1. Крыло и мотор

Узнавание насекомых шло медленно. Во всяком случае гораздо медленнее, чем узнавание других животных. И не только потому, что насекомые по величине меньше, чем другие, а самих их гораздо больше, чем всех живых существ на Земле, взятых вместе. И не только потому, что их значение было не сразу понято людьми, и не только потому, что люди, страдая от насекомых, уделяли изучению их меньше внимания, чем изучению других животных. Даже изучая насекомых, люди долгое время не могли определить какие-то принципиально характерные их признаки, и поэтому насекомыми долгое время считали пауков, и ракообразных, и червей, и многоножек, и моллюсков. Все это, конечно, вносило путаницу и мешало узнаванию наших шестиногих соседей по планете. Но, думается, была еще одна причина, по которой узнавание насекомых шло так медленно, - это их удивительное многообразие и несхожесть.

Как бы ни были разнообразны птицы, никто не скажет, что ласточка и орел относятся к разным классам, так же, как, допустим, мышь или тигр. И наоборот: никто не объединит в один класс воробья и собаку. А пауков с насекомыми очень часто путают даже сейчас и даже грамотные люди. И червей и многоножек тоже. Или наоборот: увидев "волосатую" медведку, люди сомневаются - насекомое ли это?

Конечно, в какой-то степени в такой путанице "виноваты" сами насекомые. Да, и среди зверей и среди птиц есть свои легковесы и тяжеловесы - есть, например, колибри, весящая граммы, и кондор, весящий десятки килограммов, есть землеройка, тоже весящая 5-6 граммов, и кит, вес которого составляет полтораста тонн.

Но среди зверей и птиц все-таки не бывает такой огромной разницы в величине, как среди насекомых. Например, самое маленькое млекопитающее на земле - землеройка-бурозубка (4 сантиметра в длину)- меньше самого большого животного этого класса - кита-полосатика (30 метров в длину) - в 750 раз. А один из видов моли (0,3 миллиметра в размахе крыльев) меньше бабочки Морфо или Агриппины в 1000 раз. (У этих бабочек размах крыльев достигает 30 сантиметров.)

Наездник Мимарида, величиною в 0,2 миллиметра, в 1500 раз меньше тридцатисантиметрового гигантского индонезийского палочника.

Можно вспомнить и жучка трихопетрикса, которого невозможно разглядеть без увеличительного стекла, и 10-сантиметрового жука-голиафа, который едва умещается на ладони, можно вспомнить еще множество великанов и карликов из мира насекомых, чтоб понять, как велика разница в их размерах.

'Портрет' насекомого, жившего миллионы лет назад

Однако дело не только в размерах, но и во внешности. Есть насекомые круглые, как шары, и длинные, как палки, есть "голые" и "волосатые", гладкие и покрытые многочисленными бугорками, выростами, крючками, шипами. К тому же они часто такой причудливой и необычной окраски, что невольно задаешь себе вопрос: да насекомое ли это? И вообще, живые ли это существа?

Ну, если такой вопрос (чаще всего риторический, потому что ответ будет определенным: да, это насекомое) позволяем иногда задавать себе мы, почему такие вопросы не могли задать себе ученые прошлого? И они, конечно, задавали себе подобные вопросы. Но в отличие от наших их вопросы были не риторическими, и ответ на них далеко не всегда звучал так, как сейчас.

Сейчас мы знаем, что насекомые очень разнообразны, что это разнообразие, величина и форма их за многие тысячелетия определились местом обитания, образом жизни, многими другими внешними и внутренними факторами. Знаем мы теперь и то, что скелет насекомых позволяет им иметь такие необычные и часто причудливые формы.

Ученые прошлого, наблюдая за насекомыми и анатомируя их, рассматривая их под микроскопом и открывая у насекомых нервную, дыхательную и кровеносную системы, не могли обнаружить у них даже признака скелета. Еще бы! Ведь скелет - известно было всегда- это костяк, находящийся внутри живого организма. У насекомых такого костяка нет. Нет именно такого. Но все-таки скелет есть.

