книги из ГПНТБ / Зуев, Г. В. Живые ракеты

Вот они — загадочные осьминоги, о которых сложено так много небылиц:

1 — вид Tremoctopus vialaceus; 2 — Octopus sp.; 3 — Octopus ornatus; 4 — Octopus leiodermp.

Ау крупных кальмаров глаза именно такой величины. Туловище цефалопод со всех сторон одето мускули­

стой, гладкой снаружи складкой кожи — мантией, огра­ ничивающей мантийную, или брюшную, полость, в кото­ рой находятся жабры и внутренности моллюска. Спере­ ди, в области, разделяющей голову и туловище, брюшная полость сообщается с внешней средой щелью — мантий-

23

Продольный разрез тела кальмара:

/ — «чернильный» мешок; 2 — жабры; 3 — стенка мантии; 4 — отверстие воронки; 5 — вороночный клапан; 6 —щупальцы; 7 — скелет.

ным отверстием. По краю отверстия видны хрящевые замки-«кнопки», плотно закрывающие щель в нужный момент. Под головой из брюшной щели выходит кониче­ ская трубка-воронка.

При плавании животное через щель набирает морскую воду в мантийную полость, замыкая затем ее наглухо при помощи «кнопок» и, резко сокращая мышцы, с силой выталкивает воду через воронку наружу.

На голове цеф'алопод расположены «руки»-щупальцы, снабженные крупными липкими присосками, а иногда ро­ говыми крючками. У кальмаров по краям присосок тор­ чат острые и длинные зубцы-иглы, которыми они впива­ ются в тело жертвы.

Все это придает головоногим своеобразный и устраша­ ющий вид, хотя многие из них на самом деле не более агрессивны, чем летучие мыши.'

МЕХАНИЗМ ДВИЖЕНИЯ ЖИВЫХ РАКЕТ

Характеризуя способность цефалопод к плаванию, нач­ нем с описания того биологического механизма, при помо­ щи которого животное передвигается. Тип «двигателя» у

24

них гидрореактивный: это означает, что сила тяги созда­ ется за счет отбрасываемой из «сопла» (воронки) струи жидкости — воды.

В мышцах цефалопод в результате сложных превра­ щений химическая энергия переходит в механическую (в энергию движения), а весь комплекс органов преобразует энергию движения непосредственно в работу. В связи с этим, говоря о живых объектах, правильнее употреблять термин «движитель», а не «двигатель».

Движитель представляет собой один из основных, жизненно важных органов, и нет ничего удивительного в том, что такие высокоорганизованные животные, как цефалоподы, имеют «усовершенствованные» органы и спо­ собы движения. Эволюция органов движения сопровож­ далась одновременным снижением удельной мощности движителя и увеличением коэффициента полезного дей­ ствия.

Подавляющее большинство современных форм голо­ воногих — кальмары, каракатицы и осьминоги — типич­ ные водометы. Среди их гидрореактивных движителей можно выделить три типа: мантийно-вороночный, ручной

ивороночный.

Вконструктивном отношении наиболее совершенен мантийно-вороночный гидрореактивный аппарат.

МАНТИЙНО-ВОРОНОЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

■В состав мантийно-вороночного комплекса органов дви­ жения входят мускулистый мантийный мешок (мантия) с внутренней полостью, воронка (сифон), мантийная щель и система хрящей-замыкателей («кнопок»).

Мантийная полость не только защищает внутрен­ ние органы. Она является своеобразной «эластичной ем­ костью» для воды, необходимой для создания движущей

25

(пропульсивной) силы. Прибегая к технической термино­ логии, мантийная полость — это своеобразный аналог ка­ меры сгорания реактивного двигателя.

У кальмаров, каракатиц и осьминогов размеры «ка­ мер сгорания» неодинаковы. Наиболее обширная она у кальмаров, наименьшая — у осьминогов. Относительный объем мантийной полости находится в непосредственной связи со способностью этих моллюсков к плаванию, так как масса воды, используемая для создания силы тяги, определяется размерами полости.

