Наскільки треба бути легким, щоб літати? Уривок з історії польотів Річарда Докінза
Людство навчилося літати завдяки своєму розуму. Параплани, літаки, гелікоптери, ракети і навіть реактивні ранці — польоти сьогодні цілком реальні. Ми пройшли настільки довгий шлях, що тепер можемо навіть невагомо літати в космосі. «Політ фантазії» — це дослідження історії польотів від міфічного Ікара, якому так і не вдалося підкорити небо, вимерлих птахів-гігантів до сучасних літальних апаратів. Через науку, ідеї та уяву авторитетний сучасний науковець Річард Докінз разом із талановитою художницею Яною Ленцовою створюють дизайнерське ілюстроване видання про польоти розуму та втечу від повсякденності. Уривок з видання публікуємо у матеріалі.
Серед барвистих оповідок «Тисячі й однієї ночі» є казка про мореплавця Синдбада. На долю Синдбада випало чимало небезпечних пригод, і однією з таких була зустріч на острові з велетенським птахом Рухом, який годував своїх пташенят слонами. Синдбаду треба було полишити острів, тому поки Рух сидів на своєму величезному яйці, він розпустив тюрбан і прив’язався до його величезних пазурів.
Марко Поло, середньовічний венеціанський мандрівник, також згадував Руха. За його словами, він був таким гігантським, що хапав слонів і кидав їх із великої висоти, щоби вбити. Цікаво те, що він вважав, ніби Рух походив із Мадагаскару. Мадагаскар? Це ж там знаходять викопні рештки епіорнісів.
Мабуть, легенда про Руха народилася з історій мандрівників, які розповідали про величезних мадагаскарських птахів, а потім чутки перебільшили їхні розміри та опустили той важливий факт — відомий очевидцям, але не пустобрехам, — що вони не літали. Епіорніси вимерли нещодавно, найпізніше у xiv столітті; ймовірно, їх, як і моа, винищили новоприбулі люди — вони їли їх та їхні яйця, розчищали ліси під поля та знищували ареал птахів-велетнів.
Однак є надія, що одного дня за допомогою днк, отриманої з яєчної шкаралупи, якої досі чимало на пляжах Мадагаскару, їх вдасться повернути до життя. Можливо, моа теж. Правда ж було б чудово? До речі, цікавий факт: найближчий живий родич гігантських епіорнісів — це найменший представник безкілевих, новозеландський ківі.
Летючі птахи стикаються з іншим тиском — вони повинні бути легкими. За допомогою порожнистих кісток і дев’яти повітряних мішків у різних частинах тіла вони відчайдушно намагаються знизити свою вагу. Важкі яйця великою мірою нівелювали б користь, якої цими способами вдалося досягти. Безперечно, саме тому птахи переносять у тілі тільки одне повністю сформоване яйце за раз. Кладка може мати багато яєць, але батьки не починають їх висиджувати доти, доки не буде відкладене останнє — так пташенята вилупляться одночасно.
Деякі хижі птахи йдуть на інший, доволі жорстокий компроміс. Самиці відкладають більше яєць, ніж здатні виростити. Якщо рік видався особливо багатим на здобич, вони можуть виростити і всіх. Однак у звичайний рік очікується, що найменше пташеня помре — часто його вбивають брати та сестри. Найменше пташеня — це своєрідна плата, яка страхує життя його старших родичів.
Зазвичай ссавці чинять інакше. Їм не потрібно гнатися за легкістю, тому вагітні самиці ссавців часто виношують багато ембріонів за раз (рекорд, тридцять два, належить малому мадагаскарському тенреку, схожому на їжака; народжуючи, самиці тенрека неодмінно викликають співчуття).
Проте це не стосується кажанів, чиє потомство зазвичай обмежується одним дитинчам, — причини цього такі ж самі, що й у птахів. А також людей, але тут причини інші. Ймовірно, ми не маємо великих «виводків» через наш великий мозок. Хай там із яких — хоча, без сумніву, вагомих — причин наш мозок великий, він робить пологи надзвичайно складними та болісними.
До появи сучасної медицини під час пологів помирав приголомшливо великий відсоток жінок, а головна проблема полягала у великих головах малюків. І знову ми бачимо приклад еволюційного компромісу. Людські діти народжуються на відносно ранньому етапі свого розвитку і таким чином зменшують небезпеку для матерів, але не настільки рано, щоби поставити своє виживання під загрозу. Їхні голівки досі завеликі, щоб мама почувалася комфортно, а близнята чи навіть більші «виводки» тільки ускладнюють ситуацію. Людські діти народжуються рано, тому, на відміну від дитинчат інших великих ссавців, залежать від батьків. Ходити ми починаємо десь у рік. Дитинчата гну можуть ходити з дня народження. Їх також приводять по одному, бо гну повинні вміти ходити — та навіть бігати — прямісінько з утроби. Якби вони народжувалися великими виводками, то не були б достатньо великими, щоби встигати за кочовим стадом.
Людські технології також супроводжуються багатьма тисками, чиї вектори спрямовані в несумісних напрямках. Однак у цьому випадку вони стосуються не еволюційного часу, а часу, коли на креслярській дошці один за одним вимальовуються нові винаходи.
Літаки повинні бути якомога легшими, зовсім як птахи. Проте, як і шкаралупа, вони мають бути міцними. Ці два ідеали несумісні, тому доводиться шукати компроміс — уже відомий нам баланс. Авіаперельоти можна зробити безпечнішими. Однак це потягне не тільки витрати, а й надокучливі незручності та затримки. І знову треба шукати баланс. Якби безпека визнавалася найвищою цінністю, усіх пасажирів під час перевірки роздягали б догола, а охоронці переривали б кожну валізу.