В отличие от скелета рыб, например, или млекопитающих скелет насекомого находится не внутри, а снаружи. Это плотный хитиновый покров, состоящий из отдельных, подвижно соединенных между собой частей. Скелет человека состоит из 220 костей. Скелет насекомого может состоять из... 240-250 частей! Правда, они часто срастаются между собой, и тогда этих подвижных, отдельных частей скелета бывает 60-70. Есть, конечно, у такого скелета неудобства: он не эластичен и, как правило, не позволяет насекомым расти, увеличиваться в течение жизни в размерах. Зато именно такое строение скелета помогло насекомым приобрести столь разнообразные и необычные формы.

Внутренний скелет прочно и непосредственно связан с внутренними органами. Любое изменение, любая перестройка такого скелета повлечет за собой коренную перестройку всего организма. Это процесс очень сложный и длительный. У насекомых же внутренние органы не связаны так прочно и так непосредственно со скелетом, они заключены как бы в футляр. И если футляр как-то меняется, на внутренних органах это не отражается.

Однако не только в этом значение скелета насекомых. Многим твердый хитиновый покров служит защитой от нападения непосредственных врагов, а всем вместе - защитой от неблагоприятного воздействия окружающей среды.

Известно: чем меньше животное, тем больше поверхность его тела. Известно и другое: организм способен испарять влагу. Не будь у насекомых защитного панциря (внешнего скелета), они очень быстро теряли бы всю влагу и погибали. Если же насекомое или его личинка вынуждены на короткое время сбрасывать защитный покров (на период линьки), то на это время они стараются забраться в какое-нибудь укрытое, влажное место, чтоб уменьшить потери жидкости в организме.

Внешний скелет насекомых помогает им издавать различные, необходимые для жизни звуки - отпугивающие, призывные и так далее. Но тут может возникнуть вот какой вопрос: известно, что у всех животных, имеющих костный скелет, он, помимо всего прочего, служит опорой для мышц, благодаря которым живое существо может двигаться. А как же насекомые? Ведь они подвижны, и даже очень. К чему же прикрепляются их мышцы? Оказывается, тоже к скелету. И то, что этот скелет наружный, вовсе не мешает мышцам прекрасно служить шестиногим, делать насекомых буквально геркулесами животного мира.

Сила насекомых была известна людям давно, - кто не видел и не удивлялся, наблюдая, как муравьишка тянет ношу в несколько раз больше, чем он сам? Однако лишь недавно люди по-настоящему попытались выяснить силу насекомых. Особенно тщательно занимался этим английский энтомолог Р. Хатчинс. По его подсчетам, стрекоза способна поднять вес в 10 раз больше собственного, богомол - в 16 раз, пчела - в 20, а майский жук - в 24 раза больше, чем весит сам. Муравей способен тащить ношу, которая весит в 52 раза больше его собственного веса, а жук-носорог - в 100. Уховертка, как показал эксперимент Хатчинса, тащила груз, превышающий ее собственный вес в 590 раз.

Советские энтомологи исследовали силу жуков. Они выяснили, что бронзовка, например, может тянуть груз, в 495 раз превышающий собственный вес, а жуки-навозники - в зависимости от вида - тянули груз в 1460 и даже в 4210 раз больше, чем весили сами.

Чтобы представить себе наглядно мощь насекомых, давай вспомним: человек может поднять тяжесть, равную 50-80 процентам его собственного веса, лошадь - тоже примерно столько же (если не считать чемпионов-тяжеловозов), слон - тяжесть, равную 30-50 процентам собственного веса. Таким образом, если бы человек, весящий примерно 70 килограммов, обладал силой, скажем, жука-носорога, то свободно поднял бы несколько железнодорожных вагонов весом в семь тонн, а пятитонный слон таскал бы тяжести в 500 тонн! И это, если сравнивать слона или человека с жуком-носорогом. А если сравнить с уховерткой или бронзовкой?

Когда-то существовали блошиные цирки. Помимо прочих фокусов, которые проделывали дрессированные блохи, они катали крошечные кареты и даже маленькие серебряные пушечки. И блохи прекрасно справлялись со своей работой. Блохи-силачи! Они могут прыгать на 20 сантиметров в высоту и на 30-35 в длину. Обладай такой силой человек, он перепрыгнул бы Большой театр в Москве или в 2000 прыжков добрался бы от Москвы до Ленинграда.

Блоху, пожалуй, можно назвать чемпионом мира по прыжкам в длину и в высоту

Впрочем, и по поднятию тяжестей она не на последнем месте: в существовавших когда-то блошиных цирках блохи катали кареты, весящие во много раз больше, чем они сами

А жужелица? Километр-полтора пробегает она за ночь в поисках пищи, а для жука длиной 2-3 сантиметра это не шуточное расстояние!

