные дрожжи и палочка Коха (вызывающая туберкулез). А Инфузория — одноклеточное «праживот- ное» — относит¬ ся к царству про¬ тестов. Реснич¬ ки позволяют ей активно плавать в поисках пищи. Видимая только под микроско- ШШ пом, инфузория - грозный хищник. бактерий. Протесты с хлоропластами - водо¬ росли - близки к растениям. Такие организмы называются продуцентами, поскольку с помо¬ щью солнечной энергии и зеленого пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза сами соз¬ дают для себя корм. Одноклеточная водоросль плеврококк растет на стволах деревьев и при¬ дает им зеленый оттенок. Амебы и некоторые другие протесты ближе к животным: они ак¬ тивно добывают готовую пищу. Многие виды протистов являются морскими и пресновод¬ ными планктонными организмами Вирусы, вироиды и прионы состоят не из клеток. Вирусные частицы представляют собой молекулы генетического материала, заключен¬ ные в белковую оболочку. Они способны раз¬ множаться только внутри чужих живых клеток, заставляя их производить новые вирусные ча¬ стицы. Эти паразитические организмы вызы¬ вают множество опасных болезней. Имя им легион... Численность микроорга¬ низмов невообразимо ве¬ лика. В 2,5 г плодородной почвы их около 6 млрд — столько же, сколько лю¬ дей на Земле. Протесты в среднем мельче точки в этом тексте, хотя длина некоторых, например фо- раминифер, обитающих в морском планктоне, около 1 см. Длина самых крупных бактерий достигает 0,1 мм, но большинство микробов не видны невооруженным глазом. Их размеры колеблются от 0,001 до 0,1 мм. Самые мелкие из микробов - вирусы: некоторые не превы¬ шают в диаметре 0,000006 мм. Некоторые микроорганизмы — с тех самых древних времен, когда атмосфера Земли не со¬ держала кислорода, - и поныне живут в бес¬ кислородной среде. К их числу относятся мно¬ гие почвенные и кишечные пивные дрожжи. Такие анаэробными.
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ Полезные или вредные? Они малы, но их много, поэтому силы их велики. Крошечные существа играют ключевую роль в жизни многих экосистем, а также в распространении многих болезней. Пасеки по всей Европе постигло ужасное бедствие. Личинки и куколки пчел поги¬ бали, потому что в ульи проникли кро¬ шечные паразитические клещи варроа (Varroa destructor). В конце концов про¬ тив них удалось найти действенные средства. Но им на смену приползли другие, еще более мелкие клещи, Acarapis woodi, развивающиеся у пчел в трахеях. Клещи, живущие в ульях, матрасах и сыре, почти незаметны, но общая биомасса неисчислимого множества этих существ огромна. Живущие в пыли А Клещ варроа паразитирует на медоносных пчелах. Длиной менее миллиме¬ тра, он давно уже стал грозой пчеловодов. Большинство клещей очень малы. В каж¬ дом грамме пыли может жить от 2000 до 15 000 клещей. У людей, страдающих астмой, пыле¬ вые клещи могут вызывать обострение болез¬ ни. Как и большинство других клещей, из ко¬ торых не многие достигают длины больше миллиметра, пылевые питаются органически¬ ми частицами, например чешуйками кожи. Клещи относятся к типу членистоногих, включающему также пауков, ракообразных, насекомых и многоножек. В жизни биосферы клещи играют очень важную роль. На каждый квадратный метр почвы приходится более 300 тыс. клещей. Они выполняют важнейшую функцию - разрушают органические остатки. Образующимся пометом клещей питаются бактерии, которые разлагают органические вещества до совсем простых составляющих. >■ Пастбищные клещи, паразиты животных и лю¬ дей, питаются кровью. Они яв¬ ляются перенос¬ чиками многих опасных заболе¬ ваний. Клещей можно обнаружить также в сыре - это сырные клещи, питающиеся сырной кор¬ кой. Среди клещей встречается немало пара¬ зитов. На травянистых полях и лугах людей нередко атакуют личинки клещей-краснотелок (Trombicula). Есть еще таежный клещ — пере¬ носчик клещевого энцефалита, пастбищные клещи, а также чесоточный клещ (зудень), вы¬ зывающий чесотку. Клещ демодекс поселяется в волосяных сумках людей (особенно подрост¬ ков) и нередко вызывает прыщи. А Летом и осе¬ нью в траве ползает мно¬ жество клещей- краснотелок (Trombicula). Попав на кожу животного или человека, личин¬ ка клеща выгры¬ зает в ней ма¬ ленькие ранки, которые чешут¬ ся. У некоторых людей укусы ли¬ чинок вызывают аллергическую реакцию. Взрос¬ лые клещи пита¬ ются травой. Обитатели волос и перьев Блохи и вши - бескрылые насекомые. Размер их невелик, от 0,5 до 8 мм, но они хорошо при¬ способлены к паразитическому образу жизни. Блохи - родственники комаров и мух. Из их яиц тоже вылупляются безногие, но подвиж¬ ные личинки. В отличие от родителей они по¬ селяются не на животных-хозяевах, а ползают по земле среди органических остатков, кото¬ рыми и питаются. Там же они и окукливаются в шелковых коконах. Выйдя из куколки, взрос¬ лая блоха запрыгивает на хозяина. Блохи утратили крылья, зато их задние ноги стали длиннее и сильнее. Они позволяют на¬ секомым прыгать на 20 см в высоту и на 40 см в длину. Тело блохи сжато с боков, благодаря чему она легко пробирается сквозь шерсть или перья хозяина. Зрение у блох слабое, но обоняние развито прекрасно. Ротовой ап¬ парат приспособлен для кормежки кровью. Укус блох вызывает зуд, но гораздо опаснее то, что эти насекомые пере¬ носят многие страшные заболевания. Именно по вине блох средневеко¬ вую Европу охватывали массовые эпидемии чумы. Кроличья блоха переносит миксоматоз. Вши, тело у которых в отличие от блох уплощено в горизонтальной плоскости, — родственники клопов и цикад. Как и блохи, они пьют кровь млекопитающих и переносят болезни. Своими крючковатыми лапками вошь цепля¬ ется за волосы, шерсть или одежду. Несколько десятилетий назад в школах проводился регу- 66 А Человеческая вошь питается кровью хозяина. От ее укусов чешется кожа.
► Лобковая вошь — близкая родственница го¬ ловной и платя¬ ной вши. Лобко¬ вые вши особенно часто встреча¬ ются у молодых людей, которые заражаются ими при половом контакте. ПЛАНКТОН - ОСНОВА ЖИЗНИ лярный осмотр учеников начальных классов на наличие в волосах вшей и их яиц - гнид. На людях паразитируют в основном два вида вшей: человечья вошь (включающая два подвида - платяную и головную) и лобковая вошь. Платяные вши переносят сыпной и возвратный тиф. Паразиты сильно досаждают и животным. Пухоеды (отряд Mallophaga) — мелкие насеко¬ мые, живущие среди перьев птиц (собственно пухоеды и пероеды) и в шерсти млекопитаю¬ щих (власоеды). Пухоеды внешне напоми¬ нают вшей, но питаются не кровью, а перья¬ ми, волосами и частицами рогового слоя кожи хозяев. На человеке эти насекомые не парази¬ тируют. Птицы заражаются пухоедами при контакте друг с другом, а птенцы — от своих родителей. Когда птица погибает, вместе с ней обычно гибнут и все живущие на ее теле пу¬ хоеды: они могут существовать только при высокой температуре. Но некоторым парази¬ там этой участи удается избежать: на птицах иногда паразитируют мухи-кровохлебки, ко¬ торые после смерти хозяина вместе с прикре¬ пившимися к ним пухоедами перелетают на других птиц и заражают их этими парази¬ тами. Пухоеды вызывают у пернатых сильный зуд, а поскольку они необычайно подвижны, избавиться от них птицам не помогает даже регулярная чистка оперения. Невидимые гиганты Черви немертины живут главным образом в морях. Диаметр их тела всего несколько мил¬ лиметров, поэтому, свернувшись, они легко могут спрятаться под любым камнем. Но дли¬ на немертин достигает нескольких метров. Один из видов этих червей, Lineus longissimus, вырастает до 60 м! Немертины - ловкие и прожорливые хищ¬ ники. У них много глаз, а кроме того, имеется особый орган, улавливающий колебания воды и запахи и помогающий отыскивать \ добычу. Заметив жертву, червь выбрасывает длинный хобот и обволакивает ее липкой слизью (у некоторых видов она ядовита). У отдельных видов на конце хобота имеется шип, которым червь прон¬ зает своих жертв. Жизнь под пляжными полотенцами Любой пляж населен множеством мельчайших беспозвоночных, живущих между песчинками. К числу одних из самых многочисленных, но незаметных обитателей песка относятся черви гастротрихи, длина которых не превы¬ шает 3 мм. Эти черви гермафродиты, однако при благоприятных условиях они утрачивают мужские половые органы и размножаются с помощью партеногенеза (то есть без оплодо¬ творения). Чуть крупнее черви киноринхи, длина которых составляет в среднем 0,5 мм. Вытягивая и втягивая небольшой хобот, они питаются водорослями и органическими остат¬ ками. Киноринхи живородящи - они рождают детенышей, похожих на взрослых особей. Черви лорициферы напоминают горшки с вы¬ сохшими цветами: их большой рот окружен множеством щупалец. В песке обитает и немало других крошечных червей, моллюсков и рачков. Здесь, незаметно для людей, рождаются, охотятся, размножают¬ ся и умирают мириады живых существ. Мяг¬ кость и сыпучесть пляжного песка во многом зависит от сложных взаимоотношений между организмами, живущими между песчинками. Начальным звеном пищевых цепей в водных экосистемах является планк¬ тон - крошечные существа, пассивно дрейфующие у поверхности воды. Малю¬ сенькие растеньица (фитопланктон) по¬ глощают растворенные в воде минераль¬ ные вещества и с помощью фотосинтеза образуют органические соединения, а мельчайшие животные (зоопланктон) питаются фитопланктоном и друг другом. Некоторые из планктонных организмов можно рассмотреть только под микроско¬ пом. Фитопланктоном, основу которого составляют водоросли, особенно богаты прохладные моря планеты. Поэтому в от¬ личие от голубых вод теплых морей вода в северных и южных морях имеет зелено¬ ватый оттенок. В теплых водах планеты фитопланктона много только в тех местах, где с глубины поднимаются холодные морские течения. У Науке извест¬ но более 50 тыс. видов клещей, но происхожде¬ ние этих малень¬ ких родственни¬ ков пауков во многом оста¬ ется загадкой. По мнению неко¬ торых ученых, клещи ведут на¬ чало от парази¬ тических червей трематод, или сосальщиков, которые также прикрепляются к телу хозяев и питаются их тканями.
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ Уникальная планета Земля Земля состоит из тех же веществ, что и другие планеты Солнечной системы. Однако только на ней сложились уникальные условия, благоприятные для возникновения жизни. А Фотография Голубой планеты, сделанная в дека¬ бре 1972 г. эки¬ пажем корабля «Аполлон-17» на пути к Луне. Хорошо видны Антарктида, Африка, Мадага¬ скар и Аравий¬ ский полуостров, а также густые массы облаков над южными районами Атлан¬ тического и Ин¬ дийского океанов. В июле 1997 г. марсоход «Соджорнер» («Ком¬ паньон») передал на Землю фантастические снимки Красной планеты. Детальное иссле¬ дование Солнечной системы началось еще в 1960-х гг. С тех пор многие космические аппараты доставили на Землю образцы лун¬ ного грунта и огромное количество снимков объектов Солнечной системы, в том числе спут¬ ников, колец Сатурна и Урана, раскаленной атмосферы Венеры, красных пустынь Марса. Рождение Солнечной системы Где-то в рукавах Млечного Пути 4,5 млрд лет назад в центре газопылевого облака сформиро¬ вался плотный вращающийся газовый шар, который под действием сил тяготения сжимал¬ ся до тех пор, пока не разогрелся и не превра¬ тился в звезду, одну из сотен миллиардов дру¬ гих. Оставшийся материал (менее 1 % вещества) пустился в пляс вокруг новорожденной звезды и скоро принял форму тонкого диска из газа и пыли, образовав так называемую солнечную туманность. Из нее сформировались восемь планет, в том числе Земля. Советский астроном Виктор Сафронов вы¬ двинул в 1970 г. гипотезу, согласно которой планеты формировались в три этапа. На пер¬ вом непродолжительном этапе (около 1000 лет) из пыли солнечной туманности образовалось множество твердых планетезималей (предше¬ ственников планет) диаметром 1-5 км. Сол¬ нечная система в то время была неспокойным местом: небесные тела постоянно сталкива¬ лись. На промежуточном этапе, в результате столкновения друг с другом и аккреции — сли¬ пания, подобного слипанию комка пыли при подметании пола, — планетезимали превраща¬ лись в более крупные тела - протопланеты, зародыши планет. На последней стадии про¬ топланеты стали увеличиваться в размерах, притягивая к себе всё новые и новые проле¬ тающие мимо планетезимали. С ростом массы протопланет увеличивалась и сила гравитации, что подпитывало их дальнейший рост. Нако¬ нец, поймав все планетезимали, какие мог, за¬ родыш становился планетой. Последние два этапа, видимо, заняли около 100 млн лет. Так началась история Солнца и возникшей под действием его силы тяготения системы. Кроме восьми настоящих планет - Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, есть несколько карликовых, в том числе Плутон, который раньше считали девятой планетой Солнечной системы. Ближайшие к Солнцу Меркурий, Венера, Земля, Марс имеют твердую поверхность и со¬ стоят в основном из силикатов и железа. Эти четыре планеты называют внутренними. Они меньше остальных. Радиус самой маленькой из них, Меркурия, составляет 2439 км, а самой большой, Земли, - 6370 км. Значения их сред¬ ней плотности тоже близки: если принять плот¬ ность воды за 1, плотность Марса равна 3,9, Меркурия - 5,4, Земли — 5,5. Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун состав¬ ляют внешнюю часть Солнеч¬ ной системы. Радиус самой ма¬ ленькой из них, Нептуна, равен 24 750 км, самой крупной, Юпи¬ тера, - 71 600 км. Сформировав¬ шиеся в условиях низких темпе¬ ратур на большом удалении от Солнца, они состоят в основном из уплотненных газов, преимущественно водо¬ рода и гелия. Карликовая планета Плутон и рас¬ положенная за ее орбитой планета-карлик Эрида, видимо, твердые. Их средняя плотность примерно вдвое больше плотности воды. Вокруг восьми планет Солнечной системы обращаются многочисленные спутники (из¬ вестно 168). Единственный естественный спут- А Древнейшие образцы породы земной коры (их возраст 4,4 млрд лет) были обна¬ ружены в соста¬ ве минерала циркона. 68
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ ник Земли - Луна. Кроме планет, их спутников и карлико¬ вых планет(и их спутни¬ ков), в Солнечной системе есть и другие объекты. В част¬ ности, астероиды (небольшие твердые небесные тела), сосредото¬ ченные в основном в поясе между Мар¬ сом и Юпитером, кометы и пылевые кольца вокруг четырех гигантских планет. А Фотомонтаж позволяет срав- Всё еще в прекрасной форме нить размеры Юпитера (на заднем плане) и Нептуна. Для атмосфер обеих газовых планет характерна бы¬ страя циркуля¬ ция облачных масс, приводящая к постоянному образованию ци¬ клонов. Большое красное пятно на поверхности Юпитера — один из них. Разумеется, лучше всех планет изучена Земля. Она отличается колоссальным разнообразием ландшафтов. У нее есть атмосфера, которая за¬ щищает поверхность от солнечной радиации, и огромные запасы жидкой воды. Три четверти земной поверхности занимают океаны. Совсем не то что, например, испещренные кратерами бескрайние пустыни Меркурия. Почему же Земля, возникшая в одно время с другими пла¬ нетами, так сильно отличается от них? Планеты представляют собой своего рода огромные геологические тепловые машины, приводимые в действие теплом, производимым их недрами. У этого тепла два разных источни¬ ка. Во-первых, аккреция во время образования планеты. Во-вторых, радиоактивный распад элементов, которые вошли в состав Земли в период ее формирования. Планеты различ¬ ного размера и массы отличаются мощностью источников тепла и, следовательно, скоростью их истощения. Самые маленькие объекты Сол¬ нечной системы уже геологически мертвы, а на Земле, самой большой из твердых планет, гео¬ логические процессы все еще продолжаются. На протяжении первых 700 млн лет после образования твердые планеты подвергались интенсивной бомбардировке метеоритами. Следы обстрелов в виде многочисленных кра¬ теров хорошо видны на Луне, Меркурии и на части поверхности Марса, но на Земле они практически исчезли. Движение литосферных плит, вулканическая активность и эрозия - проявления геологических процессов — удалили шрамы былых времен с лица нашей планеты. На Венере и Марсе вулканическая активность тоже сыграла свою роль: 75% поверхности Ве¬ неры и 50% Марса покрыто вулканическими породами. Сегодня вулканическая активность здесь не наблюдается. Воздух! Землянина могут привести в ужас атмосферные условия Венеры: все небо затянуто плотны¬ ми облаками, а средняя температура по¬ верхности достигает 450°С. И все же Венера могла бы стать близнецом Зем¬ ли. Планеты имеют близкие величины диаметра и массы, а кроме того, Венере удалось сохранить первоначальную атмосферу. После рождения каждая планета про¬ ходит стадию дифференциации своей внутренней структуры, в ходе которой фор¬ мируются слои (кора, мантия, ядро). Молодая Земля была мало похожа на ту Голубую плане¬ ту, которая так восхищает космонавтов. На нее непрерывно падали метеориты и астероиды. За счет бомбардировки космическими телами, сжатия собственного планетного вещества и энергии распада радиоактивных элементов поверхность Земли разогрелась до 2000°С, и составляющий ее материал начал плавиться. Наиболее обильные элементы - железо, кис¬ лород, кремний и магний - распределились неравномерно. Самые тяжелые — железо и ни¬ кель - опустились к центру и образовали ядро, а более легкие поднялись вверх, сформировав мантию и литосферу. На железо приходится 35% массы Земли, однако в земной коре его довольно мало (всего около 5%), а большую часть ее массы составляют кислород и кремний (в основном в виде силикатов). В период диф¬ ференциации выделяется очень много тепла и газов, что приводит к формированию пер¬ вичной атмосферы. От массы планеты зависит, сможет ли она удержать эту атмосферу. Так, Меркурий потерял свою атмосферу - она растворилась в космосе. Точнее, у него есть сверхразреженная атмофера, состоящая из ато¬ мов, захваченных из солнечного ветра или вы¬ битых им с поверхности планеты. Атмосферное давление на Меркурии примерно в 500 млрд раз меньше, чем на Земле. Марс крупнее, поэтому смог удержать определенную часть первичной атмосферы, состоящей почти ис¬ ключительно из углекислого газа. Более массивные Земля и Венера удержали намного большую часть атмосферы. Но на Ве¬ нере она тоже состоит в основном из углекис¬ лого газа. Ее состав долгое время определялся вулканической активностью и не обновлялся. Укутанная в плотные облака Венера окружена атмосферой, которая не пропускает инфра¬ красное излучение горячей поверхности пла¬ неты, превращая ее в огромный перегретый парник, жизнь в котором невозможна. А Марс на фо¬ тографии, сде¬ ланной аппара¬ том «Викинг-1». Южное полуша¬ рие планеты ис¬ пещрено крате¬ рами, возникши¬ ми при падении метеоритов. Северное полуша¬ рие, залитое по¬ токами лавы, более ровное. У Спутник Урана Миранда. Ее неровная по¬ верхность явля¬ ется наглядным свидетельством аккреции. 69
НЕВЕДОМЫЕ И НЕВИДИМЫЕ МИРЫ 70 Первичная атмосфера Земли в значительной степени тоже со- НЕУЖЕЛИ МЫ ОДИНОКИ? Несколько десятилетии исследовании не позволили найти признаков жизни на какой-либо другой планете Солнечной системы. Но всегда ли так было? Возможно, и нет. Видимо, было время, когда на по¬ верхности Марса находилось много воды. Имелись ли там все вещества, необходимые для поддержания жизни? Если да, в какой форме она могла существовать? Совре¬ менные условия на Марсе не оставляют места для жизни, по крайней мере такой, какую мы знаем. Возможно, на Красной планете будут обнаружены ископаемые остатки жизни. Есть надежда, что поиски следов жизни на Марсе помогут нам по¬ нять, как появилась жизнь в Солнечной системе и, следовательно, на Земле. стояла из углекислого газа, кото¬ рый высвобождался в ходе вулка¬ нической активности. Его и сей¬ час было бы много в нашей атмо¬ сфере, так же как в атмосферах Марса и Венеры, если бы входя¬ щий в состав этого газа углерод не оседал на дно морей в виде карбоната кальция. На Земле, благодаря опреде¬ ленным химическим процессам, значительная часть углекислого газа оказалась связана горными породами. Затем «очищение» атмосферы продолжилось в ре¬ зультате фотосинтеза первых ор¬ ганизмов (см. с. 230). В итоге воз¬ никла земная атмосфера в ее нынешнем виде. Она необходима для поддержания большин¬ ства существующих сегодня форм жизни. Что касается воды, то, возможно, часть ее попала на Землю извне, например с кометами, которые обращались вокруг Солнца по вытя¬ нутым орбитам. Значительная часть ядра ко¬ меты состоит изо льда, который в случае столкновения кометы с Землей мог растаять. Кроме водорода и кислорода, составляющих воду, в ядре кометы содержатся и другие эле¬ менты, в том числе углерод и азот. Зарождение жизни Мы всё еще не знаем, как зародилась жизнь на Земле. Ученые выдвинули несколько гипо¬ тез. Несомненно, что первые органические молекулы возникли в водной среде, и на их основе могли появиться первые самовоспро- изводящиеся структуры, от которых произо¬ шли одноклеточные организмы. Очень важно, что древние одноклеточные научились связы¬ вать атмосферный углекислый газ и произво¬ дить кислород. Когда в атмосфере накопилось достаточно кислорода, стало возможным кис¬ лородное дыхание. Под действием солнечной радиации в верхних слоях атмосферы из кис¬ лорода стал возникать озон (см. с. 230), слой которого поглощает смертоносное жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, способ¬ ное разрушать органические молекулы, в осо¬ бенности ДНК. Благодаря этому живые орга¬ низмы смогли выйти из воды на сушу. кратно возрастет. Цвет излучения станет крас¬ неть, пока Солнце не превратится в красного гиганта. В результате температура на Земле бу¬ дет расти, весь лед у полюсов растает, реки и озера высохнут, оставшуюся сушу займут пу¬ стыни, и на всей планете будут бушевать чудо¬ вищные бури. Растения, а за ними и все био¬ логические виды, включая человека, один за другим погибнут. Последними останутся са¬ мые примитивные формы жизни, меньше всех зависящие от остальных организмов и способ¬ ные переносить жар и жесткое излучение. Умирающее Солнце продолжит расширяться и наконец его внешние слои поглотят Землю. Нагретая до 4000°С поверхность необитаемой планеты расплавится и вновь станет почти та¬ кой же, какой была при рождении, за 10 млрд лет до того... Но это лишь один из вероятных вариантов конца Света. Земля может погибнуть и задолго до поглощения ее Солнцем в результате столк¬ новения с астероидом или кометой. Даже если при этом наша планета и не будет полностью уничтожена, равновесие на ней окажется силь¬ но нарушенным. Такое столкновение приведет к глобальным бедствиям, череде извержений вулканов, подъему уровня моря, катастрофи¬ ческому загрязнению атмосферы. У Орбиты Плу¬ тона, Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера со¬ ставляют внеш¬ нюю часть Сол¬ нечной системы. Между орбитами Юпитера и Мар¬ са протянулся Пояс астероидов. По нему прохо¬ дит граница, разделяющая на¬ ружную и внут¬ реннюю части Солнечной сис¬ темы. Во внут¬ ренней части расположены орбиты Марса, Земли, Венеры и Меркурия. Отдаленное будущее Когда возраст Солнца достигнет почти 9 млрд лет, оно раздуется настолько, что выйдет из равновесия. Мощный источник энергии, так долго питавший Землю, начнет прожигать свои последние запасы водорода. Жар в его глубине достигнет 100 млн градусов Цельсия. Интенсивность солнечного излучения много-
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ Передвижение в воде Чтобы плавать и дрейфовать, нужно иметь определенное соотношение массы и объема тела. Обтекаемая форма тела облегчает многим животным движение в толще воды. А Самка кряквы легко держится на поверхности, потому что плотность ее тела меньше, чем плотность воды. Птица не тонет согласно закону Архимеда, кото¬ рый гласит, что на всякое погру¬ женное в жид- Кряква — довольно тя¬ желая птица, однако она не тонет. Когда утка рас¬ пушает перья, между ними накапливается воздух, который удерживает ее на плаву, подобно спаса¬ тельному жилету. Благо¬ даря воздуху общая плот¬ ность тела кряквы стано¬ вится меньше плотности воды. По закону Архимеда На поверхности реки утку удерживает выталкиваю¬ щая сила, равная по ве¬ личине весу воды, вытес¬ ненной телом птицы. Перед нырянием птица делает резкий рывок, вы¬ гибая спину. Давление воды вытесняет часть воздуха из оперения. Утка как бы выпустила воздух из своего «спасательного жилета», уменьшив общую плотность тела и тем самым облегчив погружение. Чтобы оставаться под водой, птице достаточно слегка двигать пере¬ пончатыми лапами. Вынырнув, утка встряхи¬ вается и распушает перья: ее «спасательный жилет» вновь наполняется воздухом. Опере¬ ние уток и других водоплавающих птиц не на¬ мокает: пернатые регулярно смазывают свои перья маслянистыми выделениями особых копчиковых желез. ходят сквозь спермацетовую подушку. Когда кашалот ныряет, носовые проходы наполняют¬ ся холодной водой, которая охлаждает сперма¬ цет. От этого его объем уменьшается, что по¬ зволяет киту погрузиться на огромную глубину. Согрев спермацет с помощью крови, кит ста¬ новится легче и всплывает на поверхность. Техника плавания Водным животным приходится искать ком¬ промиссы между скоростью передвижения, маневренностью и необходимостью экономить энергию. Рыба, скользящая в толще воды, не должна уставать. По способу плавания мож¬ но различить три типа рыб. Первые, например тунцы, - стайеры, способные преодолевать большие расстояния. Вторые (барракуды) со¬ вершают молниеносные броски. Третьи (рыбы- бабочки) обладают невероятной маневренно¬ стью. Большинство рыб, впрочем, не отлича¬ ются каким-то особым стилем плавания. Расход энергии Во время плавания наиболее эффективно рас¬ ходуют энергию тунцы и другие крупные пела¬ гические рыбы (обитающие в толще воды и на ее поверхности). Обтекаемая, напоминающая веретено форма уменьшает сопротивление воды и облегчает движение тунца. Его узкий серповидный хвостовой плавник соединен с телом тонким перехватом. Работая хвостом, тунец может несколько дней подряд плыть со скоростью около 15 км/ч. Тунцы — неваж¬ ные спринтеры и не особенно маневренны, зато способны без устали преследовать добычу на огромных дистанциях. V Каракати¬ ца — настоящий ас подводного плавания. Пори¬ стый рудимент раковины обеспе¬ чивает плаву¬ честь моллюска, а боковые плав¬ ники, волнооб¬ разно изгибаясь, помогают плыть и зависать в воде наподобие верто¬ лета. кость тело дей¬ ствует вытал¬ кивающая сила, равная весу вы¬ тесненной им жидкости. Что¬ бы уйти на глу¬ бину, утке нужно выдавить воздух из оперения. Регулировка глубины Сходным образом действуют и рыбы. Регули¬ ровать общую плотность тела им помогает плавательный пузырь, функционирующий как заполненный газом буй. Его объем, а зна¬ чит, и свою плавучесть рыба может менять произвольно. У каракатицы нет плавательного пузыря, но внутри ее тела находится пористый руди¬ мент раковины, заполненный газом. Каша¬ лоту помогает плавать расположенная в верхней части головы «подушка» из особого воскоподобного вещества - спермацета. Носовые ходы у кита про¬ 72
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ А Рыбы-бабочки живут среди ко¬ раллов. Их ма¬ ленькие тела необычайно маневренны. Акула-мако расхо¬ дует энергию не столь эффективно. При пла¬ вании она волнооб¬ разно изгибает почти все тело, тогда как тунец машет только хвостом. Акула-мако плавает медленнее тунца, но способна развивать большее ускорение. Однако ни одна рыба не сравнится по уско¬ рению с щукой или барракудой. Маневрен¬ ности у этих рыб не больше, чем у танка, но мощный хвост с крупным плавником по¬ зволяет им молниеносно бросаться на добычу. Взмах хвоста требует от рыб больших затрат энергии. Рыба-бабочка живет у ко¬ ралловых рифов. Их причуд¬ ливый рельеф сильно затруд¬ няет передвижение. Упло¬ щенное яйцевидное тело рыбы невелико в длину, но легко разворачивается при малейших взмахах грудных плавников. Их частые взмахи позволяют рыбе легко дви¬ гаться во всех направлениях. вихрения воды при быстром скольжении в ее толще. Благодаря этому рыбы могут развивать скорость 110 км/ч, а средняя скорость их пла¬ вания составляет около 50 км/ч. Морские млекопитающие сильно уступают своими скоростными качествами рыбам. Одни из самых быстроходных среди них, дельфины, способны плыть со скоростью до 55 км/ч. Дельфины могли бы двигаться гораздо бы¬ стрее, но, как показали недавние исследова¬ ния, для них это слишком болезненно: когда животное развивает сверхскорость, вокруг его хвоста образуется масса воздушных пузырьков, которые, лопаясь, раздражают унизывающие хвост болевые рецепторы. БЕГУЩИЕ ПО ВОЛНАМ Некоторые животные уме¬ ют бегать по воде, напри¬ мер клопы-водомерки, жуки- вертячки, южноамериканская ящерица-василиск. Только в отличие от птиц и рыб васи¬ лиск не способен изменять плотность своего тела: на по¬ верхности воды его удержи¬ вает высокая скорость бега и длинные, отороченные че¬ шуйчатой каймой пальцы ног. Анализ видеозаписей пока¬ зал, что когда бегущий васи¬ лиск шлепает задними лапа¬ ми по воде, в ней образуется воздушный пузырь, который и помогает ящерице оттол¬ кнуться от воды и вытащить из нее ногу. А Слева напра¬ во: акула-мако, рыба-меч и бар¬ ракуда. Эти морские рыбы по-разному ис¬ пользуют законы гидродинамики и каждая по-своему регу¬ лирует скорость скольжения в толще воды. Вот это скорость! Всем животным, активно плавающим в толще воды, в той или иной степени свой¬ ственна обтекаемая форма тела. У рыб-мечей и парус¬ ников она достигает совер¬ шенства. Верхняя челюсть у них вытянулась в длинный отросток, уменьшающий за¬ 73
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ Властелины неба ЖИВОТНЫЕ Некоторые лягушки, ящерицы, опоссумы и белки планируют в воздухе (например, перелетают с дерева на дерево) на кожных перепонках по бокам тела. У лету¬ чей рыбы (справа) увеличенные грудные и брюшные плавники способны расправляться, как кры¬ лья. Они позволяют выпрыгнув¬ шей из воды рыбе некоторое вре¬ мя оставаться в воздухе. Так лету¬ чие рыбы спасаются от тунцов и других водных хищников, хотя нередко становятся при этом лег¬ кой добычей птиц. Способность к полету определяется прежде всего строением тела животного. К передвижению в воздушной среде лучше всего приспособлены птицы. А Белоголовые орланы, как и другие крупные пернатые хищ¬ ники, предпочи¬ тают парить в восходящих потоках возду¬ ха. Машущий полет требует от этих массив¬ ных птиц слиш¬ ком больших затрат энергии. -ПЛАНЕРИСТЫ обеспечивающие взмахи крыльев, крепятся к килю — огромному костному выросту гру¬ дины. У людей тоже есть грудина, но киля на ней нет. Ключевую роль в полете играют большие грудные мышцы: когда они сокраща¬ ются, сухожилия тянут за собой кости, и кры¬ лья опускаются вниз. Когда сокращаются менее массивные малые грудные мышцы, крылья поднимаются вверх. Легкие кости, сильные мышцы Чтобы летать, прежде все¬ го необходимо быть лег¬ ким. Значительную часть массы тела позвоночных Высоко в осеннем небе летит, курлыча, строй¬ ный журавлиный клин. Журавли отправились зимовать на юг. Они то планируют, то равно¬ мерно взмахивают крыльями, мощно и гра¬ циозно скользя под облаками. Полет для птиц - естественный способ передвижения. Люди смогли подняться в небо благодаря техническим средствам. Пернатые и другие летающие животные обладают врож¬ денной способностью к полету. Блестящие тех¬ нологии покорения воз¬ душной стихии достались им в дар от природы. Руки и крылья Крылья птиц представляют собой видо¬ измененные в ходе эволюции перед¬ ние конечности. Птичье крыло, как и человеческая рука, со¬ стоит из плечевой, лучевой и локтевой костей. У других летающих позвоночных - рукокрылых (крыланов и летучих мышей) — крылья образованы кожистыми пере¬ понками, натянутыми между пальцами передних конечностей. Длина плечевой кости у разных птиц ко¬ леблется в зависимости от способа полета. У планирующих птиц (альбатросы и аисты) она очень длинная. У птиц, использующих в основном машущий полет (особенно у коли¬ бри), эта кость короткая, а лучевая и локтевая длинные. Кости пальцев у птиц частично атрофировались, а частично срослись. К этим костям крепятся так называемые маховые перья первого порядка (см. схему на с. 75). составляют скелет и мыш¬ цы. Но в длинных костях птиц есть воздушные по¬ лости. Кроме того, кости пернатых внутри прони¬ заны сложной системой укрепляющих распорок. Мощные грудные мышцы, 74
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ А Полая кость птицы с распорками внутри. •< Птичье перо: от стержня (1) отхо¬ дят тонкие выро¬ сты - бородки (2), соединенные друг с другом бородочка- ми (3). Крепко сцеп¬ ленные бородочки образуют плотное опахало пера. КАНЮК В ПОЛЕТЕ 1 Передний край крыла 5 Маховые перья 2 Задний край крыла 3 Маховые перья первого порядка 4 Маховые перья второго порядка третьего порядка 6 Рулевые перья 7 Кроющие перья 8. Малая грудная мышца 9 Грудина 10 Большая грудная мышца Перья и крылья птиц Летучие звери А У этой ночницы, как и у всех летучих мышей, большие пальцы передних конечностей снабжены V Колибри жи¬ вут в Америке и питаются в основном не¬ ктаром. Это единственные птицы, способ¬ ные летать «за¬ дом наперед». У вершины каждого крыла сидит 9-12 махо¬ вых перьев первого порядка. Вдоль задней его части расположены чуть более короткие махо¬ вые перья второго порядка. И те и дру¬ гие нужны как для ма¬ шущего, так и для плани¬ рующего полета. Передний край крыла покрыт налегающими друг на дру¬ га небольшими кроющими перьями. Они об¬ разуют упругую поверхность крыла, создаю¬ щую подъемную силу. Образующие хвост ру¬ левые перья помогают птице маневрировать в воздухе, сохранять равновесие во время по¬ лета и тормозить при посадке. Перья птиц очень легкие. Стержень пера полый, а его опахало образовано тонкими вы¬ ростами - бородками, сцепленными между собой посредством крючковатых боковых от¬ ростков - бородочек. Благодаря такой струк¬ туре перья не только помогают птицам летать, но и защищают их от холода и сырости. Крылья птиц сильно различаются формой и размерами. Чем длиннее и уже крыло, тем быстрее летает птица. Широкие, округлые кры¬ лья помогают крупным пернатым хищникам подолгу парить в поисках пищи и преодолевать большие расстоя¬ ния. У уток крылья короткие и заостренные. Их частые взмахи обеспечивают высокую ско¬ рость полета. Своими маленькими крыльями колибри способны совершать 90 взмахов в секунду. Это позволяет птичкам, как стрекозам, зависать в воздухе - и даже летать «задом наперед»! Воздушное пространство освоили не только птицы и насекомые. Отлично летают и неко¬ торые млекопитающие - крыланы и летучие мыши. У них нет перьев, зато есть кожистые перепонки, натянутые между сильно удлинен¬ ными пальцами передних конечностей, туло¬ вищем и задними ногами. Рукокрылые — единственные млекопитающие, способные к настоящему (машущему) полету. Другие звери передвигаются в воздухе с по¬ мощью планирующего полета. К их числу от¬ носятся белки-летяги, сумчатые летяги, шер¬ стокрылы, летающие поссумы и еще некото¬ рые млекопитающие. Все они удерживаются в воздухе благодаря широким складкам кожи, натянутым между боками туловища и конеч¬ ностями. Изменять направление движения и сохранять равновесие во время «поле¬ та» им помогает длинный пушистый хвост. Большой летающий поссум, длина туловища которого составля¬ ет всего 25 см, способен перелетать с вершины одного дерева на ствол другого, преодолевая 70 м! острыми ког¬ тями. Они помо¬ гают зверьку подвешиваться к потолку укры¬ тия во время отдыха.
