Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы
У растений — обитателей морских побережий — можно наблюдать большое разнообразие семян и плодов, умеющих плавать, подобно кокосовому ореху. Все они по своим размерам достаточно велики и в то же время плавучи, что благоприятствует их распространению при помощи морских течений.
Весьма интенсивное «судоходство» поддерживают и растения внутренних водоемов, и среди них самые обыкновенные кувшинки. Их плавающие семена, доверившись волнам и течениям, гонимые ими, в конце концов пристают к новым берегам.
Но, расселяясь при помощи воды, сами растения остаются при этом пассивными. Они лишь используют морские течения и, не тратя собственной энергии, переносятся ими на большие расстояния. Но есть в мире растений и настоящие пловцы, которые передвигаются в воде достаточно активно. Движительные аппараты, которые они используют при этом, по своим характеристикам намного превосходят технические системы, применяемые в наши дни на водном транспорте. Совершаемые ими движения подобны движениям хвостового плавника рыбы. Активно плавают в воде бактерии, одноклеточные Жгутиковые, половые клетки многих водорослей, грибов, мхов, папоротников. Большинство из них перемещается посредством довольно сложных гребных движений, производимых жгутиками. На фото 37 показаны три различных типа движений, которые совершают жгутики одного и того же растительного микроорганизма. Возможность имитировать удар хвостового плавника рыбы или взмах крыла птицы представляет для конструктора весьма заманчивую цель. Орган передвижения у живых организмов, будь то жгутик, плавник рыбы или крыло птицы, в каждой отдельной фазе движения непостижимо верно адаптируется к складывающимся условиям обтекания внутри водного или воздушного потока. Существующие технические системы не в состоянии пока достичь этого даже в первом приближении.
Фото 37. Движения жгутиков одноклеточного растительного организма из рода Monas удивительно точно соответствуют господствующим условиям обтекания. Поэтому к.п.д. подобного весьма гибкого механизма движения приближается к 100 процентам. В технике добиться такого показателя практически невозможно. На схеме а и б — два вида возвращения жгутика в исходное положение;в, г и д — различные виды направляющего движения жгутика.
Создание гребных и авиационных винтов с переменным углом атаки лопастей — первая и весьма слабая попытка конструкторов создать гибкие движительные устройства. В этой области уже на протяжении многих лет проводит опыты профессор Хертель, который, работая в авиастроении, стремится в своих поисках брать за образец природу. В Высшей технической школе Берлина он испытывает модели судов, которые оснащены установками, в общих чертах копирующими движения хвостового плавника рыб или жгутика одноклеточных организмов. Первые полученные результаты сам Хертель характеризует как «поразительно хорошие». По его словам, коэффициент полезного действия этих пока еще довольно жестких конструкций достигает 50—60 процентов. Можно предполагать, что механизм, полностью имитирующий движение жгутика и несравненно более приспособленный к условиям обтекания, будет иметь к.п.д. почти 100 процентов. Следовательно, этот механизм практически без потерь станет использовать энергию движения по ее прямому назначению. Но сегодня во многих областях техники такого рода конструкция все еще продолжает оставаться недостижимой мечтой.
Мирные стрелки
Существует мнение, что лишь систематическая разработка средств разрушения якобы позволяет науке и технике добиваться крупных успехов. Но совершенно очевидно, что стимулировать таким путем технический прогресс чересчур дорого и опасно. К тому же это окольный путь. Согласно другому суждению, появление некоторых видов новой техники, используемых ныне в мирных целях, было бы вообще немыслимо, если бы они вначале не предназначались только для военных нужд, поскольку, мол, возможности их мирного применения выявляются значительно позднее. На это можно возразить, что последнее следует отнести на счет неумения человека правильно распознавать и конструктивно, гибко решать проблемы повседневной жизни. Любопытно, что растения также имеют в своем арсенале изобретенные когда-то людьми катапульты, рычажные метательные аппараты, пневматические ружья и прочие взрывные устройства, хотя они никогда и ни на кого не нападали, и что растения сами являются прекрасными баллистиками, хотя они никогда и ни на кого не сбрасывали бомб. Растения осуществили то, что иной человек сочтет за невозможное: они научились стрелять не воюя.
