January 22nd, 2014

Киты являются одними из самых загадочных животных на Земле. Они упоминались в различных историях, начиная с Книги Иова (Book of Job) в Библии до фильма «Звездный Путь IV: Путешествие домой» (Star Trek IV The Journey Home), поэтому можно было бы предположить, что мы уже обладаем довольно обширными познаниями об этих существах, обитающих в океанах. Тем не менее, на планете существует 78 видов китов и мы до сих пор продолжаем узнавать о них странные вещи. Например...

10. Белухи любят музыку

С одной стороны, мы никогда не сможем сказать точно, действительно ли белухи любят музыку. Тем не менее, они реагируют на неё, выражают большое любопытство и иногда даже присоединяются к синхронному танцу.

В 2013 году пара артистов оснастила лодку подводной звуковой системой и отплыла в море, чтобы сыграть белухам подводную симфонию. Киты были крайне заинтересованы и даже начали подпевать, показывая своё восхищение музыкой и искусством, которое превосходило эмоции самых известных существ на Земле.

Любые сомнения в том, что белухи наслаждаются музыкой, вероятно, могут быть рассеяны после просмотра видео выше, в котором группа мариачи играют для белухи, содержащейся в неволе, которая, по всей видимости, поистине наслаждается мелодией.

9. Гренландские киты могут жить более чем до 200 лет

Фотография: Музей китобойного промысла в Нью-Бедфорде (New Bedford Whaling Museum)

В 2007 году ученые, изучавшие мёртвого гренландского кита, обнаружили нечто очень странное, засевшее глубоко в его теле. При ближайшем рассмотрении оказалось, что найденный объект был фрагментом оружия, которое соответствовало патенту, поданному в 1879 году. Это говорит о том, что гренландский кит пережил нападение китобойного судна более чем 100 лет назад.

Учёные на самом деле не могут сойтись на определении максимальной продолжительности жизни гренландских китов. Большинство китов умирают в возрасте от 60 до 90 лет. Тем не менее, аминокислоты в глазах гренландских китов показывают то, что самый старый из когда-либо обнаруженных китов, возможно, дожил до 211 лет. Некоторые учёные полагают, что киты могут жить даже дольше чем этот возраст. Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что человек не смог бы прожить настолько долго, даже без древнего гарпуна, воткнутого в спину.

8. У самок горбатых китов есть лучшие подруги

Представители группы по исследованию китообразных острова Минган (Mingan Island Cetacean Study) использовали фотографические методы для изучения горбатых китов в течение последних 16 лет. В то время, они начали понимать, что самки горбатых китов способны не только дружить друг с другом, но и воссоединяться каждый год. Они помнят своих подруг и даже находят их среди других китов, проплыв через весь океан. Это было довольно шокирующим открытием, учитывая то, что до этого момента учёные полагали, что горбатые киты в целом были необщительными в отношении друг друга.

Когда самка горбатого кита встречает свою подругу, они просто плавают вместе, едят и наслаждаются компанией друг друга. Эти дружеские отношения, по-видимому, оказывают положительное влияние исходя из того, что самки горбатых китов, которые дружат таким образом, более здоровы и приносят больше потомства каждый год. Тем не менее, дружеских отношений между самками и самцами (или даже между самцами) замечено не было. По причинам, которые никто не может объяснить, только самки китов любят дружить друг с другом.

7. Синий кит является самым крупным животным на Земле за всю её историю

Фотография: Национальный новозеландский Музей Те Папа Тонгарева (Museum of New Zealand Te Papa Tongarewa)

Если бы большинству людей пришлось предположить, какое животное являлось самым крупным из когда-либо существовавших, они, вероятно, назвали бы какое-либо давно вымершее существо, например, мамонта или динозавра. Тем не менее, самое крупное существо не вымерло. Им является синий кит, длина тела которого может достигать более 30 метров, а вес 180 000 килограммов. Сердце синего кита может быть размером с небольшой автомобиль и бьётся оно достаточно громко, чтобы его можно было обнаружить с расстояния в 3 000 метров. Его рот достаточно большой, чтобы вместить 100 человек, а его артерии настолько крупные, что по ним может плавать баскетбольный мяч.

И согласно данным учёных, он становится ещё больше. Не паникуйте, усиленный рост не является следствием токсического разлива или гамма-лучей. Всему виной старое доброе глобальное потепление. Благодаря более тёплым океанским течениям в их среде обитания увеличивается количество криля, и в отличие от других млекопитающих, они растут в объёме вместо того, чтобы уменьшаться.

6. Некоторые киты имитируют человеческую речь

Киты могут производить множество звуков. Один кит в неволе, белуха по имени НОК, стала так хорошо имитировать человеческие голоса, что исследователи думали, что они слышат двух человек беседующих на расстоянии. Так продолжалось некоторое время, пока кит не убедил водолаза в своем аквариуме, что кто-то зовёт его на поверхность.

Сначала широкая научная общественность была скептически настроена. Однако при ближайшем рассмотрении оказалось, что звуки, издаваемые НОК были, бесспорно, необычными для белухи и обладали теми же акустическими закономерностями, что и человеческая речь. НОК производила эти звуки, неестественно изменяя давление в своих носовых путях и раздувая мешок в своём дыхале. В конце концов, НОК полностью перестала производить эти звуки. Никто не знает, почему. Возможно, гормональные изменения с возрастом сделали невозможным воспроизведение звуков, а может ей просто надоело это делать.

Самое интересное, что НОК не была единственной в своём роде. Например, в 1940-ые года были зарегистрированы сообщения о белухах, которые звучали как дети. Кит по имени Лугоси (Lugosi), содержавшийся в неволе в аквариуме Ванкувера, предположительно мог произносить своё имя.