Передвижение на суше Большинство позвоночных передвигаются по суше с помощью ног, которые приподнимают тело над землей и несут его вперед. Позвоночник поддерживает туловище в нужном положении. А Хохлатому индри, лемуру с Мадагаскара, быстро двигать¬ ся помогают длинные ноги. А Ноги лягушек упруги, как пру¬ жины. Они длин¬ нее туловища и позволяют жи¬ вотным продви¬ гаться вперед прыжками. У У крота передние ноги крепкие и широ¬ кие, они делают своего обладате¬ ля непревзойден¬ ным землекопом. Ихтиостега не была красавицей. Покрытая чешуей кожа, форма тела и длинный хвост свидетельствовали о ее близком родстве с ры¬ бами. Четыре коротких кривых ноги едва могли приподнять ее тело над землей. Но они позволяли ей ползать на брюхе, перебираясь из водоема в водоем. Это неуклюжее живот¬ ное, жившее 340 млн лет назад, было одним из первых позвоночных, ступивших на сушу. Ползающие и прыгающие амфибии В каменноугольный период (360—300 млн лет назад) сушей правили амфибии. Уже в те да¬ лекие времена проблему передвижения они решали по-разному. У древних саламандр, как и у их современных представителей, например, передние ноги располагались почти перпен¬ дикулярно к поверхности земли, а задние - параллельно. Поэтому во время ходьбы сала¬ мандры слегка виляли туловищем. Это до¬ вольно эффективный способ передвижения, но он не позволяет животным достигать высо¬ кой скорости бега. Предки лягушек научились прыгать и пере¬ дали эту способность потомкам. Длинные задние ноги лягушки похожи на пружину, изо¬ гнутую в форме буквы «z». После прыжка ам¬ фибия приземляется на короткие передние ноги, передающие энергию удара плечевому поясу, кости которого срослись и образовали грудину. Грудина и принимает на себя всю силу удара о землю. Сходным образом устроен и скелет хищных млекопитающих из семей¬ ства куньих (хорьков, ласок и др.). Многие куньи во время охоты совершают большие прыжки. Передние ноги у них тоже значитель¬ но короче задних. Благодаря этому многие куньи могут затаиться на земле, а затем стре¬ лой взмыть в воздух и схватить жертву. Змеи и безногие ящерицы Скелет змей устроен совершенно иначе. Эти рептилии ползают по земле на брюхе, волно¬ образно изгибая тело. Конечности у них атро¬ фировались, и лишь у некоторых, например у удавов, сохранились I остатки тазового пояса. Пред¬ ками змей были роющие репти¬ лии, близкие к ящерицам. Неко¬ торые ящерицы, например желто¬ пузик и веретеница, тоже А Ползание на брюхе — один из самых энерге¬ тически выгод¬ ных способов передвижения. Особенно быстро ползают живот¬ ные, чье тело ли¬ шено каких-либо выступов, вы¬ пуклостей или вмятин. У змей от скелета остались лишь позвоночник да рудименты конечностей. утратили ноги и стали похожи на змей. Это так называемые безногие ящерицы. Отличить их от змей нетрудно: у них сохранились подвиж¬ ные веки, у змеи же веки срослись в прозрач¬ ный, прикрывающий глаз щиток. Ноги у всех этих рептилий исчезли потому, что без них им легче было зарываться в землю и прятаться в узких норах. Вертикальные ноги У млекопитающих вертикально удлиненные ноги расположены непосредственно под туло¬ вищем. Такие ноги обладают большей свобо¬ дой движения и позволяют развивать высокую скорость бега. Кости таза у млекопитающих срослись, обеспечив надежную опору задним ногам. Быстро бегающие звери, например гепарды и антилопы, оставляют на земле срав- ПО ОДНОЙ СХЕМЕ Общий план строения тела амфибий, рептилий, птиц и млеко¬ питающих одинаков. Скелет всех наземных позвоночных включает позвоночник (1), два пояса конечностей и 4 конечности. Тазовый пояс (2) и плечевой пояс состоят из костей, связывающих конечности с позвоночником, а конечности - из трех сочлененных друг с другом костных сегментов. Первый сегмент задних конеч¬ ностей - бедро (3) - соответствует плечу передних конечностей, второй сегмент состоит из двух костей - большой и малой берцо¬ вой (4) в задних конечностях и локтевой и лучевой в передних. Третий сегмент задней конечности включает кости предплюсны, плюсны и пальцев (5), а третий сегмент передней конечности - кости запястья, пясти и пальцев.
А Импалы — основная добыча многих хищников. К счастью, при¬ рода наделила этих маленьких антилоп способ¬ ностью бегать быстрее, чем их враги. нительно неболь¬ шие следы: сократив площадь контакта ног с землей, можно уве¬ личить скорость бега. Вот почему кошки и со¬ баки бегают в основном на пальцах ног, а парноко¬ пытные (свиньи, газели, быки, олени) - лишь на кон¬ чиках двух пальцев (копытах), а лошади и вовсе бегают только на кончиках (копытах) средних пальцев! Гепарды бегают с огромной скоростью бла¬ годаря фантастической гибкости своего по¬ звоночника и подвижности плечевого и тазо¬ вого поясов конечностей. На короткой дис¬ танции гепард может за несколько секунд развить скорость 110 км/ч, хотя при беге на большие расстояния он никогда бы не обо¬ гнал североамериканскую антилопу вилорога, самого быстрого на Земле бегуна на средние дистанции. Вилорог мускулистее гепарда, его сердце бьется чаще, а огромные легкие быстро насыщают кровь кислородом. Благодаря это¬ му вилорог может в течение 10 минут под¬ держивать скорость бега 65 км/ч. А Каменная куница сидит в засаде, поджи¬ дая жертву. Ее скелет, как и скелет лягуш¬ ки, позволяет совершать стремительные прыжки с места. Пластичный скелет Млекопитающие умеют не толь¬ ко бегать. Короткие и толстые кости передних ног в сочетании с длинными пальцами позволяют кротам ловко и легко рыть землю. Лемуры хорошо прыгают благодаря удлиненной предплюсне, а кенгуру и зайцы - длинной плюсне. Многие приматы прекрасно приспособлены к жизни на деревьях: длинные руки с отставленным большим пальцем и необычайно подвижными остальными дают им возможность крепко хва¬ таться за ветки. Тело морских зверей — тюле¬ ней и китов — приобрело обтекаемую форму, их конечности превратились в ласты и плав¬ ники. Передние конечности рукокрылых пре¬ образовались в крылья, позволив этим зверь¬ кам освоить воздушную среду. Скелет млеко¬ питающих невероятно пластичен: он способен приспосабливаться к любым условиям жизни. Вероятно, этим во многом и объясняется эво¬ люционный успех млекопитающих. чевои и тазовый пояса конечно¬ стей соединены с позвоночником подвижно и мо¬ гут смещаться вперед и назад относительно позвонков. По¬ звоночник гепар¬ да обладает не- Волк. Длинные, но не очень гибкие ноги волка движут¬ ся в плоскости, па¬ раллельной про¬ дольной оси тела. С этой особенностью и связана способность волка к лег¬ кому быстро¬ му бегу. Варан. Строение верхней части конечностей позволяет варану растопыривать ноги в сторо¬ ны во время медленной ходьбы и двигать ими непосредственно под туло¬ вищем при быстром беге. Лягушка. Подвижные суставы и удлиненные сегменты зад¬ них конечностей помогают лягушке совершать большие прыжки, резко разгибая ноги. вероятной гиб¬ костью, а его когти, в отличие от других коша¬ чьих, не втягива¬ ются в подушеч¬ ки лап. Все это позволяет хищ¬ нику развивать огромную ско¬ рость бега во время преследо¬ вания жертвы. 77
Кочевая жизнь Кочевками называют сравнительно регулярные перемещения животных на небольшие расстояния в поисках пищи, воды или мест размножения. Обычно животные временно перебираются в соседние области. На равнинах национального парка Серенгети в Танзании в период миграций копытных мож¬ но наблюдать потрясающую картину. Громад¬ ных табуны зебр и гну откочевывают к северу. Наступил май, и на их пастбищах осталось мало травы. Животные уходят на новые пастбища — в заповедник Масаи-Мара в соседней Кении. Следом за дождями Гну, зебры и газели питаются травой и поэтому зависят от дождей, заставляющих зеленеть саванны Восточной Африки. Они живут огром- ными стадами, постоянно блуждающими в поисках лучших пастбищ. В сухой сезон они уходят в Кению, на север, а затем с приходом дождей возвращаются в Танзанию. Отчасти перемещения животных можно предсказать, но из года в год их время и маршруты немного меняются. В дождливые годы животные пасут¬ ся почти на одном месте, а в засушливые ино¬ гда совершают далекие путешествия. На пути их ждет немало опасностей. Так, им приходится пересекать реки, возле которых львы, гиены и гиеновые собаки поджидают отбившихся от стада молодых или больных животных. А в воде они рискуют стать жерт¬ вами голодных крокодилов. Сайгаки в Средней Азии весной кочуют на северо-запад, ближе к Каспийскому морю, где рождают детенышей. Затем они снова идут на юго-восток, пока льют дожди и хватает тра¬ вы. Если же год засушливый, сайгаки нередко уходят далеко на запад. Когда-то в такие путе¬ шествия пускались миллионы этих парноко¬ пытных животных, но охотники и распашка степей сильно сократили их численность. Американские бизоны тоже когда-то путе¬ шествовали огромными стадами: по оценкам ученых, до появления в Америке первых евро¬ пейских поселенцев численность этих зверей составляла 70 млн голов. Сегодня их осталось довольно мало, а бескрайние прерии, по кото¬ рым они кочевали, превратились в культурные поля. Сегодня бизоны вынуждены вести пре¬ имущественно оседлый образ жизни. Блуждания ходулочников Кочуют и некоторые птицы. В Австралии кулики-ходулочники гнездятся в пустынных районах. В дождливые годы, когда пустыня на время покрывается лужами и озерками, здесь могут гнездиться неподалеку друг от друга десятки тысяч пар ходу¬ лочников. Но если на следующий год земля останется сухой, ни одного ходулочника в этих краях не встре¬ тишь: птицы переместились в другую область. Европейские ходулочники гнездятся обычно на юге Европы, а в засушливые годы могут отлетать к северу, вплоть до Великобритании и Нидерландов. Пернатые скитальцы Многие птицы, гнездящиеся в Европе, Север¬ ной Америке и Сибири, питаются ягодами, семенами бука или хвойных. Если на родине корм не уродился, осенью они нередко снима¬ ются с мест и отлетают далеко к югу или за¬ паду в поисках пищи. Так поступают кедровки (лесные птицы из семейства врановых), сой¬ ки, некоторые виды синиц и поползней. А Свиристели живут на севере и востоке Евро¬ пы и питаются ягодами. В неуро¬ жайные годы они откочевывают зимой к югу и западу. 79 < Сезонные ко¬ чевки африкан¬ ских животных сопряжены с се¬ рьезным риском. Во время перехо¬ да рек их подсте¬ регают хищники, а на новых паст¬ бищах из-за засу¬ хи может не вы¬ расти трава. ► Когда-то бизоны бродили по американским прериям повсюду. Теперь они встре¬ чаются в основ¬ ном лишь в пре¬ делах заповедных территорий. > Чтобы про¬ кормиться, зеб¬ рам, антилопам гну и некоторым газелям прихо¬ дится преодоле¬ вать большие расстояния в поисках зеле¬ ных пастбищ.
А Клест-еловик питается семена¬ ми хвойных дере¬ вьев. Если на ро¬ дине птиц шишки не уродились, а это случается регулярно, клесты улетают гнез¬ диться в другие места. Клесты-еловики, небольшие певчие птицы, живущие на севере Европы и в Сибири, пита¬ ются исключительно семенами хвойных дере¬ вьев. Если урожай шишек беден, клесты от¬ кочевывают в западные районы Европы, где им хватит еды, чтобы выкормить птенцов, ко¬ торые вылупляются в конце зимы. На следую¬ щий год клесты возвращаются на родину. Стаи их близких родственников, белокры¬ лых клестов, гнездящихся в лесах на севере Канады, отмечались в центральных районах Соединенных Штатов, а сибирских белокры¬ лых клестов обнаруживали в Прибалтике и даже Нидерландах. Жители Нидерландов и Германии зимой не¬ редко видят стайки свиристелей, прилетающих из Скандинавии и Восточной Европы. Если зима на родине этих пернатых холодная, а уро¬ жай ягод скудный, они отлетают на юг или за¬ пад. Появление этих красивых птиц долгое время считалось плохим предзнаменова¬ нием - предвестником суровой зимы и связан¬ ных с ней напастей. Большинство пернатых России тоже отно¬ сятся к кочующим птицам - даже те, кто, как многим кажется, проводит на родине круг¬ лый год (снегири, щеглы, чижи, вороны и др.). Осенью они собираются в стайки и начинают перемещаться к югу, а на их место с севера прилетают такие же стайки сородичей. Строго оседлых птиц в северных и умеренных широ¬ тах очень мало, и почти все они постоянно живут рядом с человеком (домовые и полевые воробьи, сизые голуби, сороки, галки). Более или менее оседлую жизнь ведут и некоторые лесные птицы (рябчики, тетерева, глухари, обыкновенные овсянки). В теплые, а главное, богатые кормом зимы на родине могут оста¬ ваться не только многие кочующие, но и ряд перелетных пернатых. Так, в обычные годы дрозды-рябинники улетают из средней поло¬ сы в середине октября, но, если в лесах уроди¬ лось много рябины, отдельные стайки этих птиц проводят на родине всю зиму, выдержи¬ вая даже тридцатиградусные морозы. СМЕРТОНОСНЫЕ ПОЛЧИЩА Бродячие муравьи, особен¬ но обитатели тропических широт (роды Dorylus и Апот- та в Африке и Eciton в Амери¬ ке), всю жизнь проводят в странствиях: гнезда у этих насекомых всегда временные. Они движутся колоннами ши¬ риной до 20 см, которые могут растягиваться на километр. Впереди идут рабочие особи с огромными челюстями. Устоять перед ними не могут ни растения, ни животные. Там, где прошли муравьи, остается пустыня. Саранчовые тучи Пустынная саранча, живущая в пустыне Саха¬ ра и к югу от нее, обычно ведет одиночный образ жизни и в это время совершенно без¬ вредна. Но если наступает жаркая дождливая погода и трава разрастается сильнее обычного, с этими насекомыми про¬ исходят удивительные из¬ менения: саранча развива¬ ется быстрее и переходит к стайному образу жизни. Самки начинают отклады¬ вать яйца от одного до че¬ тырех раз в день — по 35-70 яиц за раз! Развитие заро¬ дышей занимает всего 10 дней, личинок - 25, взрос¬ лые особи живут немногим больше месяца, так что одно поколение саран¬ чи сменяет другое каждые 1,5-2 месяца. Стаи становятся все крупнее - иногда до нескольких десятков миллионов особей, от 40 до 80 млн на квадратный километр. Они мигрируют очень быстро, на большой высоте (до 3000 м) и на огромные расстояния в на¬ правлении Северо-Западной или Восточной Африки, иногда долетая до Ин¬ дии. Порой им удается даже пе¬ ресекать Атлантику и достигать Бразилии. Тучи прожорливой са¬ ранчи поедают все на своем пути и полностью опустошают поля. За день одно насекомое может съесть пищи весом больше соб¬ ственного тела. С саранчой бо¬ рются разными средствам, на¬ пример инсектицидами, но ее нашествия не прекращаются. В настоящее время ученые отсле¬ живают активность саранчи с по¬ мощью спутников, пытаясь пред¬ сказать, на какие районы обру¬ шатся ее стаи. А Время от вре¬ мени пустынная саранча начина¬ ет размножать¬ ся с катастро¬ фической ско¬ ростью. Стаи саранчи путеше¬ ствуют по Аф¬ рике к югу от Сахары, опусто¬ шая все на своем пути. Если стая опустилась на поле, через несколько минут на нем не оста¬ ется ни былинки. 80
Миграции насекомых В поисках благоприятного климата и обильной пищи некоторые виды насекомых в определенное время года отправляются в далекие путешествия. А Осенью божьи коровки, живу¬ щие на юго- западе Северной Америки, соби¬ раются в стаи и улетают в горы. Они пред¬ почитают зимо¬ вать здесь из-за более прохладно¬ го климата, по¬ давляющего раз¬ витие паразити¬ ческого грибка. У Репейницы - заядлые путе¬ шественницы, расселившиеся по всему свету. Ареал репейни¬ цы - один из са¬ мых обширных среди всех бабочек. Несколько лет назад жители Пиренейского полуострова увидели необычного гостя - крупную американскую бабочку-монарха с красивыми оранжевыми крыльями, покры¬ тыми черно-белым узором. Монархи пересек¬ ли Атлантику и оказались в Европе, посетив сначала Азорские и Канарские острова. Из Канады в Мексику Эти хрупкие насекомые способны преодоле¬ вать расстояния в тысячи километров. Не ис¬ пугавшись огромного Тихого океана, монархи добрались до Китая и Австралии. Летом, в Северной Америке, гусеницы мо¬ нарха питаются листьями ваточника, содержа¬ щими ядовитый млечный сок. Яд накаплива¬ ется в теле гусениц и делает их несъедобными для хищников. Осенью из куколок выходят бабочки, которые питаются нектаром и на¬ капливают в брюшках запасы жира. Затем они собираются в стаи и летят на юг, во Флориду, Калифорнию и даже Мексику, за 3000 км от пункта отправления. Зиму они проводят на ветвях деревьев. Если поблизости растет ваточник, насекомые от¬ кладывают яйца. Весной перезимовавшие особи вместе с молодыми бабочками, недавно вылупившимися из куколок, пускаются в об¬ ратный путь. К сожалению, люди постепенно лишают монархов их естественных мест зимовок: более половины из 56 тыс. гектаров пихтовых лесов в Мексике, где зимуют миллионы ба¬ бочек, в последние годы были вырублены. Если эти леса будут уничтожены, монар¬ хи могут навсегда исчез¬ нуть с лица планеты. В поисках прохлады Некоторые бабочки отлетают на север, чтобы пережить засушливое время года. Особенно это характерно для репейниц, которые мигри¬ руют из Африки на север Европы и Северной Америки, иногда даже попадая на просторы Северного Ледовитого океана, где они рано или поздно гибнут. Желтушки шафранные нередко отправляются летом в заполярные области, чтобы отложить яйца. В поисках влаги путешествуют и некоторые стрекозы, но в отличие от монархов они никог¬ да не возвращаются в те места, откуда улетели. Другие насекомые, например жуки-коровки из Средиземноморья и Калифорнии, клопы- черепашки из западных районов Азии, совер¬ шают сезонные перелеты в обоих направле¬ ниях, хотя и на небольшие расстояния. Они улетают из теплых равнинных районов в про¬ хладные горы, чтобы избавиться от паразитов, сильно досаждающих им на юге. А Перелеты мо¬ нархов - незабы¬ ваемое зрелище. Огромные стаи этих бабочек не¬ редко насчиты¬ вают миллионы особей и порой затмевают небо на несколько часов. 81
Вечное движение Всем организмам - от лишай¬ ника до стрижа, пролетающего за жизнь около миллиона кило¬ метров, - свойственны разно¬ образные формы подвижности. Одни совершают дальние сезон¬ ные миграции, активность дру¬ гих, например положение лепест¬ ков у цветков, связана со сменой дня и ночи. Движения позволяют животным разыскивать корм, защищаться от врагов и размно¬ жаться. Не стоят без движения и растения. Их стебли тянутся к свету, листья поворачиваются к солнцу, а цветочные лепестки складываются и закрываются. Лазающие виды обвивают усика¬ ми опоры, а растения-хищники ловят видоизмененными листья¬ ми мелкую живность. ведут строго сидячий образ жизни. Однако предметы, на которых они се¬ лятся (куски древесины, днища кораб¬ лей и т. д.), далеко не всегда остаются на месте. Наконец, морских желудей нередко носят на своих спинах киты. Таким образом, эти усоногие рачки тоже путешествуют, хотя и поневоле. Жизнь НА ОДНОМ МЕСТЕ У некоторых мангровых дере¬ вьев семена имеют заострен¬ ную форму. Созревшее семя падает и втыкается в илистую почву возле ствола дерева, на котором образовалось. Из семени вырастет новое дерево - на том месте, куда оно упало. Конечно, все рас¬ тения ведут «сидячий» образ жизни. Зато их семена нередко путешествуют на огромные расстояния - если, конечно, повезет с ветром или течением. Например, кокосовая пальма расселилась с помощью своих плавучих плодов - кокосовых орехов - почти по всем тропи¬ ческим побережьям планеты. А Невольные путешественники Морские желуди (Balanus) - маленькие усоногие рачки. Их личинки свободно плавают в море. Со временем они при¬ крепляются к подводному субстрату, обычно к камням, и не покидают эти места до конца своих дней. Поэтому можно считать, что морские желуди
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ >- И все-таки они движутся! Среди морских беспозвоночных есть существа, которые прикрепляются к грунту и обычно ведут неподвижный образ жизни. Это, например, актинии (справа), обитающие среди коралло¬ вых рифов, и многие моллюски уме¬ ренных широт (морские блюдечки, литорины, гребешки). На самом деле и они способны перемещаться на не¬ большие расстояния. При слишком ярком освещении актиния потихоньку переползает в тень, выставляя вперед один край мускулистой подошвы, а затем подтягивая к нему другой. Морские блюдечки и литорины тоже умеют медленно ползать на своей единственной, хорошо развитой ноге за счет сокращений ее мышц, а гре¬ бешки подпрыгивают в толще воды, размыкая и смыкая створки раковины. У С гор в долины Звери и птицы, обитающие у горных вершин, совершают сезонные мигра¬ ции в высотном направлении. Лето они могут проводить на высоте более 3000 м над уровнем моря, а зимой, когда приходят снега и морозы, спу¬ скаются ниже. Так, горные козлы (внизу) и серны покидают осенью высокогорные альпийские луга и спускаются вниз, к границе леса, где еще нет снега и больше травы. В это же время стенолазы, синицы и зяблики спуска¬ ются еще ниже, в долины. Некоторые >• Ночные путешественники Морской зоопланктон совершает так называемые суточные вертикальные миграции, связан¬ ные со сменой дня и ночи. Днем зоо¬ планктон (например, веслоногие рачки) опускается на глу¬ бину, а ночью вновь поднимается к по¬ верхности. Эти пере¬ мещения связаны с особенностями кормежки и стрем- У Чехарда миграций У некоторых птиц, например у пеночки теньковки, дальность перелетов зави¬ сит от конкуренции с себе подобными Если корма много, теньковки, гнездя- лением спастись от хищников. Ночью зоопланктон подни¬ мается к поверхности потому, что там больше пищи (фитопланктона), а днем возвращается на глубину, чтобы не стать добычей охотящихся у поверхности хищников. Как недавно выяснили ученые, вертикальные миграции зоопланктона способствуют перемешиванию разных слоев воды, обогащая тем самым поверхность моря питательными веществами. птицы, например горный конек, зимои улетают от родных гор на огромные расстояния - их можно встретить даже на берегу моря. щиеся на европейских берегах Среди¬ земного моря, обычно здесь же оста¬ ются и зимовать. Теньковки, живущие в средней полосе Европы (на Британ¬ ских островах и севере Франции), вынуждены улетать зимовать гораздо южнее - в Северную Африку, потому что места зимовки на европейском Средиземноморье уже заняты сороди¬ чами. А теньковки из Северной Евро¬ пы и Сибири совершают осенью пере¬ леты в далекие Индию и тропическую Африку. В Индии и Китае зимуют и гнездящиеся в Европе чечевицы. Сначала они летят строго на восток, а добравшись до Сибири, резко ме- няют направление и устремляются :*j к местам зимовок. На родине чечеви¬ цы проводят всего 3 месяца: большую часть года у них занимает перелет.
Сезонные перелеты птиц Некоторые виды птиц дважды в год, в одно и то же время, совершают далекие перелеты. Но переселение в места, богатые пищей, дается им дорогой ценой: в пути многие пернатые гибнут. А Мало кто из животных совершает такие далекие сезонные путешествия, как полярные крачки. Эти птицы гнездятся в Арктике, а зи¬ мовать улетают в Антарктику. В Европе конец лета, и ласточки в деревнях со¬ бираются в стаи. По вечерам можно наблюдать удивительное зрелище - нескончаемые ряды щебечущих на проводах изящных птичек. Здесь и молодые птицы, появившиеся на свет в этом году, и их родители, которые гнездились летом под крышами домов. Через несколько дней все ласточки исчезнут до будущей весны. На крыльях через моря и пустыни Деревенская ласточка (Hirundo rustica) гнездит¬ ся на севере Азии, в Европе и Северной Аме¬ рике. Все деревенские ласточки — перелетные птицы, но самые далекие путешествия совер¬ шают те, что гнездятся в Европе. Ласточки из Германии сначала пересекают Францию, потом перелетают через Пиренеи в Испанию, а затем летят через Гибралтар или Средиземное море в Северную Африку. Во вре¬ мя перелета через море ослабевшие птички не¬ редко тонут в волнах. А уцелевшие летят еще дальше, через Сахару, где сложно добыть про¬ питание. Здесь стаи редеют еще сильнее: осо¬ бенно часто гибнут молодые, менее опытные птицы. Если в пустыне ласточки попадают в ураган или песчаную бурю, они садятся на землю и пережидают плохую погоду. Хотя перед перелетом ласточки нагуливают много жира, те из них, кто в пути не сможет найти достаточно корма, обрече¬ ны на гибель. Перелетев через Сахару, ласточки направляются дальше на юг. Не¬ которые оста¬ ются зимовать немного юж¬ нее пустыни, другие летят в рику и даже за экватор. В Африке птицы не¬ сколько месяцев отдыхают — греются под теп¬ лым солнцем и кормятся кишащими насекомыми. < А Ласточки, гнездящиеся в Европе, каж¬ дую осень уле¬ тают на юг, в тропическую Африку. 84
>• Альбатрос. Эти крупные птицы, длина тела которых достигает 1,3 м, а размах крыльев Зм, — настоя¬ щие крылатые марафонцы, преодолевающие по воздуху огром¬ ные расстояния над океанами и морями. Когда в Европе за¬ канчивается зима, пти¬ цы готовы снова вернуться на родину. Они летят тем же маршрутом, и на пути их подстере¬ гают те же опасности. В феврале первыми на юге Европы появляются «разведчики», но большинство прибудут сюда только в конце марта — начале апреля. Ласточки, гнездящиеся в самых северных районах, в середине мая еще летят над Центральной Европой. Перелет в оба конца дается странникам дорогой ценой: из птиц, что отправились осенью в путь, на ро¬ дину вернется лишь половина. Летуны на длинные дистанции Долгие ежегодные путешествия серых буре¬ вестников - непрерывный поиск водных про¬ странств, богатых пищей. Эти крупные мор¬ ские птицы с длинными узкими крыльями гнездятся в Южном полушарии, от мыса Горн до островов в Южной Атлантике. Серые буре¬ вестники выводят птенцов, когда в Южном полушарии лето, а затем мигрируют к северу. Одни птицы летят над Тихим океаном, дру¬ гие — над Атлантическим. «Атлантические» серые буревестники доле¬ тают вдоль американского побережья до Грен¬ ландии, где сворачивают на восток и оказыва¬ ются у берегов Европы. Затем они вновь пуска¬ ются в путь на юг вдоль восточных берегов Атлантики и достигают мест своих гнездовий в ноябре или декабре - в начале южного лета. Кругосветное путешествие по воздуху Когда птенцы альбатросов подрастают, взрослые птицы отправляются в путь во¬ круг Антарктики, преодолевая за несколь¬ ко месяцев десятки тысяч кило¬ метров и лишь ненадолго опу¬ скаясь на воду, чтобы схватить с ее поверхности добычу. Мо¬ лодые птицы путешествуют еще дольше - 9-10 лет, пока не станут совсем взрослыми (альбатросы живут несколько десятков лет): с мест гнездовий их прогоняют сородичи, соби¬ рающиеся выводить птенцов, и молодняк волей-неволей вы¬ нужден скитаться. Во время своих странствий изгнанники иногда находят новые подходя¬ щие места для гнездования на островах у бе¬ регов Антарктики и выводят там птенцов, когда достигают половой зрелости. МАРШРУТЫ ПТИЧЬИХ ПЕРЕЛЕТОВ 85
питание. Зерноядные улетают зимой из север¬ ных районов в среднюю полосу, потому что здесь меньше снега, теплее и больше корма. Славки, мухоловки, соловьи и другие мел¬ кие птахи летят в тропики за 3000-4000 км. Когда аисты, пеликаны и некоторые хищ¬ ные птицы улетают из Центральной Евро¬ пы и Восточной Сибири зимовать на юг, на их место из Скандинавии и северных районов Сибири прилетают гуси, утки, журавли, дрозды, зяблики и овсянки. А улетают ли на юг зарянки, которых в садах и парках Западной Европы нередко можно встретить круглый год? Отчасти. В не¬ которых районах Европы зарянки покидают на зиму свои «летние квартиры» и откочевы¬ вают к югу, но их место тут же занимают за¬ рянки с севера. Прежде чем отправиться в да¬ лекое путешествие, многие пере¬ летные птицы нагуливают жир — его запасы обеспечат их энер¬ гией во время продолжительного полета. Вот почему после выле¬ та птенцов пернатые покидают свои гнездовые участки, где за¬ пасы корма истощились, и на¬ чинают кочевать по окрестно¬ стям. Иногда их рацион изменяется: славки, дрозды и многие другие насекомоядные пти¬ цы в конце лета и осенью нередко лакомятся в садах ягодами и фруктами. Особенно много жира должны накопить птицы, вынужденные совершать длительные беспосадочные пере¬ леты над морем. Например, живущий на вос¬ токе США пестрогрудый лесной певун осенью отправляется зимовать в Южную Америку. Большую часть пути птица летит над Атланти¬ ческим океаном, преодолевая без посадки более 3000 км. У певуна хватит сил покрыть такое огромное расстояние только в том слу¬ чае, если масса жира, который ему удастся на¬ копить перед отлетом, будет равна весу его тела. Большинство пернатых на такие подвиги не способны. Во время перелета многие из них останав¬ ливаются в особых местах, чтобы отдохнуть и частично восстано¬ вить израсходованные жировые запасы. Обычно в качестве таких А В одних местах зарянки ведут оседлый образ жизни, в других улета¬ ют на зимовку в далекие теплые края. Полярные крачки, родственницы чаек, и во¬ все летят зимовать на другой конец света. Ле¬ том они гнездятся в полярных районах Север¬ ного полушария. Осенью одни популяции крачек летят зимовать на юг через Тихий океан, другие - через Атлантику, в полярные районы Южного полушария. Переждав там северную зиму (в это время в Южном полушарии лето), птицы возвращаются в Арктику выводить птенцов. Общая длина их перелета над океа¬ ном в оба конца составляет около 40 000 км — настоящее кругосветное путешествие! Природа не терпит пустоты Почему перелетные птицы, преодолевая не¬ имоверные трудности и рискуя жизнью, летят в такую даль? Насекомоядные пернатые вы¬ нуждены покидать умеренные широты, чтобы добраться до мест, где зимой найдут себе про- ЗАБЛУДШИЕ ПУТЕШЕСТВЕННИКИ? Перелетные птицы обычно из года в год летят по одним и тем же маршрутам. Правда, порой пернатые, похоже, сбиваются с пути. Особенно часто это случается с молодыми пти¬ цами, не имеющими опыта перелетов. Вместо того чтобы следовать обыч¬ ным для вида маршрутом, некоторые особи направляются в ную сторону. Так, осенью большинство мелких сибирских воробьиных улета¬ ют на юго-восток, в тропические райо¬ ны Азии, а молодые птицы направля¬ ются на северо-запад. Иногда так по¬ ступают славки, мухоловки (справа) и овсянки. Что это - сбой генетической программы или поиск новых террито¬ рий для гнездования? Миграции «не в ту сторону» остаются пока загадкой. «перевалочных пунктов» птицам служат места, где много корма и мало хищников. Примерно для 300 видов европейских птиц такой зоной отдыха стал заповедник Ка- маргво Франции. Популярностью также пользуются средиземно- морские острова, дельта Волги и других крупных рек. Многие пер¬ натые предпочитают оставаться здесь на зимовку. 86 А В конце лета, когда птенцы по¬ кидают гнезда, большинство европейских аистов улетают зимовать в Се¬ верную Африку.
Безбилетные пассажиры Тараканов, корабельных червей, комаров, крыс и некоторых других неприятных, а то и опасных существ люди, сами того не желая, расселили по всему свету. Иногда это оборачивается очень печальными последствиями. А Самка тара¬ кана носит яйца в яйцевом коконе на конце брюшка. Окрестности городов Нарита в Японии, Руасси во Франции и Квинс в Соединенных Штатах имеют одну общую особенность — все они малярийные районы. Хотя в этих при¬ городах нет тропических болот, где процветает возбудитель болезни - малярийный плазмодий, здесь расположены международные аэропорты соответственно Токио, Парижа и Нью-Йорка. В герме¬ тичных салонах самолетов сюда с комфортом долетают переносчики заболевания — малярийные комары. А Кровь, кото¬ рую пьет эта самка малярий¬ ного комара, бу¬ дет переварена за несколько дней. Если в ней содер¬ жится возбуди¬ тель малярии, он поселится в те.зе насеко¬ мого, а с укусом попадет в орга¬ низм человека. ► Трудно ска¬ зать, сколько старых судов погибло от по¬ вреждения их днищ кора¬ бельными червя¬ ми - двуствор¬ чатыми моллю¬ сками, которые, буравя древесину с помощью рако¬ вины, превраща¬ ют судно бук¬ вально в решето. Распространители болезней Риск заразиться малярией в аэропортах и их окрестностях невелик, но он существует — осо¬ бенно жарким летом. В сезон отпусков само¬ леты летают в тропические страны чаще, и прибывшим с ними комарам легче выжить в теплой среде. За последние четверть века в Париже было отмечено 28 случаев заражения малярией в районе аэропортов. Чтобы умень¬ шить опасность, принимаются строгие меры по дезинсекции самолетных салонов. В XIV в. Европу постигли бедствия, связан¬ ные с другим случайным путешественником - черной крысой. Животные попадали на борт кораблей в Азии и высаживались на сушу в крупных портах Европы — вместе со своими блохами. Крысиные блохи, которые кусают и крыс и людей, переносят возбудителей чумы. Разразившаяся тогда страшная эпи¬ демия чумы, получавшая название Черная смерть, унесла в Западной Европе жизни 25 млн человек - около трети населения. Не признающие границ Тараканы кишат в человеческих жилищах на всех континентах. Сложно сказать, откуда они взялись в Европе — воз¬ можно, прибыли на кораблях из жарких стран, ведь в ее северных районах домашние тарака¬ ны могут выжить зимой лишь в достаточно теплых и влажных помещениях. Родиной дру¬ гого докучливого космополита — постельного клопа - являются, по-видимому, страны Сре¬ диземноморья, где задолго до нашей эры он досаждал древним грекам и римлянам. В XI в. клоп обосновался в Централь¬ ной Европе, а в XVI в. переселенцы завезли его и на американский кон¬ тинент. Тропические двуствор¬ чатые моллюски — кора¬ бельные черви - посели¬ лись в деревянных дни¬ щах европейских судов, когда первые средневековые мореплаватели добрались до теплых морей. В Нидерландах эти пришельцы вгрызались в деревянные сваи дамб, защищающих от воды осушенные уча¬ стки - польдеры. К XVIII в. корабельные чер¬ ви стали представлять для этих сооружений серьезную угрозу. Невольное расселение людьми опасных организмов становится все более острой про¬ блемой. По некоторым данным, сегодня и на Луне есть споры живых существ - бактерий, занесенных туда косми¬ ческими аппаратами. А Среди дву¬ створчатых моллюсков есть большие люби¬ тели древесины.
Наземные миграции Млекопитающие пускаются в дальний путь из-за нехватки корма. Карибу каждый год совершают долгие переходы между лесом и тундрой. В поисках пастбищ преодолевают немалые расстояния и африканские слоны. А Этот олененок появился на свет в начале лета на Крайнем Севе¬ ре Канады. Вскоре он отправится с матерью на юг, где проведет зиму в более богатой кормом тайге. На Крайнем Севере Канады наступает май, но зима здесь еще не закончилась. По бескрайней безлесной равнине к северу тянется длинная вереница оленей — в тундру возвращаются карибу (северные олени). Тысяча километров по снегу... Снег еще глубок, а корма мало, однако животы у оленей заметно округлились. Ничего удиви¬ тельного: в родную тундру идут самки, которые в начале лета произведут здесь на свет детены¬ шей. На расстоянии нескольких километров позади самок бредут остальные олени. Скоро они достигнут берегов моря Бофорта, где-то у границы между Канадой и Аляской, завер¬ шив тысячекилометровое путешествие. Ходить на такие большие расстояния по сне¬ гу непросто. Время от времени олени сменяют друг друга во главе стада. Иногда они останав¬ ливаются и, разрыв снег копытами, кормятся скудной растительностью. Олени продолжают свой путь и днем и ночью. ...ради двух месяцев сытой жизни В июне олени достигают летних пастбищ. Не¬ которые самки останавливаются, чтобы родить детеныша и на несколько дней прервать путе¬ шествие. Другие олени продолжают путь. Лето в тундре короткое, но пастбища изо¬ билуют кормом - сочными растениями, бурно развивающимися под лучами незаходящего за горизонт солнца. Это лучшая пища для кор¬ мящих самок, которым долгое время приходи¬ лось довольствоваться выкопанными из-под снега лишайниками. В июле и августе, когда тундра сплошь по¬ крыта зеленым ковром растений, олени про¬ должают кочевку, избегая районов, где слиш¬ ком много комаров и мошек. Они разбиваются на небольшие группы, в которых есть и самки с детенышами, и самцы, и молодые самки. В конце недолгого полярного лета наступает самое благословенное время: гнус исчезает, и карибу наконец получают возможность спо¬ койно щипать траву. В обратную дорогу Вот и пришла пора собираться в обратный путь. Первые группы карибу отправляются к югу. С началом снегопадов осенняя мигра¬ ция оленей достигает пика. На обратном пути животные придерживаются не столь строгих маршрутов, как на пути в тундру, потому что снега пока мало и отыскать корм нетрудно. В это время самцы становятся беспокойны: начинается период гона. Стараясь показать самкам свою удаль и силу, самцы то и дело сцепляются рогами в довольно мирных пое¬ динках. В период гона самцы, самки и детены¬ ши держатся крупными стадами. С приходом зимы карибу доберутся до тайги, где им будет легче добывать пищу. Путешествуя между летними и зимними пастбищами, кочуя по тундре и лесу, олени проходят за год более 4000 км - это рекорд среди всех наземных жи¬ вотных. Примерно такие же далекие миграции совершают и сибирские северные олени, кото¬ рые лето проводят в тундре, а зиму - в север¬ ной части тайги. Ч Гон у северные оленей начинает¬ ся в конце лета. В это время они еще находятся на севере своего ареала. У Африканские слоны направля¬ ются на пастби¬ ща с более све¬ жей и обильной травой.