Из громадного числа хитроумных способов того, как стреляют растения, мы подробнее остановимся лишь на трех. Принцип действия пневматического ружья напоминает способ, каким плодовые коробочки некоторых видов сфагновых мхов разбрасывают свои споры. Почти зрелые коробочки этих растений лишь вдвое больше булавочной головки и имеют сферическую полую внутри форму. На последней стадии созревания эти крошечные образования сильно усыхают, примерно на одну четвертую своего первоначального размера, шаровидная форма полностью утрачивается, и коробочка трансформируется в миниатюрное подобие ружейного ствола, верхняя часть которого плотно прикрыта откидывающейся изнутри крышкой. Поскольку содержащийся в коробочке воздух в процессе ее усыхания не может выйти наружу, его давление возрастает, достигая в конечном счете около 4 атмосфер. Для сравнения скажем, что давление воздуха в покрышках легковых автомобилей вдвое меньше. Непосредственно за крышкой, словно заряд картечи в охотничьем патроне, располагаются споры мха. В самый критический момент сморщивания спороносной коробочки крышка отскакивает, а сжатый воздух, расширяясь, с силой выбрасывает наружу содержимое (споры). При этом можно услышать легкий шум, создаваемый выходящим под давлением воздухом, и визуально наблюдать движение опустевшей коробочки под воздействием силы отдачи. Микроскопические снарядики летят на 40 сантиметров вверх и, если коробочка наклонена, на расстояние более 2 метров в сторону. Для орудия, размеры которого едва ли превышают один миллиметр, это превосходный результат. Но здесь гораздо большее значение имеет высота, а не дальность стрельбы, поскольку спорам необходимо прежде всего покинуть зону приземного слоя воздуха, а обо всем остальном позаботится ветер. Именно поэтому стволы миниатюрных орудий направлены почти всегда вертикально вверх.
Широко распространенный в средиземноморских странах бешеный огурец, напротив, не может рассчитывать на помощь ветра. Поэтому он стреляет не легкими, как пыль, спорами, а семенами, которые крупнее и тяжелее, чем все только что описанное нами орудие. К тому же растение стреляет не вертикально вверх, а под наиболее благоприятным для дальней стрельбы углом возвышения, величина которого колеблется в пределах 50—55 градусов. Читатель, обладающий познаниями в области физики, вправе возразить, что, мол, наибольшей дальности полета снаряда можно достичь при угле возвышения 45 градусов. С математической точки зрения дело обстоит именно так, но бешеный огурец, ведя «огонь», должен учитывать помехи, создаваемые листьями, которые встают на пути его семян, если те летят по более плоской траектории. Угол «обстрела», несколько превышающий 50 градусов, позволяет успешно миновать эти препятствия.
Бешеный огурец стреляет по принципу работы пистолета-распылителя, который применяется для распыления красок при нанесении их на какую-либо поверхность. Сам плод формой и размерами напоминает продолговатую сливу и имеет очень прочные стенки. При отделении зрелого плода от плодоножки в месте отрыва образуется отверстие, через которое почти в то же мгновение выбрасывается смесь из клейкого сока и семян (фото 38). Это вызвано тем, что содержимое плода находится под высоким давлением (почти 6 атмосфер). К тому же стенки плода создают дополнительное давление в момент выстрела. Дальность стрельбы исключительно высока: расстояния, превышающие 12 метров, совсем не редкость. Скорость полета семян достигает почти 10 метров в секунду.
Фото 38. Момент отрыва зрелого плода бешеного огурца от плодоножки. Клейкая смесь из сока и семян «выстреливается» на расстояние 12 метров и более.
Совсем по-иному стреляет циклантера (Cyclanthera explodens), принадлежащая к семейству тыквенных. Ее плод размером 2—3 сантиметра состоит, подобно ракушке, из двух находящих друг на друга створок. Между ними зажат слегка изогнутый, эластично напряженный рычаг, один конец которого накрепко прирос к телу плода, а на другом, свободном, непрочно прикреплены семена, которым предстоит отправиться в дальний путь.