5. Кашалоты спят стоя

До недавнего времени, считалось, что все киты спят так же, как это делают дельфины, у которых поочерёдно отдыхает одна половина мозга, в то время как вторая остаётся активной, позволяя им следить за потенциальными опасностями. Тем не менее, в 2013 году группа ученых, следовавшая за кашалотами, на которых были датчики их местоположения, обнаружила нечто совершенно поразительное.

Они обнаружили целую стаю китов у побережья Чили. Тела китов находились в полностью вертикальном положении относительно поверхности воды и их головы просто поднимались и опускались на поверхности. Учёные смогли подобраться прямо в центр стаи и даже подтолкнуть одного из китов. В этот момент, все киты ожили и уплыли. Они просто спали.

Это означает, что кашалоты спят одним из самых странных способов, известных в животном мире. Предположительно они погружаются вниз и спят некоторые промежутки времени, которые могут длиться до 12 минут, а затем медленно дрейфуют к поверхности головой вперед. Кроме того, по каким-то причинам, которые остаются неизвестными, они спят только в период между 6:00 вечера и полуночью.

4. Киты питаются путём заглатывания воды, вес которой соответствует весу их тел

Учёные обнаружили, что у китов есть загадочный орган, которого нет ни у какого другого известного животного на Земле. Этот орган, который размером с грейпфрут находится в подбородках усатых китов. На данный момент никто точно не знает, для чего им нужен этот орган. Тем не менее, предполагается, что он позволяет китам «кормиться выпадами».

Кормление выпадами происходит тогда, когда киты несутся вперёд на свою добычу (планктон или рыбу, в зависимости от вида) и полностью поглощают стаи, проглатывая их вместе с водой. Это означает, заглатывание огромного количества воды во время кормления выпадами. Киты могут на самом деле поглотить объём воды, вес которого соответствует весу их тела.

Затем киты отфильтровывают пищу, отделяя её от воды, используя «усы», находящиеся в горле. Недавно обнаруженный орган помогает китам контролировать огромное количество воды точным движением, участвующим в фильтрации воды, которая оказывается в их желудках в результате данного способа кормления.

3. Моби Дик существовал на самом деле

Фотография: Художественный музей Вирджинии (Virginia Museum of Fine Arts)

В настоящее время большинство людей примет за смешную фантастику идею о злопамятном ките, желающем отомстить китобоям. Тем не менее, Герман Мелвилл (Herman Melville) основал свою идею о Моби Дике на реальных событиях и реальном ките по имени Моча Дик (Mocha Dick). Событие, о котором прочитал Мелвилл, произошло в 1820 году, когда Моча Дик атаковал и потопил английский корабль. Экипаж высадился на пустынном острове, где им пришлось прибегнуть к каннибализму.

Описания Моча Дика той эпохи, в значительной степени совпадают с описанием Мелвилла. Он был белым альбиносом чьё выпускание струи через дыхало, звучало как непрерывный рёв. Тем не менее, сообщения того времени описывают его ещё более страшным, чем его вымышленный тезка. Он был покрыт ракушками и его обычно замечали всё ещё тянущим за собой гарпуны и веревки от предыдущих встреч с китобоями, которые не смогли его убить.

2. Песни китов распространяются как поп-музыка

Учёные, изучающие песни горбатого кита в 2011 году обнаружили нечто очень странное. Нарастание и спад песни отдельного кита очень похоже на ритм в поп-песнях.

В любой области разделяемой китами, все поют одну и ту же песню. Со временем, песня изменятся, и если новая песня достаточно ритмичная, она распространится и на другие популяции китов. Когда появляется новая песня китов, она иногда является своего рода ремиксом на предыдущую песню. И это не просто грубое упрощение. Исследователь из университета Квинсленда (University of Queensland), который анализировал эту странную тенденцию, описал её как «если бы старую песню «Beatles» смешали с песней «U2».

В другие разы, новая песня может быть полностью оригинальной. Наиболее популярные песни действуют как диаграммы музыки, они набирают популярность по мере того как их поёт все больше китов, а затем путешествуют на восток, в другие популяции китов.

1. Киты принимают других животных и объекты

Фотография: Александр Д. М. Уилсон (Alexander D M Wilson)/Aquatic Mammals

Не все киты являются такими суровыми, как Моча Дик. Большинство из них, как правило, ведут себя довольно нежно, даже по отношению к другим видам.

Например, в 2011 году стая кашалотов приняла дельфина афалины рождённого с деформированным, S-образным позвоночником. Стая дельфинов предположительно отвергла его из-за его деформации. Логически, вполне понятно, что медленно плывущие киты являются очень привлекательными для такого общительного животного, как дельфин. Тем не менее, эксперты по-прежнему озадачены тем, почему киты с такой готовностью приняли его в качестве члена группы.

В похожих, но более печальных случаях, самки белух иногда принимают предметы за приёмных детёнышей. Самки белух носят на головах или спинах доски, другие небольшие объекты и даже целые скелеты северных оленей, и обращаются с ними как с детёнышами.

+ Оседаксы (Zombie Worms)

Фотография: Музей естествознания (Natural History Museum)

У китов самые большие кости на планете. Если бы никто от них не избавлялся, морское дно было бы навсегда загромождено китовыми костями. К счастью, есть существо, которое выполняет эту работу: оседакс.

Научное название оседакса «Osedax mucofloris», что буквально переводится как «поедающий кости сопливый цветок». Это подходящее название: оседаксы зарываются в китовые кости и развивают корневую систему, те немногие части тела червя, которые остаются на поверхности, покрыты слизью, которая выглядит как сопли.

Итак, оседакс это монстр плюющийся кислотой, который питается костями и в теле которого живут паразитические создания. Пауки уже не кажутся такими уж страшными, не так ли?

