Борис Сергеев - Я познаю мир. Биология

Даже первобытный человек не был особенно сильным. Когда он научился использовать на охоте первые примитивные орудия — палки, камни, дубины, он всё равно ощущал, что ему часто не хватает силы, чтобы одним ударом убить оленя или докинуть камень, а позже и копье до пасущейся вдалеке антилопы. Серьезно усовершенствовать орудия охоты первобытные люди смогли только благодаря тому, что научились запасать энергию.

Первым охотничьим орудием, которое использовало запасенную энергию, был охотничий лук. Охотник, натягивая тетиву, сгибал гибкий лук и при этом запасал в нем энергию, когда же он отпускал тетиву, вся энергия, запасенная в согнутом луке, высвобождалась в одно мгновение, посылая стрелу вперед с такой силой, что она могла улететь на значительное расстояние и пронзить дичь. Просто бросить стрелу рукой с такой же силой человек не мог.

До изобретения огнестрельного оружия на войне использовались катапульты и баллисты — метательные машины, способные бросать тяжелые камни, заостренные бревна или бочки с горящей смолой на несколько сот метров. Принцип действия этих машин тот же, что у охотничьего лука. Даже один человек способен был привести в боевую готовность метательную машину. В нужный момент вся накопленная энергия высвобождалась, и огромный камень летел на врага.

Прыгающим животным приходится метать в воздух собственное тело. Среди них самые способные прыгуны — насекомые. Они могут совершать прыжки в высоту на расстояние в 100 и более раз превосходящее длину их тела. Секрет этих рекордов заключается в том, что они используют принцип катапульты. Поэтому мощность, развиваемая мышцами насекомых, в 10 и более раз выше мощности, на которую способны мышцы позвоночных животных.

В теле насекомых и других членистоногих встречается белок резилин. Подобно резине, он обладает очень высокой упругостью. В честь нее вновь открытый белок и получил свое название. Его резильянс, то есть коффициент полезного действия, — 97 %. Это очень много. Только 3 % его энергии теряется в виде тепла. Резильянс самых лучших сортов резины не превышает 91 %. Если резилин на несколько недель оставить в растянутом состоянии, он не потеряет способности мгновенно восстанавливать свою первоначальную величину!

Резилином пользуются хорошо прыгающие блохи. Эластичная подушечка, состоящая из резилина, лежит у основания их задних конечностей. Приготавливаясь к прыжку, зловредное насекомое поднимает задние ноги и сжимает резилин. Когда специальный механизм, удерживающий ноги блохи в таком положении, освобождает их, они за счет упругих сил резилина отталкивают блоху от земли, и насекомое стремительно взлетает вверх. Резилин, мгновенно распрямляясь, способен развить гораздо большую мощность, чем мышцы, вызвавшие его сжатие.

Из обитателей Земли первыми научились летать насекомые. Среди них есть настоящие рекордсмены, способные самостоятельно, не прибегая к услугам ветра, подниматься на несколько сот метров над поверхностью Земли и совершать тысячекилометровые путешествия. Некоторые из них прилетают к нам на север весной из Южной и Западной Европы и даже из Африки. При этом насекомые способны развивать значительную скорость. Комар кулекс (обычный кровососущий комар) летает со средней скоростью 1,5 км/ч, комнатная муха — 8, саранча — 16, щмель — 18, а пчелы и стрекозы — 30 км/ч. При этом им приходится интенсивно работать крыльями. Бабочка белянка делает при этом 10–12 взмахов крыльев в секунду, саранча — 20, майский жук — 45, божья коровка — 75–90, пчела — 250, комар кулекс — 300, комар — звонец — больше 1000!

Крылья насекомых как «подъемный» механизм менее совершенны, чем винт самолета. Работа пропеллера целиком используется для полета, тогда как крыло саранчи использует на это лишь 65 % затраченной энергии. Неиспользованные 35 % были бы для саранчи слишком большой потерей. Насекомые, конечно, не смогли с ней смириться. Для компенсации этих потерь у них используется резилин. Его крохотные комочки находятся у основания крыльев саранчи, мух и многих других летающих насекомых. Они используются как амортизаторы и для сбережения затрачиваемой энергии.

Когда крыло насекомого доходит до крайнего положения, его движение тормозится за счет сжатия резилина. Затем резилин расправляется и сообщает крылу ускорение, возвращая при этом 97 % энергии, затраченной на его сжатие. В результате на одно сокращение мышцы крыло отвечает не одним, а несколькими взмахами. Это и позволяет многим насекомым быть весьма неплохими летунами.

Рост взрослого жирафа более пяти метров. Длинная изящная шея поддерживает небольшую голову. Если вам посчастливилось видеть этих животных, вы, безусловно, обратили внимание на грациозность их движений. Совершенно ясно, что жираф не чувствует тяжести своей головы, хотя ее вес вместе с шеей немал. Еще больше усилий должно требоваться, чтобы удержать на горизонтально вытянутой шее тяжелую голову быка или оленя, нередко украшенною огромными рогами. В действительности животные на это не затрачивают почти никаких усилий. От этой необходимости их избавляет другой белок — эластин. Он действует на манер дверных пружин. Подобные пружины, удерживающие части тела в заданном положении, имеются у многих животных.

У копытных голову удерживает выйная связка, которая одним концом прикреплена к черепу и ближайшим шейным позвонкам, а другим — к грудному отделу позвоночника. Как это ни странно, лошадь затрачивает больше энергии на то, чтобы нагнуть голову, чем на то, чтобы поднять и удержать ее в обычном положении. Это объясняется тем, что, нагибая голову, животному приходится производить работу — растягивать выйную связку. Поднимается же голова лошади за счет потенциальной энергии, запасенной при растяжении эластина выйной связки.