Приключение 8

Приключение 8

Изучаем полет насекомых

Понаблюдайте за стрекозами на берегу пресноводного ручья, пруда или озера: они как будто расчерчивают воздух, то и дело устремляясь за какой-нибудь неудачливой мошкой. Вы будете очарованы их воздушными маневрами. На соседнем поле или лугу вы наверняка увидите одного иди двух мотыльков, летающих лениво, явно без цели и определенного направления. А вот мимо проносится пчела или оса. Потревоженный жук поднимается в воздух и тут же быстро опускается на куст. Даже кузнечик, подпрыгнув и оторвавшись от земли, может немного «пролететь». Сравнив способы полета всех этих насекомых, легко заметить, что они сильно различаются между собой.

Первое, что можно подумать: чем больше крылья, тем лучше летает насекомое; но даже беглое сравнение мотылька со стрекозой заставляет отказаться от такого заключения. Размеры крыльев тут ни при чем. У вислокрылки рогатой, или коридала, два больших крыла, а летает она неуклюже. Златоглазка при сравнительно крупных крыльях тоже летает плохо. И, конечно, мотылек не может состязаться в скорости или маневренности со стрекозой. Некоторые большие стрекозы пролетают более 90 километров в час, но эта скорость, значительная сама по себе, является небольшой но сравнению со скоростью самца овода, способного пролететь более 122 километров в час. Ночных бабочек с их сравнительно большими крыльями, так же как и мотыльков, нельзя назвать особенно хорошими летунами, за исключением бражников, хотя крылья у них узкие и небольшого размаха, как и вообще крылья ночных бабочек. Способность насекомого летать не зависит также и от числа крыльев. У комнатной мухи только одна пара крыльев, но попробуйте ее поймать. Вот и выходит, что мухи, имеющие всего два крыла, летают лучше, чем другие насекомые.

Хорошо известно, что человек учился летать, изучая полет птиц и. насекомых. Динамика полета и конструкция летательного аппарата определяются подъемной силой, лобовым сопротивлением и разностью скоростей воздушных струй. Механизм полета насекомого представляется таким же сложным, но в действительности он менее сложен, так как конструкция самих крыльев и их движение вверх-вниз являются достаточными для простейшего полета. Во время колебаний, то есть движения вверх-вниз, плоскость крыла изменяется. Вы можете убедиться в этом, держа у основания оторванное крыло убитого насекомого и дуя на него под прямым углом к поверхности. Мембрана крыла поддается давлению воздуха, тогда как жесткий передний край – не очень. Таким образом, когда крыло движется вниз, мембрана в силу сопротивления воздуха отклоняется вверх, и наоборот. Отклоняясь, крыло встречает сзади определенное сопротивление, достаточное, чтобы приводить насекомое в движение.

Чем быстрее колеблются крылья, тем больше их отклонение, а следовательно, сопротивление воздуха сзади, – тем быстрее полет.

Чтобы определить траекторию быстро вибрирующего крыла, прикрепите маленький кусочек золотой фольги к кончику крыла насекомого, так чтобы оно махало крыльями на темном фоне в луче солнца.

Проделав этот опыт, вы обнаружите, что траектория движения кончиков крыльев напоминает светящуюся вытянутую цифру 8. А вот другой способ: подержите насекомое в луче света проектора, так чтобы оно проецировалось на экран. Траектория движения крыла насекомого в полете состоит из непрерывной серии таких восьмерок (рис. 69).

Частоту вибрации крыла, то есть число колебаний в единицу времени, можно определить по звуку.

Подержите насекомое, скажем муху, в таком положении, чтобы каждый удар крыла делал отметку на куске закопченной бумаги или стекла, как показано на рис. 70. Затем сравните эту запись с записью звучания камертона на известной частоте.

Чем меньше крылья, тем больше частота или тем быстрее они вибрируют. Мотылек делает 9 ударов в секунду, стрекоза – 30, бражник – 72, пчела – 190, а комнатная муха – 330.

Насекомое двигает крыльями благодаря мышцам – тем более мощным, чем быстрее полет. Рис. 71 дает некоторое представление о том, как мышцы управляют крыльями. К основанию крыла, которое входит в грудную полость, прикреплены прямые мышцы. Представьте крыло в виде рычага с шарниром в точке а и вы легко поймете, как сокращение мышцы б поднимает крыло, а сокращение мышцы в опускает его.

Другие мышцы действуют на крылья косвенно, изменяя форму грудной стенки. Так, мышца г поднимает крыло, отжимая верх грудного кольца книзу, а мышца д опускает, подтягивая края грудного кольца вместе и выпячивая его верхушку. Так можно объяснить простейший механизм полета насекомого, но у насекомых, которые летают хорошо и быстро, например у стрекоз, этот процесс несколько сложнее, так как в нем участвует больше мышц. У стрекоз на каждое крыло работают девять мышц: пять опускающих, три поднимающих и одна приводящая.

Рис. 71. Схема, иллюстрирующая работу мышц крыла. Рис. 72. Крылья медоносной пчелы. Зц – зацепки.

Насекомое можно сравнить с гребцами в лодке: если они будут работать веслами одновременно, лодка поплывет быстрее; насекомое летает лучше, если передние и задние крылья действуют в унисон.

Синхронное действие крыльев достигается у некоторых насекомых перекрытием заднего крыла передним; но есть такие виды насекомых, у которых развились определенные конструкции, скрепляющие оба крыла. Поймав медоносную пчелу и изучив передний край ее заднего крыла, вы обнаружите ряд крючков, называемых зацепками: они действительно зацепляются за складку на заднем крае переднего крыла (рис. 72). На заднем крыле ночной бабочки, у плечевого угла, вы найдете похожий на щетинку отросток или пучок щетинок; это зацепка, или уздечка (рис. 73). Как правило, зацепка самки состоит из нескольких щетинок; у самца это один сильный щетинкоподобный орган. У самцов некоторых бабочек, имеющих хорошо развитую зацепку, переднее крыло снабжено мембрановидной складкой, в которую вставляется конец зацепки.

У настоящих мух вторая пара крыльев заменена булавовидными органами – жужжальцами. Эти органы называют также балансирами, так как одно время считали, что они подобны шесту в руках канатоходца. Недавние исследования показали, однако, что эти органы действуют по другому принципу. На самом деле жужжальца во время полета очень быстро вибрируют. Частота их колебаний примерно равна частоте взмаха крыла, но обычно они находятся в противофазе с крылом. Взмах жужжальца вызывается одним-единственным мускулом; мускула, действующего в противоположном направлении, нет. Вибрация обеспечивается за счет эластичных свойств шарнира. Более того, оба жужжальца насекомого движутся в разных плоскостях, так как каждое имеет свой угол наклона. Если вы представляете, как действует гироскоп, вы поймете, как работают жужжальца, поскольку они работают совершенно так же. Можно сказать, что в полете насекомого жужжальца играют роль датчика угловой скорости.