Идея подводного плавания уходит корнями в древность, предполагается, что Александр Македонский использовал для разведки прообраз “водолазного колокола”.
Некий голландец Корнелий ван-Дреббель, соорудил в 17 веке подводную лодку на весельном ходу, в которой имелась даже система регенерации воздуха.

1. Первую русскую подводную лодку придумал крестьянин Ефим Никонов. Десять лет с 1718 по 1728 год он занимался проектированием “потаенного судна” и даже соорудил прототип, но все попытки оказались бесплодными.

2. Англичанин Дэй, механик по специальности в 1770 году соорудил подводную лодку и даже провел ходовые испытания. Во время второго выхода Дэй вместе с экипажем погиб.

3. Американский учитель Бушнелл из Коннектикута в 1776 году построил подводную лодку “Черепашка”, предназначенную для прикрепления мин к неприятельским кораблям в гаванях.

Подводная лодка по форме напоминала два соединенных панциря черепахи. Сверху корабля имелся стеклянный люк, через который осуществлялся вход и наблюдение за ходом подводной лодки. Глубину погружения определяли с помощью манометра.

4. В 1800 году француз Роберт Фултон построил подводную лодку, которую представил Наполеону.

Лодка вмещала три человека и на первых испытаниях за 20 минут прошла значительное расстояние. А в 1801 году он же построил новую подводную лодку “Nautilus”, рассчитанную на 4 человека, которая на испытаниях в Сенне прошла за час пол мили под водой. Наполеон не видя практического применения в военном деле подводных лодок отказался поддерживать проект.

5. В 1810 году братья Coёssin построили девятиместную подводную лодку, которая приводилась в движение горизонтальным гребным винтом, второй вертикальный винт служил для погружения и подъема лодки.
Для всплытия и погружения имелось подобие кингстонов, которые заполнялись водой, а при всплытии вода откачивалась помпой. Сверху лодки имелся ящик с порохом который нужно было прибить гвоздями к неприятельскому кораблю, просунув руки в специальные кожаные рукава. При последнем испытании лодка погибла.

6. В 1845 году нейкий Пейерн построил гидростат яйцеобразной формы. В одном из отсеков давление воздуха повышали выше гидростатического давления данной глубины и открывали люк. Вода не могла заполнить судно из-за повышенного давления. Этим гидростатом пользовались для удаления подводной скалы и остатков моста, мешавших судоходству. Лодка прослужила более 10 лет.

7. В 1861 году француз Вилероа построил подводную лодку - “судно-сигара” длинной 11500 сантиметров.

Подводная лодка “судно-сигара” послужила прототипом целого ряда подводных суден, используемых во время Гражданской войны в США. Один из таких прототипов подводная лодка «David» несколько раз тонула вместе с людьми, но ее поднимали со дна и возвращали в строй. В 1864 году данная подводная лодка взорвала судно «Housatonic», однако в результате подрыва погиб весь экипаж и сама подводная лодка.

8. С. К. Джевецкий построил подводную лодку в России в 19 веке «Подводный минный аппарат». Лодка имела треугольную форму поперечного сечения в действие приводилась велосипедным приводом винта, который вращали все члены экипажа.

Вверху имелся люк, в котором помещалась мина в специальном бандаже с каучуковыми мешками, находясь под вражеским судном экипаж накачивал мешки воздухом, после чего мина всплывала к корпусу судна и удерживалась там, за счет подъемной силы. Отойдя на безопасное расстояние экипаж подрывал мину.

9. В 1884 году инженер Тозелли представил в Ницце подводную лодку “Нептун”. Лодка предназначалась для исследований океана и имела 3 отсека расположенных вертикально, верхний - машинный, средний - командирский и нижний пассажирский. Высота лодки составлял 10 метров. Общий вес 46 тонн, подводная лодка погружалась на глубину более 200 метров.

10. В 1887 году Испания построила подводную лодку “Пераль”, названную так в честь ее создателя дона Исаака Пераля.

Лодка имела привычный нам цилиндрический вид оканчивающийся конусами. Ее длина составляла 22 метра. Общая мощность всех электромоторов 150 л.с. Подводная лодка имела на вооружении таран и пушку стреляющую минами.

Начнём, пожалуй, со сказочного I cteneo ("Новая рыба" на латыни), изобретённого Нарцисом Монтуро (Narcis M onturiol) и спущенного на воду в 1864 году. Как и "Наутилус", эта субмарина была создана в основном для подводных исследований; у неё даже была пара больших иллюминаторов по бокам — для наблюдения.

Но эта подводная лодка не выглядит похожей на описание "Наутилуса", к тому же она маленькая — всего 13,5 м.

Схема и модель I ctineo в полную величину, которая экспонируется в Барселоне (Испания). Следующий кандидат на вдохновение г-на писателя — L e Plongeur ("Ныряльщик"). Лодку изобрёл капитан Симон Буржуа (Simeon Bourgeois); на воду её спустили в 1863 -м. Это первая субмарина, которая работала с помощью механических средств: пневматической системы, действующей от поршневого двигателя.

К тому же это была самая большая лодка, построенная к тому времени: 41 метр, то есть всего на треть меньше "Наутилуса". "Ныряльщик" был вооружён торпедами, находившимися в конце длинного корпуса, прикреплённого к носу подлодки.

Одной из уникальных особенностей L e Plongeur, как, впрочем, и "Наутилуса", была шлюпка, установленная в специальной выемке на палубе.

Схема и рисунок субмарины L e Plongeur. Очевидно, что идея романа пришла Верну под влиянием многочисленных испытаний подводных лодок, проходивших в то время.