А Скитания ка¬ рибу полны опас¬ ностей. На пути их ждут встречи с хищниками (особенно с вол¬ ками), топкие болота, покры¬ тые тонким льдом реки. Жизнь скиталь¬ цев постоянно находится под угрозой. Скитания под дождем Африканские слоны в отличие от карибу не совершают далеких миграций. Их стада ко¬ чуют в пределах сравнительно небольшой тер¬ ритории в поисках корма — молодой расти¬ тельности. В засушливое время года стада сло¬ нов (состоящие из самок и детенышей) собираются у водоемов. В сезон дождей они разбредаются кто куда в поисках лучших паст¬ бищ. Одна из причин постоянных блужданий слонов - потребность в необходимой для их организма соли. В дождливое время года сам¬ цы, которые обычно держатся поодиночке, присоединяются к стадам самок для спарива¬ ния. Спарившись с самками одного стада, они переходят в другое. Только через 22 месяца после спаривания, пройдя немалое расстояние, слониха рождает слоненка. У африканских слонов самая долгая беременность из всех млекопитающих. Сле¬ дующий малыш появится у слонихи только через 3-4 года. Гонимые голодом Хотя медведи и не мигрируют на большие рас¬ стояния, время от времени и они пускаются в путешествия. Рекорд принадлежит одному черному медведю (барибалу), за которым на¬ блюдали ученые. В поисках пищи он прошел более 200 км. Через несколько недель зверь вернулся в берлогу и впал в зимнюю спячку. Медведи вынуждены кочевать в связи с ха¬ рактером их рациона: весной они кормятся растениями, а летом и зимой становятся все¬ ядными, питаясь в основном ягодами и мел¬ кими животными. Нередко они забредают и на культурные поля, где лакомятся овсом. Во время кормежки медведи постоянно блуж¬ дают по окрестностям, иногда проходя значи¬ тельные расстояния. Такое поведение особен¬ но свойственно самцам. Маршруты миграции белых медведей в по¬ исках корма зависят от дрейфа льдов. Чтобы ловить тюленей, этим хищ¬ никам нужны участки от¬ крытой воды. Летом льды отступают, и медведи ухо¬ дят вместе с ними, возвра¬ щаясь в тундру лишь осе¬ нью. Они преодолевают за год несколько сотен ки¬ лометров. За одну охотни¬ чью вылазку в поисках лю¬ бимой добычи — кольчатых нерп, лахтаков и гренландских тюленей - белый медведь может пройти до 20 км. Y Черные мед¬ веди (барибалы) живут в Север¬ ной Америке. Эти звери кочу¬ ют лишь в случае необходимости, когда в местах их обитания не хватает еды.
Путешествия по морю Многие морские животные совершают далекие путешествия к местам размножения, нагуляв жир в других местах. Каким образом они ориентируются в безбрежном океане? А В июне кожи¬ стые черепахи выходят на бе¬ рега Новой Гви¬ неи, чтобы от¬ ложить яйца. Самка закапы¬ вает их в песок в шести ямках глубиной 45 см. На отклады¬ вание всех яиц уходит около 10 дней, затем черепаха вновь пускается в да¬ лекое путеше¬ ствие по морю. Что делает зеленая черепаха, живущая у бере¬ гов Бразилии, на песчаном пляже острова Воз¬ несения - небольшого британского владения в центральной части Атлантики? Она откла¬ дывает здесь яйца. Но почему так далеко от дома? Потому что здесь она появилась на свет, как и многие поколения ее предков. Когда много миллионов лет назад возник этот вид морских черепах, остров Вознесения распола¬ гался к берегам Бразилии намного ближе, чем сегодня. По мере расхождения Африканской и Южно-Американской литосферных плит он постепенно удалялся от Америки. Как же зеленые черепахи находят в океане свою родину, которая сегодня расположена на расстоянии 1500 км от мест их постоянного обитания? Ученым пока не удалось ответить на этот вопрос. Запасы жира Зеленые черепахи путешествуют и в целях раз¬ множения, и ради пищи. Подобно китам, кам¬ бале и акуле-молоту, кормятся они в одном месте, а яйца откладывают в другом, которое остается неизменным на протяжении многих веков. Размножение требует от животных больших расходов энергии (на поиски парт¬ нера, спаривание, откладывание яиц и т. д.), поэтому перед началом размножения они со¬ вершают путешествия, чтобы поднакопить сил, например плывут следом за добычей. На¬ копленный благодаря таким миграциям запас жира позволяет им совершить более далекое путешествие - к местам размножения, куда они плывут, по возможности пользуясь по¬ путными морскими течениями. Охотники на медуз Черепаха бисса — один из самых заядлых морских путеше¬ ственников. Многие бис- сы появляются на свет на тихоокеанских остро¬ вах к югу от Японии. Проведя от двух до ше¬ сти лет у родных берегов, биссы пересекают Тихий океан, охотясь на свою излюбленную добы¬ чу — медуз. Их путь пролегает по границе между богатыми пищей прохладными водами и более скудными теплыми, расположенны¬ ми южнее. Здесь, в пограничной зоне, более плотная холодная вода опускается на глубину, унося с собой массу планктона и медуз. В конце пути биссы оказываются у южных берегов Калифорнии или тихоокеанского побережья Мексики. Некоторые черепахи здесь и откладывают яйца, другие возвраща¬ ются размножаться на родину. Все существующие сегодня семь видов мор¬ ских черепах совершают далекие миграции. Самая крупная из них - кожистая. Отложив на песчаном пляже яйца, черепаха тут же уплывает в море - даже если она добралась МОРСКАЯ НАВИГАЦИЯ Океан пронизан течениями. Путешествуя вместе с ними, черепахи и многие другие морские животные из года в год возвращаются к тем берегам, где они появились на свет. Лососи тоже безошибочно отыскивают в океане путь к реке, где сами вышли из икринок. Но как они это делают? Загадка! Возможно, в мозгу у рыб имеется своего рода «встроенная» схема маршрута, однако что она собой представляет - пока неясно. Какие ориентиры используют морские мигранты - топографические, магнитные, обонятельные, визуальные? Ученые этого не знают. Несомненно одно: эти ориентиры по¬ зволяют морским животным безошибочно выбирать правиль¬ ное направление своих подводных путешествий. 90
ЖИЗНЬ В ДВИЖЕНИИ А Карибские омары время от времени путеше¬ ствуют по мор¬ скому дну вере¬ ницами, касаясь друг друга длин¬ ными антенна¬ ми. Сотни ома¬ ров могут гусь¬ ком пройти несколько километров! до этого берега, проделав далекое изнуритель¬ ное путешествие. У биссы и зеленой морской черепахи места откладывания яиц постоянны, и черепахи возвращаются сюда размножаться из года в год. Зов родных рек Проходная кумжа (одна из форм форели) так¬ же совершает миграции. Мальки, вышедшие из икринок в реках, подрастают и уплывают в море, где намного легче найти корм. Через несколько лет взрослые рыбы возвращаются в родные реки, чтобы выметать икру и тут же погибнуть от истощения. Молодые кумжи, появившиеся на свет в ре¬ ках Британии, плывут вниз по течению в Се¬ верное море. Оттуда морские течения уносят их к берегам Исландии и Гренландии. Через некоторое время взрослые рыбы возвраща¬ ются нереститься на Британские острова. Ч Эти акулы- молоты, скопив¬ шиеся возле берегов Коста- Рики, возможно, пытаются оты¬ скать течения с температурой выше 22°С, чтобы правильно выбрать направ¬ ление миграции. Ч Некоторые популяции китов-горбачей размножаются у северо-запад¬ ных и северо- восточных бере¬ гов Австралии. Они приплывают туда, накопив большие запасы жира в водах Ан¬ тарктики, где проводят лето. V Киты-белухи (внизу) собира¬ ются летом в устье реки Каннингэм на территории Нунавут (Кана¬ да), чтобы ро¬ дить здесь дете¬ нышей. Затем они уплывают на юг кормиться рыбой. Спарива¬ ются белухи зимой, вдали от берегов. Морская дорожная песня Почти все киты - любители дальних стран¬ ствий. Особенно хорошо изучены маршруты миграций китов-горбачей. Их стада, живущие в разных концах света, отличаются рядом индивидуальных особенностей. У представи¬ телей разных популяций горбачей даже выра¬ ботались характерные звуковые сигналы. Все стада горбатых китов совершают далекие пу¬ тешествия, но ни одно из них никогда не пере¬ секает экватора. Стада горбачей, кормящиеся летом у бере¬ гов Антарктиды, зимой отправляются размно¬ жаться к берегам Колумбии, Бразилии, Анго¬ лы, Мозамбика, Северо-Западной Австралии или в юго-западные районы Тихого океана. Популяции Северного полушария летом кор¬ мятся в Беринговом море и у берегов Гренлан¬ дии, Исландии, Западной Канады, Норвегии, а зимой уплывают размножаться к атланти¬ ческому побережью Мексики, Марокко, Азор¬ ским островам к западу от Пиренейского полу¬ острова или в Восточно-Китайское море. Миграции свойственны и многим другим морским животным, от флоридских омаров до гигантских каракатиц Тихого и Индийского океанов. К морским мигрантам относятся также акулы-молоты, тунцы, камбала. При¬ чины, побуждающие их к путешествиям, по¬ нятны, но мы по-прежнему почти ничего не знаем о способах их ориентации в море.
'Ж я Механизмы ориентации А Лебеди - трубачи гнез¬ дятся на севере Канады. Каждый год они улетают зимовать в одни и те же места, придерживаясь строго опреде¬ ленного марш¬ рута. Какими бы ориентирами ни пользовались животные во время миграций магнитным полем Земли, положением солнца и звезд на небе, звуками или запахами, — они почти никогда не сбиваются с пути. В пасмурный ноябрьский вечер над полями лежит туман, накрапывает мелкий дождь. Не видно ни звезд, ни луны, но вечернюю тишину время от времени прерывают пронзи¬ тельные высокие звуки. Это летят дрозды- белобровики, которые гнездились на севере Европы, а теперь отлетают в ее южную часть на зимовку. Каким же образом птицы находят дорогу, если все небо затянуто тучами? домой. Ученые даже надевали на глаза голубям матовые очки, чтобы они не могли находить дорогу с помощью зрения. Но и это не мешало голубям возвращаться домой. В мозгу голубей есть клетки, содержащие крошечные частицы минерала магнетита. Воз¬ можно, именно это вещество помогает им чув¬ ствовать магнитное поле Земли и правильно определять, где север, где юг. Магнитное чув¬ ство, вероятно, и помогает голубям отыскивать дорогу домой. Но нейрофизиологические ме¬ ханизмы этого явления изучены пока плохо. Как показали недавние исследования, маг¬ нитное поле планеты могут чувствовать и пче¬ лы. На него реагируют трофоциты — особые клетки, расположенные в брюшке насекомых и содержащие гранулы, в состав которых вхо¬ дит железо. Оказалось, что в магнитном поле эти гранулы сжимаются вдоль силовых линий. Изменение формы гранул отслеживается трофоцитами и окружающими их клетками. В результате пчела получает информацию об интенсивности и направлении силовых линий магнитного поля. Трофоциты способны реагировать на малейшее изменение магнит¬ ного поля и помогают пчелам ориентироваться в пространстве в плохую погоду, когда навига¬ ция по солнцу (см. с. 212) невозможна. V Эксперимен¬ ты со скворцами позволили лучше понять механиз¬ мы навигации у птиц во время сезонных пере¬ летов. Магнитное чувство Приверженцы голубиного спорта устраивают соревнования среди своих любимцев: отвезя нескольких голубей подальше от родной голу¬ бятни, они ждут, кто из них первым вернется
ЖИЗНЬ ВДВИЖЕНИИ А Надевая на го¬ лубей матовые очки или снабжая их датчиками, позволяющими отслеживать маршрут полета, ученые пытают¬ ся понять меха¬ низмы ориента¬ ции животных в пространстве. Географическое чутье Если знать широту и долготу отправной точки и географиче¬ ские координаты места назна¬ чения, можно определить и на¬ правление, в котором следует двигаться. Этим методом двух¬ координатной навигации поль¬ зуются, например, моряки. По¬ хоже, им владеют и некоторые животные. В 1960-х гг. были проведены опыты со сквор¬ цами, гнездящимися в Нидер¬ ландах. Птиц ловили и увозили в Швейцарию. Выпущенные там молодые птицы летели не в северо-западном направ¬ лении в сторону обычных мест зимовок нидерланских скворцов на юге Англии и западе Франции, а отправлялись на юго-запад, как если бы летели на зимовку из Ни¬ дерландов. Таким образом, они ошибочно оказывались на юге Франции и в Испании. Напротив, взрослые скворцы, вовремя сори¬ ентировавшись, следовали в пра¬ вильном направлении на северо- запад, словно в их распоряжении были компас и карта. В 1980-х гг. один американский исследователь окольцевал двух пеночковых певунов (небольших североамериканских певчих птиц), пойманных на кусте во время зи¬ мовки в тропическом лесу Вене¬ суэлы. На следующий год ученый снова обнаружил этих птиц на том же кусте. Ласточки тоже воз¬ вращаются из года в год к своим гнездам под крышами домов. О способности животных к двухкоординат¬ ной навигации, может быть, говорить пока рано, но их географическое чутье поражает. ЭЛЕКТРОНАВИГАЦИЯ В некоторых реках бассейна Ама¬ зонки и экваториальной Афри¬ ки, где вода очень мутная, рыбы освоили необычный способ ориен¬ тации в пространстве(справа - кри¬ вохвостки). Их мышечная ткань гене¬ рирует серии электрических разря¬ дов, создающих поле, которое рыбы ощущают подкожными рецепто¬ рами. Когда электрические волны сталкиваются с препятствиями, рыба чувствует возникающую при этом деформацию электрического поля и сразу реагирует на нее - уплывает от хищника или атакует жертву. Врожденный дар или приобретенный навык? Молодые журавли, лебеди и многие другие птицы первый в их жизни сезонный перелет всегда совершают вместе со своими родителя¬ ми. Они твердо запоминают маршрут мигра¬ ции, которого будут придерживаться в после¬ дующие годы. Ласточки обычно мигрируют стаями, состоящими, по-видимому, из птиц разных поколений. Иначе как молодые ласточ¬ ки, появившиеся на свет в Европе, без помощи старших сородичей нашли бы дорогу в Африку к местам зимовок? Или они знают этот марш¬ рут от рождения? О важной роли врожденных механизмов миграций свидетельствуют многие наблюде¬ ния. Незадолго до отлета многие птицы начи¬ нают проявлять беспокойство. Примечатель¬ но, что это массовое волнение продолжается тем дольше, чем длиннее предстоящий путь. Если птицу, совершающую перелет в ночное время, запереть в круглой клетке, дно которой покрыто свежей краской, оставленные плен¬ ницей следы будут ориентированы именно в том направлении, в котором эта птица летит на зимовку, например в юго-западном. 93
Глядя в небо Днем многие мигрирующие животные ориен¬ тируются по солнцу. Внутренние часы подска¬ зывают им время, а положение солнца указы¬ вает, в каком направлении двигаться. Во время миграций животные успешно пользуются и ночными ориентирами, напри¬ мер звездами, которые меняют свое располо¬ жение на небе в связи с вращением Земли. Человек может определить, где он находится, зная время и пользуясь картой звездного неба. Опыты показали, что птицы, никогда не ви¬ девшие звезд, но выращенные в планета¬ рии, где на куполе воспроизводилось их движение на небосводе, умели пра¬ вильно ориентироваться по звезд¬ ному небу на воле. Не меняющая своего положения на небе Полярная звезда всегда ука¬ зывает на север, что облегчает навигацию и людей и птиц. По мнению ученых, глядя на дневное и ночное небо, сидя¬ щие в гнезде птенцы многих пернатых запоминают, как меняется на нем положение светил. Впоследствии это по¬ могает им правильно ориен¬ тироваться при перелетах. Обонятельные и зрительные ориентиры Лососевые и некоторые дру¬ гие рыбы находят свои не¬ рестилища по уникальному «букету» растворенных в воде минеральных веществ (см. с. 50-51). Они запоминают запахи по дороге из родных рек в море и пользуются ими в качестве ориентиров на обратном пути. Лососевые, видимо, умеют также использо¬ вать в качестве ориентиров звуки воды и ветра. Не исключено, что дорогу на родину они отыскивают не только по запахам и звукам, но и по топографическим особенностям тех мест, мимо которых проплывали в молодости. Муравьи и пчелы используют для ориента¬ ции поляризованный и ультрафиолетовый свет, не воспринимаемый человеческим гла¬ зом. Кроме того, ученые обнаружили, что не¬ которые муравьи способны запоминать рас¬ стояние, подсчитывая число шагов, необходи¬ мых для его преодоления. Опыты на насекомых и амфибиях показали, что фоторецепторы глаз позволяют этим жи¬ вотным даже «видеть» магнитное поле Земли и ориентироваться по нему, улавливая его самые слабые изменения. А Ученые про¬ водят сложные опыты, пытаясь выяснить, каким образом лососям удается оты¬ скать дорогу в родные реки. •< Голуби возвра¬ щаются в родную голубятню, как бы далеко от нее их ни выпустили. Этот факт из¬ вестен людям с незапамятных времен. А Белые гуси мигрируют се¬ мьями. Молодые птицы, путеше¬ ствуя вместе с родителями, запоминают маршрут перелета.
ч Этот прекрасный цветок вырос па каменистой почве в пустыне Сопора (штат Аризона, США).
Жизнь в воде Водные животные обитают в среде, бедной кислородом и обладающей высокой теплопроводностью. Чтобы дышать и не погибнуть от чрезмерных потерь тепла, они выработали целый ряд приспособлений. Гигантская акула плавает с широко рас¬ крытым ртом, чтобы дышать и кормиться. Ее жабры от¬ фильтровывают из воды и кисло¬ род и планктон. фузии кислорода через покровы. Организмы, чьи размеры превышают 1 мм, вынуждены ис¬ пользовать для дыхания различные приспо¬ собления. Так, тело губок насквозь пронизано сложной системой каналов, через которые они прогоняют воду во внутреннюю полость. Большинство морских животных - моллю¬ сков, червей, рыб - дышат под водой с помо¬ щью особых органов газообмена — жабр. Они представляют собой своего рода фильтр с мель¬ чайшей сеткой для процеживания воды. Чем выше потребности организма в энер¬ гии, тем больше площадь поверхности жабр, через которые поглощается кислород. Жабры насквозь пронизаны капиллярами. Через тон¬ кие стенки этих мельчайших сосудов кислород проникает в кровь, которая разносит его по всему телу. Двустворчатые моллюски про¬ гоняют воду через жабры с помощью колеба¬ ний ресничек, ракообразные - двигая конеч¬ ностями, а большинство рыб - открывая и за¬ крывая жаберные крышки. Водно-солевой обмен Рассмотрим систему из двух сооб вдающихся сосудов, заполненных водой. Если в один добавить рас¬ творимое в воде вещество, его концентрация в обоих сосудах вскоре будет одинакова. Рас¬ творенные вещества всегда диф¬ фундируют (переносятся) оттуда, где их больше, туда, где их меньше. В жидкостях, содержащихся в теле живых существ, также растворены различные веще¬ ства, в том числе соли. У мидий, кольчатых червей, морских звезд, морских ежей и неко¬ торых других беспозвоночных концентрация веществ в жидкостях организма совпадает с солевым составом водной среды. Однако большинство животных не смогло бы выжить, если бы их внутренняя среда имела такой же состав, что и внешняя. В организме пресно¬ водных животных концентрация солей долж¬ на быть выше, чем в воде, а у морских — мень¬ ше. Чтобы не погибнуть, все водные организмы вынуждены регулировать процессы водно¬ солевого обмена — осуществлять так называе¬ мую осморегуляцию. У пресноводных рыб внутренняя среда более соленая, чем внешняя, и пресная вода Пушистые жабры краба (вверху), как и жабры золотой рыбки (внизу), пронизаны гус¬ той сетью крове¬ носных сосудов. Через тончайшие стенки жабр кислород легко проникает из воды в кровь. Щука загла¬ тывает жертв, молниеносно рас¬ крывая огромную пасть. Жизнь трески нелегка. Кислорода в воде мало: в воздухе его содержится 21%, в воде не более 0,7%, а если она теплая или очень соленая, и того меньше. Чтобы получить необходимые несколько граммов кислорода, рыбе ежедневно приходится прогонять через жабры 10 м3 воды. Тритонам и другим амфи¬ биям для этого достаточно каждый день пропускать через свои легкие лишь несколько литров воздуха. Подводное дыхание Вода - гораздо более плотная и вяз¬ кая среда, чем воздух, и пропускать ее через жабры не так просто. Жи¬ вотные, дышащие под водой, тратят при газообмене на 10—20% больше энергии, чем те, которые дышат атмосферным воздухом. Очень маленькие организмы, например микроскопические планктонные животные, дышат всей поверхностью тела — за счет диф-
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ Терморегуляция Теплопроводность воды намного выше, чем воздуха, поэтому большинство водных живот¬ ных не способны регулировать температуру своего тела. Температура тела трески примерно 1 ГС — как у воды, в которой живет эта рыба. Лишь немногие рыбы, например тунцы, способны поддерживать в мышцах и головном мозге более высокую температуру, чем сна¬ ружи. Чтобы развивать скорость, мышцам рыб нужна высокая температура - в этом случае они сокращаются быстрее. При этом темпера¬ тура других органов у тунцов остается такой же, что и температура окружающей среды. Ч Губки (слева вверху), асцидии (слева внизу) и гигантские акулы питаются бактериями и крошечными планктонными организмами. Они отфильтро¬ вывают их из воды, а затем обволакивают слизью. Проблемы обогрева Все млекопитающие, в том числе и морские, — теплокровные животные: они способны под¬ держивать температуру тела на постоянном уровне. В водной среде им приходится тратить на это немало энергии. Их спасают толстый слой подкожного жира, который препятствует охлаждению внутренних органов, и крупные размеры. При увеличении размеров тела отно¬ шение площади поверхности к объему умень¬ шается, поэтому более крупные животные теряют через покровы меньше тепла. На под¬ держание постоянной температуры каждого кубометра тела огромные киты тратят гораздо меньше энергии, чем дельфины. У Тело скатов плоское, потому что они живут у морского дна. Рот расположен на брюшной сто¬ роне тела, там же открывают¬ ся и жаберные щели. Большин¬ ство скатов пи¬ таются различ¬ ными донными организмами — моллюсками, ракообразными и рыбами. легко проникает в тело. Чтобы удалить ее из¬ быток, рыбы выделяют большое количество сильно разбавленной мочи. Например, карп задерживает соли в почках, поэтому в его моче их очень мало. Кроме того, рыбы поглощают соли из воды с помощью жабр, а также полу¬ чают с пищей. У морских животных ситуация обратная. Чтобы не страдать от обезвожива¬ ния в соленой среде, они пьют много морской воды, опресняют ее и выводят из организма небольшое количество мочи с высокой кон¬ центрацией солей. Так ведет себя, например, треска. Но главный «опреснительный аппа¬ рат» находится у рыб в жабрах: особые клет¬ ку ки поглощают соли из крови и вместе со слизью выводят их наружу. Жизнь в полумраке В чистой, прозрачной морской воде на глубину 1 м проникает 40% света, а на глубину 40 м — только 1,5%. Несмотря на недостаток света, у большинства морских организмов сохрани¬ лось прекрасное зрение. Зоркие глаза позво¬ ляют многим из них, например рыбам и голо¬ воногим моллюскам, различать предметы даже на огромной глубине. Глаза головоногих моллюсков — каракатиц, осьминогов, кальма¬ ров - по своему строению напоминают глаза млекопитающих. Остроту зрения обеспечивает
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ высокая плотность фото- чувствительных элемен¬ тов в сетчатке: на 1 мм2 сетчатки у осьминога их около 64 тыс., у карака¬ тицы - 105 тыс., у каль¬ мара — 162 тыс. (для срав¬ нения: у кошки 400 тыс.). У некоторых глубоковод¬ ных кальмаров глаза асим¬ метричные: левый в 4 раза больше правого. По мнению ряда ученых, с помощью крупного глаза животные вглядываются в темные мор¬ ские пучины, а маленького - в светлые верх¬ ние слои воды. И наконец, на плавниках неко¬ торых кальмаров сидят миниатюрные «термо¬ локаторы», способные воспринимать инфра¬ красные (тепловые) лучи и помогающие этим морским хищникам ориентироваться и охо¬ титься в темноте. Морские организмы нередко обладают ост¬ рым нюхом, способны улавливать колебания воды, ощущать незначительные изменения давления и даже воспринимать электромаг¬ нитные поля. Из всех морских животных наиболее разнообразными органами чувств наделены, вероятно, акулы и дельфины. Y Тюлень Уэд¬ делла хорошо приспособлен к плаванию в холодной воде. Крупные размеры и толстый слой подкожного жира сильно со¬ кращают тепло- потери живот¬ ного на глубине. Опасное погружение Для млекопитающего ныряние на большую глубину — дело рискованное. С увеличением глубины повышается давление запасенного в легких воздуха, и кровь постепенно насы¬ щается кислородом и азотом. А при высоком содержании в крови эти газы становятся ток¬ сичны. Кроме того, при быстром подъеме к поверхности азот может образовывать пу¬ зырьки (подобно тому, как пузырится гази¬ ровка в открываемой бутылке) и вызвать за¬ купорку сосудов. У людей это явление назы¬ вается кессонной болезнью. У китов и тюленей выработались особые приспособления, позволяющие эффективно использовать под водой запасы воздуха в лег¬ ких. Сердце у них бьется медленнее, чем у на¬ земных животных сравнимых размеров, что А Благодаря огромным глазам бычеглазы могут охотиться даже в ночное время. Днем рыбы имеют красноватую окраску, а в темноте становятся серебристо-серыми. ВОДА - ИСТОЧНИК ЖИЗНИ Жизнь на Земле возникла в океане около 3,5 млрд лет назад, а на суше она появилась лишь около 350 млн лет назад. Первые организмы - бактерии и водоросли - состояли из одной-единственной клетки. Почему же именно водная среда стала колыбелью всего живого? Потому что она надеж¬ но защищает обитающих в ней существ от опасных ультра¬ фиолетовых лучей, имеет сравнительно постоянные темпера¬ туру и химический состав, а действующая на погруженное тело выталкивающая сила уравновешивает силу гравитации. Растворенные в воде вещества включают жизненно важные элементы - азот, фосфор, натрий, хлор и калий. Поглощать их из воды совсем нетрудно. снижает потребности организма в кислороде. Их кровь богаче гемоглобином, поэтому свя¬ зывает больше кислорода. Некоторые другие анатомические и физиологические приспо¬ собления предотвращают образование азот¬ ных пузырьков в крови при всплытии и по¬ зволяют животным выдерживать такой уро¬ вень азота в крови, который был бы смертелен для наземных животных, или ограничивать его поступление в кровь, например за счет на¬ копления в органах. У тюленей Уэдделла азот накапливается в бронхах, багодаря чему сни¬ жается его поступление в кровь и на большой глубине он не оказывает токсического дей¬ ствия на ткани тюленя. В результате тюлени Уэдделла способны нырять на глубину 500 м и задерживать дыхание под водой на 70 минут. Кашалоты ныряют на глубину до 2200 м и могут находиться под водой еще дольше, чем тюлени Уэдделла! Кашалоту в этом по¬ могают громадные размеры тела: по срав¬ нению с тюленем он теряет меньше тепла, чит, использует меньше кислорода. А К морской жизни отлично приспособились не только рыбы и некоторые млекопитающие, но и многие пти¬ цы. У северного гигантского буревестника излишки солей выводятся из организма особой железой над клювом.
А Аксолотль (вверху) - личи¬ ночная стадия са¬ ламандры амби¬ стомы - способен размножаться, не достигая взрос¬ лой стадии. Для кожи летучих мышей (внизу) вреден ультра¬ фиолетовый свет. Днем они пря¬ чутся от солни,а и хищников под сводами пещер, а ночью вылета¬ ют на охоту. У Протеи, род¬ ственники три¬ тонов, утратили глаза и всю жизнь остаются личин¬ ками с наружны¬ ми жабрами. Жизнь в пещере представлены почти все группы членистоно¬ гих. Здесь встречаются паукообразные (пауки и скорпионы), ракообразные (в том числе бокоплав Niphargus aquilex, используемый как живой индикатор загрязнения воды), насеко¬ мые (например, жуки-плавунцы) и тысячи ви¬ дов ногохвосток (коллембол). Многие из них питаются лишь той скудной пищей, что посту¬ пает в пещеры с поверхности. Причудливая пещерная родня Некоторые пещерные животные (их еще на¬ зывают троглобионтами) крупнее своих назем¬ ных сородичей: в безопасности пещер они жи¬ вут дольше и благодаря этому достигают более крупных размеров. Пещерные паукообразные и насекомые не¬ редко имеют очень длинные ноги, помогаю¬ щие им ходить по неровным и влажным по¬ верхностям. Зато крылья у пещерных насеко¬ мых обычно отсутствуют, потому что летать в темноте сложно, а охотиться в воздухе попро¬ сту не на кого. Некоторые пещерные жители запасают больше жира, чем их наземные собратья, ком¬ пенсируя тем самым постоянный недостаток пищи. Жизнь в темноте привела к тому, что многие обитатели пещер утратили пигмента¬ цию и стали почти прозрачными или ослепли, как это произошло с протеями. Функции глаз у них взяли на себя другие органы, например длинные антенны. У многих пещерных животных острый слух и обоняние. Некоторые обладают высокой чувствительностью к вибрациям грунта, дви¬ жению и изменению состава воды. Пещеры населены самыми разнообразными существами, которые отлично приспособились к суровым условиям жизни — кромешной тьме и почти полному отсутствию корма. У Коллемболы, или ногохвост - ки, — одни из самых обычных пещерных насе¬ комых. Они могут ползать на шести ногах и скакать с по¬ мощью прыга- тельной вилоч¬ ки на хвосте. У Животные по-разному при¬ способились к пе¬ щерным условиям жизни. Длинные ноги помогают некоторым членистоногим (на снимке) ловко ползать по неровным поверхностям. Аксолотли - личинки мексиканских сала¬ мандр амбистом - размножаются и умирают, так и не достигнув зрелости. Это явление на¬ зывается неотенией. Но аксолотли иногда все же подвергаются метаморфозу и превращаются в амбистом, а вот их родственники пещерные амфибии протеи взрослую стадию утратили окончательно. Становиться взрослыми им не¬ зачем: в пещерах, где они обитают, нет хищни¬ ков, а условия жизни никогда не меняются. Экономная жизнь В глубокие пещеры никогда не проникает солнечный свет, а температура воздуха срав¬ нительно постоянна. Из-за отсутствия света растения здесь жить не могут. Органиче¬ скими веществами обитателей пещер снабжают вода, поступающая с поверхности земли, и некоторые бактерии. Эти бактерии способны синтезировать органические соеди¬ нения, используя в качестве источника энер¬ гии не свет, а вещества, содержащиеся в под¬ земных источниках. Пищи в пещерах мало, и животных, сумевших приспособиться к столь суровым условиям существования, сравни¬ тельно немного. Относительно безопасная жизнь в пещерах наложила отпечаток на характер размножения их обитателей. Яйцекладущие пещерные жи¬ вотные обычно откладывают меньше яиц, чем их наземные родственники, однако эти яйца более крупные. Живородящие животные при¬ носят потомство с большими интервалами, а развитие зародышей продолжается очень долго. В защищенном от внешних невзгод мире торопиться некуда! Обитатели пещер В отличие от протеев, остающихся в пещерах всю жизнь, некоторые животные проводят здесь лишь часть времени, например летучие мыши. В пещерах живут и стрижи-саланганы, которые сооружают из слюны гнезда, пользую¬ щиеся огромной популярностью в азиатской кулинарии. Но в отличие от летучих мышей эти птицы проводят в пещерах не дни, а ночи. К жизни в пещерах приспособлены многие виды беспозвоночных. Так, в пещерной фауне 99
Жизнь без воды пустынях, где воды почти нет, растения и животные выработали необычные стратегии выживания, умудряясь разными способами добывать и запасать влагу. Растущий в калифорний¬ ской пустыне кактус опунция низовая — сукку¬ лент, то есть растение, запа¬ сающее воду. Благодаря запа¬ сам воды опунция способна цвести даже в засуху. Пустыня в центре Саудовской Аравии кажется совершенно безжизненной. Но это не так. Она полна жизни. В середине дня ее обитатели скрываются из виду, спасаясь от палящего солнца. Однако с наступлением вечерней про¬ хлады они выходят из своих укрытий, и пусты¬ ня преображается. Длинные корни и мелкие листья Растения выработали разные способы выжива¬ ния в пустыне. Одни, в том числе дикие арбу¬ зы, образуют широкую корневую систему, чтобы собирать воду с как можно большей пло¬ щади. У других, например у пустынных ака- А Кактус сагу- аро, или карне- гия гигантская, прекрасно при¬ способлен к жиз¬ ни в засушливой пустыне Сонора (США). Его по¬ требности в воде минимальны. ций, корни уходят на глубину до 30 м, погло¬ щая воду из земных недр. Некоторые пустын¬ ные растения могут годами покоиться в виде семян, а после сильного дождя прорастать, Защита от солнечного удара В засушливых районах Африки и Ближнего Востока живут антилопа адцакс и три вида ан¬ тилоп ориксов. Эти жвачные животные с длин¬ ными полыми рогами получают воду, питаясь стеблями, корнями и клубнями суккулентов, а также слизывая росу, образующуюся на ли¬ стьях растений на утренней заре. Микрофлора их желудков способна расщеплять целлюлозу на более простые соединения, из которых в тканях образуется вода. Экскременты у пус¬ тынных антилоп абсолютно сухие. Аддаксы особенно устойчивы к засушливым условиям. Они могут месяцами обходиться без воды, получая необходимую влагу исключи¬ тельно из растительного корма. Кроме того, аддаксы чуют источники воды, находящиеся у поверхности почвы, и иногда добираются цвести и за считаные дни образовывать новые семена. Вельвичия удивительная, встречаю¬ щаяся в Намибии и на юге Анголы, поглощает выпадающую на рассвете росу двумя необы¬ чайно длинными плоскими листьями. Эти ли¬ стья продолжают расти на протяжении всей жизни вельвичии, постепенно отмирая на кон¬ цах и расщепляясь на узкие ленты (ремни). Другие растения, особенно представители семейств молочайных и кактусовых, выживают благодаря способности запасать воду. Такие растения называются суккулентами. Листья у них маленькие или вообще отсутствуют, а стебли толстые и мясистые. Плотные покро¬ вы предотвращают испарение воды из тканей. Некоторые суккуленты накапливают воду в корнях или мясистых листьях.
Y Жук-черно- телка (слева внизу на с. 100) и антилопы ориксы (внизу) в пустыне На- миб отлично приспособлены к жизни в за¬ сушливых усло¬ виях. Всю необ¬ ходимую влагу они получают с росой и расти¬ тельной пищей. А Кактусы в Перу, вербена в Калифорнии, вельвичия в На¬ мибии (на сним¬ ках слева напра¬ во) — все эти пустынные рас¬ тения решают проблему выжи¬ вания в засушли¬ вых условиях по-своему. А Прыгая на задних ногах, тушканчик сво¬ дит к минимуму контакт ног с раскаленным пустынным песком. до нее, раскапывая землю копытами. Они также обладают удивительной способностью находить участки пустыни, зазеленевшие после коротких дождей. Эти животные никогда не перегреваются даже под палящем солнцем. Их светлая шерсть отражает его лучи, а хорошо развитая сеть ка¬ пилляров охлаждает головной мозг. Такие при¬ способления надежно предохраняют пустын¬ ных антилоп от солнечных ударов. Доркасы и другие газели, приспособ¬ ленные к засушливым условиям существования хуже, чем ориксы и адцаксы, в поисках воды и зе¬ леных пастбищ совершают да¬ лекие кочевки. Прохладные убежища Особенно трудно приходится в пустынях мелким млекопитаю¬ щим - песчанкам, тушканчикам, африкан¬ ским лисичкам фенекам и пустынным зайцам. Зверьки рискуют быстро умереть под палящим солнцем от обезвоживания. Поэтому жаркие дневные часы они пережидают в глубоких но¬ рах, а на поиск еды выходят только в сумерках или ночью. В самые жаркие месяцы года не¬ которые мелкие млекопитающие даже впадают в спячку. В это время температура их тела па¬ дает, обмен веществ замедляется, и организм может долго обходиться без воды и пищи. Длинные задние ноги позволяют тушкан¬ чикам удирать от опасности большими быст¬ рыми прыжками, почти не касаясь раскален¬ ного песка. Передние ноги у зверьков корот¬ кие, но сильные. С их помощью тушканчики роют норы и обдирают поедаемые растения. Спасибо, я не пью! Некоторые песчанки и тушканчики вообще не пьют воду. Всю необходимую для организма влагу они извлекают из пищи, переваривая сухие стебли и семена растений и окисляя образующиеся углеводы в процессе клеточного дыхания. В результате вырабатывается угле¬ кислый газ, который зверьки выдыхают, и вода, которую организм расходует крайне экономно. Моча у них очень концентрированная, а помет совсем сухой. Потовые железы у этих грызунов редуцированы, поэтому зверьки не теряют влагу с потом. Благодаря выдыхаемому водя¬ ному пару в норках у них довольно влажно. Пустынные грызуны приступают к размно¬ жению только с наступлением дождей. Когда пустыня на короткое время покрывается зеле¬ нью, самки наедаются сочных растений, чтобы компенсировать расходы воды на кормление детенышей молоком.