Втім, прийнятний компроміс дозволяє не вдаватися до драконівських крайнощів. Ми свідомо йдемо на певну міру ризику. Прекраснодушні ідеалісти, які не звикли міркувати як економісти, не погодяться з тим, що людське життя не безцінне. Воно цілком підлягає грошовій оцінці. Правила для військових і цивільних літаків спираються на різні безпекові компроміси. Економічні поступки, компроміси та баланс мають фундаментальне значення як для технологій, так і для еволюції, і до цих ідей ми ще не раз повернемося.
На початку ми говорили про політ фантазії, тож повернімося до нього та поміркуймо про янгола — людину з крилами, таку собі змасштабовану фею. На картинах архангел Гавриїл, як правило, має зріст звичайної людини — скажімо, сто сімдесят сантиметрів. Він приблизно удесятеро вищий за фей із Коттінглі.
Отже, Гавриїл важчий за фею не в десять, а в тисячу разів. Подумайте, на скільки важче крилам довелося б працювати, щоби підняти янгола. До слова, площа змасштабованих крил збільшилася б не в тисячу разів, а лише у сто.
Якщо ви бували в галереї Уффіці у Флоренції, то бачили неймовірно прекрасне «Благовіщення» Леонардо да Вінчі. На ній зображений архангел Гавриїл, але з на диво малими крилами. Їм заледве вдалося б підняти дитину, не кажучи вже про дорослого (хоч і схожого на жінку) Гавриїла. Припускають, що спочатку Леонардо намалював крила ще меншими, а пізніші художники їх збільшили.
У «Благовіщенні» Леонардо корінь крил — на відміну від решти вишуканої картини — намальований так недолуго, неначе йому було соромно через його безглуздість. Великий знавець анатомії, певно, запитував себе, де у янголів розташовані масивні літальні м’язи. А грудина, до якої вони кріпляться? Якби Леонардо намалював необхідний кіль, він сягав би мало не до столу, за яким сидить Діва Марія. У Пегаса, позаяк він кінь і до того ж значно важчий, кіль був би ще більшим. У Бурака кіль волочився б по землі, якби бідолашне створіння силкувалося ходити. Погляньте на відносно великий кіль колібрі — це одна з найменших пташок, яка, проте, літає дуже жваво. Замисліться, наскільки більшим, порівняно з ним, мав би бути кіль Пегаса.
Слід сказати, що у кажанів немає пташиного кіля, однак вони мають велику та сильну грудину, яка виконує ту саму функцію. Не виникає сумнівів у тому, що в Леонардового Гавриїла крила замалі. Проте як нам визначити правильний розмір крил, за допомогою яких істота розміром із людину могла б літати. Було б простіше, якби ми могли скористатися рівняннями для літаків із нерухомими крилами, якими послуговуються конструктори Boeing та Airbus, — хоча їхні розрахунки все одно дуже складні. Втім, живі крила повсякчас змінюють свою форму. До того ж у них складні патерни змахів, а утворювані ними вихори повітря тільки утруднюють розрахунки. Мабуть, простіше буде облишити теоретичні калькуляції та пошукати у світі пташку, яка розмірами схожа на людину.
До слова, зі збільшенням розмірів ускладнюється не тільки політ. Ходити також стає важче. І навіть просто стояти. У казках велетні мають людську подобу, хіба що вони значно більші та потворніші. Якби скелет десятиметрового огра складався зі звичайних людських кісток, тільки збільшених у пропорції, він зламався б під його вагою. Навіть якщо взяти людину зростом метр вісімдесят, огр важив би не у п’ять разів більше, а в сто двадцять п’ять. Аби не розлетітися на купу болісних уламків, гігантські кістки мали би бути непропорційно товстішими за звичайні людські. За товщиною вони, як кістки слонів і великих динозаврів, нагадували б стовбури дерев — були б такими товстими, що виглядали б непропорційними до своєї довжини.
Розмір — це одна з найпростіших речей, яку тварини можуть змінити в ході еволюції, і до того ж у будь-який бік. Як ми бачили на прикладі додо з Маврикію, тварини, які перебираються на острів, часто еволюціонують до більших розмірів — це так званий острівний гігантизм. Дивно те, що за інших обставин новоспечені острів'яни можуть стати й меншими — це острівна карликовість; така доля спіткала мініатюрних слонів, які колись населяли Крит, Сицилію та Мальту, були завбільшки з метр і, певно, виглядали дуже мило. Правило Фостера постулює, що після прибуття на острів тварини, які були малими, стають більшими, а великі — меншими. Я не певен, що ми достатньо чітко розуміємо причини цього феномену. Вважають, що здобич (яка зазвичай менша) стає більшою через відсутність хижаків. А от великі тварини зменшуються через те, що на малих островах менше їжі.
Напевно, ви вже зрозуміли, що еволюційна зміна розміру — це не просто зменшення чи збільшення масштабу. З огляду на математичні закони, які ми заторкнули раніше на прикладі іграшкових кубиків, змінюватися мають і пропорції. Уся форма тварини повинна трансформуватися. Тварини, які з плином еволюції меншають, стають довготелесими і чимось схожими на павуків. Натомість у тварин, які більшають, розвиваються товстіші кінцівки, подібні до стовбурів дерев. Усі пропорції тварини повинні змінитися, щоби відповідати змінам в абсолютному розмірі, а він охоплює не тільки кістки, а також — як ми побачимо в наступному розділі — серце, печінку, легені, шлунок та інші органи. На все це є математичні причини на кшталт тих, які ми розглядали на початку розділу.
