Птерозавры, птицы и рукокрылые: Разница в технике полёта
Есть мнение, что затруднения, которые встречает наука при попытках заставить летать биомеханические модели птерозавров, связаны с тем, что к летающим ящерам подходят с птичьей меркой. Между тем, есть же летучие мыши, крыло которых намного эффективнее птичьего.
И это – вполне разумное мнение. Как минимум, тут нет речи о «меньшей силе тяжести», «более плотной атмосфере» или иных очевидных глупостях. Тем не менее, и это мнение ошибочно. Собственно, оно может служить отличной иллюстрацией когнитивной ошибки, возникающей, когда общее теряется за частным, как лес за деревьями.
Общее же выглядит так: птицы на порядок превосходят рукокрылых по числу видов, и в десять тысяч раз по суммарной биомассе. Ибо птицы – везде. Не считая страусов и пингвинов, вторгшихся на территорию млекопитающих, они занимают огромное разнообразие экологических ниш. Птицам принадлежит масса рекордов, и даже эволюционных свершений, таких как охота на других позвоночных в воздухе или сезонные миграции в планетарных масштабах – между полушариями… Летучие же мыши охотятся ночью на летающих насекомых. Их попытки искать иные источники пищи выглядят иногда странно (мыши-вампиры), но всегда робко и непродуктивно.
Означает же видимая картина, что птицы торжествуют везде, где выгоды приносит способность к полёту. Рукокрылые же держат позиции лишь там, где можно использовать сонар. То есть, если речь о полёте, летучие мыши очевидно проигрывают… И это, кстати, очень плохо для них. Птицы, – например, пещерный стриж, – тоже работают над освоением эхолокации. Когда они эту проблему решат, может получиться так, что рукокрылые станут биосфере вообще не нужны.
...И как это гармонирует с преимуществами аппарата рукокрылых? Крылья летучей мыши обладают высочайшим КПД, – в смысле преобразования энергии окисления в тягу. По манёвренности летучие мыши также превосходят птиц несравненно. Вертикальная посадка с переворотом – на потолок, – элементарная вещь для них. Птицы же, даже гиперманёвренные колибри, на такие трюки не способны.
Понять где засада, можно посмотрев на скелеты. Особенно на птичий. В глаза бросаются уродливо короткое, собранное из толстых костей крыло, и «киль» – кость, к которой крепятся мощные грудные мышцы… Крыло, конечно, не так мало. Оно расширяется оперением. И это решение очень удачно, так как перья нельзя сломать, они не отдают тепло в окружающую среду, и снижают уязвимость. Однако, данное преимущество не может считаться решающим и представляет собой лишь приятный бонус.
Главное же, что и с перьями, крыло птиц очень коротко и мало по площади. Вплоть до того, что в сложенном виде не выдаётся за габариты корпуса. Соответственно, удельная нагрузка на крыло у птиц в 2-4 раза выше, чем у рукокрылых при той же массе тела. И любой, кто интересовался историей авиации, сразу вспомнит, что удельная нагрузка находится с горизонтальной манёвренностью в обратной зависимости. Снижает манёвренные качества птиц и полужёсткий неуправляемый хвостовой стабилизатор из перьев.
...И в чём тогда преимущество? Во-первых, в вертикальной манёвренности. Кости крыла у птиц не даром короткие и толстые. Иначе, они просто не выдержат перегрузки. Сила, с которой крыло птицы отбрасывает воздух, очень велика, что позволяет им развивать недостижимую для рукокрылых мощность на взлёте и при наборе высоты. Летучие мыши, конечно, тоже способны стартовать вертикально… Но разница в том, что птицы могут это при большей собственной массе. То есть, меньше подвержены действию закона квадрата-куба.
А что, собственно, нужно для полёта, если иметь в виду преимущества основные, базовые, а значит, универсальные и важнейшие? Нужно набрать высоту и не терять её. С минимальными затратами энергии. Способность к последнему и есть ультимативный довод птиц, делающий конкуренцию с ними заведомо безнадёжной. Разница в затратах энергии на преодоление единицы расстояния – кратная.
У птиц, – это можно заметить, сравнив изображения уже одетых в плоть пернатых и рукокрылых, – идеальная аэродинамика. Что сводит к минимуму потери на трение, делая пернатых очень экономичными. Самолёт традиционно сравнивают с птицами. Сравнение же с нетопырём (хотя, конструкции начала прошлого века такового заслуживают) – комплимент сомнительный. Причём, аэродинамическое качество высоко именно за счёт малой площади крыла. Казалось бы, большое крыло даёт при планировании преимущества… Но это – самолётам. Птицы маленькие, и для них критически важно отношение сопротивления к массе. Интуитивно понятно, что игрушечный планер из дерева полетит дальше, чем такой же, но надувной.
Преимущества, которые даёт рукокрылым «механизация крыла», позволяющая управлять им намного тоньше, важны в стеснённых обстоятельствах, при резких манёврах и малой дальности обнаружения препятствий. Что, собственно, и требуется для охоты на летающую мелочь ночью. Но потери на трение при движениях крыла с настолько большой поверхностью оказываются огромными.
...Причём здесь птерозавры? Ну… можно посмотреть на скелет птерозавра. Там тоже, что у летучей мыши: большая площадь, высокая механизация и тонкие кости, не позволяющие развить высокую мощность. Да и киля, впрочем, тоже нет. Так что, развивать – нечем. Все это означает, что птерозаврам даже при равной массе взлёт давался труднее, чем птицам. Ни о каком преимуществе речи нет, – физика.
С другой стороны, сравнив «одетого» птерозавра с летучей мышью, можно понять, что с главной проблемой рукокрылых птерозавры не сталкивались. Аэродинамика была лучшей, чем у летучих мышей… Но и худшей, чем у птиц. Такой вывод позволило сделать моделирование. При равной массе, сопротивление, оказываемое набегающему потоку моделью птерозавра оказалось значительно выше.
Никто не «подходит к птерозаврам с птичьей меркой». То что из-за длинного и слабого крыла они испытывали проблемы со взлётом, бесспорно и бросилось в глаза сразу. Кости слишком слабы для энергичных взмахов. Однако, то что и в «зализанном» благодаря оперению виде птерозавры планировали с крыши на чердак, оказалось сюрпризом. В прошлом, пока техническая база для биомеханических реконструкций отсутствовала, птерозавры считались «живыми планерами».
Ныне же наука работает над тем, как реконструировать их образ жизни в качестве животных преимущественно наземных. Летавших, вероятно, только в молодости или при исключительных обстоятельствах.