А образ "Наутилуса" носит собирательный характер и состоит из черт множества субмарин, у которых писатель заимствовал не обязательно функциональное, но, главное, впечатляющее читателя качество. И всё-таки: есть ли аппарат, который стал для Верна отправной точкой?

Вы удивитесь, но самый вероятный кандидат не является подводной лодкой. Американский изобретатель Росс Уайнэнс (Ross Winans) построил первый из своих удивительных "круглых кораблей" в Ферри-Бэе (Балтимор, США) в 1858 году.

Газеты того времени источали восторги: "Это откроет новую эру в военно-морском деле!" Ничего подобного никто не видел. У корабля не было ни киля, ни мачт, ни снастей... даже палубы не было.

Он был похож на сигару, а команда находилась внутри этой "сигары". Пожалуй, самой странной особенностью был винт в форме кольца, который опоясывал "талию" аппарата точно посередине.

Уайнэнс утверждал, что его детище пересечёт Атлантику за четыре дня (это, кстати, в два раза быстрее, чем сегодня) — будто бы из-за оптимизации формы корабля и отсутствия лишнего веса. Изобретатель надеялся, что его "круглые корабли" совершат революцию в трансатлантических путешествиях и будут не только самыми быстрыми, но и самыми устойчивыми плавсредствами.

Секрет скорости судна заключался в новой двигательной системе. Она состояла из турбин с лопастями, установленных в полости вокруг корабля.

Плавные контуры нарушались лишь двумя дымовыми трубами, маленькой изогнутой палубой и смотровой платформой. Полутораметровые штурвалы находились с двух сторон палубы, чтобы можно было плыть в любую сторону без разворота.

Как вы понимаете, нос и корма на таком судне очень условны. Оригинальный корабль имел в длину 54 метра с максимальным диаметром 4,8 метра в самой широкой части и мог взять на борт 20 человек.

Он был сделан из железа и разделён на водонепроницаемые отсеки. Росс Уайнэнс хвастался, что благодаря этим отсекам его корабль самый безопасный в мире и полностью застрахован от затопления.

Вот так корабль Уайнэнса выглядел в открытом море. Так почему же мы с вами не плаваем через Атлантику на этих замечательных сигароподобных судах?

После испытаний первого корабля были построены ещё несколько, в том числе один для российского правительства. Но все они страдали от одних и тех же проблем: корабль плохо слушался руля, в любой момент мог перевернуться, а его нос постоянно уходил под воду.

Низкий надводный борт позволял даже небольшим волнам обрушиваться на палубу, а для людей, подверженных морской болезни, путешествие внутри этого судна было кошмаром наяву. После двухлетней борьбы Уайнэнс всё-таки отказался от использования опоясывающего двигателя.

Корабль для Российской империи был построен в 1861 году: по совету создателя он был оснащён более традиционным кормовым винтом. И это сработало: на воду были спущены ещё два корабля с кормовыми винтами; один из них испытывался на Темзе в 1864 году.

Сей образец, скромно названный Ross Winans, значительно отличался от предшественников. Он имел 77 метров в длину и располагал плоской палубой в 39 метров (напомним, длина "Наутилуса" — 69 м). Кроме того, Ross Winans имел винты на корме и носу.

Вот как их описывали современники:

« ... Огромные винты, которые наполовину погружены в воду и взбивают её в пену... »

Сразу вспоминаются винты "Наутилуса" в романе Верна — они тоже были огромными и взбивали воду, когда лодка находилась на поверхности.

Видимо, именно отсюда Верн почерпнул идеи двигательной системы фантастической лодки капитана Немо. Два корабля Уайнэнса дожили до XX века, пришвартованные у пирса в Саутгемптоне (Англия). Вот отрывок из заметки 1936 года о "круглых кораблях" в одном британском СМИ: "...сразу приходит на ум "Наутилус" Жюля Верна..." Даже авторы иллюстрированной истории ВМС США (Picture History of the U.S. Navy) сравнивают корабль Уайнэнса с "Наутилусом". И не просто так. Испытания судов Уайнэнса состоялись в Европе в 1864 году, как раз в то время, когда Верн занимался сбором материала для "Двадцати тысяч льё под водой". Так как всё это широко освещалось прессой, то вряд ли могло избежать внимания писателя.

Жюль Верн прямо пишет в романе, что "Наутилус

« ... по своей форме напоминает сигару, а эта форма считается в Лондоне лучшей для подобного рода конструкций... »

(см. начало 13 -й главы). Подводная лодка в романе почти такого же размера и пропорций, что и корабль Уайнэнса, такой же сигарообразной формы и наделена слишком большим гребным винтом.

В общем, сходств много. Единственное глобальное отличие в том, что "Наутилус" — подводная лодка, а не надводный корабль.

Верн всегда работал в тесном контакте с иллюстраторами своих книг. Иногда даже лично набрасывал для них эскизы и схемы механизмов.

Так, существует сохранившийся эскиз летательного аппарата "Альбатрос", который писатель сделал для художника Леона Беннетта (L eon Bennett). Скорее всего, его зарисовки получали также Альфонс де Невиль (Alphonse de Neuville) и Эдуард Риу (Edouard Riou), иллюстраторы "Двадцати тысяч льё под водой". На это намекает одна из картинок де Невиля: она изображает капитана Немо, который объясняет принцип работы "Наутилуса" профессору Арронаксу, используя для этого схему корабля.

Разве мог художник сам нарисовать подобный чертёж без подсказок автора романа? Вряд ли книжные графики XIX века хорошо разбирались в чертежах подводных лодок. Вот эта иллюстрация Альфонса де Невиля со схемой подводной лодки:

Удивительно, но по прошествии почти полутора веков роман Жюля Верна не устаревает, а приобретает всё больше поклонников! Да, теперь он воспринимается как приключения, а не фантастика, но благодаря живому языку и визионерству автора книга вдохновляет читателей на творчество.

