Летающие животные: обзор способов полёта¶

Полёт — это перемещение в воздушной среде, которое у животных обеспечивается за счёт создания аэродинамической подъёмной силы. Способность к полёту в ходе эволюции возникала независимо в разных группах организмов, что привело к разнообразию его форм — от активного машущего полёта до пассивного планирования. Летающие животные освоили все континенты, кроме Антарктиды, и играют важную роль в экосистемах: они опыляют растения, распространяют семена и регулируют численность других видов.

¶Эволюция и типы полёта

В биологии выделяют три основных типа полёта: активный (машущий), планирующий и пассивный (парашютирование). Машущий полёт — наиболее энергозатратный, но позволяет животному развивать высокую скорость и манёвренность. Планирование — это скольжение в воздухе с использованием неподвижно расправленных конечностей или кожных перепонок, при котором животное теряет высоту. Парашютирование — замедленное падение с увеличенной площадью поверхности тела, не позволяющее перемещаться горизонтально.

Активный полёт встречается у трёх групп животных: насекомых, птиц и рукокрылых (летучих мышей). Планирующий полёт развит у некоторых млекопитающих (белки-летяги, шерстокрылы), рептилий (летучие драконы) и даже у ряда видов лягушек и рыб.

¶Насекомые

Насекомые были первыми животными, освоившими активный полёт, — около 350 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде. Крылья насекомых представляют собой выросты хитинового покрова и не являются видоизменёнными конечностями. У большинства видов две пары крыльев, однако у двукрылых (мух и комаров) задняя пара редуцирована до жужжалец — органов равновесия.

Скорость и манёвренность полёта насекомых сильно варьируют. Стрекозы способны развивать скорость до 50 км/ч и совершать резкие манёвры, а бабочки-бражники — зависать в воздухе, питаясь нектаром. Крылья насекомых совершают от 5 (у некоторых бабочек) до 1000 взмахов в секунду (у мошек). Мышцы, обеспечивающие взмахи, могут сокращаться с высокой частотой за счёт синхронного или асинхронного механизма.

¶Птицы

Птицы — наиболее разнообразная группа летающих позвоночных, насчитывающая около 10 000 видов. Полёт птиц обеспечивается преобразованными передними конечностями — крыльями, покрытыми перьями. Перья создают аэродинамическую поверхность и обеспечивают теплоизоляцию. Грудина птиц имеет киль — вырост, к которому крепятся мощные грудные мышцы, составляющие до 20–25 % массы тела.

Среди птиц выделяют виды с машущим полётом (воробьиные, врановые), парящим (орлы, грифы, альбатросы) и трепещущим (колибри). Парящий полёт позволяет крупным птицам экономить энергию, используя восходящие потоки воздуха. Альбатросы способны преодолевать тысячи километров над океаном, используя динамическое парение. Стрижи и ласточки проводят в воздухе почти всю жизнь, питаясь и даже спариваясь на лету.

Скорость полёта птиц также различна: утки разгоняются до 80 км/ч, а иглохвостый стриж в горизонтальном пикировании — до 160 км/ч. Рекордсменом по дальности перелётов является полярная крачка, мигрирующая между Арктикой и Антарктикой на расстояние до 70 000 км в год.

¶Рукокрылые

Рукокрылые (Chiroptera) — единственные млекопитающие, способные к активному машущему полёту. Они появились около 50 миллионов лет назад и насчитывают более 1400 видов. Крыло летучей мыши образовано кожной перепонкой, натянутой между удлинёнными пальцами передних конечностей, боков тела и задними ногами. Перепонка богата кровеносными сосудами и нервными окончаниями, что обеспечивает чувствительность к потокам воздуха.

Полёт рукокрылых отличается высокой манёвренностью: они способны резко менять направление, зависать и ловить добычу на лету. Многие виды используют эхолокацию — испускают ультразвуковые сигналы и анализируют их отражение от препятствий и жертв. Это позволяет им охотиться в полной темноте. Скорость полёта летучих мышей обычно составляет 15–50 км/ч, а дальность кормовых вылетов у некоторых видов достигает 40 км за ночь.

¶Планирующие животные

Планирующий полёт развился у многих групп животных как адаптация к жизни на деревьях. Кожные перепонки или расширенные участки тела позволяют им преодолевать расстояния между деревьями без спуска на землю.

Среди млекопитающих наиболее известны белки-летяги (подсемейство Petauristinae), обитающие в Евразии и Северной Америке. Они способны планировать на расстояние до 90 метров. Шерстокрылы, или кагуаны (Cynocephalus), — обитатели Юго-Восточной Азии, имеют перепонку, соединяющую все четыре конечности и хвост, и планируют на 100–140 метров. Сумчатые летяги (Petauridae) — австралийские аналоги белок-летяг.

Среди рептилий известны летучие драконы (Draco) — ящерицы с кожистыми выростами по бокам тела, поддерживаемыми удлинёнными рёбрами. Они планируют на 20–60 метров между деревьями в тропических лесах Юго-Восточной Азии. Летучие лягушки (Rhacophorus) имеют увеличенные перепонки между пальцами, увеличивающие площадь поверхности. Полёт рыб (например, летучих рыб семейства Exocoetidae) — это планирование над водой с помощью увеличенных грудных плавников, позволяющее уходить от хищников на расстояние до 200 метров.

¶Нелетающие виды и утрата полёта

Утрата способности к полёту — распространённое эволюционное явление, возникающее при отсутствии хищников и обилии пищи на земле. Классические примеры — страус, нанду, эму, киви, пингвины. Среди насекомых утрата крыльев характерна для многих паразитических форм (вши, блохи) и обитателей пещер. Нелетающие птицы часто имеют редуцированный киль грудины и менее развитую мускулатуру крыльев. На островах, где нет наземных хищников, эволюция неоднократно приводила к появлению нелетающих форм — например, дронт на Маврикии или галапагосский баклан.

¶Полёт человека и техники

Человек не способен к самостоятельному полёту, однако на протяжении истории создавал приспособления для полёта. Первые попытки — мифы об Икаре и Дедале, чертежи орнитоптеров Леонардо да Винчи. В 1783 году братья Монгольфье совершили первый полёт на воздушном шаре. В 1903 году братья Райт осуществили первый управляемый полёт на самолёте с двигателем. Современная авиация использует принципы, аналогичные биологическому полёту: подъёмная сила крыла, тяга двигателей, рули управления. Изучение полёта животных (бионика) применяется при разработке беспилотных летательных аппаратов и орнитоптеров.

¶Значение летающих животных

Летающие животные имеют огромное экологическое и хозяйственное значение. Птицы и насекомые — основные опылители цветковых растений; около 90 % цветковых растений опыляются животными. Насекомоядные птицы и рукокрылые регулируют численность вредителей. Птицы распространяют семена, способствуя расселению растений. В то же время некоторые летающие насекомые (комары, мошки) являются переносчиками опасных заболеваний. Сокращение численности летающих насекомых наблюдается во многих регионах мира и вызывает обеспокоенность учёных.