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ СМЕНА МЕНЮ V Песчанка, живущая в пу¬ стынях Монго¬ лии, способна излекать влагу даже из сухих растении. Что же до хищников, таких, как фенеки и дикие пустынные кошки, то они получают влагу с поедаемой плотью жертв. На мелких грызунов, птиц, насекомых и ящериц фенек обычно охотится ночью, а днем спит в норе, которую выкапывает в песчаном грунте. У Верблюды могут не пить более двух не¬ дель! Вода обра¬ зуется в их орга низме за счет окисления жира накопленного в горбах. Достаточно капли По утрам на Берег скелетов в Нами¬ бии ложится густой туман — един¬ ственный источник влаги для оби¬ тателей здешних очень засушливых мест. Он постоянно образу¬ ется в результате смешения холодного воздуха, дующего с Атлан¬ тического океана, с горячим дыханием пустыни Намиб, протянувшейся вдоль морского побережья. При оседании тумана на листьях растений остаются маленькие капельки росы. Этой влаги вполне хватает для жизни жукам- чернотелкам, пустынным паукам и не¬ которым ящерицам. Нередко можно видеть ползущего по песку жука, который удерживает между ногами крупную каплю росы. Она образовалась на его жестких надкрыльях и скатилась к ногам. На рассвете жуки круто поднимают вверх заднюю часть тела и собирают на надкрыльях росу. Восковой слой на поверхности покровов мно¬ гих пустынных насекомых препятствует ис¬ парению влаги из организма. Некоторые пустынные хищни¬ ки не брезгуют и раститель¬ ной пищей. Так, лисичка фенек (справа) иногда кормится фини¬ ками. Койоты в североамерикан¬ ских пустынях могут есть все, что содержит хоть немного воды. А некоторые пустынные расти- / тельноядные стали хищниками/ Живущие в Северной Америке скорпионовые хомячки питаются жуками, сверчками, кузнечиками, гусеницами, скорпионами, яще¬ рицами и даже другими мелкими зверьками - и все это ради драго¬ ценной влаги. Вода из жира Двугорбые и одногорбые верблюды выделяют очень концентрированную мочу. С мочой они теряют всего 1 л воды в сутки. В горбах у этих животных накоплен жир, который при сжи¬ гании обеспечивает организм энергией и вла¬ гой. Верблюд расходует свои жировые запасы, когда ему остро не хватает пищи и воды: жир превращается сначала в углеводы, а затем — в углекислый газ и воду. Добравшись после изнурительного путешествия до водоема, верб¬ люд может выпить за один присест до 120 л воды. Она запасается в выстилке желудка. Обезвоживание верблюд переносит легко: долго не получая воду, он может потерять до 20% веса без ущерба для здоровья (для срав¬ нения: человек, потерявший из-за обезвожи¬ вания всего 12% веса, неминуемо погибает).
Европейская ночная бабочка березовая пядени¬ ца адаптирова¬ лась к загряз¬ нению воздуха в Англии в конце XIX в. Светлая форма, сливаю¬ щаяся с фоном бересты и лишай¬ ников, уступила место темной, незаметной на закопченных стволах деревьев. Темпы эволюции Эволюция живых существ, необходимым условием которой являются генные мутации, обычно занимает многие тысячелетия. Но изредка бывает достаточно нескольких сотен, а то и десятков лет. Впервые славки-черноголовки, одни из луч¬ ших певцов в мире пернатых, были замечены зимой в садах Англии тридцать лет назад. Дан¬ ное обстоятельство очень удивило орнитоло¬ гов. Эти нежные, изящно сложенные певчие птички традиционно гнездятся на Британских островах и в Западной Европе, однако зиму обычно проводят в Средиземноморье. Чтобы разобраться, в чем дело, ученые окольцевали нескольких птиц, и те вскоре были обнаруже¬ ны в Центральной Европе, откуда они и при¬ летели зимовать в Англию. Маршруты мигра¬ ций черноголовок почему-то изменились. Смена курса Возможно, поведение черноголовок измени¬ лось из-за мягкого климата Британских остро¬ вов и довольно богатых здесь зимних источни¬ ков пищи (в том числе столь многочисленных в Англии кормушек). К тому же лететь из Цент¬ ральной Европы в Англию ближе и проще, чем до Средиземного моря, поэтому зимующие в Англии славки могут быстрее вернуться вес¬ ной на родину и занять лучшие места для гнез¬ дования, чем их сородичи, придерживающиеся старых маршрутов миграции. Это явление ученые исследовали в течение 15 лет. Молодых птиц, появившихся на свет в Центральной Европе, они помещали в тем¬ ные клетки, а затем выпускали на волю. Черно¬ головки все равно устремлялись на северо- запад, в Британию. Таким образом, потребова¬ лось всего несколько поколений птиц, чтобы новый маршрут миграции оказался зафикси¬ рованным в их генах. Умелая маскировка Березовая пяденица, сидящая на поросшем лишайником стволе, едва заметна для птиц. Ее отлично маскируют на бересте белые кры¬ лья с черными отмети¬ нами. Но бурное раз¬ витие английской про¬ мышленности в XIX в. привело к тому, что лишай¬ ников стало мало, а стволы деревьев покры¬ лись черной копотью от заводского дыма. Пестрые пяденицы были гораздо заметнее на закопченных стволах деревьев, чем их чер¬ ные родственницы. В результате всего за 30 лет светлая форма березовой пяденицы почти ис¬ чезла, уступив место черной, которая прежде встречалась довольно редко. В дальнейшем благодаря использованию очистных сооруже¬ ний воздух в Англии сделался чище, и преоб¬ ладать снова стали пестрые пяденицы. Причины и механизмы ускоренной эволю¬ ции живых существ пока не вполне ясны. От¬ мечающийся в последнее время рост темпов эволюции может быть связан с резкими изменениями окружающей среды (исчезнове¬ нием экосистем, резкими переменами климата и т. д.). Не исключено, что в таких стрессовых условиях выключаются гены, снижающие скорость возникновения мутаций. Речные и озерные лососи За 56 лет нерки (рыбы из семейства лососе¬ вых), выпущенные в озеро Вашингтон в США недалеко от Сиэтла, по сути дела, разделились на две популяции. Представители первой пред¬ почитают жить у берегов озера, а второй — во впадающей в него реке. По мнению неко¬ торых ученых, различия между этими популя¬ циями и степень их изоляции друг от друга настолько велики, что теперь их даже можно считать разными видами. Другие исследова¬ тели, впрочем, полагают, что эти различия незначительны и связаны в основном с усло¬ виями существования рыб. Всего за не¬ сколько лет неко¬ торые европей¬ ские популяции славок-черного- ловок изменили маршруты своих миграций. Теперь они зиму¬ ют не на юге Европы, как прежде, а в ее северо-западных районах. 103
Очень странная родня Первые классификации были довольно условными, поскольку ученые объединяли живых существ в родственные группы главным образом на основании внешнего сходства. Сегодня систематики опреде¬ ляют степень родства между видами с помощью ДНК-анализа. Результаты генетических исследований проливают свет на эво¬ люционные связи между организмами, но и рождают новые вопросы. Молекулярные биологи, например, выявили тесные родственные узы между животными, сильно различающимися внешним и внутренним строением тела. С другой стороны, обнаружилось, что животные, которые прежде считались близкими родственниками, на самом деле не имеют почти ничего общего, а их сходство обусловлено приспособле¬ нием к одинаковым условиям среды. Бедные родственники Небольшие африканские зверьки даманы на пер¬ вый взгляд кажутся родственниками грызунов - сурков или морских свинок. Но это не так! Они более близкие родственники слонов и носорогов, чем грызунов. Как и слоны, даманы имеют тем¬ ные плоские когти и постоянно растущие верхние резцы, выступающие вперед вроде слоновьих бивней. 40 млн лет назад они во множестве води¬ лись на равнинах Африки. Затем их вытеснили в горы и леса появившиеся позднее жвачные копытные и другие травоядные животные. Обманчивое сходство Американские грифы, например кондор (справа) и королевский гриф, считались близкими родственниками грифов Евразии и Африки, та¬ ких, как белоголовый сип (слева) и бородач. Детальное изучение их анатомии позволило установить, что предки американских грифов на¬ поминали скорее аистов и ибисов. Сходство между двумя группами грифов связано прежде всего с питанием падалью. В Южной Амери¬ ке не было настоящих грифов, и их экологическую нишу заняли дру¬ гие птицы. Со временем они приобрели такое сходство с грифами Старого Света, что ученые поспешили объявить их близкой родней
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ Рождение вида? Синица-лазоревка часто встреча¬ ется в европейских садах. Некого рые популяции лазоревки населя¬ ют территории, сильно удаленные от Европы, например горы Север¬ ной Африки и Канарские острова. В результате географической изо¬ ляции представители этих попу¬ ляций уже немного различаются окраской оперения. Через какое- то время в этих популяциях птиц неизбежно произойдут и генетиче ские изменения (мутации). Поэто¬ му есть основания предполагать, что в будущем их представители станут достаточно сильно отли¬ чаться от европейских лазоревок, чтобы считаться отдельным видом. В этом случае они уже не смогут скрещиваться со своими европей¬ скими родичами. Общие предки Заводь большой реки в Африке. Время от времени на поверхности воды появляется пара ушей, потом пара глаз, и раздается громкий храп. Это бегемот всплывает за глотком воздуха. За тысячи километров отсю¬ да, в Атлантическом океане, с шумом взлетает в небо струя воды, а затем показываются широкая спина и огром ный плавник. Это из морской пучины поднялся кит, тоже за воздухом. Что общего у этих животных? Предки. Некоторые ученые считают бегемотов и китов близкими родственниками, предками которых были древние копытные хищники. Странная птица крокодил Крокодилы считаются самыми эволю- ционно продвинутыми рептилиями (справа - американский аллигатор). Но справедливо ли называть их репти¬ лиями? Изучение морфологии кроко¬ дилов и ископаемых остатков их пред¬ полагаемых предков говорит о том, что птицы (внизу справа - белая цапля) состоят с крокодилами в более тесных родственных отношениях, чем другие современные рептилии. Крокодилы, как и птицы, строят гнезда (хотя и несложные), откладывают туда яйца, охраняют кладку и детенышей. Кроко¬ дилы, птицы и вымершие динозавры относятся к группе архозавров - ' эволюционной ветви, отделившейся от рептилий около 250 млн лет назад..
На пределе возможного Еще дальше к северу, в полярных пустынях, жизнь почти исчезает. Земля здесь покрыта лишь камнями, снегом и льдом. Цветковые растения в таких условиях выжить не могут, но на камнях все же растут мхи и лишайники. Некоторые лишайники способны осуществ¬ лять процесс фотосинтеза даже при темпера¬ туре —10°С. А растущий в Финляндии лишай¬ ник Cetraria nivalis не прекращает рост даже при температуре -20°С! которых растений покрыты густыми волоска¬ ми, что также сокращает потери влаги, а кроме того, позволяет сберегать тепло в холода. Как только поверхность почвы слегка оттаи¬ вает, тундровые растения пускаются в рост. Они торопятся оставить потомство и накопить силы перед долгой зимой. Лето в тундре обычно короткое и прохладное, зато в это время здесь круглые сутки светит солнце. В июне природа канадской тундры только про¬ бодается после долгой зимы. На холмах и рав¬ нинах кое-где еще лежит снег. Мало-помалу он сходит, тундра начинает зеленеть, а потом на короткое время покрывается пестрым цве¬ точным ковром. Деревьев и кустарников здесь вроде бы нет. Но если присмотреться, можно увидеть едва возвышающиеся над травой кар¬ ликовые ивы и березки. Тундровые бонсай Деревья в тундре превратились в карликов из-за сурового климата. В условиях долгой холодной зимы и короткого прохладного лета сложно достичь крупных размеров. Ветры, которые нередко дуют в этих краях со страш¬ ной силой, тоже не дают расти в высоту. Кис¬ лая почва с тонким плодородным слоем бедна питательными веществами. На небольшой глубине от поверхности находится пласт веч¬ ной мерзлоты - промерзший грунт, который не оттаивает даже летом. Карликовые ивы и некоторые виды тундро¬ вых лютиков, прежде чем зацвести в первый раз, вынуждены несколько лет запасать угле¬ воды и другие питательные вещества. Поэтому жизненный цикл у этих растений длиннее, чем у их родственников из умеренной зоны. Листья у северных растений обычно неболь¬ шие - это уменьшает испарение воды на силь¬ ном ветру. Летом при жаркой погоде в тундре может наступить и засуха. Листья и стебли не- Тундровые карликовые ивы намного меньше своих родствен¬ ников, растущих по берегам рек в средней полосе. Этим низкорос¬ лым деревцам гораздо легче противостоять холоду, снегу и ветру. Ч Карликовые ивы иногда встречаются и южнее тундры (например, в умеренном поясе Европы). Они растут здесь высоко в горах, где кли¬ мат во многом похож на кли¬ мат Крайнего Севера. вн Нам морозы не страшны! Чтобы выжить в условиях холода, растения и животные изменились в размерах, утеплились, изменили образ жизни, В ход пошли все доступные средства от стужи. А Короткие ноги и небольшие уши помогают песцам выдер¬ живать сильные морозы: чем меньше высту¬ пающие части тела, тем мень¬ ше тепла теря¬ ет организм.
Условия, характерные для полярных регио¬ нов - Арктики и Антарктики, свойственны также высокогорьям умеренного пояса и даже тропиков. Обитающие в горах растения и жи¬ вотные имеют такие же приспособления для успешного выживания, что и тундровые орга¬ низмы. Ивы, камнеломки, лютики и многие другие растения встречаются в тундрах столь же часто, как и в высокогорьях. А Белый зимний наряд помогает полярному зайцу оставаться незаметным на фоне снега. Летом он меня¬ ет мех на серо ¬ бурый. Ушная терморегуляция Строение тела обитателей Арктики отлично приспособлено к стуже и ветрам. Благодаря коротким конечностям и маленьким размерам других выступающих частей животные теряют меньше тепла. Уши полярного зайца имеют самую малень¬ кую, а пустынного - самую большую площадь поверхности среди всех зайцев. Уши помо¬ гают им регулировать температуру тела: полярному зайцу - экономить тепло, пустынному - охлаждать кровь, когда излишки тепла уносит ветер, обдувающий их обильно снабжен¬ ные сосудами длинные уши. Меховая защита Выживать в суровых условиях Крайнего Севе¬ ра белым медведям, тюленям, морским коти¬ кам и многим другим животным помогает мощ¬ ный слой подкожного жира. Отличным тепло- ЖИВОТНЫИ АНТИФРИЗ В организме некоторых североамериканских животных, например подвязочной змеи (справа), расписной черепахи и лесной лягушки, содержится своего рода антифриз. Весной, ког¬ да эти амфибии и рептилии выходят из спячки, иногда наступают заморозки. Животные могут превращаться в ледышки, но их жизненно важ- ные органы не замерзают: они защищены анти¬ фризом. У лесной лягушки, кроме того, часть воды выходит из клеток наружу, чтобы в них не образовывались острые кристаллики льда. Когда заморозки проходят, животные оттаи¬ вают и возвращаются к жизни. изолятором служит и очень плотный, теплый мех. Белого медведя прекрасно защищает от холода густая белая шерсть. Находящийся под ней более темный подшерсток поглощает из¬ лучаемые телом инфракрасные (тепловые) лучи. Благодаря такой двойной теплоизоляции огромный полярный зверь теряет не больше тепла, чем электрическая лам¬ почка мощностью 200 ватт. Тюлени и некоторые другие северные животные способны регулировать скорость крово¬ тока в зависимости от темпе¬ ратуры окружающей среды. От холода сосуды кожи сужа¬ ются, сокращая потери тепла. Важнейшие органы продол¬ жают при этом хорошо снаб¬ жаться кровью. Сердце и мозг на морозе получают крови еще больше, чем в тепле. А Хозяин север¬ ных льдов, белый медведь велико¬ лепно защищен от полярного хо¬ лода. Этот тя¬ желовес массой до 700 кг превос¬ ходно плавает. Он также наде¬ лен отличным зрением и ост¬ рым обонянием. 107
А Североамери¬ канский стран¬ ствующий голубь, числен¬ ность которого в XIX в. состав¬ ляла миллионы особей, был пол¬ ностью уничто¬ жен всего за не¬ сколько десяти¬ летий. У Лесные пожа¬ ры несут смер¬ тельную опас¬ ность для сотен видов животных и растений (на снимке — последствия лесного пожара в национальном парке Танджунг Путине в Индо¬ незии). Вымирание видов Каждый день на планете вымирает несколько десятков видов животных и растений. Ответственность за эту тревожную ситуацию несут главным образом люди. В 1741 г. Георг Вильгельм Стеллер, спас¬ шийся после кораблекрушения на острове Беринга, обнаружил в море неподалеку морских коров - родственниц дюгоней и ламантинов. Это животное, названное стел- леровой коровой, достигало в длину 6-10 м и весило почти 6 тонн. Вероятно, стеллеровы коровы никогда не были многочисленны, и уже Стеллер был свидетелем того, как их уничтожали охотники. Около 1768 г. вид был полностью истреблен - всего через 27 лет после того, как стал известен науке. Мы помним их и сегодня Еще в 30-е гг. XIX в. в Северной Америке ле¬ тали огромные стаи странствующих голубей. Во время осенних миграций десятки тысяч птиц направлялись на юг, на несколько дней застилая небо своими крыльями. Но в 1914 г. в зоопарке Цинциннати умер последний эк¬ земпляр странствующего голубя. В исчезнове¬ нии этого вида основную роль сыгра¬ ла безжалостная охота на птиц, кото¬ рой способствовало распространение огнестрельного оружия среди ферме¬ ров. Вероятно, другой важной причи¬ ной вымирания странствующих голу¬ бей стало то, что эти птицы гнездились только большими колониями. Когда численность стай уменьшилась, они попросту перестали строить гнезда. На острове Тасмания к югу от Ав¬ стралии еще в начале XX в. жил уди¬ вительный полосатый хищник - сум¬ чатый волк, или тилацин. В Австра¬ лии этот ночной зверь вымер еще раньше, не выдержав конкуренции с собаками динго, которых завезли сюда древние переселенцы. Когда европейцы колонизировали Тасманию, они стали разво¬ дить на этом острове овец. Сумчатые волки принялись охотиться на скот - и этим себя по¬ губили. Фермеры объявили им такую беспо¬ щадную войну, что к 30-м гг., когда были при¬ няты меры по охране этих животных, они уже были истреблены. Знаменитые дронты, некогда обитавшие на Маврикии и двух соседних островах, не уме¬ ли летать. Эти родственники голубей размером были с индеек и весили до 20 кг. С прибытием колонистов судьба доверчивых птиц, никогда прежде не видевших ни человека, ни хищных млекопитающих, была фактически предреше¬ на. На самих птиц нещадно охотились люди, а их кладки разоряли завезенные на острова собаки, свиньи и крысы. К середине XVII в. вымер додо - дронт с острова Маврикий, а к концу XVIII в. — и два его родственника, жившие на островах Реюньон и Родригес. СЧАСТЛИВОЕ ВОЗВРАЩЕНИЕ Хохлатая китайская крачка,доволь- но крупная морская птица, совсем недавно считалась вымерей. Ее не видели с 1937 г. Но в июне 200 на принадлежащих Тайваню островах Мацзу у побережья китайской про- винции Фуцзянь были обнаружены восемь взрослых крачек и несколько птенцов. Немедленно были придали меры по их охране от рыбаков кото- рые нередко собирают яйца морских птиц, гнездящихся на этих остравах. С тех пор китайских хохлатых крачек встречали уже и в других местах.
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ По вине человека Всего несколько веков на¬ зад виды вымирали гораздо реже. Чаще других исчезали животные и растения, жив¬ шие небольшими популя¬ циями на ограниченных тер¬ риториях, например на островах. Но уже в те времена в большинстве случаев это проис¬ ходило по вине человека. Одних животных люди истребили сами, в результате охоты, других — привезенные ими домашние животные, которые одержали верх в кон¬ куренции или уничтожили естествен¬ ную среду обитания коренных видов. С начала XX в. промышленное раз¬ витие и загрязнение среды стало пред¬ ставлять угрозу для су¬ ществования не только отдельных видов, но и целых экосистем. Так, вырубка ле¬ сов в Юго-Восточной Азии и бассейне Амазонки приво¬ дит к уничтожению сначала растительности, а вслед за ней и множества видов животных, являющихся звеньями одной пищевой цепи, — от мельчай¬ ших беспозвоночных до круп¬ ных млекопитающих. Сейчас под угрозой вымирания на¬ ходятся тысячи видов живых существ. Люди уничтожают под свои нужды тропические леса, дельты рек, болота и дру¬ гие экосистемы, которые уже никогда не восстановятся. Их список растет... Ученые подсчитали, что в наши дни прибли¬ зительно каждые 20 минут вымирает один вид флоры и фауны. Список животных и расте¬ ний, которым грозит исчезновение, включает более 11 000 видов, и он постоянно растет. Но это лишь надводная часть айсберга. По- видимому, большинство населяющих Землю видов до сих пор неизвестны науке, а между тем многим из них уже грозит вымирание. Из 10 000 обнаруженных видов птиц более 1200 могут навсегда ис¬ чезнуть с лица земли до конца этого столетия, а из 5400 видов млекопитающих под угрозой вымирания находится больше 1000. По неко¬ торым данным, список животных, оказавших¬ ся сегодня в наибольшей опасности, возглав¬ ляют калифорнийский кондор, орангутан, гангская речная акула, горная горилла, фи¬ липпинский крокодил и сибирский тигр. У Калифорний¬ ский кондор вы¬ жил только бла¬ годаря успешной программе по раз¬ ведению этих птиц в неволе. А Ученые пыта¬ ются «воскре¬ сить» вымершую зебру кваггу, скрещивая сохра¬ нившиеся виды зебр. Последняя квагга погибла в 1878 г. А Додо — дронт с острова Маври¬ кий. Вскоре после прибытия коло¬ нистов на Мав¬ рикий и соседние острова дронты были полностью истреблены.
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ ► В природе уцелело всего несколько сотен пар пискулек. Охота и осу¬ шение болот поставили этих небольших гусей на грань вымира¬ ния (особенно в Скандинавии). < В лесах острова Бали (Индонезия) со¬ хранилось менее десятка балий¬ ских скворцов. Браконьеры от¬ лавливают этих красивых птиц на продажу. Будущее вида рисуется ученым в самых мрачных тонах. V Лесные по¬ жары представ¬ ляют огромную опасность для орангутанов. Этот детеныш оказался в кольце огня во время пожара в нацио¬ нальном парке Танджунг Путине (Индонезия). Под угрозой вымирания находится около трети всех видов амфибий. Особенно тяжелая ситуация сложилась в тропических лесах Цент¬ ральной и Южной Америки. Так, из 110 оби¬ тавших там видов лягушек-арлекинов за по¬ следние двадцать лет полностью вымерли 73. Популяции амфибий сокращаются в резуль¬ тате применения пестицидов: некоторые из них разрушают фермент холинэстеразу, необходи¬ мый для работы нервов и мышц. Амфибии страдают от пестицидов больше других живот¬ ных, ведь их личинки развиваются в воде. Па¬ губно сказывается на амфибиях и истончение озонового слоя: из-за этого поверхности земли достигает все больше ультрафиолетовых лу¬ чей, вызывающих повреждение кожи и гибель зародышей в икринках. Однако главную причину вымирания амфи¬ бий ученые связывают с грибком, паразити¬ рующим на их коже. Еще лет 20 назад он был совершенно безвреден, но глобальное потеп¬ ление привело к изменениям среды, и грибок стал вызывать у тропических амфибий тяже¬ лые поражения кожи, повлекшие катастрофи¬ ческие вспышки смертности среди них. Из-за нещадной вырубки лесов на острове Борнео в самом скором времени с лица пла¬ неты могут исчезнуть орангутаны. Под угрозой вымирания находится и кали¬ форнийский кондор, сильно страдающий от охотников, распашки земель и пестицидов. Спасению вида помогла программа разведе¬ ния птиц в неволе и их возвращения в есте¬ ственную среду обитания. В 2002 г. кондоры снова стали размножаться на воле. В Евразии стремительно сокращается чис¬ ленность гуся-пискульки, на которого охотят¬ ся браконьеры. Тонкоклювых кроншнепов в природе сохранилось всего несколько пар... ИСЧЕЗНУВШИЕ НАВСЕГДА • XVI в.: моа (гигантский ново¬ зеландский родственник страу¬ сов) истреблен маори (абориге¬ нами). • 1799 г.: истреблен голубой козел, или чалая антилопа (Hippotragus leucophaeus) - круп¬ ное копытное. Вероятно, это было первое африканское по¬ звоночное, исчезнувшее в исто¬ рические времена. На чалых антилоп люди охотились ради мяса, которым кормили собак. • 1844 г.: в Исландии убиты по¬ следние бескрылые гагарки. Эти крупные нелетающие пти¬ цы гнездились на севере Ат¬ лантики, в том числе на берегах Великобритании и Ирландии. • 1878 г.: в Африке истреблена зебра квагга, у которой полосы покрывали лишь часть тела. • 1935 г.: охотниками истребле¬ на розовоголовая утка - индий¬ ская птица с красивым опере¬ нием. • 1954 г.: истреблен карибский тюлень-монах, на которого охо¬ тились ради меха и мяса. • 2000 г.: 6 января погиб послед¬ ний пиренейский каменный ко¬ зел. Исчезновение этого вида, обитавшего в горах Испании, прошло почти незамеченным. • 2001 г.: с ноября 2000 г. ни один человек не видел в лесах Бразилии диких голубых ара (ара Спикса).
Живые ископаемые За многие миллионы лет некоторые виды живых существ почти не претерпели никаких изменений. Причины этого явления ученым пока непонятны. Траулер «Нерин» выловил 22 декабря 1938 г. на глубине 75 м близ устья реки Чалумна, впа¬ дающей в Индийский океан возле южноафри¬ канского города Ист-Лондон, необычное существо. Его длина составляла более 1,5 м, а вес - около 60 кг. Когда судно вернулось в порт, директор Ист-Лондонского городского музея Марджори Куртенэ-Латимер осмотрела улов в поисках интересных экземпляров и за¬ метила это чудо ихтиологии. В честь нее рыбу назвали Latimeria chalumnae. Латимерия - на¬ стоящее живое ископаемое. Эта живородящая рыба - представительница группы кистепе¬ рых, считавшейся вымершей 70 млн лет назад. В 1950-е гг. еще около ста латимерий было об¬ наружено возле Коморских островов. V Похожая на ящерицу туа- тара, или гат- терия, - един¬ ственный со¬ хранившийся представитель отряда репти¬ лий, возникшего более 200млн лет назад. Реликты эволюции В конце палеозойской эры, около 250 млн лет назад, кистеперые были довольно обычными рыбами. От их родственников, тоже относя¬ щихся к подклассу лопастеперых рыб, прои¬ зошли первые наземные позвоночные, потом¬ ками которых являются все современные ам¬ фибии, рептилии, птицы и млекопитающие. Означает ли это, что латимерия — наш даль¬ ний родственник? Нет. Предки наземных по¬ звоночных принадлежали к группе рипидис- тий, а латимерия и другие кистеперые рыбы - к группе актинистий. Тем не менее мощные парные плавники, помогавшие кистеперым рыбам «ходить» по морскому дну, напоминают конечности наземных четвероногих. Кроме того, у них есть одно легкое. Трехглазая рептилия В Новой Зеландии живет гаттерия, или туа- тара, — рептилия длиной примерно 75 см. Это последний сохранившийся вид отря¬ да клювоголовых, возникшего в мезо¬ зойскую эру (65-250 млн лет назад). Гаттерии живут в природе на не¬ скольких островках возле ост¬ рова Северный в Новой Зеландии и в проливе Кука. На темени у них имеется третий глаз, которы правда, покрыт кожей. Однако это настоящий глаз с хрусталиком и сет¬ чаткой. Пока не вполне ясно, зачем он нужен. Рудимент тре¬ тьего глаза есть у многих совре¬ менных позвоночных, но у гатте- рий он хорошо развит. Гаттерии до¬ стигают половой зрелости в возрасте 10-20 лет, а живут более 100 лет. Современники динозавров А О существо- Гинкго двулопастный появился на Земле еще в палеозойскую эру. Гинкговые встречались в юрском периоде (145-200 млн лет назад) повсеместно. Сегодня от этой группы сохра¬ нился единственный вид, растущий в Китае. У гинкго одни деревья - женские (на них созревают семена), другие - мужские. Как гинкго удалось дожить до наших дней, уче¬ ные пока не знают. Саговники, внешне напо¬ минающие пальмы, тоже воз¬ никли более 250 млн лет на¬ зад. Но эти примитивные рас¬ тения довольно разнообразны и сегодня: науке известно бо¬ лее 300 их видов. В век динозавров на Земле появились и первые цветко¬ вые растения: их древнейшие окаменелости с различимыми частями цветка относятся к концу юрского периода (при¬ мерно 140 млн лет назад). Магнолии - одни из самых древних и примитивных цветковых растений. Их цветки по своему строению очень похожи на шишки беннеттитов - вы¬ мерших родственников саговников. вании латимерии ученые узнали всего 70 лет на¬ зад: они считали ее давным-давно вымершей. А Саговники («саговые паль¬ мы») — предста¬ вители группы растений, воз¬ никшей еще в па¬ леозойскую эру. 111
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ Если меняется климат Глобальное потепление сильно сказывается на жизни флоры и фауны Одни виды живых существ расширяют свои ареалы, другие, напротив, оказались на грани вымирания. Каждую осень на островах Силли возле юго- западной оконечности полуострова Корнуолл в Англии собираются орнитологи. На этих островах во время перелета останавливаются на отдых многие пернатые. Из года в год их чис¬ ленность и видовой состав меняются. В по¬ следние годы сюда стали залетать и североаме¬ риканские бабочки-монархи (см. с. 81). С американскими ветрами Каждую осень монархи традиционно летят из Канады и США зимовать в Мексику. Одна¬ ко некоторых бабочек подхватывают форми¬ рующиеся у побережья Америки циклоны, и ветры уносят пленниц к европейскому по¬ бережью Атлантики. Сильные ветры иногда заносят в Европу даже американских птиц. В последнее время климатологи отмечают, что осенью трансатлантические циклоны стали образовываться активнее. Возможно, это про¬ исходит из-за глобального потепления клима¬ та, связанного с увеличением содержания пар¬ никовых газов в атмосфере. В ближайшие де¬ сятилетия американские животные-мигранты, V Орхидея сера- пиас сердценос¬ ный, распростра¬ ненная на юге Европы, теперь, когда климат стал мягче, растет даже в Англии. А Всё дальше на север! Судя по всему, ареал средиземномор¬ ской славки по¬ степенно расши¬ ряется к северу. У Лет трид¬ цать назад золо¬ тистые шурки начали постепен¬ но расширять свой гнездовой ареал, ограничен¬ ный югом Европы и севером Афри¬ ки. Теперь эти птицы иногда встречаются даже на юге Скандинавии. похоже, станут появляться в Европе все чаще. Не исключено, что некоторые из них даже превратятся в постоянных жителей этой части Старого Света. Покорение севера Климатологи утверждают, что с начала XX в. средняя температура на Земле увеличилась и это оказало большое влияние на состояние флоры и фауны разных уголков мира. Дей¬ ствительно, в умеренной зоне Северного по¬ лушария все чаще стали встречаться южные виды, продвигающиеся дальше к северу. В Европе некоторые средиземноморские птицы теперь гнездятся далеко за пределами своих исконных мест обитания. Золотистая щурка, ярко окрашенная южная птичка, по¬ степенно заселяет северо-восточные районы Европы. Отдельные представители этого вида уже гнездятся на юге Скандинавии! Желто-зеленый водяной уж обитал раньше только на юге Франции, а теперь встречается и к северу от реки Луары. Обыкновенный богомол, насекомое, живущее лишь в относи¬ тельно теплом климате, сегодня нередко встречается в северо-запад¬ ных районах Европы. А субтропи¬ ческие виды комаров широко рас¬ селились на юге этой части света. Некоторые из них являются перенос¬ чиками опасных заболеваний. Изменения климата затронули и мир растений. Так, орхидея сера- пиас сердценосный, еще сравнительно недав¬ но произраставшая лишь в Средиземноморье и других южных уголках мира, теперь активно заселяет и более северные области. •< Водяной уж раньше встре¬ чался в Европе в основном лишь в Средиземномор¬ ских странах. По мере поте¬ пления климата он проникает все дальше на север.
А Некогда апол- лон встречался в горах Европы повсеместно: климат здесь был гораздо холоднее, чем сегодня. Теперь, чтобы увидеть эту бабочку, приходится заби¬ раться на самые высокие горные склоны. Опасные перемены Напротив, на жизнь других ви¬ дов живых существ глобаль¬ ное потепление климата и связанное с ним увеличение уровня осадков повлияло отрицательно. Особенно сильно эти перемены сказываются на обитателях гор умеренного пояса. Многие из них - ре¬ ликты ледниковой эпо¬ хи, то есть потомки жи¬ вотных, населявших Европу в те далекие времена, когда значительную часть континен¬ та покрывали ледники. После от¬ ступления ледников эти холодо¬ любивые виды нашли себе убе¬ жище на высоких горных склонах. Потепление климата ничего хоро¬ шего таким животным не сулит. Возможно, именно этим можно объяснить резкое сокращение численности одной из красивей¬ ших бабочек Европы — аполлона, некогда встречавшегося в больших количествах во многих горных районах. Повышение влажности, в свою очередь, заставляет отдельные виды переселяться в более засуш¬ ливые края. Это происходит, на¬ пример, с чернолобым сороко¬ путом, который был широко распространен по всему западу Европы, а сегодня встречается в основном лишь в ее восточной части. В результате глобального потепления кли¬ мата на смену тундре может прийти тайга. Это чревато серьезными экологическими измене¬ ниями. Обитатели хвойных лесов от этого вы¬ играют, а вот тундровые животные и растения пострадают. Неизвестно, смогут ли они вооб¬ ще приспособиться к новым условиям. Однако наиболее катастрофическими по¬ следствиями глобальное потепление чревато для полярных животных. В результате интен¬ сивного таяния арктических и антарктических льдов уже сегодня наблюдается резкое сниже¬ ние численности белых медведей и некоторых видов пингвинов. АМФИБИИ ПОД УГРОЗОЙ А Белоносая носуха, илы бело- носый коати, — американский всеядный зверек. По мере поте¬ пления климата он стал встре¬ чаться все даль¬ ше к северу. Ученые бьют тревогу: чис¬ ленность многих амфибий (лягушек, жаб. тритонов и са¬ ламандр) повсеместно сокра¬ щается. Одной из причин это¬ го может быть глобальное потепление. Лужи быстро пересыхают, пруды мелеют, и икринки амфибий получают слишком высокие дозы уль¬ трафиолетового облучения. Оно делает их уязвимее к по¬ ражению паразитическими грибками. В результате многие виды амфибий вымирают. Сходные явления наблюда¬ ются и в других частях света. С потеплением климата свя¬ зывают, например, расширение на север ареалов двух американ¬ ских млекопитающих — белоносой носухи и ошейникового пекари. Пользуясь тем, что зимы стали менее суровыми, эти животные проникли из Мексики на юг США. 113
Городская среда Обилие корма, укрытий и более теплый климат привлекают в города многих животных и растения. Некоторые из них настолько хорошо приспособились к городским условиям жизни, что превратились во вредителей. В выходные дни горожане нередко отправ¬ ляются за город - «на природу». Но даже в огромном мегаполисе, особенно если гулять по нему в компании опытных натуралистов, можно встретить немало живых существ, которых увидеть здесь никак не ожидаешь. В больших городах бок о бок с людьми жи¬ вут не только крысы и тараканы. Во многих давно уже обосновались самые разнообразные дикие растения и животные. Обитатели по¬ лей, лугов, лесов, рек, озер и даже морей нашли себе в город¬ ской среде подходящие экологические ниши. Гербарий на асфальте Если, гуляя по Лондону, внимательно смотреть себе под ноги, в трещинах ас¬ фальта и между камнями на мостовых мож¬ но увидеть зеленые побеги. Это подо¬ рожник - неприметное травянистое растение, отлично приспособившееся к городской жизни. Нетрудно найти и пробивающиеся сквозь асфальт оду¬ ванчики. В трещинах каменных стен растет маленький симпатичный цве¬ ток, немного напоминающий львиный зев. Это цимбалярия настенная. Чтобы расти и цвести, ей вполне достаточно крошечной горстки земли, скопив¬ шейся в узкой щели. Ботаник без труда найдет в городе и десятки других растений. Как только в центре города освобождается участок, где прежде стояло какое-нибудь ста¬ рое здание, здесь тотчас поселяются растения. Их семена приносит ветер. Ослинник с круп¬ ными желтыми цветками, похожий на ромаш¬ ку мелколепестник, обыкновенный крестов¬ ник и иван-чай быстро осваивают даже мало¬ плодородную почву. Эти так называемые растения-пионеры неприхотливы и легко рас¬ селяются семенами. Деревья-иммигранты Деревья и кустарники тоже охотно селятся в городах. Например, здесь нередко встреча¬ ется буддлея — кустарник, немного напоми¬ нающий сирень. Как и многие другие виды, распространенные в городах Европы, это рас¬ тение не местное — оно родом из Китая. Дере- А Обычный в сельской мест¬ ности адмирал нередко встреча¬ ется и в городах. Эти бабочки лю¬ бят лакомиться нектаром цве¬ тов, растущих на окнах и бал¬ конах. А Многим тра¬ вам для жизни достаточно гор¬ стки почвы. Они способны расти даже в трещинах между камнями мостовой. •< Буддлея, свешивающаяся над рекой с кру¬ того парапета, - одно из расте¬ ний, отлично приспособивших¬ ся к непростым городским усло¬ виям жизни.