Ниже мы приводим одну из схем "Наутилуса", очень близкую к "оригиналу", то есть созданную точным следованием тексту романа (изображение большего размера откроется при клике по картинке):

«Природа всегда выбирает лучшее из возможного, причем в определении лучшего всегда входит достижимостью.

Чем интересен скат?

Из всего многообразия скатов, а их известно чуть ли не 340-350 видов, нас интересовали только скаты, ведущие придонный образ жизни. Большую часть времени такие скаты спокойно лежат на дне, но, преследуя добычу, развивают довольно большую скорость, поднимаются вверх и могут даже появляться на поверхности! «Придонные» скаты имеют одну интересную особенность - отрицательную плавучесть. Другими словами, неподвижный скат сразу же идет на дно! И наоборот, при движении вперед и особенно - при «старте» со дна какую-то часть своей мощности ему приходится затрачивать на создание гидродинамической подъемной силы.

Неудивительно, что в процессе эволюции скаты получили такую форму плоского, ромбовидного в плане тела, которую гидромеханики считают оптимальной с точки зрения создания максимальной подъемной силы при наименьшем сопротивлении воды движению рыбы. Но это еще не все: можно было Предположить, что эта форма ската приспособлена именно к быстрому «набору скорости» при движении вблизи дна, играющего роль своеобразной опорной поверхности - экрана.

В качестве объекта исследований был выбран скат из семейства хвостоколовых - морской кот, который в изобилии водится в Черном и Азовском морях. В районе мыса Тарханкут начались работы с отлова скатов и составления их обобщенного теоретического чертежа. Морские коты достигают длины 2,5 м, но нам, естественно, было удобнее иметь дело со скатами меньших-размеров. Каждый из пяти пойманных скатов был тщательно обмерен по двум продольным и четырем поперечным сечениям; очертания их в плане мы получали, просто укладывая ската на бумагу и обчерчивая по периметру.

Форму тела черноморского кота можно характеризовать, пользуясь языком гидромеханики, таким образом. Это ромбическое в плане несущее подводное крыло с соотношением размаха и условной максимальной хорды, равным 1,33. Передняя кромка тела острая и приподнята на 1-1,5% хорды соответствующего продольного сечения; плоская нижняя поверхность тела начинается на расстоянии 0,1-0,15 хорды от передней кромки. Диаметральное сечение имеет некоторую S-образность в передней и задней части. Максимальная толщина профиля продольных сечений составляет 4,5-8% хорды и находится на расстоянии 0,3-0,4 хорды от передней кромки. Относительная кривизна (отношение стрелки прогиба средней линии профиля к хорде тела) изменяется по среднему размаху в пределах 0-4%.

Можно было сразу же сделать вывод, что эти геометрические характеристики довольно сложной формы скатов очень близки к характеристикам известных в аэродинамике крыльев, оптимальных именно при движении вблизи твердой поверхности. Форма тела в плане, форма поперечных сечений и распределение кривизны по размаху обеспечивают минимальное индуктивное сопротивление, обусловленное перетеканием жидкости по концам крыла. Упомянутый подъем профиля в носике также имеет объяснение: он может служить для предотвращения отрыва потока при положительных углах атаки.

Интересные результаты дала подводная киносъемка. Хорошо видно, что при движении вдоль дна морской кот неизменно выдерживает высоту, равную 0,2-0,25 размаха, т. е. довольно близкую к рекомендуемой специалистами-гидромеханиками. При этом концы плавников в нижнем положении почти касаются дна.

Колеблются грудные плавники - движитель ската - со средней частотой 3,2 взмаха в секунду. В начале периода колебания концы плавников опущены вниз. Подъем начинается с передней их части. Вначале - на протяжении примерно 1/5 периода - оказываются поднятыми только края плавников, а основная их часть, прилегающая к телу, опущена. В среднем за весь период поперечное сечение тела ската представляет собой дужку (выпуклостью кверху) с концами плавников, играющими роль своего рода «машущих шайб». Опущенные вниз концы крыла как раз и препятствуют перетеканию жидкости с нижней поверхности на верхнюю, что и дает повышение гидродинамического качества, уменьшение индуктивных потерь.

Любопытно, что угол атаки крыла - тела ската - изменяется по его длине (размаху), обеспечивая, как считают гидродинамики, выгодное распределение нагрузки («крутка» крыла). Колебания крыла очень сложны. Возможно, что колебательные движения боковых кромок плавников обеспечивают не только создание движущей вперед тяги, но и оптимальное распределение углов атаки крыла.

Наблюдая плавание скатов в естественных условиях, мы обратили внимание на то, что в зависимости от скорости движения изменяется и кинематика движения плавников. При мирных малых скоростях по краям грудных плавников распространяется «бегущая волна», причем в движении этом участвуют только наружные края плавников (20% размаха); прилегающая к телу их часть движется со значительно меньшей амплитудой и продолжает служить в основном несущей плоскостью. При бегстве или погоне амплитуда взмахов плавников возрастает, достигая 0,2 размаха, заметно увеличивается и частота колебаний.

В дальнейшем были проведены исследования твердой модели ската в аэродинамической трубе. Модель испытывалась в условиях безграничной жидкости и вблизи неподвижного плоского экрана, имитирующего дно.

Модель испытывалась целиком и без хвоста; оказалось, что в диапазоне углов атаки ± 8° хвост не влияет на коэффициенты гидродинамических сил и моментов и, очевидно, выполняет чисто биологические функции (на нем расположено оружие ската - ядовитый шип).