Конечно, не все насекомые быстро передвигаются, есть и медлительные. Есть и совершенно неподвижные. Но, как правило, насекомые живут на больших скоростях: в поисках пищи им часто нужно передвигаться на значительное расстояние, им нужно разыскивать друг друга, надо спасаться от многочисленных врагов. И если сравнить территорию, на которой активно живет насекомое, с территорией других животных, то насекомое, оказывается, "владеет" пространством во много раз большим, чем кто-либо.

А ведь научились передвигаться так хорошо, быстро и таким совершенным способом насекомые далеко не сразу.

Люди, не имеющие прямого отношения к энтомологии, наверное, редко задумываются: каких же насекомых больше на земле - прыгающих, бегающих или летающих? Многие бабочки летают, знакомый нам кузнечик прыгает, жук... Стоп! Жук и бегает и летает. А кузнечик? Он тоже ведь способен пролететь какое-то расстояние. Правда, небольшое, но крылья-то у него есть! Уховертка как будто взлететь не может, крылья у нее есть, но какие-то маленькие, недоразвитые. Ну, а что бы сказали непосвященные люди, если бы узнали, что уховертки прекрасно летают? И муравьи, у которых нет никаких намеков на крылья, в определенное время становятся летунами. Правда, только самки; самцы и рабочие не летают никогда. В общем, летают почти все насекомые. Если не летает самка, то летает самец, или наоборот. Совсем нелетающих насекомых сейчас на земле не более полутора процентов. Все остальные так или иначе связаны с воздухом, с полетами.

Как же насекомые поднялись в воздух? Неизвестно. Что заставило их это сделать? Тоже неизвестно.

Вот так. Кажется, о прошлом насекомых люди знают уже многое: и какими были древние насекомые, и что вылезли они из воды на сушу примерно 300 миллионов лет назад. А о полете ничего толком нам неизвестно. И не то чтоб люди не задумывались над этим вопросом. Наоборот, думали, и очень много. И даже выдвинули несколько гипотез, объясняющих, почему насекомые стали летать.

Некоторые исследователи считают, что насекомые поначалу не летали, а приспособились планировать, прыгая со скалистых обрывов в море. Другие утверждают, что летать насекомых "научил" ветер - он переносил насекомых с места на место, и со временем у них появились особые приспособления, помогавшие держаться дольше на ветру. Потом эти приспособления превратились в крылья.

Третьи ученые убеждены, что летать насекомые стали потому, что, покинув родную водную стихию, вынуждены были искать новые места для жизни. И тут крылья оказались необходимыми.

Все это - гипотезы, более или менее логичные, но не подкрепленные достаточными фактами и имеющие к тому же и слабые, уязвимые места. Безусловно одно: летать насекомые начали не ради удовольствия, а потому, что это стало для них необходимостью.

Однако - как? Ведь от одной, даже сильной необходимости не полетишь. Это когда-то Ж.-Б. Ламарк считал, что существуют некие флюиды, появляющиеся при очень сильном желании и образующие рога, крылья или что-нибудь другое, необходимое в данный момент животному. A мы знаем, что флюид не существует, потому и крылья по желанию, даже очень большому, появиться не могут. Но крылья все-таки появились. А вот как?

На этот счет тоже имеется не менее десятка различных теорий, но все они так и остаются теориями с большим или меньшим процентом достоверности. И вопрос о том, как у насекомых появились крылья, все-таки остается без ответа. Зато известно, что первые насекомые были плохими летунами и сами крылья, и система, приводящая их в действие, были очень несовершенными. Чтоб наглядно представить себе, как летали древние насекомые, понаблюдай за златоглазкой: это насекомое - представитель отряда сетчатокрылых, когда-то очень распространенных на земле. Златоглазка похожа на своих далеких предков, похож и полет ее - медленный, неровный, какой-то судорожный.

Глядя на полет златоглазки, можно представить себе, как летали насекомые миллионы лет назад

Да, так летали древние насекомые. Неважно летали.

Но ведь и первый автомобиль, сделанный людьми, и первый самолет, построенный ими, мало напоминал сегодняшний лимузин или лайнер. Человек совершенствовал свои творения, природа - свои создания. Человеку было нелегко, но он в корне изменил свои изобретения за несколько десятков лет. Природе для совершенствования летательных аппаратов насекомых потребовалось двести миллионов лет. У человека было больше возможностей, у природы - больше времени.