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ ► Для девичьего винограда (спра¬ ва) и глицинии (слева) фасады зданий оказались подходящей опо¬ рой для роста. Благодаря непри¬ хотливости и устойчивости к загрязнению эти растения стали обычными обитателями городов. вья из дальних стран выбирают за привлека¬ тельный внешний вид, а выживать в городских условиях им помогает природная стойкость. Айлант высочайший (Ailanthus altissima), крепкое быстрорастущее дерево, также было завезено из Китая. Проросток айланта спосо¬ бен развиваться в любой щели и на любой груде мусора - было бы за что зацепиться кор¬ нями. Плоды айланта снабжены небольшим перепончатым крылышком, благодаря кото¬ рому легко разносятся ветром. В результате айлант быстро расселяется в городах. В город¬ ской среде отлично прижились европейский ложноплатановый клен, северо¬ американские «белая ака¬ ция» (робиния псевдоака¬ ция), катальпа и некоторые другие деревья. Устойчи¬ вость к холоду и загрязне¬ нию воздуха, быстрый рост и высокая скорость размно¬ жения — вот что помогает за¬ морским растениям заселять города вдали от родины. А Для роста и цветения цим¬ балярии настен¬ ной достаточно щели в каменной стене и горстки почвы. Городской микрокосм В тени городских деревьев обосновались многие мелкие животные, которым также уда¬ лось приспособиться к городской среде. Пустыри, где растут цветущие сорные травы и будцлея, — рай для многих видов бабочек. В Европе здесь нередко встречаются адмирал, павлиний глаз, крапивница и капустница. Некоторые виды бабочек даже откладывают яйца посреди больших городов. Вот мы на площади Согласия в центре Па¬ рижа, возле сада Тюильри, среди сутолоки и шума. В трещине освещенной солнцем стены притаился маленький паучок. Это паук- Y Зимой озерные чайки нередко собираются в го¬ родах. Если в го¬ роде есть река, чайки кружат над ней в поисках корма. скакунчик Salticus scenicus, который прыгает из засады на своих жертв - мошек и других мелких насекомых. Занятый охотой, паучок не обращает ни малейшего внимания на шум толпы. Рядом, в саду можно встретить другого паука - кругопряда, который натянул свою сеть между ветками розового куста. Многие городские животные живут у нас в домах: тараканы, блохи, мухи, моль. Жуки божьи коровки нередко садятся на балконные растения и зимуют в щелях между окнами. Даже в метро можно услы¬ шать знакомую песню домового сверчка, при¬ влеченного сюда теплом и безопасностью. В город на зимовку В городах охотно селятся и мно¬ гие птицы. Средняя температура здесь выше, чем за городом, поэтому зимой город мо¬ жет служить убежищем от холода. Да и жить в го¬ роде безопаснее - здесь меньше хищников. Стаи обыкновенных сквор¬ цов, ночующие на деревьях в городских садах и парках, иногда насчитывают де¬ сятки тысяч птиц. Кро¬ ме того, в европейских городах много синиц, зябликов и черных дроздов. Под бал¬ конами и крыша¬ ми зданий гнез¬ дятся ласточки и стрижи.
АДАПТАЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ А Лисы прихо¬ дят в города под покровом ночи. Они роют¬ ся в помойках в поисках пищи. Птиц привлекает в города обилие укрытий и корма - пищевых отходов. В последнее время на городских помойках промышляют не только обычные всюду голуби и воробьи, но и рыжие лисицы. Лисы приходят в города на кормежку по ночам. В холодное время года в городах останавли¬ ваются на отдых и кормежку многие кочую¬ щие пернатые. Только осенью и зимой здесь можно увидеть стайки снегирей, свиристелей, чижей, чечеток и пуночек. На зиму поближе к человеческому жилью тянутся и некоторые оседлые лесные птицы, например овсянки и синицы. •< Сценки город¬ ской жизни: воробей кормит детеныша, при¬ мостившись на дворниках авто¬ мобиля (вверху), а крапивника (внизу) заинте¬ ресовало соб¬ ственное отра¬ жение в зеркале заднего вида. Зов воды Если в городе есть какой-нибудь водоем, в нем непременно посе¬ лятся животные - и не только рыбы. В городских водоемах нередко можно встретить бакланов и мно¬ гие виды чаек. Озерная чайка при¬ спосабливается к городской жиз¬ ни с начала XX века. Зимой эти птицы нередко покидают озера и приморские марши и летят в го¬ рода кормиться пищевыми отхо¬ дами и подачками прохожих. Городские хищники В городской среде сформировалась особая экосистема. Следом за растениями сюда про¬ никли насекомые и другие растительноядные существа. А за ними в города потянулись и хищники. На чердаках, например, нередко селится каменная куница. В городах гнездятся пустельга, сокол-сапсан и некоторые другие пернатые хищники, которые охо¬ тятся здесь на мышей, воробьев и голубей. Во многих городах мира обосновались разнообразные виды водоплавающих и около- водных пернатых. Утки, цапли, лысухи, ка¬ мышницы, нильские гуси и канадские казарки прилетают в города на зимовку: здесь теплее, много незамерзающих круглый год водоемов и легче найти корм. МЕДВЕДИ В ГОРОДЕ Каждую осень в порт Чер¬ чилль на севере Канады на берегу Гудзонова залива наведываются белые мед¬ веди. Перед долгой зимой звери стараются нагулять побольше жира. На свалке всегда есть чем поживиться. Вокруг города в поисках пищи постоянно слоняются несколько десятков медве¬ дей, а некоторые даже за¬ ходят на его улицы. Город¬ ская свалка в Черчилле - место для людей опасное. 116
Источенный водой и ветром песчаник в каньоне Антилопа возле водохранилища Пауэлл (штат Аризона, США).
КРАСКИ И ФОРМЫ ПРИРОДЫ Многоцветные породы Когда породы лишены растительного покрова, они расцвечивают ландшафт множеством красок. Такая палитра определяется не только их химическим составом, но и происхождением. РАЗНОЦВЕТНЫЙ ПЕСЧАНИК ПЕТРЫ Погребальные сооружения у города Петра в Иордании высечены из грубозернистого песчаника, которому около 500 млн лет. Красивая порода окрашена во множество разных цветов, от желтого до лилового, оранжевого, красного, каштанового, серого, голубо¬ го и даже черного. Каждый уступ, фа¬ сад и даже каждая маленькая выемка - причудливое сочетание цветов и форм, параллельных слоев, волнистых изги¬ бов, веерообразных расслаиваний и на¬ ложений. Такие разноцветные образо¬ вания называют кольцами, или поло¬ сами, Лизеганга. Они образуются при ритмично повторяющемся осаждении оксидов и гидроксидов железа и мар¬ ганца в пористой среде. У Неуловимые розовые, фиоле¬ товые, охристые и серые оттенки песчаников Пейн- тед-Дезерт (штат Аризона, США) обусловле¬ ны содержащи¬ мися в них окси¬ дами и гидрокси¬ дами железа, а также орга¬ ническим мате¬ риалом. Красный, розовый, белый, серый, желтый, зеленый и коричневый — цвета Пейнтед- Дезерт, или Раскрашенной пустыни (штат Аризона, США), - настоящая палитра худож¬ ника, простирающаяся на многие километры и играющая множеством оттенков при каждой перемене освещения. Черные и серые оттенки характерны для ба¬ зальта, каменного угля и некоторых сланцев, хотя это совершенно разные породы. Черно¬ белая полосчатость склонов Пейнтед-Дезерт обусловлена переслаиванием глин и мергелей, содержащих различное количество органиче¬ ского материала, а местами такой эффект соз¬ дают горизонтальные пласты вулканического пепла от древних извержений. Цвета интерьера Природа цвета горных пород многообразна. Белизну многим видам известняка и мелу придают обломки раковин животных организ¬ мов и остатки морских водорослей, состоящих из кальцита. Показательным примером слу¬ жат меловые обрывы на берегах Ла-Манша. В породах нередко присутствуют примеси. Небольшое количество глины может придать известняку другой оттенок: от белого до охристого. Малейшие примеси со¬ лей тоже изменяют цвет горных пород. Породы красноватых оттенков содер¬ жат небольшое количество оксидов же¬ леза. Таким образом, песчаники, глины и бокситы, имеющие совершенно раз¬ ный минеральный состав, могут быть одинаково окрашены. Белый боксит (алюми¬ ниевая руда) высоко ценится за то, что содер¬ жит только оксиды и гидроксиды алюминия. Разноцветие выветрелых пород В результате выветривания - разрушения гор¬ ных пород под действием атмосферы, воды, ледников, органических веществ, перепадов температуры и других факторов - образуется обломочный материал, из которого формиру¬ ются осадочные породы. Осадконакопление, то есть образование всех видов отложений на поверхности Земли, происходит десятки и даже сотни миллионное лет на дне рек, мо¬ рей, океанов и, конечно, на суше. За это время изначальный цвет пород нередко меняется. Это явление можно наблюдать на примере песчаников в окрестностях города Лодев на юге Центрального массива во Франции. В пре¬ делах одного и того же обнажения цвет пород варьирует от бурого до ярко-зеленого. Когда старые песчаные аллювиальные отложения (речные наносы) длительное время находятся в насыщенном водой состоянии, бурые оксиды железа из-за недостатка кислорода превраща¬ ются в зеленоватую закись.
Во многих глинах с близкого расстояния на¬ блюдается окрашивание в виде мозаики раз¬ мытых розовых и охристых пятен, которое почвоведы называют крапчатым. Такие глины образуются из медленно накапливающегося в поймах рек ила. На поверхности они превра¬ щаются в покрытую растительностью почву, а на глубине в них за счет притока воды проис¬ ходит перераспределение солей. Причиной выветривания и изменения окра¬ ски магматических пород часто становятся хи¬ мически активные вулканические газы. В гор¬ ных породах Исландии они обусловили пере¬ ход от светло-желтого к розовому цвету. Поверхностный блеск Иногда горные породы, погребенные под мощ¬ ной, в сотни метров, толщей отложений, после многократных поднятий и опусканий выходят на поверхность. Здесь они подвергаются воз¬ действию атмосферных факторов, влияющих на изменение их окраски. Химическое выветривание, в отличие от фи¬ зического, грубо ваяющего породы, более деликатно обрабатывает их, покрывая разно¬ цветным налетом. В этом можно убедиться, например расколов молотком желтоватый из¬ вестняк и увидев, что изнутри он серый. Эта разница цветов внутри и снаружи связана с окислением солей железа на поверхности из¬ вестняка. Очень часто цвета пород блекнут. Базальты, почти черные на сколе, снаружи нередко светло-серые. Некоторые минералы ^ Глубоко изре¬ занные охристые скалы в Русси¬ льоне на юго- западе Франции сложены песча¬ никами, окра¬ шенными приме¬ сями оксидов железа. Плоская поверхность со¬ лончака Уюни в Боливии имеет белый цвет, по¬ тому что обра¬ зована един¬ ственным мине¬ ралом — солью. в горных породах теряют яркость при контакте с водой. В городах химическая эрозия еще на¬ гляднее. Каменные здания быстро покрыва¬ ются патиной из-за загрязненного воздуха. А Риолиты района Ланд- манналёйгар в Исландии, кон¬ трастирующие с темными ба¬ зальтами, при¬ обрели розовый и охристый цве¬ та в результате химического выветривания, вызванного дей¬ ствием вулкани¬ ческих газов.
КРАСКИ И ФОРМЫ ПРИРОДЫ Драгоценные камни Самоцветы — это минералы с четкой кристаллической структурой. Они редки, поскольку для их образования необходимо сочетание определенного давления и температуры, которые нечасто встречаются в природе. V Эта друза горного хрусталя из Бразилии сло¬ жена гигантски¬ ми кристаллами кварца, диоксида кремния, кри¬ сталлизующихся в гексагональной форме. Сложно представить себе корону без драго¬ ценных камней. Вид этих символов богатства и власти просто завораживает. Но есть ли в них что-то кроме внешней привлекательности? В конце концов сапфиры и рубины - это все¬ го лишь кристаллы оксида алюминия - того же вещества, что образуется на поверхности алюминиевой кастрюли. Алмаз и уголь — близкие родственники Как и все кристаллические формы, за которы¬ ми охотятся коллекционеры, драгоценные камни не являются породами (то есть мине¬ ральными агрегатами), это минералы в чистом виде. Каждому минералу соответствует строго определенный химический состав. Например, алмаз, состоящий из чистого углерода, в хи¬ мическом отношении идентичен графиту и антрациту. Предмет вожделения красавиц мог бы быть угольком в драгоценной оправе. Далеко не все из существующих в природе трех с лишним тысяч минералов драгоценны. Некоторые из них так де¬ шевы, что ими мостят до¬ роги. Гранит состоит из трех минералов - кварца, поле¬ вого шпата и слюды. Известняк сложен в основном одним минера¬ лом - кальцитом (одной из кристал¬ лических форм карбоната кальция). Но чтобы проникнуть в тайны мине¬ ралов, нужно разобраться в их структуре на атомном уровне и выяснить, какие природные условия необходимы для их возникновения. Стройные шеренги молекул Все вещества могут находиться в одном из трех агрегатных состоя¬ ний - твердом, жидком и газообразном. Твер¬ дое состояние наименее энергоемко, и боль¬ шинство минералов, как правило, твердые. В газах и жидкостях молекулы расположены хаотично, и их положение непрерывно меня¬ ется. В кристаллах молекулы жестко связаны между собой решеткой, геометрия которой зависит от их свойств. Размещение молекул в каждой плоскости кристаллической решет¬ ки существенно отличается друг от друга. А Кристалл флюорита (фто¬ рида кальция) - кубик правильной формы. 120
АЛМАЗЫ - РЕДКОЕ ЯВЛЕНИЕ Для образования алмазов необходимы температура и давле ние, которые существуют в естественных условиях толь¬ ко на глубине больше 150 км, в верхних слоях мантии нашей планеты. Углерод, в свою очередь, накапливается у по¬ верхности земной коры. Предполагают, что этот угле¬ род может быть погружен на данную глубину в ре¬ зультате схождения литосферных плит в зоне суб- дукции и там кристаллизоваться в форме алмаза. Теперь он должен вновь оказаться на поверхности, что наблюдается только при извержениях особого типа, происходящих на консолидированных участках платформ - кратонах, подобных Южной Африке и Восточной Сибири. Образующаяся при та¬ ких извержениях порода называется кимбер¬ литом. Если учесть, что эта весьма специфич¬ ная по составу порода сформирована магмой, поднявшейся с глубины 200 км, становится по¬ нятно, почему алмазы так редки. А Разнообразие цвета и формы кристаллов поразительно. 1 Ванадинит 2 Голубой турмалин 3 Гелиодор 4 Корунд 5 Пиромофит Поэтому свойства кристалла, такие, как твер¬ дость, прочность и коэффициент преломления света, зависят от направления приложенной силы или угла падения света. Такая атомарная упорядоченность придает кристаллам форму геометрически правильных тел: простых (подобных кубику флюорита) или более сложных (многогранников высших по¬ рядков). Молекулы можно упаковать в одно¬ родную решетку ограниченным числом спо¬ собов. Все кристаллические структуры сим¬ метричны. По степени симметрии кристаллы подразделяются на семь классов (сингоний). Гигантские кристаллы Некоторые кристаллы, хотя и очень редко, до¬ стигают исключительно больших размеров. Для этого нужны особые условия, например наличие в горной породе открытых полостей и разрывов, связанных трещинами, по кото¬ рым циркулируют флюиды. В определенных случаях, в частности вбли¬ зи остывающей магмы, такие флюиды, темпе¬ ратура которых достигает нескольких сот гра¬ дусов, могут содержать растворенную мине¬ ральную субстанцию. Это приводит к тому, что трещины и полости постепенно заполня¬ ются свободно растущими кристаллами, об¬ разуя, например, жеоды. Цвет и прозрачность Прозрачный кристалл не содержит примесей, газообразных и жидких включений, посколь¬ ку состоит только из тех атомов, которые необходимы для построения кристаллической решетки. С другой стороны, красивые цвета ряда минералов определяются как раз нали¬ чием инородных атомов. Рассмотрим кристаллы кварца (диоксида кремния), самого распространенного мине¬ рала. Если они чисты, они бесцветны и прозрачны - это горный хрусталь. Но если в ходе роста кристал¬ ла в его решетку попадает немного атомов железа, он становится пурпурным - это аметист. Если же в кри¬ сталл диоксида кремния попадает немного атомов титана или марганца, то образуется розовый кварц. Красный цвет рубинов в свою очередь связан с присутствием в решетке оксида алюминия атомов хрома, а голубой цвет сап¬ фиров - железа и титана. СЕМЬ СИНГОНИЙ КРИСТАЛЛОВ Гексагональная Кварц Тригональная Турмалин Тетрагональная Рутил Ромбическая Оливин Моноклинная Роговая обманка Триклинная Полевой шпат 121 Кубическая Гранат
Краски в мире растений Растения укоренены в земле и сами двигаться не могут. Яркой окраской своих цветков и плодов они привлекают животных, помогающих им расселяться, и успешно осваивают новые территории. Все семена у дыни собраны в центре плода для того, чтобы ее было удобнее резать и есть во время семейной трапезы, а апельсины имеют яркую окраску, чтобы их было легче отыскивать среди листвы. Так простодушно объяснял особенности плодов французский писатель XVIII в. Бернарден де Сен-Пьер, автор философского сочинения «Этюды о природе». Он видел доказательство суще¬ ствования Бога в совершенстве живой при¬ роды, созданной Творцом, по его мнению, для блага человека. Писателя нередко высмеивали за простоту мировоззрения. Но по поводу апельсинов он оказался прав. Растениям нужны для жизни углекислый газ и поглощаемые из почвы вода и минераль¬ ные вещества. Из этих веществ с помощью энергии солнечного света, поглощаемого пиг¬ ментом хлорофиллом, растения образуют пищу - сложные органические соединения. Именно хлорофилл делает большинство зем¬ ных экосистем такими зелеными. Почти все высшие растения окрашены в те или иные от¬ тенки зеленого. Из всех надземных частей лишь цветки и плоды у них имеют иную, под¬ час очень яркую окраску. Случайно ли это или OO.TOW ™ 1ПП1Л1Л9 Цветные сигналы Половое размножение растений мало похоже на половое размножение животных. У расте¬ ний есть мужские и женские половые органы, но они очень часто находятся на одной и той же особи. Оплодотворение происходит не в ре¬ зультате активного спаривания, как у большин¬ ства животных, а пассивно - посредством опы¬ ления. Поэтому многие растения нуждаются в помощниках, которые переносят пыльцу, развивающуюся в тычинках (мужских органах цветка) и содержа¬ щую мужские половые клетки, на жен¬ ский орган - пестик, а также распростра¬ няют семена, способствуя их расселению. Без насекомых, птиц или летучих мышей у многих цветковых растений оплодотворение вообще бы не происходило. Привлеченные яркой окраской цвет¬ ков животные преследуют свои цели - находят нектар или богатую белками пыльцу. Перенося пыльцу с цветка на цветок, они невольно способствуют половому размно¬ жению растений, что позволяет видам лучше приспосабливаться к изменениям окружаю¬ щей среды и совершенствоваться. Вот почему цветы приобрели в процессе эволюции такое великолепие форм, окрасок и ароматов. -< Собирая нек¬ тар на корзинке подсолнечника, пчела поневоле переносит пыль¬ цу с цветка на цветок, осу¬ ществляя пере¬ крестное опыле¬ ние и помогая растению завя¬ зать больше семян. < За «хохолок» из ярко-синих прицветников и оранжевых ле¬ пестков южно¬ африканское растение стре- лицию королев¬ скую иногда на¬ зывают цветком райской птицы. А Не проходите мимо! Апельсины и спелые плоды многих других растений не слу¬ чайно так выде¬ ляются на фоне листвы. Они должны бросать¬ ся в глаза жи¬ вотным, кото¬ рые ими пита¬ ются и разносят содержащиеся в них семена.
А Цветы гибис¬ куса привлекают не только насе¬ комых. Жители Океании и тро¬ пической Азии люди испокон ве¬ ков используют их в качестве украшений и ри¬ туальных даров. А Зеленые плоды фасоли сложно отыскивать среди зеленой листвы. Чтобы облегчить их сбор, селекционе¬ ры вывели сорт с фиолетовыми плодами. При готовке такие плоды приобре¬ тают привычную зеленую окраску. А Крупные цветки гибискуса представляют собой воронки, направляющие насекомых прямо к основанию вен¬ чика, где выде¬ ляется нектар. Заползая внутрь и выбираясь на¬ ружу, насекомое измазывается в пыльце, осыпа¬ ющейся с торча¬ щих тычинок. Дары природы Сочные яркие плоды возникли у растений для привлечения жи¬ вотных, которые, поедая их, разносят семена. Благодаря животным многие растения успешно за¬ селяют новые террито¬ рии. Осенью многие птицы кормятся плодами боярыш¬ ника, шиповника или пира- канты. Потом пернатые выбросят содержа¬ щиеся в плодах семена этих растений вместе с пометом наружу и «посеют» их в радиусе не¬ скольких километров (а если они совершают осенние перелеты - то намного дальше). Когда животное поедает плод, семена долж¬ ны по возможности остаться неповрежден¬ ными. Поэтому у многих растений они покры¬ ты плотной кожурой, защищающей зародыш от агрессивного воздействия пищеваритель¬ ных соков. Вместе с тем кожура размягчается в кишечнике животного, что облегчает про¬ растание семени. У многих растений семена, не прошедшие через пищеварительный тракт животных, вообще не прорастают: проросток попросту не может пробиться сквозь их слиш¬ ком твердую скорлупу. ТРУДНАЯ СУДЬБА ЖЕЛЕЗНОГО ДЕРЕВА К 70-м гг. XX в. железное дерево (Sideroxylon grandiflorum), растущее на острове Маврикий, стало очень ред¬ ким. Все сохранившиеся экземпляры появились на свет не позднее XVII в., ког¬ да еще не была истреблена легендарная птица додо - маврикийский дронт. Дрон¬ ты питались плодами железного дерева, а его крупные семена снабжены такой толстой кожурой, что прорастать они могли лишь после того, как проходили через кишечник птиц. Благодаря перети¬ ранию в зобе и действию пищеваритель¬ ных соков семенная кожура размягча¬ лась, и семя давало росток. Спасти «де¬ рево додо» помогли индейки, которым специально скармливали его плоды. Неоспоримые доказательства Сегодня никто не сомневается, что яркая окра¬ ска цветков и плодов растений призвана при¬ влекать животных. Даже зеленая фасоль, кото¬ рая так нравится любителям вкусно поесть, на самом деле имеет такой цвет просто потому, что ее собирают недозрелой. Если дать ей дозреть, она станет желтой. Сборщикам зеленой фасоли трудно искать ее среди листвы. Современные селекционеры ре¬ шили помочь им: они вывели сорт с фио¬ летовыми плодами, которые в про¬ цессе готовки становятся зелеными, какими мы и привыкли их употреблять. Таким образом, яркие краски в расти¬ тельном мире служат для привлечения жи¬ вотных. У тех растений, которые опыля¬ ются ветром, а не животными, например у злаков, тоже есть цветки, но они малень¬ кие и малозаметные. Цветки растений, привлекающие опы¬ лителей ночью (например, любки двулист¬ ной, или ночной фиалки), тоже невзрач¬ ные, зато они обладают сильным ароматом. По запаху их и находят насекомые, в част¬ ности ночные бабочки, отличающиеся невероятно острым обонянием. 123
Нерукотворная готика Устремленные ввысь волшебные замки, колонны, башни, столпы и шпили — все эти удивительные, игнорирующие земное притяжение формы образовались благодаря процессам эрозии. Вид причудливо искривленных и кажущихся хрупкими скал с нависающими на вершине глыбами никогда не перестанет поражать воображение путешественника. Защищенные бронирующим слоем прочных пород «волшеб¬ ные замки» в швейцарском кантоне Вале свое название получили недаром. Такие сказочные сооружения вполне могли бы быть творением сверхъестественных существ. Волшебство времени Скальные скульптуры нередко образуются из морены, поскольку эти отложения включают как крупные глыбы, так и мелкие обломки. В отличие от рек, которые сортируют породы по размеру частиц, ледники просто переме¬ щают и беспорядочно откладывают материал. Затем мелкие обломки уносятся водой, а круп¬ ные глыбы, защищая от разрушающего воздействия опорную поверхность, не¬ редко образуют фантастические формы. В Каппадокии (Центральная Турция) эрозионная деятельность воды привела к созданию в толще пемзовых туфов (породы, образо- ■< Равновесное состояние этих каменных башен на краю Большо¬ го каньона в пар¬ ке Мертвой Лошади (штат Юта, США) - лишь мимолет¬ ная фаза в дли¬ тельном процессе разрушения.
ЖИВОПИСНАЯ ЭРОЗИЯ: ШПИЛИ ДОЛИНЫ МОНУМЕНТОВ Шпили долины Монументов в США (справа), места действия многих ве¬ стернов, представляют собой останцы (1), изолированные остатки пород, слагавших обширные плато (2). Они представлены пластами песчаника разной мощности, ко¬ торые в различной степени подвергаются разрушению. Прочные и практически моно¬ литные блоки песчаника (3) залегают на более тонких слоях глин и сильно трещино¬ ватых песчаников (4). Останцы постепенно утончаются - иногда из-за обвала крупных глыб, теряющих устойчивость при разру¬ шении основания, иногда - в результате землетрясений. ванной из твердых продуктов извержения) мощностью в сотни метров множества остроконечных шпилей, иногда со «шляпами» более проч¬ ных пород, иногда - увенчанных глыбами тем¬ ной лавы. Пемзовые туфы, благодаря проч¬ ностной неоднородности, легко разрушаются. Слабые составляющие (пепел) уносятся теку¬ чими водами, а прочные (глыбы) остаются на месте. Жилища пещерных людей в этой изъ¬ еденной эрозией местности показывают, на¬ сколько податливы такие вулканические по¬ роды. Жившие здесь первые христиане создали настоящие пещерные города с огромным ко¬ личеством помещений. В конусах Каппадокии они устроили около 400 церквей и часовен. Колонны, подпирающие небо Башни и колонны также образуются в обыч¬ ных породах. Они привлекают внимание тем, что напоминают руины древних зданий. Один из примеров таких сооружений - скальные мо¬ нументы на западе США. Среди бессчетных форм, создаваемых эрозией, нас особенно за¬ вораживают те, которые можно сравнить с ар¬ хитектурными шедеврами человечества. Гигантские столпы Греческая провинция Фессалия известна об¬ ластью Метеора (что в переводе с греческого означает «подвешенная в воздухе»). Около 60 скальных останцов от 200 до 250 м в высоту стоят здесь, как каменный лес. Твердые поро¬ ды на протяжении многих эпох подтачивались водой, и целые их плиты обрушивались вдоль крупных трещин, образуя отвесные стены и пропасти головокружительной глубины. С XI в. на вершинах этих столбов селились и строили монастыри византийские монахи, «чтобы быть ближе к Богу». У Волшебные замки, образо¬ вавшиеся в пеп¬ ловых туфах (слева - у берега озера Крейтер- Лейк, штат Орегон, США, справа — в Кап¬ падокии, на тер¬ ритории Турции) и в ледниковой морене (в цент¬ ре — Южный Ти¬ роль, Италия). 125
Природная архитектура В осадочных породах нередко образуются арки и мосты, а в известковых отложениях — тоннели и карстовые полости. Своей поразительной способностью создавать эти архитектурные сооружения природа обязана эрозии. А Оконная арка в штате Юта (США), один из эрозионных шедевров, сло¬ жена прочным песчаником. >■ Пон-д’Арк — арочный проем над рекой Ар- деш - замкнул накоротко одну из речных излучин. В национальном парке «Арки» (США) нахо¬ дятся десятки искусно возведенных арок. Что помогло природе с таким мастерством создать эти формы? Эрозия — процесс разрушения и смыва пород текучей водой! Скульптурные арки Осадочные породы больше других подвержены эрозии, но реагируют на этот процесс по- разному, в зависимости от своей природы, раз¬ мера частиц и их связанности, а также степени неоднородности. Идеальный материал для «ваяния» - мощные и относительно монолит¬ ные пласты песчаника. Однако трудно пред¬ ставить, как в нем образуется, к примеру, арка. Разрушение пород и скульптурная обработка — процесс, занимающий многие тысячи, а ино¬ гда миллионы лет. В течение этого длительного периода могут произойти климатические из¬ менения. Влажный и холодный климат увели¬ чивает вероятность растрескивания породы при замерзании воды в порах и микротрещи¬ нах. При сухом климате из-за перепада темпе¬ ратур или кристаллизации солей в порах от породы отделяются чешуйки (процесс десква- мации — шелушения). Полость, образующаяся в стенке песчаника, может быть первым шагом на пути создания арки. От тоннелей к карстовым пещерам В национальном парке «Ма¬ монтова пещера» (США) есть протяженная сеть под¬ земных тоннелей, более 500 км которых исследова¬ но. Они образовались за счет растворения карбонатного материала водой, просачи¬ вающейся через трещины в породе. По одним тоннелям текут подземные реки. Другие выходят на поверхность в виде карстовых провалов и воронок. По мере рас¬ творения карбонатов полости расширяются во всех направлениях. Параллельно напластова¬ нию пород позднепалеозойского возраста об¬ разуются тоннели, а по вертикальным трещи¬ нам — колодцы. Некоторые арки в известняке могли быть когда-то участками подземных тоннелей, раз¬ рушившихся в ходе длительной эрозии. А есте¬ ственный каменный мост Понт-д’Арк во Фран¬ ции образовался в результате сквозного про¬ мыва рекой Ардеш тонкой стенки известковой породы. Прежде чем река спрямила русло и пробила себе более короткий путь, здесь на¬ ходилась шейка излучины. А Один из круп¬ нейших подзем¬ ных тоннелей Мамонтовой пе¬ щеры (США) про¬ бит в известко¬ вых породах по¬ токами воды. 126
КРАСКИ И ФОРМЫ ПРИРОДЫ Качающиеся валуны Гранит кажется вечным. Однако в природных условиях он со временем разрушается и превращается в аренит — слабо сцементированную песчаную массу, включающую глыбы и валуны выветрелой породы, которые иногда оказываются в положении неустойчивого равновесия. Долгое путешествие гранита Гранит, как и базальт, образуется из магмы - расплавленной массы, поднимающейся из верх¬ ней мантии. Вязкая по природе магма с трудом пробивается сквозь породы континентальной коры и останавливается, не достигая поверх¬ ности земли. Медленное остывание, длящееся сотни тысяч лет, способствует кристаллизации похожего на крупинки соли кварца, белого или розового полевого шпата и прозрачной или черной слюды (мусковита или биотита), сложенной тонкими слоями. Когда гранит отвердевает, в дело вступает эрозия и посте¬ пенно удаляет многокилометровую толщу по¬ кровных отложений, благодаря чему мы можем ходить по гранитным массивам. Трещины, пронизывающие гранит и способ¬ ствующие его разрушению, имеют разное про¬ исхождение. Они могут быть вызваны нерав¬ номерным сокращением породы при остыва¬ нии или ее сжатием в результате воздействия высоких давлений на больших глубинах. А При химиче¬ ском выветрива¬ нии гранита (1) может сформи¬ роваться много¬ метровый слой песка — аренита (2). Внутри него располагаются невыветрелые валуны (3). Вода, просачиваясь по трещинам поро¬ ды, выполняет свою работу. Когда весь аре¬ нит выносится, освобожденные от песка глыбы образуют беспо¬ рядочные нагро¬ мождения (4). В дальнейшем на поверхности появляются зуб¬ чатые уступы монолитного гранита (5). V Груды гра¬ нитных валунов, лежащие по бе¬ регам реки Тарн (Франция). V На просторах Северной терри¬ тории Австралии эрозионные про¬ цессы обнажили глыбы гранита, называемые «дья¬ вольскими шара¬ ми». Хотя каж¬ дый из них весит несколько тонн, они устойчиво стоят друг на друге. Величественные гранитные вершины европей¬ ского массива Монблан как будто бросают вы¬ зов времени. Может ли вода повредить этим глыбам, таким, казалось бы, твердым и проч¬ ным? Внешность обманчива, и убедиться в этом не трудно. В геологических масштабах времени эта порода, широко используемая в строительстве, недолговечна. Балансирующие в песке На краю Центрального массива во Франции, в дорожной выемке среди гранитов, чей возраст достигает 300 млн лет, встречается порода, рас¬ сыпающаяся от одного прикоснове¬ ния. Она почти не похожа на залега¬ ющий под ней монолитный гранит. Ее слабо выраженные зерна разоб¬ щены и смешаны с глиной. Эта рас¬ сыпчатая порода называется арени- том. После уничтожения раститель¬ ного покрова в толще аренита обра¬ зуются овраги, и на поверхности показываются гранитные валуны. Вода, просачиваясь по трещинам в граните, взаимодействует с его компонентами и хими¬ чески видоизменяет их. Последние превраща¬ ются в глинистые минералы, делая гранит хрупким. Наиболее быстро этот процесс про¬ ходит в условиях жаркого климата. В ходе последующего разрушения аренит постепенно удаляется, обнажая сперва выве- трелые глыбы и валуны, а затем и трещинова¬ тые граниты. В результате появляется нагро¬ мождение глыб и валунов. Некоторые из них раскачиваются на гранитном основании.