Полученные характеристики модели, испытанной в безграничной жидкости, сравнивались с характеристиками круглого в плане крыла с профилем ЦАГИ-21,8%. Сопоставление показало, что при равных коэффициентах гидродинамического сопротивления модель ската обладает даже несколько более высокими несущими свойствами; иначе говоря, крыло, имеющее форму тела ската, имеет более высокое качество, чем профилированный диск.

Аналогичный вывод подсказывает и сравнение гидродинамических характеристик модели ската, установленной вблизи экрана, с соответствующими характеристиками ромбовидного в плане крыла, имеющего профиль ЦАГИ-876 с толщиной 7,5%. Измерения распределения гидродинамического давления по поверхностям модели показали, что ее более высокое качество в безграничной жидкости объясняется большим разрежением, возникающим на верхней, выпуклой, поверхности.

Можно уверенно сказать, что форма тела ската представляет в известной степени оптимальный вариант подводного крыла с удлинением, равным единице, предназначенного для движения вблизи экрана.

Как летает летучая рыба?

Ни одно описание плавания по тропическим водам не обходится без упоминания о летучих рыбах. Издревле картина парения этих диковинных существ над водой завораживала мореходов, не давала покоя умам естествоиспытателей.

Собственно побудительные причины перехода рыб из одной среды в другую загадки не составляли: чтобы спастись от быстроходных преследователей - тунца или меч-рыбы - беззащитным рыбкам не оставалось ничего другого, как взлетать над поверхностью!

В семействе летучих рыб насчитывается более 60 видов, наиболее крупные из них достигают 0,5 м в длину. В наших водах известна лишь японская летучая рыба, которая встречается иногда летом в заливе Петра Великого.

У некоторых видов летучих рыб - одна пара крыльев, у других - две. Эти крылья, которые могут раскрываться и складываться, прижимаясь к телу, представляют собой развитые грудные плавники больших размеров (главные крылья) и широкие брюшные плавники.

Крылья-плавники выполняют различные задачи: служат несущими плоскостями - подводными крыльями - при «планировании» с поверхности в глубину и наоборот при подъеме и разгоне в воде; используются как тормоз для остановки - плывущая с большой скоростью рыба с прижатыми к телу плавниками внезапно разворачивает их веером; наконец, они же играют роль воздушных крыльев - создателей подъемной силы при выпрыгивании рыбы из воды и полете.

Важно подчеркнуть, что эти плавники работают только как несущие плоскости (выдерживающие нагрузку до 1,3 г/см 2) и не являются движителями. Распространенное в среде моряков прошлого мнение, что «летучая рыба машет крыльями, как стрекоза или птица», ошибочно. Управляющая плавниками - регулирующая угол атаки и площадь крыльев - мускулатура слишком слаба: ее вес составляет лишь 3% веса всей мускулатуры рыбы. При движении в воздухе возможен лишь пассивный «флаттер» - дрожание больших и мягких плавников, которое и является причиной жужжания, отмеченного еще во времена А. Гумбольдта (только в 1941 г с помощью стробоскопической фотографии удалось доказать, что это жужжание - результат не активного биения плавников, а их пассивной реакции на колебания движителя - хвостового плавника).

Познакомимся с геометрическими характеристиками летучих рыб, обитающих в центральной части Атлантического океана; их теоретический чертеж построен на основе обмеров 60 экземпляров.

Одной из основных особенностей самого «корпуса» рыб является необычная прямоугольная форма поперечных сечений с плоской брюшной поверхностью, позволяющей глиссировать.

При взлете рыба сначала разгоняется до выхода на режим глиссирования по поверхности воды, а затем частично выскакивает из воды. При этом ее корпус уже находится в воздухе и испытывает значительно меньшее сопротивление, чем в воде, а расправленные крылья-плавники обеспечивают воздушную разгрузку, причем эффективность крыльев дополнительно повышается благодаря близости экрана; в то же время нижняя лопасть хвостового плавника (движителя) продолжает оставаться погруженной в воду и, совершая примерно 50-70 биений в секунду, позволяет довести скорость до значений порядка 60-65 км/ч. (Заметим попутно, что эта скорость уже вдвое выше, чем той же рыбы в воде!) Наконец, рыба изменяет угол атаки крыльев и взмывает вверх. Начальная скорость полета составляет, по-видимому, 54-72 км/ч!

Далее следует свободный полет - не более чем 10-секундное планирование на высоте 0,5-1 м на расстоянии до 50 м; скорость при этом неуклонно падает, а в итоге снижаются подъемная сила на крыльях и высота полета. Когда скорость уменьшится до 36 км/ч, нижняя лопасть хвостового плавника снова погружается в воду, начинается новый разгон до достижения максимальной скорости полета, затем снова следует свободный полет и т. д. В общей сложности рыба может пролететь таким образом до 400 м за 30 секунд. Естественно, что встречный ветер помогает летучей рыбе, как и взлетающему самолету.

Изменяя угол атаки крыльев, летучая рыба может соответственно изменять и траекторию полета вплоть до больше всего привлекающих внимание наблюдателей прыжков на высоту 8-10 м - через небольшие суда; нередко летучие рыбы оказываются и на палубах крупных судов.

Испытания твердой модели летучей рыбы показывают прежде всего высокое гидродинамическое качество отработанных тысячелетней эволюцией форм. Коэффициент гидродинамического сопротивления летучей рыбы составляет всего 0,015.

Подъемная сила, возникающая на плоских (непрофилированных) крыльях-плавниках, при малых углах атаки невелика, но с увеличением углов атаки заметно возрастает: очевидно, сказывается и «бипланный» эффект - взаимодействие обеих пар плавников. Тем не менее, как и в случае со скатом, твердая модель далека от своего намного более совершенного живого прототипа, представляющего сложнейший комплекс систем, смоделировать который пока не удается.