И время победило: создав удивительные машины, человек даже не приблизился к тому совершенству, которое создала природа. Но любопытно вот что: совершенствуя летательные аппараты, и природа и человек "пришли" к одному и тому же - к двукрылым системам. Человек начинал с трех- и четырехкрылых летательных аппаратов. Теперь не увидишь в воздухе старинных "этажерок" - бипланов, например, теперь все самолеты - монопланы, двукрылые.

Бипланы давно устарели. А ведь недавно они считались чудом технической мысли, чудом прогресса

А насекомые? Кое-кто еще летает по старинке - та же златоглазка или скорпионова муха, но летают они очень плохо. У них четыре крыла, и все работают одновременно. Природа, в основном, уже "отказалась" от такого способа полета и перешла на "двукрылую систему".

Правда, ты можешь возразить: у стрекозы тоже четыре крыла. А некоторые представители стрекоз - одни из лучших летунов. Но у этих стрекоз особое устройство мускулатуры, и главное, полет у них тоже двукрылый. Физиологически у стрекозы действительно четыре крыла, но каждая пара крыльев действует так слаженно, что фактически получается всего два крыла.

У других насекомых, имеющих по четыре крыла (например, бабочки, пчелы, осы), крылья просто сцеплены между собой различными крючками, шипами и при полете действуют слитно, каждая пара как одно крыло.

Человек совершенствовал свои творения

Природа совершенствует свои создания

У других насекомых для полета служат только два крыла. Вторая пара либо отмерла, либо видоизменилась. У мух почти отмерли задние крылья - летают они с помощью передних. У жуков наоборот: для полета служат задние крылья. Передние у них превратились в жесткие надкрылья и в полете участия не принимают.

А теперь давай посмотрим, что из себя представляет само крыло.

Тебе может повезти, и ты станешь свидетелем маленького чуда: где-нибудь в лесу или на берегу озера увидишь рождение бабочки или стрекозы. Может быть, не увидишь сам процесс рождения - он довольно короткий, но заметишь новорожденную бабочку: появившись из куколки, она еще несколько часов будет сидеть неподвижно. Новорожденную бабочку узнать легко: она совсем не такая, как мы обычно представляем себе бабочек, - у этой крылышки сморщены и висят, как мокрые тряпочки. Но постепенно они начинают распрямляться: в тоненькие, полые внутри жилочки, которыми пронизано все крыло (а многие так тонки, что мы их и не видим), под сильным - в несколько десятков атмосфер - давлением поступает воздух и кровь - гемолимфа. И крыло распрямляется. Поначалу оно похоже на мешочек, затем воздух отходит, и обе стенки мешочка плотно слипаются. У многих насекомых отходит и гемолимфа. Крыло становится плоским, сухим и очень прочным. Крылья бабочек в большинстве своем покрыты чешуйками, жилки (да и то не все) видны лишь с нижней стороны. Крылья стрекоз и мух прозрачны, и хорошо виден прочный каркас крыла. Он прочен, потому что, во-первых, жилки очень густо переплетены, во-вторых, многие жилки - полые трубочки, а это, как известно, придает особую надежность сооружению. Мембрана- тоненькая пленочка (точнее, две склеившихся или просто плотно прилегающих друг к другу пленочки) - сама по себе тоже достаточно прочна, но, натянутая на каркас, становится, естественно, во много раз прочнее.

О надежности крыльев свидетельствует хотя бы то, как насекомые их эксплуатируют. Мы уже говорили о том, сколько взмахов делает насекомое в секунду. А сколько это будет в течение всего дня? А в течение многих дней? Считают, что пчела за лето, перебираясь с цветка на цветок, летая из улья за взятком и обратно, покрывает расстояние в три раза больше длины экватора. Какова же нагрузка на крылья?