Конкреции и травертин Вода растворяет минеральные соли, выносит их, а затем переоткладывает. В районах распространения известковых пород этот процесс приводит к образованию пещер, а на открытом воздухе — травертиновых террас. Древние люди, судя по оставленным ими ро¬ списям, спускались довольно глубоко в пеще¬ ры. Были ли они знакомы с теми удивительны¬ ми образованиями, какие можно найти в под¬ земных гротах? Изучение пещер (спелеология) стало популярным занятием благодаря бес¬ страшным путешественникам конца XIX в. Теперь леса натечных образований посещают СТАЛАКТИТЫ РАССКАЗЫВАЮТ Натечные образования подземных пещер, являющиеся своеобразными архивами, представляют интерес далеко не для одних только гидрологов. Темпы роста сталактитов и сталагмитов отражают величину водопритока в пещеру. Пре¬ кращение их роста связано с сухими периодами, особенно с последней ледниковой эпохой, начавшейся 1,8 млн лет назад и продолжающейся по сей день, когда покрытая льдом земля препятствовала просачиванию воды. Другой индикатор клима¬ та - минералогическая природа карбоната кальция, который откладывается обычно при малой воде. Радиоизотопные ме¬ тоды определения возраста, дополняющие радиоуглеродные, позволяют проследить изменения климата в четвертичном периоде. тысячи людей и неизменно приходят в восторг от их красоты и многообразия. Столбы и под¬ вески, колонны, каменные занавесы, букеты кристаллов и ожерелья, подземные пруды, озе¬ ра и реки соперничают друг с другом в велико¬ лепии. Спелеологи искусно осветили и при¬ думали эффектные имена некоторым причуд¬ ливым подземным формам, выплывающим из темноты, а художники здесь - вода и время. Растворенный в воде диоксид углерода, всту¬ пая в реакцию с карбонатом кальция, основ¬ ным компонентом известняка, превращает его в растворимый в воде бикарбонат. Когда такой раствор просачивается в подземные пещеры, из него улетучивается часть углекислого газа, и бикарбонат, снова превращаясь в нераство¬ римый карбонат, выпадает в осадок. Так по¬ степенно, капля за каплей, вода создает натеч¬ ные образования из арагонита или кальцита. Превосходные запруды Среди многочисленных чудес Афганистана туристам предлагается полюбоваться видом А Карстовая пещера Авен- Арман (депар¬ тамент Лозер, Франция) изоби¬ лует образовани¬ ями, созданными стекавшими со сводов каплями воды. 128
КРАСКИ И ФОРМЫ ПРИРОДЫ А Образования, украшающие пе¬ щеры Франции: сталактиты и сталагмиты в пещере Лакав (слева), «букет» кристаллов в пе¬ щере Лимузи (в центре) и «складки дра¬ пировки» в пеще¬ ре Малаваль (справа). причудливой цепочки прохладных водоемов с бирюзовой водой в долине, расположенной на высоте 3000 м в горах Гиндукуша. Это озе¬ ра Банди-Амир. Окружающие склоны лише¬ ны растительности, и вода здесь встречается редко. В озерах же она задерживается благо¬ даря травертиновым стенкам, действующим как плотины. Эти стенки высотой до 10 м, несмотря на кажущуюся хрупкость, прекрас¬ но выдерживают давление воды. Травертин состоит из пористого карбоната кальция, ко¬ торый крошится от прикосновения. Вода тающих снегов растворяет известняк, из ко¬ торого сложены окрестные скалы, а затем, нагреваясь, переоткладывает карбонат каль¬ ция в виде травертина, запруживая тем са¬ мым сама себя. Стройматериалы В других районах мира травертин откладывает¬ ся подземными водами, выходящими на по¬ верхность в виде источников. Поскольку тем¬ пература на поверхности обычно выше, чем под землей, то воды, нагреваясь, откладывают растворившийся в них в ходе подземного путе¬ шествия карбонатный материал. Реки, кото¬ рым они дают начало, также иногда перекры¬ ваются небольшими плотинами из травертина. Когда источник иссякает, травертин нередко используют для строительства. Он легок, так как обладает высокой пористостью, без усилия обрабатывается и хорош как изоляционный материал. Горячий растворитель Холодная вода, богатая углекислым газом, хо¬ рошо растворяет карбонаты. Однако и в теплых подземных водах ее может быть достаточно, чтобы растворить карбонатные породы. Вы¬ ходя на поверхность, такие воды теряют угле¬ кислый газ, и карбонат выпадает в осадок. В районе Памуккале в Турции источники, вода в которых нагрета до 40°С, но при этом богата углекислым газом и карбонатами, сформиро¬ вали великолепный каскад бассейнов со сте¬ кающими по их уступам потоками теплой воды. А в Йеллоустонском парке (США), благодаря водам термальных источников, образовались округлые натечные формы, напоминающие спины мамонтов. V Откладывая карбонаты, вода образует серию запруд и бассей¬ нов: Йеллоустон- скии парк в США (слева), Памук¬ кале в Турции (справа вверху) и Банди-Амир в Афганистане (справа внизу). 129
КРАСКИ И ФОРМЫ ПРИРОДЫ Колонны и призмы из базальта В процессе охлаждения лава сжимается и застывает в характерной форме органных труб. Эрозионные процессы доводят ее до совершенства, создавая удивительные, растущие как будто из-под земли строения. Башня дьяво¬ ла в штате Вай¬ оминг - фоноли- товый пик высо¬ той 183м. Возможно, это центральная часть древнего лавового озера либо обрушив¬ шийся лавовый купол или интру¬ зивный шток. Поклонники Стивена Спилберга помнят уди¬ вительный пейзаж, на фоне которого проис¬ ходило действие фильма «Близкие контакты третьей степени»: вулканический цилиндр с отвесными стенами, рассеченными на рас¬ ширяющиеся книзу призмы. Но это не просто воссозданный на съемочной площадке, а вполне реальный элемент рельефа - Башня дьявола, которой так гордятся жители штата Вайоминг. В такой форме кристаллизации, на самом деле, нет ничего исключительного. Столбчатая отдельность - результат сжатия лавы при остывании. Сжатие и напряжение Столбчатая отдельность характерна для маг матических пород, остывающих либо на по верхности (в лавовых потоках), либо в лавовых озерах (Башня дьявола), либо на глубине (в жерле вулкана и боковых каналах). Формирование такой структуры связано с тем, что лава (вне зависи¬ мости от состава), остывая, сокра¬ щается в объеме. Подсчитано, что поток базальтовой лавы протяжен¬ ностью 100 м при начальной темпе¬ ратуре 1200°С при остывании сокра¬ щается примерно на 25 см. Сжатие, происходящее при остывании, соз¬ дает внутри потока сильное напря¬ жение. Процесс остывания Лавовый поток остывает одно¬ временно сверху - при контакте с воздухом — и снизу — при со¬ прикосновении с поверхно¬ стью, по которой течет. Осты¬ вание сверху происходит на¬ много быстрее, чем снизу. Поэтому, в то время как тем¬ пература у основания пото¬ ка составляет 600°С, а вну¬ три все еще превышает 1000°С, верхний его слой толщиной в несколько метров при движении быстро охлаждается до первых со¬ тен градусов. В таких условиях поверхность и подошва потока застывают (тем¬ пература застывания базальтовой лавы около 900°С), а внутренняя часть остается жидкой. Поэто¬ му первоначальные напря¬ жения возникают на по¬ верхности и подошве. Вверху — круп¬ ный план базаль¬ товых столбов в Исландии, имею¬ щих форму удиви¬ тельно правиль¬ ных призм. Вни¬ зу — базальтовая жила, пересекаю¬ щая лавовый по¬ ток вулкана Питон-де-Неж на острове Рею¬ ньон в Индийском океане. Призмы расположены поч¬ ти горизонтально.
Базальтовая колоннада у во¬ допада Сварти- фосс в Исландии. При застывании лавового потока здесь образова¬ лись вертикаль¬ ные призмы. По мере застывания лавы внутри потока на его поверхности и подошве образуются по¬ перечные трещины, распространяющиеся внутрь к остывающей сердцевине и постепен¬ но гасящие напряжения. Трещины образуют призматические столбы, по виду напоминаю¬ щие органные трубы. Гексагональная решетка Образование геометрически правильных призм базальтовой отдельности связано не только с вертикальным, но и с горизонтальным рас¬ трескиванием. Появившаяся трещина распро¬ страняется внутри потока со все возрастающей скоростью. Когда скорость достигает 2 км/с, напряжение на конце трещины становится та¬ ким, что одной трещины для его ослабления уже не хватает. Тогда она спонтанно раскалы¬ вается на две новые, идущие под углом 120° к ней, которые в конце концов тоже раздваи¬ ваются, повторяя весь процесс. В результате трех последовательных раздвоений, занимаю¬ щих доли секунды, трещины смыкаются, об¬ разуя в потоке гексагональную сеть. Работа эрозии Эрозия и выветривание, разумеется, пользуются возможностью «поработать» с базальтовыми столбами. Любой утес, сложенный такими породами, разруша¬ ется по плоскостям призм. В графстве Антрим в Северной Ирлан¬ дии есть мыс, который называют Мосто¬ вой гигантов. Это удивительное творение природы состоит из 40 тыс. мощных ба¬ зальтовых столбов. Примерно половина из них имеет шестиугольное сечение, остальные — самое разное, в том числе и восьмиугольное. На Центральном массиве (Франция), который в последние 10 тыс. лет был ме¬ стом интенсивной вулканической дея¬ тельности, можно найти немало примеров ба¬ зальтовой столбчатой отдельности. Один из са¬ мых впечатляющих находится в Эспали, в окре¬ стностях Пюи-ан-Пеле. Кроме того, у коммуны Жожак находится изумительный лавовый по¬ ток, который 30 тыс. лет назад разлился по до¬ лине реки Линьон, притока Ардеша. На обрыви¬ стом берегу острова Стаффа близ Шотландии видны колоннада и плитчатое перекрытие. КОЛОННАДА И АНТАБЛЕМЕНТ Когда мощность лавового потока велика (от десяти до нескольких десятков метров), в нем можно наблюдать две группы правильных вертикальных призм. Одна, у кров¬ ли потока, называется колоннадой (1), у поверхности - псевдоколлонадой (3). Они разделены между собой зоной, именуемой антаблементом (2). В этой зоне формирование призм шло с существенными нарушениями. Они умень¬ шались в размере, приобретали неправильную форму, иногда искривляясь и веерообразно накладываясь друг на друга. Яркий пример такой необычной конфигурации - ба¬ зальты на острове Стаффа у берегов Шотландии. Вероят¬ но, такое явление объясняется двояко. С одной стороны, конкуренцией двух систем трещин. С другой - тем, что внутри потока породы остывали медленнее, и жидкая лава на этом уровне сформировала тоннели, по которым под¬ питывала фронт потока в ходе извержения. Наличие таких тоннелей привело к нарушению термического равновесия и геометрии остывающих пород.
Защита от хищников Яркая окраска многих животных играет роль предупреждающего сигнала для хищников. Средствами для отпугивания врагов служат также устрашающая форма тела и неприятные запахи. Группа туристов идет по лесу в бассейне Ама¬ зонки. Одна из девушек наклоняется над тро¬ пическим цветком и хочет взять в руки кро¬ шечную разноцветную лягушку, сидящую на широком листе. Но гид с криком бросается к ней и не дает даже дотронуться до лягушки. Кожные железы амфибии выделяют сильный яд, вызывающий раздражение кожи. Если такую лягушку съест неопытный хищник, он наверняка умрет. Индейцы издревле сма¬ зывали смертоносным ядом этих амфибий наконечники боевых стрел. Смертельно ядовитый корал¬ ловый аспид распространен в Новом Свете. Особенно часто эта змея встре¬ чается в штате Техас. У гусеницы ночной бабочки- гарпии одинаково устрашающе вы¬ глядят и голова и хвост. В деле отпугивания вра¬ гов эта гусени¬ ца — непревзой¬ денный мастер. неприятное на вкус вещество: хищник, раз попробовавший эту амфибию, потом предпо¬ читает держаться от ее собратьев подальше. Живущие в Северной Америке черно-белые скунсы широко известны своей способностью испускать зловонную струю из железы, рас¬ положенной у них под хвостом. «Аромат» этой жидкости — жуткая смесь из запахов серы, экскрементов, чеснока и паленых волос. Уви¬ дев врага, зверек задирает хвост и, недовольно щелкая зубами и хрюкая, делает навстречу ему несколько шагов. Затем он подгибает заднюю часть тела к голове и выпускает в неприятеля вонючий «снаряд». Струя смрадной жидкости точно попадает в цель даже с расстояния 5 м! Устрашающие маски У некоторых гусениц задний конец тела шире переднего и украшен жуткой «маской» с огром¬ ными глазами и чудовищной пастью. А у гусеницы одной коста-ри¬ канской бабочки он напоми¬ нает змеиную голову. Эти приспособления служат для отпугивания хищни¬ ков. Во время отдыха не¬ которые бабочки выгля¬ дят серыми и совсем невзрачными, но стоит им расправить крылья, например при приближе¬ нии голодной птицы, как перед ошарашенным хищ¬ ником появляются круп¬ ные круглые пятна, на¬ поминающие сови¬ ные глаза. Кожные же¬ лезы лягушек- древолазов, жи¬ вущих в лесах Южной Амери¬ ки, выделяют сильнейший яд. Яркие цвета, неприятные запахи Лягушки из южноамериканского семейства древолазов (Dendrobatidae) окрашены в самые яркие цвета. Одни их виды с головы до ног красные, другие черно-желтые, третьи цвета морской волны с черными пятнами. Эти ам¬ фибии хорошо заметны на фоне тропической зелени, но к ним опасно даже прикасаться. Большинство ярко окрашенных беспозво¬ ночных, а также многие не менее красочные позвоночные подают яркой расцветкой сиг¬ нал врагам: они предупреждают всех о своей несъедобности. Попытка отведать их может стоит хищнику жизни. Об опасности предупреждают хищников и чередующиеся красные, желтые и черные полосы на теле кораллового аспида. А коро¬ левская змея, довольно обычная в штате Ко¬ лорадо и окрашенная почти так же, как корал¬ ловый аспид, совершенно безвредна, но хищ¬ ники не знают этого и предпочитают ее не трогать. Такое подражание облику других животных уче¬ ные называют мимикрией. Околоушные железы евро¬ пейской огненной саламанд¬ ры выделяют хотя и не смер¬ тельно опасное, но очень
r?f . • s~% Замерзшая горная речки в долине реки Брани (Эльзас, Франция).
8 Укрепленные обрабатываемые склоны СТОК И ИНФИЛЬТРАЦИЯ Дождевая вода частично впитывается грунтом - это назы¬ вается инфильтрацией. Остальная вода стекает по поверх¬ ности и образует временные ручейки, пополняющие постоян¬ ные водотоки - ручьи и реки, которые могут получать воду также от таяния снегов или из подземных источников. То дождь, то град 1 Город 2 Интенсивные осадки 3 Лишенный леса участок 4 Сильный сток по склонам 5 Слабая инфильтрация 6 Распростране¬ ние наводнения 7 Приток грунтовых вод В облаках содержится атмосферная вода, которая выпадает на землю в виде осадков — дождевых капель, снежинок или градин. В тропосфере, нижнем слое атмосферы, содер¬ жатся огромные запасы воды - в виде пара, мелких капель или кристаллов льда. Такого количества хватило бы, чтобы покрыть всю планету слоем толщиной один метр, если бы, конечно, вся эта вода могла разом выпасть на землю, чего не бывает. Лишь слоистые и ку- облака способны возвращать воду в виде дождя, снега и града. Немного воды выпадает также с росой и инеем. От мельчайших капелек до дождя Влага содержится в облаках в виде крошечных кристалликов льда или капелек воды. Пока эти частицы малы, они могут оставаться во взве¬ шенном состоянии, паря в восходящих пото¬ ках воздуха. Когда таких частиц становится очень много, они соединяются в более круп¬ ные. Капли, образовавшиеся из миллионов мельчайших капелек, оказываются уже доста¬ точно тяжелыми, чтобы упасть на землю. Так в теплых широтах возникает дождь. В умеренной зоне образованию дождевых капель обычно предшествует появление сне- жинок. В верхних слоях облаков температура почти всегда ниже нуля, поэтому вода здесь конденсируется в виде кристалликов льда. Когда их становится много, они слипаются, образуя снежинки. Опускаясь к земле, снежин¬ ки попадают во все более теплые слои воздуха. Если они оказываются в слое с температурой выше нуля прежде, чем достигают поверхности земли, то тают, превращаются в капли воды и выпадают в виде дождя. 26 000 литров на квадратный метр Если атмосфера относительно однородна и восходящие потоки воздуха слабы, взвешен¬ ные в воздухе капельки или кристаллики воды не достигают больших размеров. Тогда может долго идти моросящий дождь, капли которого меньше 0,5 мм в диаметре. Обычно такой дождь образуется в плотных слоистых облаках, покрывающих большие территории. При неустойчивой погоде с сильными ветра¬ ми нередко формируются кучевые облака большого вертикального развития, внутри ко- В тропиче¬ ских широтах (на фотографии Малайзия) летом на смену анти¬ циклонам при¬ ходят циклоны, и наступает сезон дождей. После полудня на землю обруши¬ ваются сильней¬ шие ливни. Круп¬ ные капли пада¬ ют друг за другом непрерывной чередой.
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА. ОБЛАКА НА УРОВНЕ ЗЕМЛИ Иней (вверху) образуется на хо¬ лодных поверхно¬ стях, окружен¬ ных влажным воздухом, а снег (внизу) выпада¬ ет, когда крис¬ таллики льда не успевают рас¬ таять по дороге к земле. Форма и размер снежи¬ нок зависят от температуры и влажности тех слоев воздуха, где они формируются и которые прохо¬ дят, падая вниз. Выделяют почти 100 форм, но ти¬ пичные снежинки имеют шести- лучевую форму. торых происходит активное кон¬ вективное движение воздуха, спо¬ собствующее образованию круп¬ ных капель. Возникающие при этом локальные проливные дожди обычно длятся недолго. Трение воз¬ духа ограничивает скорость паде¬ ния (не более 8 м/с) и размер ка¬ пель. Капли диаметром 6 мм дро¬ бятся на более мелкие. Самые большие кучево-дожде¬ вые облака могут проливать тыся¬ чи тонн воды в секунду на пло¬ щади в десятки квадратных кило¬ метров. В 1952 г. на одном участке острова Реюньон в Индийском океане за день выпало 1872 литра на 1 м2 - почти вдвое больше, чем в Париже за целый год. Но даже это еще не рекорд. В 1860-1861 гт. дождемеры (установки для измерения осад¬ ков) зафиксировали 12 исключительно влаж¬ ных месяцев в одном из районов Индии: это был настоящий потоп, когда выпало более 26 000 литров воды на 1 м2. Наводнения Внезапные наводнения, или ливневые паводки, происходят после силь¬ ных дождей, когда реки не успевают уносить посту¬ пающую в них воду и вы¬ ходят из берегов. Кроме того, резко увеличивается скорость течения, и нето¬ ропливые реки нередко становятся бурными. Та¬ кие наводнения возника¬ ют обычно в горах, пред¬ горьях, ущельях, на густо застроенных склонах. Иногда они развиваются за несколько часов. Мощные ливневые па¬ водки часто несут с собой большие объемы вымытой со склонов почвы, камни, ветви, целые деревья. Они разрушают мосты и дома и нередко приводят к гибели людей. На равнинах разливы рек вызывают не та¬ кие быстрые наводнения. Обычно вода под¬ нимается постепенно, несколько дней, - вес¬ ной после таяния снегов или осенью после обильных дождей. В ходе весенних половодий и осенних паводков реки широко разливают¬ ся, покрывая водой значительные площади. Масштабы затопления возрастают из-за подъема грунтовых вод, искусственных или естественных препятствий, расположенных ниже по течению и замедляющих движение воды. Рубка лесов, заграждения вокруг воз¬ делываемых земель, строительство домов и дорог — все это может препятствовать стоку. В результате меньше воды уходит под землю, и реки переполняются сильнее. В устьевых об¬ ластях морские приливы также могут задер¬ живать сток речной воды и усиливать навод¬ нения. Наводнения, вызываемые тайфунами в устье Ганга, приводят к страшным бедствиям в Бангладеш. Так, в 1991 г. из-за подъема воды в стране погибло около 150 тыс. людей. В Ки¬ тае за последние 3500 лет было отмечено поч¬ ти 1500 сильных наводнений на реке Хуанхэ, ставших причиной гибели миллионов людей. Гигантские градины Если кристаллики льда, формирующиеся в облаках, не все успевают растаять до конца, пока летят к земле, идет снег с дождем. Если падающие кристаллики попадают в теплый облачный слой, где много мельчайших капель воды, то образуется снежная крупа. В облаках с большим вертикальным контра¬ стом температур развиваются сильные вос¬ ходящие и нисходящие потоки воздуха. В ре¬ зультате кристаллики многократно то опуска¬ ются в теплую зону облака, где на них оседают новые капельки воды, то вновь поднимаются в холодную, где осевшая вода замерзает. Так слой за слоем образуются градины. Когда эти ледяные шарики становятся настолько тяже¬ лыми, что восходящие потоки воздуха больше не могут их удерживать, градины падают на землю. Обычно их диаметр от 0,5 до 5 см. Но встречались и огромные экземпляры — почти 20 см в диаметре. Подобно пушечным ядрам, они летели вниз со скоростью около 40 м/с. Если не только в верхних слоях облака, но и на всем пути осадков до земли температура ниже нуля, выпадает снег. Снежинки могут до¬ стигать нескольких сантиметров в диаметре. Туман - не что иное, как облако, сформировав¬ шееся у поверхности земли. Особенно часто он образу¬ ется после захода солнца, когда приземный воздух остывает быстрее, чем дру¬ гие слои атмосферы. Влага при этом конденсируется в виде мелких капель. Во¬ дяные пары могут конден¬ сироваться не только в воз¬ духе, но также на грунте и растениях - в виде росы. А при температурах ниже нуля вместо росы образу¬ ется иней. Когда темпе¬ ратура на боль¬ ших высотах очень низкая, кап¬ ли воды замерза¬ ют, превращаясь в ледяные шарики — градины. Крупный град наносит огромный урон сельскохозяйст¬ венным угодьям, повреждает дома и машины. 135
Морские течения А Океанские тече¬ ния могут перехо¬ дить одно в другое, образуя огромные круговороты, и на¬ зываться холодны¬ ми или теплыми в зависимости от их положения. 1 Гольфстрим пере¬ ходит в Канарское и Северное пассат¬ ное течения. 2 Бенгельское течение переходит Значение морских течений для климата очень велико: они переносят питательные вещества и тепло по океанам планеты. Океанский конвейер Термогалинная циркуляция - это круго¬ ворот, вызванный горизонтальными различиями температуры и солености На изображе¬ нии, полученном со спутника, вид¬ ны три очень бы¬ стрых морских течения: Гольф¬ стрим (вверху), Бразильское (внизу слева) и Игольного мыса (внизу справа). У Тропический сад в Корнуолле (Англия) суще¬ ствует благодаря Гольфстриму — теплому тече¬ нию, начинающе¬ муся от Флорид¬ ского пролива. В начале XIX в. на юге английского граф¬ ства Корнуолл были высажены австралий¬ ские папоротники. Это графство располо¬ жено в тех же широтах, что известные своими суровыми зимами города Калгари (в Канаде) и Иркутск (в Сибири). Казалось бы, тропиче¬ ские папоротники должны были погибнуть здесь от холода. Но они прекрасно себя чув¬ ствовали. Сегодня в Корнуолле можно посе¬ тить ботанический сад Хелиган, где эти па¬ поротники благополучно растут под от¬ крытым небом вместе со многими другими тропическими и субтропиче¬ скими растениями. Зимой, когда в Калгари трещат мо¬ розы, на юго-западе Англии редко бы¬ вает холодно. Отчасти это обусловлено тем, что Англия расположена на остро¬ ве, а Калгари - в глубине материка, но гораздо важнее то, что берега Корнуолла омывает теплое морское течение - Гольф¬ стрим. Благодаря ему климат на западе Европы намного мягче, чем на тех же широ¬ тах в центральной части Канады. Причина течений Причина морских течений - неоднород¬ ность вод. Когда растворенное в воде ве¬ щество имеет в одном месте большую концентрацию, чем в другом, вода приходит в движение, стремясь вы¬ ровнять концентрации. Этот закон диффузии можно наблюдать, если соединить трубкой два сосуда с рас¬ творами разной степени солености. В океанах подобные движения на¬ зываются течениями. Основные мор¬ ские течения на нашей планете возникают из-за разно¬ стей температуры и солености водных масс, а также из-за ветров. Благодаря течениям теп¬ ло из тропиков может достигать высоких ши¬ рот, а полярный холод - освежать экватори¬ альные районы. Без морских течений было бы затруднено поступление питательных веществ из глубин к поверхности океанов и кислорода с поверхности на глубину. Течения осуществляют водообмен как вну¬ три океанов и морей, так и между ними. Пере¬ нося тепловую энергию, они нагревают или охлаждают воздушные массы и во многом определяют климат тех районов суши, возле которых проходят, а также климат планеты в целом.
А На востоке Канады зимой нередко бывают периоды необы¬ чайно холодной погоды. Гольф¬ стрим отклоня¬ ется здесь от бе¬ регов Северной Америки к вос¬ току, а из Арк¬ тики нередко приходят анти¬ циклоны, несущие холодные и сухие воздушные массы. ■А У берегов Намибии воздух, охлажденный поступающим из Антарктики Бенгельским те¬ чением, встреча¬ ется с горячим воздухом пустыни Намиб. Перед рассветом влага конденсируется в виде тумана, который исчеза¬ ет по мере того, как земля нагре¬ вается на солнце. в Южное пассатное течение и Бразиль¬ ское течение. 3 Северное пассат¬ ное течение пере¬ ходит в Куросио и Северо-Тихо¬ океанское течение, затем в Калифор¬ нийское. 4 Южное пассатное течение переходит вВосточно-Австра- пийское течение, затем в Перуанское. 5 Западно-Австра¬ лийское течение переходите Южное пассатное, а затем в течение Игольного мыса. между водными массами. Такие циркуляции играют огромную роль в жизни нашей пла¬ неты, формируя так назывемый глобальный океанский конвейер. Он переносит глубинные воды из Северной Атлантики на север Тихого океана и поверхностные воды в обратном на¬ правлении приблизительно за 800 лет. Выберем начальную точку, например, в сере¬ дине Атлантики - в течении Гольфстрим. Вода у поверхности нагревается солнцем и посте¬ пенно движется на север вдоль восточного по¬ бережья Северной Америки. На своем долгом пути она постепенно охлаждается, передавая тепло в атмосферу разными механизмами, в том числе и путем испарения. При этом ис¬ парение приводит к повышению концентра¬ ции соли и, следовательно, плотности воды. В районе Ньюфаундленда Гольфстрим разде¬ ляется на идущее на северо-восток Северо- Атлантическое течение и ветвь, направляю¬ щуюся на юго-восток, обратно к середине Ат¬ лантики. Достигнув моря Лабрадор, часть вод Гольфстрима охлаждается и уходит вниз, где образует холодное глубинное течение, распро¬ страняющееся на юг через всю Атлантику до Антарктики. По пути глубинные воды смеши-
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... Эта завих¬ ренная светлая полоса — изобра¬ жение Гольф¬ стрима, получен¬ ное из космоса. Вода по-разному отражает свет в зависимости от скорости те¬ чения, что позво¬ ляет отслежи¬ вать ее движе¬ ние со спутника. Гольфстрим во много раз пол¬ новоднее любой реки на нашей планете. ваются с водами, поступающими через Гибрал¬ тарский пролив из Средиземного моря, кото¬ рые из-за своей высокой солености оказыва¬ ются тяжелее поверхностных атлантических вод и поэтому распространяются в глубинных слоях. Антарктическое течение движется на восток и почти на границе Индийского и Тихого океа¬ нов разделяется на две ветви. Одна из них ухо¬ дит на север, а другая продолжает путь в Тихий океан, где водные массы движутся против ча¬ совой стрелки, вновь и вновь возвращаясь в антарктический круговорот. В Индийском океане антарктические воды смешиваются с более теплыми тропическими. При этом они постепенно становятся менее плотными и под¬ нимаются к поверхности. Двигаясь с востока на запад, они проделывают длительный путь обратно в Атлантический океан. В игру вступает ветер Другой тип циркуляции воды связан с дейст¬ вием ветра и распространен в поверхностных слоях океанов. Ветры, дующие с берега, сго¬ няют поверхностную воду. Возникает наклон уровня, который компенсируется за счет воды, поступающей из подстилающих слоев. Вращение Земли приводит к тому, что на¬ правления течений, движимых ветром, меня¬ ются под действием силы Кориолиса, откло¬ няясь вправо от направления ветра в Северном полушарии и влево - в Южном. Угол этого от¬ клонения составляет около 25° у берегов и около 45° в открытом море. Каждому течению соответствует противо¬ положное по температуре противотечение. Оно замещает воды, движение которых откло¬ няется вправо или влево из-за силы Кориолиса. Например, в Атлантическом океане теплое те¬ чение Гольфстрим компенсируется холодным Лабрадорским, идущим вдоль берегов Канады. В Тихом океане теплое течение Куросио (иду¬ щее от Филиппин на север) дополняется хо¬ лодным Ойясио, выходящим из Берингова моря. В результате течения образуют океанские круговороты по каждую сторону от экватора. Путешествие поверхностных вод Поверхностные пассатные течения связаны с пассатами, которые дуют с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока в Юж¬ ном. Между северным и южным тропиками эти ветры гонят водные массы к западу. Движу¬ щиеся воды постепенно нагреваются. Достиг¬ нув западных берегов своего океана, они вы¬ нуждены заворачивать и перемещаться вдоль берега, влево или вправо, в зависимости от по¬ лушария. В Северном полушарии они заво¬ рачивают по часовой стрелке (влево), а в Юж¬ ном - против (вправо). Когда эти воды достигают высоких широт, западные ветры гонят их к востоку, к противо¬ положным берегам. Дойдя до восточных берегов каждого океана, они заворачивают к югу (в Северном полушарии) или к северу (в Южном) и так завер¬ шают свои циклы. Трение и перемешивание Глубоководные течения взаи¬ модействуют с неровностями морского дна, поднятия и впа¬ дины которого способствуют формированию огромных глубинных кругово¬ ротов. Трение о дно стимулирует перемешива¬ ние водных масс разной температуры и соле¬ ности. Поверхностные течения посредством трения контактируют с нижележащими слоя¬ ми, вовлекая их в движение и перемешиваясь с ними. Рельеф дна может воздействовать на течения и в форме так называемых топографи¬ ческих волн Россби - медленных возмущений волнового характера, которые распространя¬ ются в структуре течений и определяют гло¬ бальный характер циркуляции водных масс. ГЛОБАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ Течения влияют на атмосферу, а атмосфера - на течения. В Ат¬ лантике и Тихом океане в районе экватора атмосферное давле¬ ние выше то у западного берега, то у восточного, причем разница давлений регулярно меняет знак. Это приводит к изменению скоро¬ сти и направления ветра, которое в свою очередь изменяет рас¬ пределение теплых водных масс у поверхности океана. В результа¬ те меняется положение границы между поверхностными теплыми водами и более холодными глубинными. Эти аномалии передаются течениям, которые разносят их по всей планете. Так происходят глобальные колебания в системе океан-атмосфера. 138 Поднимающи¬ еся к поверхности у берегов Новой Зеландии холод¬ ные глубинные воды (районам их поднятия соот¬ ветствуют зоны голубого цвета) способствуют развитию фито¬ планктона.
От волн к прибою Поверхность морей и океанов редко бывает спокойной: она, как правило, покрыта волнами, а о берега непрерывно бьется прибой. А Прибойные волны обрушива¬ ются на берега Гавайев незави¬ симо от того, дует ли ветер. Их формируют пришедшие из открытого моря волны зыби, ко¬ торые ближе к берегу набира¬ ют высоту и пре¬ вращаются в пе¬ нящиеся валы. У Самые боль¬ шие океанские ветровые волны могут достигать в высоту 25 м и более. Рекорд¬ ная высота та¬ ких волн была отмечена в север¬ ных районах Ти¬ хого океана и со¬ ставила 33,6 м. Удивительное зрелище: массивное грузовое судно, которым играют гигантские штормовые волны в открытом океане, кажется не больше ореховой скорлупки. Фильмы-катастрофы изо¬ билуют подобными картинами - волна высо¬ той с десятиэтажный дом. Волновые колебания поверхности моря воз¬ никают во время шторма, когда длительный порывистый ветер в сочетании с перепадами атмосферного давления формирует сложное хаотическое волновое поле. Бегущие волны, кипящая пена прибоя Удаляясь от циклона, вызвавшего шторм, мож¬ но наблюдать, как преображается волновая картина, как волны становятся более ровными и стройными рядами движутся друг за другом в одном направлении. Эти волны называются зыбью. Высота таких волн (то есть разница уровней между самой высокой и самой низкой точками волны) и их длина (расстояние между двумя соседними вершинами), а также ско¬ рость их распространения довольно постоян¬ ны. Два гребня может разделять расстояние до 300 м, а в высоту такие волны могут достигать 25 м. Волновые колебания от таких волн рас¬ пространяются на глубину до 150 м. Из области образования волны зыби распро¬ страняются очень далеко, даже при полном безветрии. Например, циклоны, проходящие у берегов Ньюфаундленда, вызывают волны, которые за три дня достигают Бискайского за¬ лива у западных берегов Франции - почти в 3000 км от места их образования. При подходе к берегу, по мере уменьшения глубины, эти волны меняют свой облик. Когда волновые колебания достигают дна, движение волн замедляется, они начинают деформиро¬ ваться, что завершается обрушением гребней. Такие волны с нетерпением ждут любители серфинга. Особенно эффектными они бывают в тех районах, где морское дно резко понижа¬ ется у берега, например в Гвинейском заливе на западе Африки. Это место очень популярно у серфингистов всего мира. Приливы: глобальные волны Приливы - явление совсем другой природы. Это периодические колебания уровня моря, хорошо заметные у берегов и повторяющиеся приблизительно каждые 12,5 часа. Они вызва¬ ны гравитационным взаимодействием вод океана в основном с Луной. Период приливов определяется соотношением периодов суточ¬ ного вращения Земли вокруг своей оси и вра¬ щения Луны вокруг Земли. Солнце также уча¬ ствует в образовании приливов, но в меньшей степени, чем Луна. Несмотря на превосходство в массе. Солнце слишком удалено от Земли. Суммарная величина приливов зависит, таким образом, от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца, которое меняется в течение месяца. Когда они оказываются на одной ли¬ нии (что бывает в полнолуние и новолуние), приливы достигают максимальных величин. Самые высокие приливы наблюдаются в за¬ ливе Фанди на побережье Канады: разнобть между максимальным и минимальным поло¬ жениями уровня моря здесь составляет около 19,6 м.
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... Озера — резервуары воды Озера, пресные и соленые, — результат действия тех сил природы, которые формируют облик Земли. Одни озера образовались после извержений вулканов, другие возникли благодаря работе ледников, третьи — в процессе деформаций земной коры. Горные потоки, реки, подземные воды и быв¬ шие моря используют малейшие понижения рельефа для создания водоемов, будь то не¬ большое горное озерцо или внутреннее море. В сердце вулкана Название озера Крейтер-Лейк («кратерное»), указывает на его вулканическое происхожде¬ ние. Это озеро, находящееся на юге штата Оре¬ гон (США), диаметром около 10 км и глубиной 58 м, расположено в кальдере - округлой кот¬ ловине, образовавшейся в результате обруше¬ ния вершины вулкана после извержения. Похожим образом возникло и озеро Тааль площадью 267 км2 возле вулкана Пинатубо на филиппинском острове Лусон. Оно распо¬ ложено в кальдере, в центре которой находится еще один конус вулкана с небольшим озерцом в кратере. Но в вул¬ канических кратерах не всег¬ да образуются озера. Часто берега и дно кратера сложены вулканическим пеплом и ла- пиллями (кусочками застыв¬ шей лавы), проницаемыми для воды и потому неспособ¬ ными ее задержать. Встреча магмы и воды Кратерные озера Гур де Тазена и Павен (север¬ ная и южная часть вулканической цепи Шен де Пюи во Франции) с ярко-голубой водой рас¬ положены в котловинах, которые образовались при взрывном извержении, разорвавшем по¬ роду. Катастрофические извержения происхо¬ дят при контакте подземных вод с раскаленной магмой (температура около 1100°С). Вода, силь¬ но нагреваясь, образует пар, стремящийся под большим давлением вырваться наружу. Вулканическая активность может оказать и косвенное воздействие на процесс формиро¬ вания озер. Жидкая базальтовая лава, покры¬ вая огромную площадь и растекаясь по днищу долин, способна изменить гидрографическую сеть обширных районов. Подпруживая русло¬ вой поток, она образует плотинные озера, по¬ добные горному озеру Эйда (Франция). В ледниковых бассейнах Озеро Верхнее, площадь которого превышает 82 000 км2, - самое большое на планете. Как и все Великие озера, оно возникло благодаря естественным запрудам. Отступавшие в конце последнего оледенения ледники, покрывавшие большую часть Северной Америки, оставили морену, послужившую естественным барьером для стока воды. В Канаде и Скандинавии со¬ хранилось множество следов деятельности ледников в период последнего оледенения. Желоба, заполненные водой Озеро Виктория в Восточной Африке площа¬ дью 68 800 км2 может соперничать с Великими озерами. Это озеро - свидетель беспрестанных движений земной коры. Оно находится в мест¬ ности, где расположены известные вулканы Килиманджаро и Ньярагонго, а также цепь крупных озер - от озера Альберт на севере до озера Малави на юге, включая самое глубо¬ кое из них - Танганьика (глубина 1470 м). Эта череда озер протянулась по днищу западной ветви Восточно-Африканской рифтовой сис¬ темы. Движения литосферных плит ведут не только к образованию складок и горных це¬ пей, но и к появлению гигантских разломов и опусканию блоков земной коры в виде глу¬ боких корытообразных рвов - рифтов. Мертвое море на Ближнем Востоке, находя¬ щееся ниже уровня моря на 400 м, также рас¬ положено в рифтовой впадине в пределах Ле¬ вантийского разлома. Засушливый климат и интенсивное испарение сделали воду этого озера самой соленой на планете. В кратере вулкана Пинату¬ бо на Филиппи¬ нах, мощное из¬ вержение кото¬ рого произошло в 1991 г., теперь находится озеро. Озеро Байкал, имеющее площадь 31 500 км2 и глу¬ бину 1640м, рас¬ положено в зоне рифтовых разло¬ мов. Это самое крупное хранили¬ ще пресной воды на Земле: оно со¬ держит 23 000м3, то есть 1/5 всего мирового запаса. Озеро Верхнее похоже на вну¬ треннее море. Как и другие Ве¬ ликие озера, рас¬ положенные между Канадой и США, оно име¬ ет ледниковое происхождение.
