9. 3. 2. Полет насекомых
Другой пример заполнения пространства возможностей дает эволюция машущего полета насекомых (Гродницкий, 1994; Grodnitsky, 1995, 1999). Первые летающие насекомые имели четыре крыла.
Взмахи передних и задних крыльев были определенным образом синхронизированы. В начале каждого взмаха сначала раскрывались передние крылья, затем — задние. Такой тип синхронизации сохранился у самых примитивных ручейников и бабочек, скорпионниц, висло- крылок, веснянок — наиболее генерализованных современных групп, ни одна из которых не обладает хорошо развитым полетом: эти насекомые не способны поднимать в воздух сколько-нибудь значительный груз, не могут летать быстро, в полете мало маневрируют, среди них нет дальних мигрантов. Поэтому отряды, характеризующиеся примитивной кинематикой крыльев, относятся к наименее многочисленным и разнообразным отрядам класса насекомых.Причина функционального несовершенства исходной кинематики кроется в способе синхронизации крыльев. Каждое крыло в начале взмаха вызывает круговое движение воздуха, так что образуется вихрь, который называют разгонным. Сейчас нет необходимости излагать аэродинамическую сущность этого явления; важно лишь, что скорость вращения и размер разгонного вихря прямо пропорциональны величине силы, которую создает крыло. При исходной кинематике крыльев формируются четыре разгонных вихря (рис. 12 А). Все они расположены в малом объеме (представьте размер обычного насекомого!), и поскольку передние и задние вихри вращаются в одном направлении, то они взаимно тормозят друг друга. В результате крылья в буквальном смысле греют воздух, вместо того чтобы развивать силу, необходимую для полета. Торможение разгонных вихрей происходит в начале каждого взмаха, т. е. 20—30 раз в секунду, и поэтому не может не сказываться на качестве полета.
Можно увеличить функциональную эффективность машущих крыльев: необходимо, чтобы с каждой стороны тела возникал один, а не два вихря.
Су-
А
| V | ё ГТП |
| ¦ | ^ НУ |
| \9 | 67 6/ —01 |
?
и
§
(=3
ы
а
а
ы
S
ай
.Рис. /2. Основные пути эволюции взмахов крыльев насекомых. Показано начало взмаха. Вид сверху, изображены крылья (передняя и задняя пары), расходящиеся в стороны. Тело насекомого, расположенное под крыльями, не показано. А) Исходное состояние: имеются четыре крыла; взмах начинает передняя пара. Б) Утрата одной пары крыльев. В) Соединение передних и задних крыльев в единое крыло. Г) Взмах начинает задняя пара крыльев. Пунктирная линия — завихрения, которые возникают в воздухе при движении крыльев. Треугольником обозначена верхняя сторона передней кромки крыла: черные треугольники — передние крылья, белые — задние. По: Гродницкий, 1994, упрощено.
ществует три мыслимых способа. Первый способ — утрата одной пары крыльев и соответствующее усиление взмахов другой пары (рис. 12 Б). По этому пути пошли двукрылые — комары и мухи, а также отдельные мелкие группы из других отрядов. Другой способ предполагает сцепление передних и задних крыльев в единое сложное крыло (рис. 12 В). Это приспособление используют ручейники, бабочки, перепончатокрылые и хоботные. Наконец, можно начинать взмах с движения задних крыльев. Раннее раскрытие задней пары генерирует разгонный вихрь, который препятствует вихреобразованию за передними крыльями: поскольку любой вихрь есть область низкого давления, то задний вихрь, попросту говоря, всасывает мелкие завихрения, успевшие зародиться за передними крыльями (рис. 12 Г). Так летают саранчовые, жуки и стрекозы (последние — в особенности когда им надо увеличить скорость или грузоподъемность полета).
Таким образом, на примере эволюции машущего полета насекомых мы вновь получаем иллюстрацию полного использования возможностей, которые исходная организация предоставляет эволюирующим организмам.