Удалось ли инженерам хотя бы частично воспользоваться результатами биотехнических исследований?

Известно, что во время полета летучая рыба, как и птицы, не только изменяет угол атаки, но и, частично складывая и расправляя плавники, регулирует площадь несущих плоскостей в зависимости от скорости полета: другими словами, крылья всегда работают в зоне их максимального качества. Как известно, этот же принцип изменения геометрии крыла самолета взят на вооружение современными авиаконструкторами.

В начале 1968 г. в зарубежной печати проскользнуло сообщение, что американский инженер В. Рейд сконструировал подводную лодку с крыльями, которая могла отрываться от поверхности воды и превращаться в летающий аппарат. Во время эксперимента 8-метровая модель стартовала из воды и поднималась на высоту до 23 м. Считают, что созданию этого необычного экспериментального аппарата, вызвавшего большой интерес ВМС США, предшествовало глубокое изучение движения летучей рыбы.

Говоря об использовании в технике закономерностей, обнаруженных у обитателей моря, стоит подчеркнуть, что простым копированием тех или иных отдельных особенностей морских животных и рыб вряд ли можно добиться коренного усовершенствования существующих сегодня технических устройств. Многие биологические объекты - это модели чрезвычайно сложных явлений, объяснить которые до конца современная наука еще не в состоянии. Познать физическую теорию этих явлений для последующей технической реализации закономерностей живого подводного мира - вот основная задача гидробионики.

Помните, когда смотришь из окна самолета сразу перед посадкой, на крыльях появляются небольшие флажки? Они не дают самолету сорваться по мере замедления.

У птиц есть собственная версия этой хитрой технологии в форме специально адаптированных перьев. Птичьи перья широко делятся на основные и второстепенные перья, при этом некоторые из них помогают в полете, а другие служат простым украшением.

Но у птичьего крыла есть часть, именуемая крылышком, или придаточным крылом (там, где мог бы быть «большой палец»). Птица управляет этими перьями, открывая небольшой слот, который помогает стабилизировать птицу и избежать падения при медленном взлете или посадке. Красота!

Сонар

Корабли, подводные лодки и морские устройства часто оснащены гидролокатором для навигации, предотвращения препятствий и отслеживания целей под водой. В основе работы сонара лежит излучение звука с определенной частотой и распространение звуковых волн в окружающей среде.

Звуковые волны отскакивают от твердых объектов и возвращаются к сонару, который их излучает. Затем устройство сонара собирает информацию о форме, размере и расстоянии до объектов. Это особенно полезно для военных, но первыми сонары изобрели киты и дельфины. Точнее, за них это сделала природа и эволюция.

Эти удивительные животные могут находить различия между даже самыми маленькими предметами с расстояния 15 метров, используя навыки сонара. Им не нужно электронное устройство для трансляции своих частот по океану. Они эволюционировали, чтобы использовать свои собственные голоса и рецепторы в телах и находить путь по морю.

Считалось, что животные создают «звуковой ландшафт» в своем сознании на основе постоянной обратной связи, которая помогает им строить карту среды. Они также используют свой гидролокатор для поиска пищи и друзей.

Военный сонар настолько похож на китовый, что даже работает на тех же частотах: от 100 до 500 Гц. Некоторые люди предполагают, что это может быть причиной массовых переходов дельфинов и китов, потому что они принимают сигнал военных за свой.

Военно-морские силы настраивают свой сонар до 235 дБ, а киты обычно испускают сонарные сигналы в пределах 170 дБ. Возможно, громкие сигналы нарушили чувство направления морских созданий и сбили их с курса. И все же поразительно, как киты используют нечто настолько эффективное, что люди до сих пор не нашли этому замену.

Биолюминесценция

Говоря о морских существах, наши подводные приятели использовали почти все, чтобы улучшить собственную выживаемость. Задолго до того, как люди изобрели свечи, светящиеся в темноте наклейки и ночные огни, рыбы на дне океана уже светились много веков.

Светлячки и даже некоторые виды грибов также используют биолюминесценцию в своих интересах. Все эти организмы эволюционировали, чтобы светиться в темноте по таким разным причинам, как привлечение партнеров, привлечение добычи, предупреждение хищников и общение с другими представителями вида.

Множество исследований, которые были проведены - и будут проведены, - посвящены внедрению биолюминесценции в биотехнологии с множеством практических применений в современном мире. Действующее химическое вещество - люциферин - имеет короткий срок службы в активном состоянии светового потока. Множество компаний пытается обойти эту проблему, так что в будущем, возможно, на основе биолюминесценции будут созданы уличные фонари и медицинские процедуры.

Биолюминесценция создается простой химической реакцией, которая включает люциферин, фермент и несколько других кофакторов, специфичных для отдельных существ и растений. Люди пока просто нюхают пыль - но учиться никогда не поздно!

Солнечная энергия

Не так давно группа ученых изучала пятнистых саламандр и обнаружила, что эмбрионы этих ящеров содержат водоросли, которые живут внутри детенышей саламандры до их вылупления. Водоросли выживают, потребляя отходы, производимые эмбрионами детенышей саламандры. Взамен водоросли вырабатывают энергию и питание для развивающихся детей ящериц.

Эти ящерки, по сути, растут на фотосинтезе, том же процессе, что используют листья на деревьях для преобразования солнечного света в энергию. Также он похож на то, как фотогальванические элементы (солнечные панели) превращают солнечный свет в электричество.

Конечно, многие рептилии также используют тепло Солнца, являясь хладнокровными, чтобы поддерживать температуру и уровень энергии собственного тела. Похоже, эти чешуйчатые создания могли бы научить нас кое-чему о возобновляемой энергии.