Целебная сила воды За миллионы лет контакта с вмещающими породами подземные воды глубоких горизонтов способны растворить множество минеральных веществ, приобретая лечебные свойства. Рекламный плакат 1930 г. прославляет до¬ стоинства тер¬ мальных вод швейцарского ку¬ рорта Бад-Рагац. Отфильтрован¬ ные породами Альпийских гор, воды этого курор¬ та считаются чистыми. Молекулы воды обладают природ¬ ным свойством взаимодействовать с другими химическими вещества¬ ми. Проходя сквозь вмещающие породы, вода растворяет содержа¬ щиеся в них минеральные ком¬ поненты. Она залегает на глубине в виде водоносных пластов, образовавшихся либо за счет конденсации влаги, выделяемой вулканическими породами при остывании, либо в результате инфильтрации атмосферных осадков. Через несколько тысяч или миллио¬ нов лет эти воды выходят на поверхность. Нагреваясь на больших глубинах, минераль¬ ные воды образуют на поверхности термальные источники, с температурой выше 20°С. Иногда термином «минеральные воды» обозначают лю¬ бые источники, обладающие целебными свой¬ ствами. Бикарбонаты, хлориды и сульфаты Использование термальных вод в медицинских целях известно по крайней мере со времен Древнего Рима, где такой способ лечения ши¬ роко практиковался. Во всем мире число лю¬ дей, которые каждый год ездят на воды, со¬ ставляет около 10 млн. Минеральные воды классифицируют по их минеральному составу, а также по характеру воздействия на организм человека. - Бикарбонатные воды выделяют углекислый газ, в особенности когда выходят на поверх¬ ность, и в естественно газированном виде упо¬ требляются в качестве напитков. Они улуч¬ шают пищеварение (однако в больших количе¬ ствах противопоказаны больным гастритом), снижают кровяное давление и оказывают бла¬ готворное действие на кожу. - Высокое содержание солей в хлоридных во¬ дах обусловлено растворением каменной соли, содержащейся в древних морских отложениях. Они близки по составу к морской воде и ис¬ пользуются для лечения расстройств дыхатель¬ ной и нервной систем, а также при гинеколо¬ гических заболеваниях. Высокая плотность хлоридных вод позволяет назначать их при ле¬ чении двигательных расстройств. Хлоридные воды не рекомендуется пить людям с повы¬ шенным артериальным давлением. - Серные воды содержат серу в химической форме, в которой она непосредственно усваи- КупаниеДиа¬ ны (мозаика IV в.). Для древ¬ них римлян бани были неотъемле¬ мым элементом общественной жизни. Некото¬ рые из них могли одновременно вместить тыся¬ чи людей. вается организмом. Они стимулируют крово¬ обращение и работу нервной системы. Иногда серные воды выходят на поверхность в виде горячих источников. Использование серных вод рекомендуется при ревматизме, кожных заболеваниях и расстройствах двигательной системы. - Сульфатные воды содержат соли серной кис¬ лоты (обычно малорастворимые и поэтому присутствующие лишь в небольших концент¬ рациях, часто в сочетании с рядом других ми¬ неральных веществ). Эти воды используются для лечения болезней кожи и суставов. Вода, содержащая сульфат кальция, применяется как дополнительное средство при лечении уроло¬ гических и метаболических расстройств. Вода, содержащая сульфат натрия, действует на пе¬ чень и желчный пузырь. Ее принимают внутрь холодной, иногда в сочетании с ваннами и ло¬ кальным наружным воздействием. - Воды, содержащие микроэлементы, вклю¬ чают очень мало минеральных солей, но в них при этом могут быть растворены незначитель¬ ные количества таких элементов, как железо, медь, мышьяк и другие. Вода, в которой со¬ держится сравнительно много железа, спо¬ собствует усвоению железа в ходе метаболиче¬ ских процессов и может увеличивать прохо¬ димость кишечника. Некоторые природные воды могут быть в той или иной степени радиоактивны. Такие воды тоже используются при лечении ряда за¬ болеваний. Их радиоактивность не представ¬ ляет опасности для здоровья, потому что ее уровень очень низок. ПОЛЬЗА МОРСКОЙ воды Морская вода - основа водолечения. Вне зависимости от широтных и региональных изменений концентрации солей ее состав почти постоянен, а по обилию и полноте растворен¬ ных в ней минеральных компонентов она превосходит все дру¬ гие типы вод. В среднем один литр морской воды содержит 35 г минеральных солей: около 27,3 г хлорида натрия (пова¬ ренной соли), 3,4 г хлорида магния, 2 г сульфата магния, 1,3 г хлорида кальция, 0,6 г хлорида калия и 0,1 г карбоната кальция. Лечение морской водой, или талассотерапию, рекомендуют людям с заболеваниями суставов и проблемами моторики, а также как восстановительное средство после перенесенной болезни. Морская вода может быть также полезной при не¬ которых заболеваниях кожи, аллергической астме и проблемах развития у маленьких детей. 141
Путешествие дождевой капли 2. Конденсация По мере того как содержащий водяной пар теплый воздух под¬ нимается, его давление падает. При этом он охлаждается, вы¬ зывая конденсацию воды. Вначале из водяного пара образуются капли диаметром 0,01-1 мм. Их скопления формируют облака (слева - грозо¬ вое небо над кенийской провинцией Рифт-Валли, занимающей часть Восточно-Африканской рифтовой системы). Доля жидкой воды в них невелика - до 10 г/м3. При конденса¬ ции содержащаяся в водяном паре энергия Солнца передается атмо¬ сфере. Воздух нагревается, что приводит к возникновению восходящих потоков. Там, где вода испаряется, воздух, напротив, остывает. Эти процессы поддерживают атмосферный перенос влаги между зонами испарения (субтропическими и полярными поя¬ сами) и конденса¬ ции (экваториаль¬ ным и умеренными поясами). Объем воды на планете ученые оцени¬ вают в 1390 млн куб. км. Это очень много, но вместе с тем и очень мало. На Земле больше воды, чем на дру¬ гих известных науке планетах, однако масса воды составляет всего 0,025% обицей массы земного шара. На пре¬ сную воду приходится еще меньше - лишь 2,7% всех запасов этой драго¬ ценной жидкости. Вода не только уто¬ ляет жажду живых существ, но, что не менее важно, разносит солнечное тепло по всей планете. Вода передает энергию Солнца от экватора к полю¬ сам, от суши к морю и обратно. 'шт 1. Испарение Солнце, нагревая океан, вызывает испарение воды. В итоге за год около 500 000 км3 влаги переходят из жидкого состояния в водяной пар и поступают в нижние слои атмосферы. Поверхность океана при испарении охлаждается вместе с небольшим слоем воздуха над ней. Колебания температуры и дав¬ ления воздуха, вызванные испарением и конденсацией воды, играют важную роль в образовании ветров. Около половины энергии атмосферная циркуля¬ ция получает из цикла испарение-конденсация. Интенсивнее всего испарение идет в тропических районах (вверху - окутанные туманом кроны деревьев в Гайане), где много тепла. Реки, озера, растения и животные тоже испаряют воду. Всего с поверхности суши испаряется около 70 000 км3 воды. Водяной пар имеет небольшую плотность и поэтому легко увлекается вверх атмосфер¬ ными потоками. 142
3. Осадки Капли, образующие облака, имеют разный размер. Когда их диа¬ метр достигает 0,1 мм, они становятся дождевыми. При слабых восходящих потоках воздуха такие капли имеют скорость около 1 м/с. В зависимости от атмосферных условий выпадает снег, дождь или град. За год поверхности суши достигают 110 000 км3 воды. Особенно много осадков регистрируют в экваториальном поясе и умеренных широтах (между 35° и 55°). Около 7% осадков приходится на территорию Китая. В бассейне Амазонки выпадает вдвое больше. Если температура воздуха над землей высокая, осадки могут испариться, не достигнув суши. 4. Просачивание Осадки проходят через растительный покров, где ча¬ стично испаряются, а затем достигают земли. Часть воды просачивается в почву и системы подземных во¬ доемов (внизу - пещерный водоем в Посо-Энкантадо в Бразилии). Часть воды собирается в углублениях на поверхности, образуя лужи, большие и малые озера. Часть возвращается по ручьям и рекам в моря и океаны. Вода также накапливается в виде льда и снега в обла¬ стях постоянных ледников, общий объем которых составляет 29 000 000 км3. Это самые крупные запасы пресной воды на нашей планете, намного большие, чем в подземных водных системах (8 200 000 км3). На материковые водоемы приходится 205 000 км3 воды, влажную почву - 70 000 км3, реки и ручьи - 1700 км3. 6. Загрязнение Вода, используемая в земледелии, на¬ сыщается удобрениями (в основном нитра¬ тами и фосфатами), пестицидами, гербицидами и фунгицидами. Отходы производства и городские стоки загрязняют водоемы тяжелыми металлами, раство¬ рителями, органическими соединениями. Накапливаясь в пище- .IX цепях, вредные вещества оказывают влияние на людей. Еще шснее то, что ядовитые химические соединения попадают в пе¬ чник питьевой воды - подземные воды. Их обновление проис¬ ходит медленно, в среднем за 1400 лет, в то время как в реках весь объем воды сменяется за несколь¬ ко недель. С поверхностным стоком вода попадает в море, куда и поступают все загрязняющие ее вещества (слева - цветение воды у берегов Фран¬ ции). В процессе испарения из воды удаляется большинство загрязняющих ее веществ, однако над крупными городами содержащийся в воздухе водяной пар снова загрязняется, образуя смог. 5. Вода в организмах, потребление воды Сравнительно небольшая доля приходится на воду, содержащуюся в живых организмах: около 1100 км3 (почти столько, сколько во всех ручьях и реках Земли). Тело медузы состоит из воды на 95%, тело человека - на 70%. Мы теряем примерно 2,5 л воды ежедневно и столько же должны потреблять с питьем и пищей. Но гораздо больше воды люди использу¬ ют на личную гигиену и стирку одежды, в промышленности и сельском хозяйстве (слева - ирригация картофельных полей). В результате каждый житель планеты по¬ требляет около 3 м3 пресной воды в день.
Вода из глубин В жару и холод родниковая вода не меняет своей температуры. Просачиваясь сквозь почву к субстрату, вода проделывает разной длины и сложности путь, прежде чем снова выйти на поверхность. Купающиеся в Голубой лагуне, расположенной среди темных, изрезанных вулканических скал в Исландии, получают необычные ощущения. Чистейшая голубая вода - незабываемое зре¬ лище, при этом она настолько горячая, что может обеспечить работу геотермальной элек¬ тростанции. В Исландии множество извергающихся вре¬ мя от времени вулканов. Подъем магмы вы¬ зывает повышение температуры подстилаю¬ щих пород. В результате нагревается и фильт¬ рующаяся через них вода, которая иногда вырывается на поверхность в виде гейзеров. Воклюз — карстовый сифон-источник с резко изменяю¬ щимся дебитом (расходом воды) - на юго-востоке Франции, в Про¬ вансе, в период малой воды. В карстовых районах родники могут пересы¬ хать из-за резко¬ го падения уровня грунтовых вод. Фонтаны кипятка По количеству гейзеров, приходящихся на еди¬ ницу площади, Йеллоустонский парк (США) занимает первое место в мире. Одни гейзеры извергают воду время от времени, другие — с ритмичностью метронома. Это явление свя¬ зано либо со вскипанием воды за счет внутрен¬ него тепла Земли, либо с выбросом (не обяза¬ тельно кипящей) воды под действием вулка¬ нических газов. Характер выброса воды зависит от строения вмещающих пород. Извергаемая вода насыщена растворенной в ней минераль¬ ной субстанцией, которая откладывается в виде конусов и колец вокруг гейзера. Горячие источники встречаются не только в районах вулканической активности. Вода может проникать на глубину в несколько ты¬ сяч метров, где крайне высокая температура превращает ее в пар. Температура воды в про¬ цессе фильтрации повышается с глубиной в среднем на 3°С на каждые 100 м, за исключе¬ нием районов вулканической ак¬ тивности, где геотермический градиент значительно выше. Гидротер¬ мальная ванна возле города Бen¬ ny на острове Кюсю (Япония).
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И СПОСОБЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... 1 Колодец для забора грунтовых вод 2 Гранит 3 Аллювиальные отложения 4 Колодец для забора вод аллювиальных отложений 5 Родник у подошвы пласта известняка 6 Известняковое плато 7 Глина 8 Родник на тектоническом контакте глин и известняков 9 Разлом 10 Буровая скважина, вскрывшая глубокие водоносные горизонты А Два способа использования подземных вод: стирка одежды в воде, получен¬ ной из буровой скважины в Сирии (вверху), и купание в теп¬ лой воде Голубой лагуны в Ислан¬ дии (внизу). Пласты холодной воды В зависимости от типа пород и, разумеется, от климата в грунт просачивается большее или меньшее количество атмосферной воды. В умеренных широтах вода, фильтруясь в пори¬ стой среде песчаных террас, вытянувшихся вдоль водо¬ токов, и других эрозионных форм рельефа, питает под¬ земные (грунтовые) воды. Эти воды легко получить из колодцев глубиной в не¬ сколько метров, а избыток их выходит на поверхность в виде малодебитных (с ма¬ лым расходом воды) источ¬ ников. Если подстилающий пласт водонепроницаем, так как сложен глинистыми породами, то дождевая вода застаивается на поверх¬ ности, стекая и испаряясь очень медленно. Когда та¬ кие породы залегают на по¬ верхности, в понижениях образуются озера, пруды и болота. В районах с засушливым климатом поверх¬ ностные воды встречаются редко. Русла рек заполняются водой только после обильных дождей. Однако воду можно найти и здесь. В аллювиальных отложениях ее достаточно, чтобы добывать из скважин и колодцев. Кро¬ ме того, там существуют водоносные горизон¬ ты, сформировавшиеся в более влажном кли¬ мате ранних эпох четвертичного периода. Чрезмерная эксплуатация таких горизонтов опасна, так как нет уверенности в том, что они восстановятся естественным образом. Реки и родники в известняке В районах распространения известняков си¬ туация совсем иная. Дождевая вода здесь мо¬ ментально просачивается в землю. Поэтому реки встречаются редко, быстро пересыхают и могут исчезать, уходя по трещинам вниз, превращаясь в подземные водотоки. Расширение трещин при растворении кар¬ боната кальция превращает известняковую по¬ роду в гигантскую губку. Когда такая порода залегает на водонепроницаемых, как глина, слоях, воды могут выходить на поверхность в виде крупных родников, располагающихся у подо¬ швы известняка. Иногда смещение земной коры по трещинам и разло¬ мам приводит к контакту водоносных слоев с созда¬ ющими барьер водонепро¬ ницаемыми породами. Де¬ бит (расход воды) родников, образующихся здесь после сильных дождей, может превысить несколько ку¬ бических метров в секунду. В засушливое время такие источники иссякают или, подобно прованско¬ му воклюзу, обнажают свой действующий как сифон подводящий канал, который становится заметным при значительном понижении уров¬ ня грунтовых вод. А Гейзер Замок в Йеллоустон- ском парке (США). ГОРЯЧИЕ ИСТОЧНИКИ И РОЛЬ РАЗЛОМОВ Для того чтобы вода могла проникнуть на глубину и там нагреться, нужны особые геологические условия. Горячие источники часто встречаются вблизи зон разломов, действу¬ ющих как подземные каналы. Породы здесь более трещино¬ ватые, и горячей воде, менее плотной, чем холодная, легче выходить на поверхность. Но не все разломы действуют по¬ добным образом, так как их трещины могут закупориваться оседающими солями. Поэтому им время от времени необхо¬ дима «встряска» - небольшое землетрясение, в результате которого трещины открываются, позволяя воде вновь по ним двигаться. 145
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... Ледники В условиях низких температур высоких широт и горных районов снег постепенно превращается в лед, который движется под действием собственного веса, принимая участие в преобразовании рельефа за счет процессов ледниковой денудации. Пролетая на самолете над ледниками Аляски, можно подумать, что внизу простирается авто¬ страда, только без машин, или реки с прито¬ ками, русла которых сливаются и вновь рас¬ ходятся, как бегущие дорожки. Действительно, ледники, образующиеся при перекристаллиза¬ ции и уплотнении снега под действием соб¬ ственного веса, отнюдь не неподвижны. Они мед ленно спускаются по склонам со скоростью до нескольких десятков метров в год. размытые водой, местами образуют подобия сказочных замков, пока еще не разрушенных эрозионными процессами. Ледяные горы полярных районов Но горные ледники - ничто по сравнению с ле¬ дяными покровами полюсов. Толщина льда, занимающего огромную площадь, достигает 4 км. Материковые льды Гренландии (объемом около 2,9 млн км3) и Антарктиды (30 млн км3) почти полностью покрывают сушу. Тем не ме¬ нее над ними возвышаются остроконечные пики гор, таких, как Винсон в районе Южного полюса, высота которой достигает 5140 м. Под действием собственного веса ледники стекают в долины и движутся к морю. От их концов откалываются огромные куски — айс¬ берги и сползают в еще не покрытое льдом Работа льдов: равнины, цирки и морена Ледники переносят обломки всевозможных размеров, образовавшиеся при разрушении по¬ род в результате замерзания воды в трещинах. Когда обломки сосредоточиваются по краям нижней оконечности (языка) ледника, они фор¬ мируют боковую морену, откладывающуюся по обеим сторонам ледяных рек. При слиянии боковых морен двух ледников посредине бе¬ лого потока возникает срединная морена. Температурный режим и баланс между акку¬ муляцией (накоплением) и таянием льда обу¬ словлены высотным и широтным положением ледника. Из-под нижнего конца ледника текут ручейки талой воды, сливающиеся в единый водоток. Переносимые им мельчайшие час¬ тицы «ледникового молока» придают воде бе¬ лесый цвет. Песок и гравий, транспортируемые этими водами, откладываясь, образуют ледни¬ ковые равнины — зандры. Следы ледниковой денудации заметны во многих районах. Отступающий ледник оставил ледниковые цирки, U-образные долины, ока¬ танные валуны и морену. Породы последней, Ватнаёкулъ — крупнейший лед¬ ник Исландии — покрывает скло¬ ны нескольких действующих вулканов. Национальный парк Глейшер- Бей (Ледниковый залив) на Аляске. Неравномерное перемещение лед¬ никового потока заметно по тем¬ ным извилистым полосам морены.
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... ЛЕДНИКОВАЯ ДЕНУДАЦИЯ О НЕМ РАССКАЗЫВАЮТ ЛЬДЫ Если таяние современных ледников указывает на происходя¬ щее в последние десятилетия потепление, то анализ их исто¬ рии еще более информативен. Изучение образцов льда матери¬ ковых ледяных покровов позволяет узнать о климатических изменениях последних тысячелетий. Известно, что с конца нео¬ гена (около 2,5 млн лет назад) периоды похолодания и потепле¬ ния неоднократно сменяли друг друга. Рельеф планеты также несет на себе следы крупных оледенений, начавшихся около миллиона лет назад. Например, эрратические валуны, вроде тех, что стоят в нью-йоркском Центральном парке, были перенесены из Канады континентальным ледником. Эти гигантские фраг¬ менты морены оказались эрозии не по зубам. А Залив Короля Карла на Шпиц¬ бергене (Норве¬ гия). Огромные айсберги отка¬ лываются от нижнего конца ледника Конг- сбреен. море. Эти плавающие ле¬ дяные горы, лишь малая часть которых возвышает¬ ся над поверхностью океа¬ на, переносятся течения¬ ми в более низкие широ¬ ты, где они постепенно тают и исчезают. Предпри¬ нимались попытки транс¬ портировать айсберги по морю в районы, где не хватает пресной воды (например, к засушливому Аравийскому полу¬ острову), но эти планы оказались неосуще¬ ствимыми, и от них пришлось отказаться. Огонь и лед На ледяных просторах Антарктиды, где сви¬ репствуют жестокие ветры, есть вулкан Эре- бус, постоянное озеро лавы в кратере которого напоминает о том, что и в этих широтах идут геодинамические процессы. Сочетание огня со льдом не приводит здесь к таким катастро¬ фическим последствиям, как это бывает в Ис¬ ландии. Крупные ледники Исландии распола¬ гаются в расчлененном рифтовыми разломами районе интенсивного вулканизма в пределах Срединно-Атлантического хребта. Многие из разбросанных по острову вулканов скрыты подо льдом. Их извержения приводят к тая¬ нию льдов и высвобождению огромных масс воды, сметающих все на свое пути. Небольшие ледники также сползают со скло¬ нов вулканов, например такого, как Невадо- дель-Руис (Колумбия), извержение которого в 1985 г. уничтожило деревню Армеро. Вода, образовавшаяся от таяния снега и льда, устре¬ милась в долину, размывая ее склоны, и грязе- А ВО ВРЕМЯ ОЛЕДЕНЕНИЯ 1 Боковая морена 2 Ледниковая трещина 3 Бергшрунд (подгор¬ ная трещина) 4 Донная морена 5 Гранит 6 Сланец 7 Конечная морена 8 Флювиогляциальная равнина А ПОСЛЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ 1 Боковые морены 2 Конус выноса 3 Оползень 4 Донная морена 5 Гранит 6 Сланец 7 Конечная морена 8 Флювиогляци¬ альная равнина 9 Напорная морена
Реки — потоки жизни Реки и их притоки — водные артерии нашей планеты. Они уносят избыток воды с суши в океан и играют активную роль в непрекращающемся преобразовании рельефа Земли. Река Янцзы — одна из самых крупных в мире. Она берет начало в Тибете и впадает в Восточно- Китайское море. Начиная со сред¬ него течения река судоходна. Амазонка — самая полноводная река на Земле. Каждую секунду она выносит в Атлантический океан около 200 тыс. м3 воды. Ее питают сем¬ надцать больших притоков, а площадь водо¬ сборного бассейна, занимающего почти всю северную часть Южной Америки, составляет примерно 7 млн км2. Длина Амазонки около 7000 км, ширина часто более 10 км. Река судо¬ ходна на протяжении 1600 км от устья. Река рекордов Амазонка — центральная артерия, от которой ответвляются притоки, сами по себе очень крупные реки. Истоки многих из них находят¬ ся в Андах (Риу-Негру, Пурус, Мадейра). Дру¬ гие текут с Бразильского плоскогорья, распо¬ ложенного на юге (Тапажос, Шингу), и мень¬ шая часть - с севера, с Гвианского плоскогорья. При слиянии реки с одним или несколькими притоками, например с Риу-Негру, объем пере¬ носимой воды настолько увеличивается, что образуется некое подобие внутреннего моря. Амазонка течет по обе стороны от экватора, в регионе с влажным, жарким климатом, где выпадает от 1500 до 3000 мм осадков в год. Водотоки со склонов Анд, питающиеся за счет таяния снегов, пополняются водами поверхно¬ стного стока, поскольку почвы дождевых эква¬ ториальных лесов не в состоянии впитывать весь объем атмосферных осадков. Водотоки сливаются с мелкими реками, а те несут свои воды в главную артерию. Впадая в океан, Ама¬ зонка достигает в устье ширины 60 км и обра¬ зует эстуарий со множеством островов. Изменение рельефа Текучие воды не только выносят с суши в море избытки воды. На своем пути они также видо¬ изменяют рельеф планеты, сдержанно или не¬ истово, плавно или прерывисто. В этом про¬ цессе задействованы огромные объемы пере¬ носимых горных пород, достигающие ежегодно сотен миллионов тонн. Даже самые спокойные с виду реки ни на миг не прекращают своей деятельности, перенося растворенные веще¬ ства, например бикарбонат кальция, вымывае¬ мый из разрушающихся известняков. Вода переносит рыхлый, несцементирован¬ ный материал: песок, глину и почву. В резуль¬ тате реки часто приобретают характерный цвет. Вода одних притоков Амазонки, напри¬ мер Риу-Негру, кажется темной из-за присут¬ ствия в ней оксидов железа и органики. Воды других изобилуют алевритом и кажутся беле¬ сыми (Мадейра). Вниз по течению от места слияния с Риу-Негру воды Амазонки долго текут двумя несмешивающимися разноцвет¬ ными потоками. На Амазон¬ ской низменно¬ сти, где полно¬ водная Амазонка течет по аллю¬ виальной рав¬ нине, граница между руслом и берегом выра¬ жена нечетко. 148
Трудный путь Равнинные реки экваториального пояса пере¬ носят лишь мелкие взвешенные частицы и не способны эффективно разрушать прочные ко¬ ренные породы, выстилающие их дно. Поэтому русла африканских рек изобилуют порогами и водопадами, образующимися там, где породы оказываются особенно устойчивы к размыву. Эрозионные процессы наиболее заметны в горных районах, где значительны уклоны по¬ верхности. Русла горных рек зачастую усыпаны крупными обломками пород, которые в перио¬ ды полной воды движутся, скользят, перево¬ рачиваются и дробятся при трении друг о друга. Когда водоток выходит на равнину, весь этот обломочный материал откладывается в виде веерообразных скоплений - конусов выноса. При впадении рек в озера происходит то же самое: образуется небольшая дельта - первый этап формирования озерной котловины. Крупномасштабная работа За многие тысячи лет водотоки протачивают в породах врезанные долины, ущелья и каньо¬ ны. Долины с крутыми склонами обычно фор¬ мируются в твердых породах, которые вода способна разрушать только с помощью исти¬ рающего (абразивного) материала - песка, гравия и гальки. Вращательное движение воды в водоворотах приводит к образованию в русле естественных углублений, называемых испо- линовыми котлами. Сходным образом реки подмывают крутые бе¬ рега и, расширяя русло, создают > излучины. Однако для дальнейшего ^ Река Колора¬ до в Мраморном каньоне (США). Вгрызаясь много лет в эти древние породы палеозойского возраста, водо¬ ток прорезал в них узкую долину. < Водопад Вик¬ тория на реке Замбези, пока¬ занный здесь е замбийского берега, свиде¬ тельствует о том, что некоторые реки не могут сделать свое рус. ю бо. ice пологим из-за отсутствия в них грубозер¬ нистого мате¬ риала. •< Темные воды реки Риу-Негру, окрашенные за счет взвешен¬ ных в них мелких частиц. не сразу . смешиваются е более чистыми водами Амазонки.
ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА... >• Река Семин в департаменте Эн (Франция). Реки, несущие песок и гравий, высверливают в своем каменном русле такие вот исполиновы котлы. А Дельте Ганга, несмотря на огромный объем аллювиаль¬ ных отложений, угрожает подъем уровня океана. речных долин необходимо вмешательство дру¬ гих механизмов эрозионного процесса. Выве¬ тривание, дробление и оползни постепенно сглаживают созданные водотоком формы. В плену или на свободе Реки, текущие по обширным аллювиальным равнинам, свободнее в выборе конфигурации русла, чем реки, запертые в узких теснинах. Равнинные реки нередко меняют путь, произ¬ вольно меандрируя (блуждая) в пределах глав¬ ного направления, как, например, река Ока¬ ванго в Ботсване. Иногда реки еще резче меняют курс. В ре¬ зультате смещения земляных масс и измене¬ ния уровня воды реки захватывают соседние водотоки и направляют их в свое русло. Так, река Мозель во Франции, некогда впадавшая в Маас, теперь стала притоком реки Мерт. Дельты Дельты рек - неустойчивые сооружения, не- прекращающееся переустройство которых основывается как на аккумуляции переноси¬ мых реками осадков, так и на выносе их на¬ ступающим морем. Но удача в битве между морем и сушей всегда благоволит морю. Район нильской дельты в Египте площадью 24 тыс. км2 - один из самых густонаселенных в мире, как и дельта легендарного Ганга, теку¬ щего в Индии. Люди с давних пор селились в этих низменных, плодородных районах. Однако граница между стихиями воды и суши изменчива. Из-за половодий реки нередко ме¬ няют русла. Старые русла, оставаясь выше, пересыхают, образуя новые озера и болота. Даже там, где море уже отступило, участки суши не защищены от вторжения воды. Происхождения слова «дельта» тесно связа¬ но с Нилом. Такое название низовьям Нила дал Геродот в V в. до н. э., поскольку устье реки по форме похоже на перевернутую заглавную букву Д греческого алфавита. С тех пор этим термином стали обозначать сложенную реч¬ ными наносами низменность в устье реки, впадающей в море или озеро. У Роны даже две дельты: одна, небольшая, сформировалась при впадении реки в Женевское озеро, другая, намного крупнее, - в Камарге, при впадении в Средиземное море. Дельты могут иметь разную форму. Одни реки, например Миссисипи, разветвляются на несколько рукавов, так что их дельта напо¬ минает гусиную лапу, другие, такие, как Эбро в Испании или По в Италии, образуют дуги. Разнообразие форм дельты определяется как созидательной работой реки, так и противо¬ стоянием моря, течения которого либо препят¬ ствуют осадконакоплению, либо помогают намывать песчаные косы, как это происходит в Венеции. Так, перемещение морским тече¬ нием отложений реки По привело к образова¬ нию в северной части дельты берегового вала, отрезавшего Венецианскую лагуну от моря. Изучение смещений литоральной зоны по¬ казывает, что форма береговой линии, русел рек и их притоков меняется на протяжении и нескольких тысячелетий. Архивные докумен¬ ты позволяют проследить перемещения Роны в районе Камарга и измерить их в километрах. «Многократная» дельта Дельта может быть сформирована нескольки¬ ми дельтами, расположенными друг за другом, как, например, дельта Миссисипи. Пройдя путь длиной более 6000 км, река откладывает в Мексиканском заливе наносы, годовой объем которых составляет около 20 тонн. Неудиви¬ тельно, что река транспортирует столько мате¬ риала, ведь она собирает воду более чем с трети территории Соединенных Штатов и в нее впа¬ дают такие крупные реки, как Миссури, Аркан¬ зас, Ред-Ривер. За 5000 лет в устье Миссисипи сформировалось шесть смыкающихся дельт, образовавших одну в форме гусиной лапы. Качество материалов Чтобы победить в сражении с морем и сформи¬ ровать дельту, река должна отложить огромный объем аллювия. Не менее важен и характер переносимого материала. В бассейне Амазон¬ ки преобладает химическое выветривание, поэтому здесь мало песка и гравия. Хотя годо¬ вой твердый сток реки составляет около 1,3 млн тонн в день, в нем преобладают тонкодисперс¬ ные частицы, которые уносятся прибрежным течением на север. Вот почему при впадении в Атлантический океан Амазонка образует огромный эстуарий, а не дельту. Однако актив¬ ная вырубка лесов в регионе приводит к унич¬ тожению надпочвенного покрова и способ¬ ствует эрозии. Это может изменить состав транспортируемого материала, направление русла, скорость течения и в конечном счете привести к превращению эстуария в дельту. Несмотря на то что в других регионах объем и качество переносимых осадков достаточны для сохранения дельты, строительство плотин и электростанций на реках и их притоках мо¬ жет сократить осадконакопление и привести к победе моря. А Внутренняя дельта реки Окаванго в Бот¬ сване. Текущая по аллювиальной равнине река, произвольно ме¬ андрируя, беспо¬ рядочно изгиба¬ ется вправо и влево. А Огромная дельта Мисси¬ сипи продолжает свое наступление на Мексиканский залив. Русло реки разветвляется на несколько про¬ ток и придает устью форму гусиной лапы. Всякий раз когда Миссисипи меняла направление, по¬ кидая прежнее русло, она обра¬ зовывала новую дельту. Нынешняя многосоставная дельта этой вели¬ кой реки вдается в залив на 300 км, а в ширину дости¬ гает 150 км. 150
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА Огромный термоядерный реактор Солнце — звезда, вокруг которой вращаются планеты Солнечной системы. Каждую секунду светило сжигает 500млн тонн водорода и излучает такое огромное количество энергии, что мы ощущаем его тепло, хотя нас разделяют почти 150 млн км. Этот огром¬ ный протубера¬ нец — свидетель¬ ство непрекра- щающейся солнечной актив¬ ности. Высота его над поверхно¬ стью Солнца превышает рас¬ стояние от Зем¬ ли до Луны. Диаметр Солнца составляет 1,4 млн км и более чем в сто раз превышает диаметр Земли. Сила гравитации притягивает к Солнцу и удержи¬ вает на орбитах тела, удаленные от него на сотни миллиардов километров. Как и все звез¬ ды, Солнце представляет собой огромный тер¬ моядерный реактор, постоянно сжигающий колоссальные объемы водорода - самого про¬ стого из химических элементов, существую¬ щих во Вселенной. Основным источником энергии Солнца служит термоядерная реак¬ ция слияния ядер водорода и их превращения в ядра гелия. Живая звезда Солнце живет по тем же правилам, что и все остальные звезды. В каждой звезде устанавли¬ вается равновесие между силами гравитации, сжимающими вещество звезды в направлении ее центра, и силами термоядерной реакции, в ходе которой ядра атомов сливаются и высвобождается энергия, спо¬ собствующая, напротив, рас¬ ширению звезды. Термо¬ ядерные реакции про-
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА Солнечные пятна, соответ¬ ствующие более холодным участ¬ кам, могут до¬ стигать огром¬ ных размеров. Пятно, отмечен¬ ное цифрой 1, больше Земли. исходят вследствие гравитации, но противодействуют ей. Пока между ними сохраняется рав¬ новесие, продолжается жизнь звезды. Благодаря такому рав¬ новесию Солнце светит уже 4,6 млрд лет. Имеющиеся в нем запасы водорода должны по¬ зволить светилу излучать энер¬ гию еще как минимум в тече¬ ние такого же срока. Пламенное ядро Температура и давление в сол¬ нечном ядре невероятно вели¬ ки: 15 млн градусов Цельсия и 340 млрд (по оценкам НАСА, 200 млрд) атмосфер. В этой печи и происходят термоядер¬ ные реакции, дающие Солнцу его энергию. Каждую секунду 500 млн тонн водорода превра¬ щаются в гелий, при этом поч¬ ти 4 млн тонн вещества переходят в энергию. Высвобождающаяся энергия устремляется из ядра наружу и попадает сначала в окружающую ядро зону лучистого переноса энергии, а оттуда в конвективную зону, в которой происходит бурная циркуляция вещества, передающая энергию следующему слою - фотосфере. Мощное магнитное поле Фотосфера, расположенная над конвективной зоной, представляет собой слой толщиной около 200 км, состоящий из довольно прозрач¬ ного вещества, сквозь которое могут проходить возникающие здесь световые лучи. Средняя температура фотосферы около 6400°С. Вся по¬ верхность фотосферы светится неравномерно. Исследователи установили, что она представ¬ ляет собой мозаику из ярких областей (гранул) размером около 1—2 тыс. км — это места, где мы видим возмущения, непрерывно происхо¬ дящие в конвективной зоне. Иногда в фотосфере возникают темные участки - так называемые солнечные пятна размером от нескольких тысяч до десятков ты¬ сяч километров в поперечнике. Температура в этих зонах на 2000- 3000°С ниже, чем в окру¬ жающих областях. Здесь действуют магнитные поля, в десятки тысяч раз более сильные, чем магнитное поле Земли. Магнитные поля замед¬ ляют поток тепла из недр Солнца, и температура на этих участках снижа¬ ется. Солнечные пятна, как правило, суще¬ ствуют несколько недель, а самые крупные могут сохраняться месяцы. Вокруг солнечных пятен нередко можно наблюдать факелы - облака ярко светящегося газа. Изучение сол¬ нечных пятен позволило лучше понять циклы солнечной активности. Следя за положением пятен и их перемещениями, астрономы оце¬ нили период вращения Солнца вокруг оси, проходящей через его полюса, - он составляет около 30 земных дней. Строго говоря, период вращения различается на разных широтах - он короче на солнечном экваторе и длиннее у полюсов. Так, сидерический период - отно¬ сительно неподвижных звезд - составляет при¬ мерно 25 дней на экваторе и достигает 30 дней вблизи полюсов, а поскольку Земля движется вокруг Солнца в ту же сторону, то для земного наблюдателя период вращения Солнца равен 27 дням на экваторе и 32 дням у полюсов. Эти изобра¬ жения солнечных протуберанцев были получены НАСА с помощью детектора TRACE (вверху) и коронографа - прибора, предна¬ значенного для изучения солнеч¬ ной короны (внизу). Солнечная корона Во время полного солнечного затмения можно наблюдать окружающее солнечный диск розо¬ вое кольцо, толщина которого составляет при¬ мерно 10 тыс. км. Это хромосфера. Над ее по¬ верхностью время от времени поднимаются 153
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА В солнечном ядре (1) водород превращается в ге¬ лий. Зона лучистого переноса (2) пере¬ дает высвобожда¬ ющуюся при этом энергию в конвек¬ тивную зону (3), откуда эта энергия переходит в фото¬ сферу (4) и хромо¬ сферу (5), а затем достигает солнеч¬ ной короны (6). 7 Солнечное пятно 8 Солнечная вспышка 9 Протуберанец 10 Корональные лучи огромные светящиеся струи - протуберанцы. Эти выбросы газа, напоминающие по форме петли, фонтаны, кусты, арки, завитки, обычно связаны с солнечными пятнами. Их форма определяется магнитным полем Солнца. Они могут выбрасываться со скоростью почти 1000 км/с и подниматься над поверхностью хромосферы на высоту до 500 тыс. км. Солнечная корона из сильно разреженного вещества, окружающая хромосферу, простира¬ ется более чем на 10 солнечных радиусов. Она пронизана струями раскаленного газа, ее тем¬ пература чрезвычайно велика. На больших рас¬ стояниях из короны во всех направлениях ис¬ ходят непрерывные мощные потоки заряжен¬ ных частиц - так называемый солнечный ветер. В окрестностях Земли его средняя скорость состав¬ ляет около 400 км/с. Взаи¬ модействуя с газами зем¬ ной атмосферы, солнеч¬ ный ветер заставляет их атомы светиться, вызывая полярное сияние, похожее на огромные развеваю¬ щиеся в небе разноцвет¬ ные знамена (см. с. 162). ки длятся всего несколько минут, но вызывают магнитные бури на Земле. В периоды увеличения солнечной активности возрастает количество пятен (от практически полного их отсутствия до приблизительно 100). Когда цикл завершается, число солнечных пятен снова уменьшается. По¬ том цикл повторяется. Во время пика солнечной активности и вспышек полярное сияние усили¬ вается и становится особенно ярким, а протуберанцы иногда можно наблюдать даже с поверхности Земли. Природа и причины циклов солнечной ак¬ тивности - одна из великих загадок. Астроно¬ мы подробно описали это явление, но ни одна из предложенных моделей пока не в состоянии предсказывать возникновение солнечных пя¬ тен, исходя из физических принципов. Это напоминает наше бессилие в области предсказания землетрясений. Между тем разо¬ браться в солнечных циклах было бы очень по¬ лезно, потому что проявления солнечной ак¬ тивности сказываются на жизни Земли, воз¬ можно даже определяя некоторые изменения климата. Наша крошечная планета во многом зависит от капризов Солнца. Смена настроения Магнитное поле Солнца оказывает постоянное влияние на фотосферу, хромосферу и солнечную корону, однако в разное время действует неодина¬ ково. Периодические из- ХРОНИКА ПРЕДСКАЗАННОЙ смерти Звезды таких сравнительно скромных размеров, как Солнце, живут около 10 млрд лет. Солнце прошло около половины своего жиз¬ ненного пути, и примерно через 5 млрд лет ему предстоит*умереть. Сперва термоядерные реакции, происходящие внутри светила,-начнут протекать неравномерно, и интенсивность солнечного излучения ста¬ нет переменной. Стремясь восстановить равновесие, звезда увели¬ чится в размерах и в конце концов поглотит нашу Землю! Затем, после непродолжительного периода, в ходе которого водород будет по- прежнему превращаться в гелий, Солнце ждет жестокая и быстрая смерть: его наружные слои постепенно станут все более разрежен¬ ными и отправятся в космос с огромной скоростью, раздуваясь, как гигантский мыльный пузырь, а остаток сожмется в небольшое, очень яркое тело, образовав так называемый белый карлик. Земля и другие планеты со своими спутниками, а также астероиды и иные тела Сол-' нечной системы будут уничтожены или выжжены дотла в этой энер¬ гетической буре. Наступит смертный час не только для Солнца, «о также для всей Солнечной системы. Справа - планетарная туманность Гантель, в центре которой расположен белый карлик. менения, связанные с колебаниями маг¬ нитного поля Солнца, называются сол¬ нечной активностью. Цикл солнечной активности длится примерно 11 лет. Ее проявления включают солнечные пятна, факелы, протуберанцы, а также вспыш¬ ки - внезапный взрывной выброс энер¬ гии магнитных полей, связанный с воз¬ никновением солнечных пятен. Вспыш- 154 Космический аппарат SOHO, обращающийся вокруг Солнца между Землей и Венерой, позво¬ ляет наблюдать за приступами ярости звезды. Вверху — хромо- сферная вспыш¬ ка, снятая SOHO. Экран аппарата закрывает сол¬ нечный диск, делая видимой корону.