Объем «камеры сгорания» у кальмаров составляет около половины объема тела животного. Другими слова­ ми, при заполнении водой мантийной полости общий объем тела кальмара возрастает в полтора раза. В кон­ кретном случае это выглядит так: объем кальмара равен 100 см5, вода через мантийную щель входит в брюшную полость; после ее наполнения объем кальмара уже не 100,

а150 см5.

Вмомент опасности кальмар всегда сильно раздувает­

ся и набирает полное «брюхо» воды, чтобы встретить пре­ следователя мощной струей и спастись бегством. Эта за­ щитная реакция животного и была положена в основу методики измерения объема мантийной полости. Кальма­ ра брали в руки и, используя различные механические раздражители — прикосновение, толчок, заставляли вы­ брасывать все новые и новые порции воды. Каждая пор­ ция тщательно измерялась.

Интересно, что кальмар стремился все время «плю­ нуть» экспериментатору в лицо, и, могу свидетельство­ вать на основании собственного опыта, это порой ему удавалось. Получить такую «пощечину» не совсем прият­ но по той причине, что, во-первых, в ней содержатся ве­ щества, придающие воде чернильную окраску, во-вторых, пятна, попавшие на одежду, невозможно потом отстирать

26

или очистить даже при помощи химических препаратов. Удивительная меткость, с которой животные поражают цель, уже давно замечена и описана естествоиспытателя­ ми. Так, например, маленькая рыба-брызгун, которую разводят в аквариумах, выбрасываемой изо рта струей без промаха поражает насекомых, оказавшихся у поверх­ ности воды. Жертва падает в воду, где брызгун ее съеда­ ет. Эта рыба, по свидетельству одного из любителей-ак- вариумистов, настолько точно сбивала пенсне, что прихо­ дилось снимать его, когда он наклонялся над аквариумом. Английский натуралист Френк Лейн, написавший ин­ тересную книгу об осьминогах, рассказывает, в частно­ сти, об одном случае, когда осьминог, почему-то невзлю­ бивший очки хозяина, каждый раз при его приближении к аквариуму «плевал» на них — и всегда попадал точно в цель. Может быть, как и в случае с брызгуном, блеск стекол нарушал «душевное равновесие» осьминога, вызы­ вая в памяти сверкающие глаза врага, от которого нужно защищаться. А возможно, так цефалоподы выражали свое «наплевательское» отношение к человеку? Кто

знает...

При реактивном плавании пропульсивная сила не соз­ дается непрерывно в течение всего периода движения. Она носит импульсный характер, поэтому движение голо­ воногих моллюсков можно назвать пульсирующим.

Проводимость нерва при прочих равных условиях, как это известно из физиологии, тем выше, чем больше его диаметр. А толщина нервных волокон у кальмаров поис­ тине огромна. Нервы кальмаров имеют в диаметре 18 мм и проводят импульсы со скоростью 90 км/час.

Воронка движителя хорошо видна, если животное пе­ ревернуть брюхом кверху. (Воронкой она называется,

V

видимо, потому, что своей формой напоминает самое обыкновенное, всем хорошо известное приспособление для переливания жидкости из одного сосуда в другой.) Задний широкий конец воронки вдвинут в мантийную по­ лость, передний же,, более узкий, выставлен наружу. Воронка цефалопод функционирует прежде всего как ды­ хательное отверстие — через нее вода, омывающая жаб­ ры, выходит из мантийной полости.

Одновременно с этим воронка является и «соплом» гидрореактивного двигателя. Стенки ее выстланы кольце­ выми мышцами, которые регулируют диаметр входного отверстия, а тем самым — и силу струи: при полном рас­ крытии она слабая, при сжатии мощность ее возрастает. Воронку головоногих можно охарактеризовать как «сопло с переменным сечением».