Однако дело не только в прекрасном, идеально усовершенствованном в течение многих тысячелетий крыле. У насекомых очень мощная мускулатура, позволяющая им летать с необыкновенной скоростью. Возможно, поначалу такое утверждение покажется довольно странным: о какой скорости может идти речь, если шмель, например, делает километров 18 в час, пчела - 10-12, а капустница вообще пролетает не больше 5-6 километров в час. Разве это скорость? Действительно, если сравнить абсолютную скорость шмеля и самолета "ТУ-104", легко выяснить, что скорость самолета в 50-60 раз больше шмелиной. Но если взять относительную скорость, то современный лайнер в минуту покроет расстояние примерно в 1,5-2 тысячи раз больше по сравнению с собственной длиной, шмель же пролетит в минуту расстояние в 10 тысяч раз больше собственного тела, муха - в 15 тысяч раз, а бабочка-бражник - в 23-25 тысяч раз.

Реактивный лайнер - сегодняшняя вершина самолетостроения - проигрывает насекомым не только в относительной скорости. Чтоб взлететь, ему нужен разбег; приземлиться и сразу стать неподвижным он тоже не может. А насекомые могут. Для этого у них есть множество приспособлений. У одних такими взлетными приспособлениями служат недоразвитые или редуцированные крылья - жужжальца. Насекомые быстро-быстро вибрируют этими маленькими палочками со вздутиями на концах, а затем "включают" крылья, которые начинают работать сразу на больших скоростях. Это дает возможность насекомому сразу взлететь. Кузнечик прыгает, "катапультируется", а один из видов жука "заводит мотор", быстро вращая средними ножками. Это создает первоначальную подъемную силу, помогающую жуку взлететь без разбега.

Но для того чтобы хорошо летать, мало уметь подниматься без разбега, мало иметь хорошие крылья - нужно иметь еще и прекрасный "двигатель". У насекомых такой есть. Вот два примера, свидетельствующие о том, какие отличные "моторы" у насекомых.

Для того чтобы продержаться час в воздухе, вертолету надо израсходовать горючее, вес которого равняется 4-5 процентам веса самого вертолета, а самолету - в 2,5 раза больше. (Примерно 12 процентов.) Саранча же за это время израсходует лишь 0,8 процента своего "горючего" - жирового запаса, пчела - 0,9 процента.

Еще труднее загадал загадку майский жук. Для того чтобы он мог летать, мощность его "мотора", то есть коэффициент подъемной силы, должен быть по крайней мере в три раза больше, чем он есть на самом деле. Почему же жук летает с таким маломощным "мотором"?

Когда-то, в середине прошлого века, во Франции был организован "Союз по уничтожению майского жука". Сейчас в США при Нью-Йоркском университете создана лаборатория по изучению полета майского жука. Говорят, там висит такой шутливый плакат: "Майский жук летает, нарушая все законы аэродинамики. Но он не знает об этом и продолжает летать". В этой шутке много правды. Ведь, казалось бы, все изучено, создана установка, которая позволяет с аптекарской точностью - до 0,000025 сантиметра - измерить смещение крыла. И все-таки пока тайна жука не раскрыта.

Но, очевидно, тут дело не в качестве и силе крыльев и "мотора" каждого в отдельности. Ведь это у самолета есть отдельно крылья и отдельно мотор, со своими особенностями, достоинствами и недостатками. У насекомых же крылья - это одновременно и мотор и собственно крылья, они выполняют роль подъемной силы и силы движущей.

Обычно мы говорим о количестве взмахов, говорим, что насекомые машут крыльями, и т. д. Но в прямом и общепринятом смысле так говорить о крыльях насекомых нельзя. Они и загребают воздух и толкают его, бьют по воздуху, причем то лицевой, то тыльной стороной, они служат и пропеллерами и веслами. Крыло насекомого постоянно меняет положение, а концы его при этом описывают восьмерки. Бабочки же, не способные делать своими крыльями такие "выкрутасы", умеют другое - создают воздушную волну и на ее гребне поднимаются вверх, передний край крыла, кроме того, все время делает волнистый изгиб, что тоже помогает в полете. Полет насекомых, и то очень относительно, изучен лишь теперь, когда на высокий уровень поднялись многие науки, объединившиеся в поисках. Однако до сих пор нет точной теории полета. Но гениальные прозорливцы чувствовали, что изучение полета насекомых станет необходимостью. Не случайно Леонардо да Винчи, мечтавший о создании летательного аппарата, считал, что наряду с крыльями птиц можно использовать и крылья насекомых. В своем дневнике он записал однажды: "Пойти во рвы Миланской крепости, чтобы увидеть летание стрекоз".

Не случайно К. Э. Циолковский считал, что развитие авиации невозможно "без тщательного изучения полета насекомых".