Обнаружение ультрафиолетового света

Люди постоянно подвергаются воздействию УФ-света, но не имеют природной возможности его видеть. Поэтому мы так легко получаем солнечные ожоги. Сегодня можно купить световые детекторы, которые «преобразуют» ультрафиолетовые волны в форму, которую вы уже сможете видеть.

Обычно мы не можем видеть ультрафиолетовый свет из-за количества белка в наших глазах. А как там у животных?

Структура глаза животного частично состоит из белков опсинов. Некоторые животные находят один-два типа опсинов в своих глазах, поэтому видят меньше цветов и типов световых волн, чем люди. У нас же есть три типа опсинов, позволяющих видеть широкий спектр цвета.

Однако некоторые животные, такие как хамелеон, имеют больше трех типов опсинов в глазах. Поэтому хамелеоны могут видеть ультрафиолетовые лучи света в дополнение к цветам, которые могут видеть люди. Хамелеон наверняка сможет разобрать больше деталей на растениях, объектах и других животных, чем мы.

При этом хамелеоны делают это при помощи невооруженного глаза, не прибегая к использованию устройств. Есть также много других рептилий, насекомых, птиц и водоплавающих созданий, которые также могут видеть ультрафиолетовый свет.

Сельское хозяйство

Сельское хозяйство, взращивание различных культур, может показаться не самым технологически развитым процессом. Однако по меркам человеческой истории это все же относительно новый процесс. Достаточно вспомнить, каким был уровень массового производства и объемы запасов пищи 50 лет назад, чтобы поменять свое мнение.

И все же муравьи занимаются выращиванием культур гораздо дольше, чем 50 лет. Они любят питаться липкими, сахаристыми выделениями, которые выделяет тля после поедания растений.

Поэтому муравьи прикладывают большие усилия для обеспечения муравьиной колонии этой «пасекой», не позволяя тле перемещаться слишком далеко от колонии. Муравьи откусывают тле крылья и выделают химические вещества, замедляющие рост этих крыльев. Подло!

И если этого недостаточно, не так давно муравьи научились окружать группы тли муравьиными химическими следами, которые обычно используются для обозначения территории колонии. Эти следы, по всей видимости, замедляют тлю и не дают ей убраться со своего места, что обеспечивает муравьям надежный доступ к их любимому сладкому источнику пищи.

Так же, как и фермерские животные, которых содержат люди, тля тоже извлекает свою выгоду. Химические следы отпугивают хищников - таких как божьи коровки - поедающих тлю. Порабощенная тля по крайней мере защищена от этих больших, страшных, пятнистых жуков, благодаря муравьям.

Звукоизоляция

Если вы когда-нибудь проводили время в звукоизолированной комнате, вам наверняка была приятна тишина в ней. Комбинация изоляционных слоев, абсорбирующих материалов и тому подобного создает атмосферу, в которой практически не слышен посторонний звук.

Много лет совы использовали эти качества по менее мирным причинам. Чтобы подлетать и хватать свою ничего не подозревающую добычу со смертельной точностью, совы должны быть полностью безмолвными, потому что грызуны, которыми они питаются, имеют невероятно чувствительный слух.

Например, перья обыкновенной сипухи настолько мягкие и мелкие, что позволяют ей охотиться в мокрую погоду, поскольку становятся пропитанными водой и холодными. Это идеально звукоизолирует тело совы, которая в темноте настигает небольшое млекопитающее и хватает его острыми когтями. Единственным звуком будет писк жертвы.

Достичь этого позволяет конструкция перьев. Крошечные деления и волокна отделяют поток воздуха от крыльев. Это предотвращает любые грубые звуки, вызванные сопротивлением воздуха, например, при хлопании крыльев.

Клонирование

Когда ученые клонировали овечку Долли, стало понятно, что этот новый и странный процесс надолго останется с людьми. Но так ли он нов? Давайте спросим морскую звезду.

Морская звезда воспроизводилась бесполым путем без особого труда, еще когда никто не слышал о клонировании. Более того, морская звезда, которая клонирует себя, живет дольше и здоровее, чем морская звезда, которая воспроизводится половым путем.

Очевидно, клонирование хорошо подходит для этих существ. Кроме того, если морская звезда оторвет себе конечности или вообще разорвется пополам, существо просто отрастит конечность и регенерирует при необходимости. Некоторые виды даже умеют производить новое тело из части отрезанной конечности.

Морская звезда, очевидно, является экспертом в области клонирования. Возможно, нам стоит к ним присмотреться повнимательнее?

GPS

Миграция птиц остается большой загадкой для ученых. Есть много возможных объяснений тому, как птицы понимают, куда летят - положение Солнца, звездная карта, обоняние, магнитное поле Земли, запоминание отметок при предыдущем путешествии…

Но ни одно из них не объясняет целиком и полностью, как птицам удается так успешно и регулярно добираться до удаленных пунктов назначения, иногда в самых суровых условиях и при полном незнании маршрутов. Есть мнение, что они используют технологию GPS - которая намного превосходит человеческие возможности, - встроенную в маленький птичий мозг.

Теория магнитного поля представляется наиболее вероятной, поскольку лисицы показали, что тоже хорошо ориентируются в магнитном поле Земли во время охоты. Если другие животные разбираются в магнитных полях, то и птицы, стоит полагать, могут. Такой себе встроенный компас.

Выдвижные лезвия

Обычная домашняя кошка поражает своей универсальностью. Она может выпустить или спрятать когти при необходимости, оставить их острыми или мягкими, чтобы не ранить саму себя при умывании. Когти можно вернуть назад в их мягкие подушечки, чтобы ударить хозяина или котенка и не навредить ему.

Не этим ли вдохновлялись люди, создавая перочинные ножи?