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА Мираж Этот оптический обман возникает в результате отражения света от границы слоев воздуха, один из которых значительно холоднее другого. Особенно часто миражи можно наблюдать в пустынях и полярных районах. Хорошо известный образ: изможденные жарой люди, заблудившиеся в пустыне, вдруг видят впереди полоску воды и спешат нырнуть в нее, однако падают на раскаленный песок. И все же они действительно видели воду. Была ли это галлюцинация? Нет, это была лишь искажен¬ ная реальность - так называемый мираж. V Лодки, плы¬ вущие по озеру? Нет, это авто¬ мобили, которые едут по раска¬ ленной дороге. Лужи на раскаленной дороге Чтобы понять природу миражей, нужно вна¬ чале разобраться с направлением распростра¬ нения света. В межпланетном пространстве он распространяется по прямой. Однако, попав в другую среду, свет может слегка изменить траекторию движения. В этом легко убедиться с помощью нехитрого опыта. Опустите ложку в стакан с водой. Видите, в том месте, где лож¬ ка погружается в воду, она кажется немного надломленной. Подобное явление может наблюдаться также в воздушной среде, если температура при пере¬ ходе от одного слоя воздуха к другому резко меняется. Например, летом слой воздуха, при¬ легающий к нагретой на солнце поверхности дороги, может быть на 10°С горячее, чем рас¬ положенный в нескольких сантиметрах над ним. Температурные различия определяют раз¬ ницу коэффициента преломления воздуха и воздействуют на проходящий через воздух свет. Лучи, исходящие от удаленного объекта, при этом отклоняются кверху. В результате мы можем увидеть блестящую поверхность, в ко¬ торой как бы отражаются удаленные объекты. Например, далекое дерево предстает плава¬ ющим в перевернутом виде на воде несуще¬ ствующего озера. Это так называемый нижний мираж. Видимая при этом вода оказывается на самом деле лишь отражением неба, а пере¬ вернутое дерево - изображением настоящего дерева, растущего вдали. Корсика в небесах В открытом море плывет пароход. Но люди на берегу увидели его до того, как он появился из-за горизонта. И снова это не коллективная галлюцинация, а реальный образ, возникаю¬ щий в результате верхнего миража. В полярных районах и в открытом море ниж¬ ние слои атмосферы могут быть значительно холоднее лежащих непосредственно над ними. Граница между этими слоями преломляет свет, отклоняя его книзу. В результате наблюдатели видят в небе объект, в действительности рас¬ положенный далеко за горизонтом. Жители Ниццы нередко наблюдают такое явление. С пляжей в окрестностях этого фран¬ цузского города в небе иногда можно увидеть Корсику — или, точнее, образ острова, создан¬ ный миражом. А Свет и холод 1 Холодный воздух 2 Более теплый воздух 3 Объект за преде¬ лами поля зрения 4 Преломленные лучи 5 Видимое прямое изображение Свет и тепло 1 Теплый воздух 2 Более холодный воздух 3 Объект за преде¬ лами поля зрения 4 Отраженные лучи 5 Видимое отражен¬ ное - перевернутое - изображение
V Луна — влиятельный спутник Земля и Луна, на первый взгляд совершенно разные, образуют неразлучную пару. История единственного естественного спутника нашей планеты тесно связана с ее собственной историей. Лупа, видима, возникла из об¬ ломков, выбитых из Земли стол¬ кнувшимся с ней большим небес¬ ным телом. Безжизненное небесное тело, лишенное атмо¬ сферы, где разность дневных и ночных темпе¬ ратур составляет 1()0°С, поверхность которого изрыта кратерами, покрыта хребтами и доли¬ нами, залитыми остывшей лавой, пустынная и серая, но притягивающая взоры, — вдохнов¬ ляющий романтический образ. Луну, единственный естественный спутник Земли, люди наблюдали и исследовали тысячи лет — и всегда стремились к ней. Сегодня эго единственное внеземное небесное тело, на ко¬ торое ступала нога человека. С июля 1969 по декабрь 1972 г. двенадцать человек побывали на Луне и даже жили на ней несколько дней — в 384 тыс. км от нашей планеты. Бурное рождение Солнечная система была еще молода, и Земля лишь начала формироваться. Земля, как и дру¬ гие планеты, подвергалась постоянной бом¬ бардировке метеоритами. Но однажды с Зем¬ лей столкнулось особенно большое небесное тело - размером примерно с Марс. Обломки двух небесных тел, выбитые столкновением. перемешались и стали двигаться по орбите во¬ круг Земли, постепенно объединяясь вместе, пока наконец не образовали Луну, какой мы ее знаем. Диаметр Луны довольно велик — около четверти диаметра Земли. Эта версия возникновения спутника Земли в результате космической катастрофы получи¬ ла подтверждение в ходе многочисленных пи¬ лотируемых и беспилотных полетов на Луну. Привезенные образцы говорят в пользу тео- ■< След ноги Нила Армстронга в лунном грунте. В ночь с 20 на 21 июля 1969 г. тот астронавт первым ступил на поверхность естественного спутники Зелии.
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА А Явление пе¬ пельного света Луны можно на¬ блюдать неза¬ долго до новолу¬ ния и вскоре по¬ сле него. Кроме яркого лунного серпа, непосред¬ ственно освещен¬ ного Солнцем, видна также остальная часть лунного диска, на которую падает бледный свет, отражен¬ ный освещенной Солнцем частью Земли. рии, согласно которой спутник Земли состоит преимущественно из довольно легких элемен¬ тов, входивших некогда в состав наружных слоев нашей планеты и столкнувшегося с ней тела. Плотность Луны, таким образом, не¬ сколько ниже плотности Земли. Бомбардировка метеоритами В общей сложности на Землю удалось доста¬ вить около 382 кг образцов лунного грунта. Благодаря им, а также исследованиям, прове¬ денным на Луне людьми и роботами, ученые смогли больше узнать об истории спутника нашей планеты. Оказалось, что Луна имела сравнительно непродолжительный период активности. Вна¬ чале температура Луны была столь высока, что слагающие ее породы плавились. В то время лунная поверхность была покрыта магмой, ко¬ торая постепенно остывала и кристаллизо¬ валась. Бомбардировавшие Луну метеориты пробивали лунную кору, вызывая новые извер¬ жения магмы. Возникшие при этом обширные залитые магмой поля получили название лун¬ ных морей. Они видны с Земли невооружен¬ ным глазом и выглядят как темные пятна на лунном диске. Падение на Луну метеоритов привело к формированию известного нам лун¬ ного ландшафта. В то время как облик Земли непрерывно меняется, облик Луны за четыре миллиарда лет почти не изменился. Игра света на бильярдном шаре Хотя Луна и не светится, ее прекрасно видно с Земли, потому что она отражает солнечный свет. Кажущиеся изменения формы спутника связаны с тем, что Солнце неодинаково осве¬ щает видимую с Земли его сторону. Когда Солнце, Луна и Земля выстраиваются в ряд именно в такой последовательности, наступает новолуние. Видимая часть Луны при этом не освещена Солнцем. На седьмой день после но¬ волуния она оказывается наполовину осве¬ щенной, а еще через неделю наступает полно¬ луние. Это происходит тогда, когда на одной линии оказываются Солнце, Земля и Луна ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ Землю и Луну связывает сила гравитации. Земля при этом удерживает Луну на орбите, но и Луна в свою очередь за¬ метно влияет на нашу планету, особенно на ее океаны. Поверх¬ ность океанов искривляется под действием притяжения Луны, и возникают периодические перепады уровня морей - приливы и отливы. Рекордная разница между уровнем воды во время прилива и отлива была отмечена в заливе Фанди (Канада) и со¬ ставила больше 19 м. Притяжение Луны влияет и на земную кору. Прохождение Луны над Землей вызывает ее периодиче¬ ские движения, подобные приливам и отливам. Специальные приборы позволили зарегистрировать вызванные Луной коле¬ бания земной коры, достигающие почти 30 см. Увы, Земля не такая твердая, как нам кажется! < Вскоре после новолуния на небе после заката показывается тонкий серп растущей луны. •< На седьмой день после ново¬ луния видимая с Земли сторона Луны оказыва¬ ется наполовину освещенной Солн¬ цем: это первая четверть лунного цикла. ■< В полнолуние луна восходит, когда солнце садится, и осве¬ щенный лунный диск можно наблюдать всю ночь. ■< Незадолго до новолуния перед восходом на небе виден тонкий серп стареющей луны. (именно в таком порядке). В последующие дни Луна восходит все позднее и постепенно убы¬ вает. Через 29 дней, составляющих лунный ме¬ сяц, цикл завершается, и вновь наступает но¬ волуние. За три-четыре дня до новолуния и че¬ рез три-четыре дня после него Луна выглядит как тонкий серп, но остальная часть ее диска тоже освещена, хотя и очень бледным светом. Это происходит оттого, что, в то время как от¬ раженные Луной солнечные лучи освещают Землю, отраженный нашей планетой солнеч¬ ный свет в свою очередь освещает Луну. Это явление называют пепельным светом Луны. 157
Тепловая машина атмосферы Близкая к сферической форма Земли и постоян¬ ство наклона ее оси к плоскости вращения вокруг Солнца определяют неравномерность нагревания поверхности: в районе экватора тепла намного больше, чем в полярных регионах. Устойчивое неравенство в нагревании и охлаждении разных частей земного шара компенсируется глобаль¬ ными процессами перераспределения тепла при участии, прежде всего, воздуха и воды. Это испа¬ рение и конденсация влаги, образование обла¬ ков и выпадение осадков, восходящие и нисхо¬ дящие потоки воздуха (конвекция), горизонталь¬ ные перемещения воздушных масс (ветры), атмосферные вихри (циклоны и антициклоны). Эти процессы, определяющие климат на планете, происходят в нижнем, самом нестабильном слое атмосферы - тропосфере толщиной около 12 км^ Атмосферная циркуляция, работая как огромная тепловая машина, обеспечивает перераспределе¬ ние 80% энергии между экватором и полюсами. А 1. Неравенство под Солнцем Земля вращается вокруг Солнца и собственной оси, по-разному под¬ ставляя солнечным лучам свою поверхность. В тропическом поясе светило в полдень поднимается высоко над горизонтом, максимально нагревая ее. В полярных регионах Солнце никогда не бывает высоко над горизонтом и приносит на поверхность гораздо меньше тепла. Земля совершает оборот вокруг Солнца за год, сохраняя наклонное положение своей оси. Из-за этого Северное полушарие (1) обращено к светилу с апреля по сентябрь, получая больше солнечного света, чем Южное (2), а Южное - с октября по март.Таким образом, зимний и летний сезоны противоположны в Северном и Южном полушариях. А 2. Восходящие и нисходящие потоки Поверхность Земли, поглощая сол¬ нечные лучи, нагревается и передает часть тепла приповерхностному слою воздуха. Нагретый воздух расширя¬ ется и становится более легким, чем соседние слои. Поднимаясь, он увле¬ кает с собой влагу. Набирая высоту, воздух охлаждается, примерно на 1 °С через каждые 100 или 200 м. Содер¬ жащаяся в нем вода конденсируется, и образуется облачный слой. На высо¬ те около 10 км восходящее движение воздуха переходит в горизонтальные струйные течения, скорость которых достигает 400 км/ч. Поднявшийся
ВОЛШЕБНЫЙ мир неба < 3. Конвективные ячейки и ветры Самая большая конвективная ячейка - тропическая ячейка Хэдли (1). Она на¬ чинается у экватора, где жара способ¬ ствует образованию мощных восходя¬ щих потоков воздуха. Эта часть ячейки заполнена кучево-дождевыми облака¬ ми, из которых на землю часто проли¬ вается дождь. Воздух, ставший высоко в атмосфере холодным и сухим, опу¬ скается к поверхности у 30° северной и южной широты. Когда потоки возду¬ ха в ячейке Хэдли достигают нижних слоев атмосферы, они разделяются. Часть поворачивает назад к экватору, образуя пассаты (2), другая часть на¬ правляется к полюсам, формируя за¬ падные ветры (3) с преобладающим юго-западным направлением в умерен¬ ных широтах Северного полушария и северо-западным - в Южном. Потоки образуют ячейку конвекции умеренных широт - ячейку Феррела (4). В припо¬ лярных районах каждого полушария образуется третья ячейка конвекции - полярная (5). Восходящие потоки более теплого воздуха поднимаются у поляр¬ ных кругов, а ближе к полюсам опу¬ скаются и двигаются в юго-восточном (в Северном полушарии) и северо- восточном (в Южном полушарии) на¬ правлении, замыкая ячейки. 5. Сила Кориолиса Неоднородность распределения атмосферного давления вызывает движение воздуха (ветер). Оно направлено из области высокого давления в зону низкого, то есть из центра антициклона к центру циклона. При этом на направление ветра влияет также и сила Корио¬ лиса, проявление которой связано с вращением Земли вокруг своей оси. Все движущиеся тела, вклю¬ чая водные и воздушные массы, в Северном полушарии отклоня¬ ются вправо, а в Южном - влево. Величина силы Кориолиса зависит от географической широты - она максимальна на полюсах и равна нулю на экваторе. В результате ее действия ветры, дующие в цикло¬ нах и антициклонах, направлены к центру и от центра не радиально, а по спирали, против часовой стрелки или по часовой стрелке. Влияние этой силы сказывается и на движении воздуха в конвек¬ тивных ячейках. Именно благодаря силе Кориолиса пассаты в Север¬ ном полушарии имеют северо- восточное направление (а не северное), а в Южном полушарии - юго-восточное (а не южное). сухой, холодный и плотный воздух (на схеме - синие стрелки) начинает опускаться. Опять став теплым и влаж¬ ным (красные стрелки на схемах), он поднимается. Огромные петли, описы¬ ваемые потоками воздуха и занимаю¬ щие всю тропосферу, называют кон¬ вективными ячейками. С их существо¬ ванием связана планетарная система устойчивых ветров. Ячейки чередуются и симметрично располагаются по полу¬ шариям относительно внутритропиче- ской зоны конвергенции, которая в за¬ висимости от времени года смещается между 10'' с.ш. и 10'' ю.ш. Внутри зоны конвергенции погода почти всегда безветренная. V 4. Циклоны И АНТИЦИКЛОНЫ Поднимающийся теплый воздух вызы¬ вает понижение давления у поверхно¬ сти, что ведет к образованию циклона. Здесь атмосферное давление ниже среднего. Чем ближе к центру циклона, тем давление ниже. (На метеорологи¬ ческих картах точки с одинаковым давлением соединяются линиями - изобарами.) Нисходящие потоки холод¬ ного воздуха, в свою очередь, приво¬ дят к образованию антициклонов (где давление выше среднего). Таким об¬ разом, вдоль экватора должна прохо¬ дить цепь циклонов, в районах 30° - цепи антициклонов, вдоль полярных кругов - цепи циклонов. Но эту систему нарушает неравномерность распреде¬ ления материков и океанов. В Восточ¬ ной Сибири из-за вечной мерзлоты формируется локальный антициклон, а в пустынях земля, нагреваясь, вызы¬ вает образование циклонов. Существу¬ ющая в атмосфере система барических центров, циклонов и антициклонов, от¬ носительно стабильна, хотя и меняется в зависимости от времени года. Так, например, климат Европы испытывает влияние Исландского циклона, а также Азорского и Сибирского антициклонов.
Облака — это образовавшиеся на высоте скопления мелких водяных капель. Они являются важным фактором климата, участвуя в глобальном круговороте воды и перераспределении энергии на планете. постепенно сливаются. Но чтобы возникла одна дождевая капля, должны слиться сотни тысяч таких крошечных капелек. Облака — предсказатели погоды Изящные перистые облака, состоящие из про¬ долговатых кристаллов льда, всегда плывут над землей в холодных слоях атмосферы на высоте более 6 км. Небо от них не становится пасмур¬ ным, но они часто предвещают начало дождей. Пухлые кучевые облака разнообразной формы собираются на высоте около 5 км над землей, на¬ поминая стада овец. Это облака хорошей погоды. Их образование нередко можно наблюдать в жаркие дни. Когда же солнце скрывается, по¬ токи теплого влажного воздуха перестают их подпитывать, и они растворяются в небе. Огромные кучево-дождевые облака подни¬ маются в небо гигантскими столбами, верши¬ ны которых по форме напоминают наковаль¬ ни. Они достигают 15 км в высоту и вызывают грозы, отсюда другое их название - грозовые. Самые низкие из облаков - слоистые - вы¬ глядят как полотна, распростертые над землей на высоте около 500 м. Слоистые и слоисто¬ дождевые облака могут походить на свинцовые ПЕРИСТЫЕ ОБЛАКА ОТ САМОЛЕТОВ Реактивные самолеты, пе¬ ремещающиеся на высоте до 10 000 м, оставляют за со¬ бой белые ленты, похожие на облака. Отработанные газы из реактивного двигателя содер¬ жат много водяных паров. От¬ рицательная температура воз¬ духа на большой высоте при¬ водит к тому, что эти пары немедленно конденсируются, образуя ленты из кристаллов льда, напоминающие перистые облака. Оставшийся за само¬ летом след постепенно расши¬ ряется, бледнеет и исчезает. Самые обыч¬ ные из всех обла¬ ков — кучевые. Иногда кажется, что им нет ни конца ни края. Метеорологи вы¬ деляют десятки разновидностей кучевых облаков. Ученые^умелР систематизировать много¬ образие облаков и выделить 10 основных их разновидностей: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые, высококучевые, высоко¬ слоистые, кучевые, кучево-дождевые, слоисто¬ дождевые, слоисто-кучевые и слоистые. Одни облака похожи на перья, другие - на ленты, третьи — на белых барашков, но все они обладают определенной формой, особыми свойствами, способом образования и местом в атмосфере. Возникновение облаков зависит от рельефа местности и погодных условий. Од¬ нако и у самых высоких облаков, и у туманной дымки над лугами источник один — поднима¬ ющийся вверх воздух, насыщенный водяными парами. В облаках заключены огромные запасы влаги. В кучево-дождевом облаке шириной 25 км может содержаться до миллиона тонн взвешенной воды. Удивительные превращения капли Все водоемы Земли - моря, озера, реки, пру¬ ды, лужи - испаряют воду, передавая ее моле¬ кулы в атмосферу. Масштабы этого процесса огромны - около 500 млн тонн в год. Влажный воздух может подниматься оттого, что он нагревается от земной поверхности, или когда его вытесняет вверх более холодный и, следовательно, более плотный воздух, опу¬ скающийся вниз. Горы и возвышенности, стоя¬ щие на пути ветров, тоже способствуют воз¬ никновению восходящих потоков воздуха. С увеличением высоты над уровнем моря атмосферное давление и температура падают. В результате этого водяные пары в восходящих потоках воздуха конденсируются, образуя кро¬ шечные капельки воды или кристаллики льда (если температура достаточно низкая). Так воз¬ никает облако. Конденсации водяных паров способствуют различные взвешенные в воздухе твердые частицы (пылинки, кристаллы мор¬ ской соли или льда) — ядра конденсации, на которых и оседают капельки воды. По мере ро¬ ста облака находящиеся в нем мелкие капельки
А Слева направо: слоистые облака могут спускать¬ ся до земли в виде тумана или рас¬ стилаться на средней высоте серой пеленой; высококучевые облака напоми¬ нают длинные, словно из пуши¬ стой ваты лен¬ ты; перистые облака парят над землей на большой высоте. тучи, покрывающие все небо до горизонта, порой из них вместо дождя идет снег. Иногда низкие облака спускаются на землю туманом, особенно холодными ночами. В таких случаях содержащиеся в воздухе водяные пары кон¬ денсируются при контакте с охлажденной по¬ верхностью земли. Трансформаторы энергии Облака принимают участие в круговороте воды, накапливая и разнося ее в атмосфере и изливая на землю и в океан в виде осадков. Но этим их роль не ограничивается. Они также представляют собой гигантские нагре¬ вательные устройства. Восходящие потоки теплого воздуха, образуя облака, высвобож¬ дают в ходе конденсации водяных паров скры¬ тую энергию, полученную ими при испарении воды в нижних слоях атмосферы. На образо¬ вание одного кучево-дождевого облака уходит энергия, которую могло бы использовать в до¬ машнем хозяйстве все население мира. Рас¬ пределяя энергию в атмосфере, облака играют ключевую роль в формировании климатиче¬ ской системы планеты. Кроме того, они за¬ держивают испускаемое поверхностью Земли тепловое (инфракрасное) излучение, создавая парниковый эффект, без которого было бы слишком холодно, и в то же время отражают часть солнечного излучения, тем самым не¬ сколько уменьшая его влияние на климат. Гром и молния Перед грозой погода обычно душная и безвет¬ ренная. Затем на небе собираются тучи, под¬ нимается ветер, и наконец начинается дождь, сопровождаемый молниями и громом. Теплый, влажный воздух в больших количе¬ ствах поднимается в небо. На высоте около 15 км над землей он резко остывает. Содержа¬ щийся в нем водяной пар частично конденси¬ руется в кристаллики льда, образуя грозовые облака. В таких облаках возникают мощные потоки воздуха. Поднимаясь со скоростью до 100 км/ч, льдинки перемешиваются и сталки¬ ваются с капельками воды. При этом часть электронов покидает льдинки, которые таким образом приобретают электрический заряд. Возникающее трение приводит к обмену элект¬ рическими зарядами. В разных частях облака скапливаются разноименно заряженные час¬ тицы. Более тяжелые падающие кристаллики приобретают отрицательный заряд, который концентрируется у основания тучи. Легкие поднимающиеся к небу крупинки приобретают положительный заряд, скапливающийся в верх¬ ней части тучи. Грозовые облака — огромные накопители статического электричества. Когда разность потенциалов — электрическое напря¬ жение — между областями, обладающими про¬ тивоположными зарядами (верхней и нижней границами облака или между облаком и зем¬ лей), достигает сотен миллионов вольт, возни¬ кает электрическая дуга, то есть короткий раз¬ ряд в виде гигантской искры - молнии. Разряд в 100 000 ампер Молния может быть сплошной (проходящей внутри тучи) или разветвленной (соединяющей тучу и землю). Разветвленная молния начина¬ ется одним стволом в середине тучи. Затем ствол разделяется на несколько зигзагообразных вет¬ вей, устремляющихся к земле. Эти небольшие разряды готовят путь для настоящего удара мол¬ нии, увеличивая электропроводность воздуха. Когда они оказываются метрах в десяти над зем¬ лей, в нее ударяет основной ствол молнии - мощный и ослепительный. Это на самом деле обратный удар молнии — с земли в облака. За доли секунды по стволу молнии проходит ток силой около 100 тыс. ампер - в 200 тыс. раз больше, чем в обычной лампочке накаливания, а возникающая при этом вспышка в миллион раз ярче. Температура на пути прохождения раз¬ ряда достигает 30 000°С. От этого окружающий воздух расширяется так внезапно и резко, что раздается звук как при взрыве — удар грома. В XVIII в. американский поли¬ тик и ученый Бенджамин Франк¬ лин изобрел молниеотвод. Уста¬ новленный на крыше металличе¬ ский стержень, от которого под землю шел медный провод, при¬ тягивал молнию, давая возмож¬ ность току уйти в землю. У Грозовые, или кучево-дождевые, облака содержат огромные количе¬ ства воды, выпа¬ дающей на землю в виде ливневых дождей. Грозовые облака — мощные накопители ста¬ тического элек¬ тричества. Если накопленный за¬ ряд оказывается слишком боль¬ шим, то возни¬ кает короткий электрический разряд, и небо прорезает яркая вспышка молнии. 161
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА Игра света на небе И днем и ночью на небе разыгрываются великолепные представления, в которых Солнцу обычно отведена главная роль. Удивительные оптические эффекты обусловлены игрой солнечного света в атмосфере Земли. А Во время пол¬ ного солнечного затмения хоро¬ шо видна солнеч¬ ная корона. Множество людей собралось 11 августа 1999 г. в разных местах вдоль полосы, протянувшейся от Атлантического океана до Бенгальского залива в Индии в ожидании полного солнеч¬ ного затмения. Но на небе можно увидеть и другие удивительные явления с участием солнечных лучей и магнитных полей. Солнечный ветер Светящийся слой Солнца - фотосфера - на¬ грет примерно до 6000°С и состоит преиму¬ щественно из атомов водорода. Над фотосфе¬ рой и лежащей еще выше хромосферой про¬ стирается солнечная корона, раскаленная до 2 000 000°С. При такой огромной темпера¬ туре покинувшие фотосферу атомы теряют свои электроны, и образуется плазма - иони¬ зированный газ. Часть плазмы вырывается из пут магнитного поля Солнца и устремляется в космос, в том числе в направлении Земли. Это явление называют солнечным ветром. Скорость солнечного ветра в окрестностях Земли около 400 км/с. Некоторые из образу¬ ющих его частиц - протонов и электронов — достигают наружных слоев земной атмосферы. Сочетание солнечного ветра и магнитного поля Земли приводит к появлению в небе по¬ трясающей картины - светящихся широких лент, напоминающих огромные занавесы или полотнища. Это полярное сияние. >• Светящиеся ленты полярного сияния прости¬ раются в небе недалеко от маг¬ нитных полюсов Земли, в пределах кольцеобразных зон шириной несколько сотен километров. Полярное сияние Полярное сияние можно одновременно на¬ блюдать в северных и южных приполярных районах, недалеко от магнитных полюсов Зем¬ ли. При вторжении в земную атмосферу про¬ тоны и электроны солнечного ветра сталкива¬ ются с молекулами кислорода и азота в обла¬ стях, расположенных над Северным и Южным полюсами. При этом молекулы превращаются в ионы, теряя электрон, или получают допол¬ нительную энергию и переходят в возбужден¬ ное состояние. Возбужденные молекулы вновь обретают стабильность, испуская свет с опреде¬ ленной длиной волны. На высоте около 400 км кислорода в воздухе достаточно, чтобы возникающий под дейст¬ вием солнечного ветра свет был преимуще¬ ственно зеленым. На высоте 90 км преобладает доля азота. Некоторые электроны солнечного ветра с энергией в 1000 раз больше энергии электронов, ответственных за зеленое сияние, могут приводить здесь в возбуждение атомы азота. При возвращении в стабильное состоя¬ ние эти атомы испускают красный свет. Оптические обманы Иногда вокруг Солнца или Луны можно уви¬ деть необычные круги и светящиеся пятна — гало. Этот эффект связан с обычным оптиче¬ ским явлением - дифракцией света, которая может происходить высоко в небе на капельках воды или кристалликах льда. Из-за дифракции мы видим вокруг Солнца или Луны радужное святящееся кольцо, синеватое внутри и крас¬ новатое снаружи. Вокруг первого кольца порой образуется еще одно или даже несколько колец с тем же набором цветов в той же последова¬ тельности. Их размер зависит от величины ка¬ пелек воды, взвешенных высоко в атмосфере. Чаще всего гало вокруг Солнца видно в хо¬ лодных и приполярных районах. Кроме колец, при этом временами наблюдаются пар¬ гелии, или ложные солнца, — яркие пятна света по сторонам от истинного Солнца. Наблюдать за такими явления¬ ми следует очень осторожно. Прямой солнечный свет опасен для глаз. Во время полета на самолете вам, воз¬ можно, приходилось видеть окружен¬ ную ярким радужным кольцом тень, которую он отбрасывает на облака. Это V Тень самоле¬ та, падающая на облака, часто окружена радуж¬ ным ореолом — так называемой глорией. 162
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА А Иногда по обе стороны от Солнца можно увидеть светя¬ щиеся пятна. Это так называ¬ емые паргелии — изображения солнца, возника¬ ющие в резуль¬ тате дифракции света. явление называют глорией (от лат. gloria — «сияние», «ореол»). Оно наблюдается всегда в направлении, противоположном Солнцу, и так же, как гало, вызывается дифракцией солнечного света при прохождении сквозь ка¬ пельки воды. Подобную картину можно на¬ блюдать во время горных походов, если, стоя спиной к солнцу, смотреть на лежащие внизу облака. Тень наблюдателя, падающая на пеле¬ ну облаков, оказывается окружена кольцом, которое именуют Брокенским призраком — по названию горы, где проводились первые специальные наблюдения за этим явлением и было составлено его научное описание. Разноцветный мир Физики установили, что свет представляет со¬ бой электромагнитные волны, колеблющиеся с определенной частотой и имеющие поэтому определенную длину волны. В пределах радуги частота световых волн возрастает от красного края к фиолетовому. Но цвета радуги состав¬ ляют лишь небольшую часть спектра — види¬ мую. Волны, существующие за его пределами, КОГДА СОЛНЦЕ СКРЫВАЕТСЯ И ПОЯВЛЯЕТСЯ ВНОВЬ Солнечное затмение - одно из самых впечатляющих природных явлений, которые можно наблюдать с Земли. Но для этого следует оказаться в нужном месте в соответствующее время. Солнце не столько затмевается, сколько оказывается закрыто Луной. В течение нескольких драгоценных минут вокруг него можно видеть довольно яркий ореол - солнечную корону, обычно неразличимую на дневном небе. Перед полным затмением и сразу после него редкие солнечные лучи еще освещают края Луны. В течение нескольких секунд вокруг спутника Земли остаются видны яркие пятна солнечного диска, так называемые четки Бейли. И наконец, в момент полного затмения, вокруг Луны по¬ является розовое кольцо хромо¬ сферы Солнца, из которой высту¬ пают нитевидные протуберанцы, окруженные солнечной короной. рецепторы наших глаз не воспринимают. Длиннее красных волн - инфракрасные, а ко¬ роче фиолетовых — ультрафиолетовые. Радио¬ телескопы регистрируют радиоволны, кото¬ рые еще длиннее инфракрасных. Очень немногие объекты излучают свет. Большинство мы видим, потому что они его отражают. Все вещества поглощают часть света, исходящего от Солнца, ламп и других источников, часть могут пропускать, а часть (световые волны определенной длины) отра¬ жают обратно. Поэтому наш мир и окрашен в разные цвета. Видимый цвет - это цвет от¬ раженной части спектра. Если подойти к экрану телевизора, на кото¬ ром показывают снег, станет видно, что по¬ верхность экрана состоит из групп, каждая из которых образована тремя светящимися элементами - красным, зеленым и синим. Когда все три цвета в пучках одинаково яркие, на расстоянии мы воспринимаем их как один белый участок экрана. Эти три цвета являются основными, когда речь идет об объектах, из¬ лучающих свой свет, как, например, Солнце, монитор компьютера или экран телевизора, а не видимых благодаря отраженному свету, как, скажем, картина или банановая кожура. Смешение двух основных цветов в равных пропорциях дает вторичные цвета: красный с зеленым — желтый, зеленый с синим - голу¬ бой, красный с синим — пурпурный. Меняя пропорции красного, зеленого и синего, мож¬ но создавать разные оттенки. При смешении вторичных цветов можно снова получить основные: пурпурный с голубым дают синий, желтый с пурпурным - красный, голубой с желтым - зеленый. Все цветные иллюстра¬ ции воспроизводятся с помощью комбинаций трех вторичных цветов и черного. Банановая кожура выглядит желтой потому, что вещества, составляющие его кожуру, по¬ глощают синие лучи, а красные и зеленые от¬ ражают. Вода в лагуне кажется голубой потому, что поглощает красную составляющую дневного света и отражает синюю и зеленую. Если тело по- А Свет, состоя¬ щий из лучей с разной длиной волны, отража¬ ется одновремен¬ но и от наруж¬ ной, и от внут¬ ренней поверх¬ ности мыльного пузыря. При этом наклады¬ вающиеся волны могут гасить друг друга (если имеют одинако¬ вую длину и ко¬ леблются в про¬ тивофазе) или, наоборот, усили¬ вать. Такое на¬ ложение волн на¬ зывают интер¬ ференцией. В зависимости от толщины оболочки пузыря разные участки отражают свет под разными углами. Поэтому пузыри перелива¬ ются всеми цве¬ тами. Интерфе¬ ренция делает радужными так¬ же компакт- диски, перла¬ мутр, разводы бензина в лужах. 163
ВОЛШЕБНЫЙ МИР НЕБА А Из лучей за¬ катного солнца наших глаз до¬ стигают в основ¬ ном красные, остальные рас¬ сеиваются в атмосфере. У За десятые доли секунды до заката солнца иногда можно увидеть мимо¬ летную вспышку зеленого света — зеленый луч. глощает все компоненты видимого света, мы воспринимаем его как черное, а белый пред¬ мет, наоборот, отражает все цвета, то есть все световые волны. Из голубого цвета в красный Если поместить ложку в стакан с водой, из-за преломления света она кажется надломленной на границе между водой и воздухом. Свет, иду¬ щий от Солнца сквозь межпланетное про¬ странство, движется в пустоте, поэтому пря¬ молинейно. Входя в атмосферу Земли, он пре¬ ломляется и рассеивается в воздухе, а также в капельках воды и кристалликах льда. Пре¬ ломляя солнечные лучи, атмосфера действует как призма, разделяя белый свет на составля¬ ющие с разной длиной волны. Но при этом небо не окрашивается всеми цветами радуги. Когда солнце находится высоко над горизон¬ том, молекулы воздуха рассеивают главным образом голубую составляющую света. Поэто¬ му днем мы и видим голубое небо. Вечером между заходящим солнцем и нами оказывается более толстый слой атмосферы. Рассеивание света на пути к поверхности зем¬ ли приводит к тому, что голубые лучи не до¬ ходят до нас вовсе, а нашего поля зрения до¬ стигают преимущественно красные. Это же явление можно наблюдать при восходе солн¬ ца, а также при восходе и закате луны. Зеленый луч Прежде чем исчезнуть за горизонтом, солнце готовит еще один сюрприз. Оно выглядит на закате как красный полукруг, на который мож¬ но без вреда для себя смотреть невооруженным глазом. Солнечный диск постепенно уходит за горизонт, и в поле зрения остается лишь крошечная узкая полоска. За десятые доли се¬ кунды до того, как она окончательно скроется из глаз, можно увидеть явственную зеленую вспышку - так называемый зеленый луч. В этот момент достигающий нас солнечный свет исходит из одной точки и атмосфера иг¬ рает роль призмы. Последний солнечный луч, преломляясь, разбивается на все цвета спек¬ тра. При этом наблюдатель, находящийся на уровне моря, видит зеленую его составля¬ ющую, а тот, кто поднялся высоко в горы, — синюю и фиолетовую. Радуга — союз воды и света Радуга появляется после дождя из-за преломления солнечных лучей в дож¬ девых каплях. Чтобы увидеть ее, надо встать спиной к солнцу. Взвешенные в воздухе капли действуют как малень¬ кие призмы. Проходя из воздушной среды в водную и обратно, солнечный свет разделяется на световые волны 7 цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, го¬ лубого, синего и фиолетового. Отразившись от внутренней стенки дожде¬ вой капли, свет выходит наружу под углом примерно 42° к своему первоначальному на¬ правлению и, достигая глаз наблюдателя, соз¬ дает видимость разноцветной дуги, распо¬ ложенной перед завесой дождя и всегда пер¬ пендикулярно углу зрения. Поскольку угол преломления для красного цвета меньше, чем для фиолетового, то у большой и яркой пер¬ вичной радуги внешний край всегда крас¬ ный, а внутренний - фиолетовый. Совместное действие света и воды может проявлять себя и более слож- ным образом в случае двукратного отражения света от внутренней по¬ верхности капли. При этом свет вы¬ ходит из капли под углом около 52° по отношению к углу падения и обра¬ зует менее яркую вторичную радугу, ко¬ торая охватывает первичную. Дважды от¬ ражаясь от внутренней поверхности капли, лучи переворачиваются, и теперь уже внеш¬ ний край радуги оказывается фиолетовым, а внутренний — красным. Область между пер¬ вичной и вторичной радугами называют тем¬ ной александровой полосой. А Особенно красивую радугу можно наблю¬ дать во время сильного дождя на открытой местности. А Солнечный свет (белые стрелки), про¬ ходящий через дождевые капли В выгодном свете Чем ниже солнце стоит над горизонтом, тем выше и ярче радуга, а чем крупнее дождевые капли, тем шире ее полоса. Размер капель за¬ висит от многих факторов, в частности от тем¬ пературы и давления в тучах, а также от их высоты и величины. Капли диаметром около миллиметра дают большие и яркие радуги, а микроскопические капли тумана — малень¬ кие и бледные. Не только Солнце, но и другие источники света могут вызывать радугу. Она бывает даже от Луны, хотя и едва заметная. и однократно отраженный (1) от их внутренней поверхности, об¬ разует первичную радугу, а свет, отраженный дважды (2), - вторичную.