Однако изменение сечения входного отверстия не един­ ственное достоинство этого органа. Не менее, а, пожалуй, даже более ценным ее качеством оказывается способ­ ность менять направление выбрасываемой струи, т. е. во­ ронка — это еще и «поворотное сопло». Чрезвычайно вы­ сокая подвижность свободного конца воронки обеспече­ на' многочисленными парными мышцами, общее число которых у каракатицы, например, достигает четырнад­ цати.

Какие же преимущества дает «поворотное сопло»? Представьте себе сверхзвуковой реактивный самолет, которому для взлета необходимо пробежать по стартовой дорожке несколько километров. И вдруг этот самолет поднимается с земли вертикально вверх и точно так же приземляется. Не правда ли, удобно, и к тому же эконо­

мически выгодно.

Так вот, кальмары благодаря «поворотному соплу» стартуют в любом направлении одинаково легко. Про­ блема вертикального взлета, над которой бьются авиа-

28

конструкторы во всем мире, «решена» кальмарами еще двести миллионов лет назад. .

«Камера сгорания» у головоногих моллюсков соеди­ няется с внешней средой не только посредством воронки. В мантийную полость вода поступает еще через мантий­ ную щель. Строение мантийной щели не одинаково у пред­ ставителей разных экологических групп (кальмаров, ка­ ракатиц, осьминогов), что, как мы покажем ниже, совсем не случайно.

У кальмаров длина мантийной щели приближается к длине окружности «шеи», тогда как у осьминогов щель короткая и, как правило, не превышает половины этой длины. В исключительных случаях мантийная щель мо­ жет зарастать полностью (такое явление наблюдается у некоторых глубоководных осьминогов).

О том, что мантийная щель входит как важное звено в общую систему гидрореактивного аппарата, достаточно убедительно свидетельствует уже сама способность к пла­ ванию различных видов моллюсков. Все головоногие, имеющие большую, широко открытую мантийную щель, оказываются и хорошими пловцами.

Роль мантийной щели можно легко объяснить, осно­ вываясь на законах гидравлики и гидромеханики. Коли­ чество воды, поступающее за единицу времени через ман­ тийную щель в брюшную полость и необходимое для соз­ дания пропульсивной силы, при прочих равных условиях зависит от степени раскрытия щели: чем она шире, тем больше воды проходит сквозь нее. Следовательно, ритм работы движителя в значительной степени лимитируется временем заполнения «камеры сгорания» водой — го­ рючим.

Для герметического закрытия мантийной щели имеют­ ся специальные образования — хрящевые замки-замыка­ тели. Они просто устроены и надежны в действии: выпук­

29

лый хрящ входит в углуб­ ление — вот и весь меха­ низм.

Вообще, рассматри­ вая любую «конструктив­ ную» особенность строе­ ния головоногих моллю­ сков, не перестаешь уди­ вляться тому, с какой простотой и надежностью создала их природа.

У кальмаров воронка

А ~ хвостом вперед; Б— головой вперед. снабжена интересным до­

полнительным образова­ нием — вороночным клапаном. Он находится внутри во­ ронки и выдается в виде языковидного выроста, при­ растая к ее спинной (дорзальной) стенке. Снаружи воро­ ночный клапан не виден. Чтобы его рассмотреть, нужно разрезать воронку вдоль. До последнего времени функ­ циональный смысл этого образования оставался неяс­ ным. А не может ли вороночный клапан использоваться как внутренний руль, аналогичный ракетным? В ракетах для изменения направления полета на выходе из сопла устанавливают рули в виде заслонок. Степень отклоне­ ния заслонки регулирует угол поворота ракеты. Рулизаслонки выгодны тем, что, располагаясь внутри сопла, не создают дополнительного сопротивления и тем самым не нарушают аэродинамических условий полета.

В результате экспериментов с живыми моллюсками стало ясным, каково значение вороночного клапана. По­ скольку особенно сильно этот клапан развит у быстро­ плавающих кальмаров, логично было предположить, что он каким-то образом связан с их «скороходностыо». Но внимательное наблюдение показало, что только кальма­

30