Н.Н. СЕНЬКИНА,
учитель биологии школы № 17,
п. Богородское, Московская обл.

Продолжение. См. № 15, 16/2004

Урок-конференция по бионике

Четырнадцатый ученик делает сообщение об аэродинамических прототипах. Первым, кто начал изучать механику полета живых моделей с бионических позиций, был великий Леонардо да Винчи. Он пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями. В дальнейшем глубокий анализ общих принципов полета организмов и машин дал замечательный ученый Н.Е. Жуковский.
Ранее при создании самолетов авиаконструкторы не обращались в «патентное бюро природы», и лишь появившаяся в наше время необходимость в резком повышении экономичности, надежности и маневренности летающих машин заставила их обратиться к живым моделям.
По скорости, высоте и продолжительности полета птицы не имеют себе равных в животном мире. Например, скорость полета некоторых куликов составляет 80–90 км/ч, а иглохвостых стрижей – 170 км/ч. На высоту более 8 км поднимаются гуси и галки. Птицы совершают длительные беспосадочные перелеты. Бекасы, например, мигрируя из Японии в Восточную Австралию, пролетают без посадки почти 5 тыс. км.
Для длительных беспосадочных перелетов особенно важна экономичность полета. Ученые установили, что летательный механизм, например аиста, почти в 10 раз экономичнее, чем у самых совершенных самолетов. Машущий полет отличается и большей безопасностью и маневренностью. Так, иглохвостые стрижи на скорости 170 км/ч вихрем проносятся у самой поверхности земли, взмывают вверх и снова возвращаются обратно. Со скоростью 360 км/ч пикирует с высоты сокол сапсан и почти у самой земли, не поймав добычу, без взмаха крыльями устремляется в небо.
Высокой маневренностью отличается полет альбатросов, ласточек и особенно колибри. Эти маленькие птички могут подолгу висеть в воздухе около цветка, собирая нектар. Они могут летать боком и даже «задом наперед». Такие качества полета достигаются благодаря высокой частоте взмахов крыльев (более 50 раз в секунду) и тем, что колибри машут крыльями не в вертикальной плоскости, как все птицы, а в горизонтальной.
Во многих странах конструкторы заняты изучением механики полета птиц, созданием летательных аппаратов с подвижными, машущими крыльями: махолетов и орнитоптеров.

Пятнадцатый ученик рассказывает о живых «землеройных снарядах». Богат и разнообразен мир животных, обитающих под землей. С помощью недавно изобретенного прибора эклектора удалось подсчитать, что общий вес всех почвенных животных на 1 га лесной земли составляет почти 1 т. Это гораздо больше, чем весят все живущие на этой площади наземные животные, включая крупных зверей и птиц. У некоторых почвенных животных выработались удивительные приспособления, с помощью которых они прокладывают подземные ходы и роют норы.
Настоящей землеройной машиной является дождевой червь. При помощи мышц он сначала суживает передний конец тела и втыкает его в грунт, закрепляясь там специальными зацепками. Затем, сокращаясь в длину, червь становится более толстым и своим телом раздвигает и уплотняет землю. Важную роль при этом играют щетинки, расположенные на поверхности сегментов: они цепляются за стенки хода и не дают телу червя выскользнуть назад.
Морские черви приапулиды используюь при рытье грунта гидравлический способ. Вокруг глотки у этих червей имеется сильный, вооруженный крючьями и шипами вывертывающийся хобот. Укрепившись в грунте, приапулида с силой выбрасывает вперед хобот с шипами и пробивает сначала тонкий ход, затем, раздув хобот поступающей из тела жидкостью, расширяет проход и обжимает землю. Заклинив в грунте хобот, червь подтягивает тело, затем хобот сжимается, чтобы в следующий момент снова начать «бурение».
Идеальным роющим устройством обладает червеобразная ящерица амфисбена. Она роет ходы головой, используя ее как лопату. Уплощенная голова ящерицы протискивается вперед, расталкивает частицы земли, а затем «затылком» с силой прижимает их к «потолку» хода. Обитают амфисбены в почвах различной плотности, поэтому встречаются ящеpицы с разными «конструкциями» головы.
Признанным землепроходцем является крот. Его главным землеройным орудием являются очень мощные передние конечности. Ладони их повернуты в стороны и назад, пальцы короткие, с длинными широкими когтями. Действуя ими, как саперными лопатами, крот ежедневно прорывает несколько метров новых ходов.
Такими же роющими способностями обладают и некоторые млекопитающие, например, африканские трубкозубы и американские броненосцы. Они действуют подобно кроту, когда надо спрятаться от опасности.
Некоторые жители подземелья, такие как дождевые черви, зарывающиеся морские ежи, морские раки калианассы, укрепляют стенки своих ходов, обмазывая их специально выделяемой слизью.
Живые «землеройные машины» представляют большой интерес при создании подземных роющих агрегатов. Разработана, например, оригинальная модель, которая, двигаясь под землей подобно кроту, пробивает туннель с гладкими плотными стенами.

Шестнадцатый ученик рассказывает о гидролокации в природе. Почти все рыбы, миноги и водные амфибии (шпорцевые лягушки, прибрежные саламандры и тритоны в период икрометания) имеют особый орган чувств – боковую линию. У рыб, например, она действительно располагается на боку и тянется от головы до хвоста в виде прободенных чешуек, вдоль которых проходит канал с чувствительными органами.
С помощью боковой линии рыба получает информацию о малейших изменениях давления воды. Приемное устройство необыкновенно чувствительно и представляет, по сути, гидроакустическую антенную систему, настоящий локатор.
Когда рыба плывет, впереди бежит волна давления. Отражаясь от встречных предметов, она возвращается к боковой линии и улавливается ее рецепторами. Анализируя полученные данные, рыба получает информацию об окружающих препятствиях, обнаруживает добычу или врагов. Боковая линия помогает рыбе ориентироваться в мутной воде, в темноте и даже без глаз.
Еще более чувствительна система ориентации в воде у таких морских млекопитающих, как зубатые китообразные, дельфины, калифорнийские львы.
У дельфинов основной способ ориентации в различных жизненных ситуациях – эхолокация. Они используют ее при добывании пищи, преодолении препятствий, распознавании различных объектов. Принцип работы локатора дельфина основан на излучении звуковых сигналов и улавливании их отражения, эха. Излучает сигналы дельфин при помощи клапанов и сложной системы воздухоносных полостей.
При передаче сигналов стенки черепа служат как бы рефлектором, а лобный выступ (мелом) – своеобразной акустической линзой, фокусирующей звуковой пучок. Низкочастотные сигналы дельфин воспринимает слуховыми проходами, а высокочастотные – нижней челюстью. Обработку сигналов производит развитый мозг этих животных.
Эхолокатор дельфина поражает необыкновенной точностью. Например, на расстоянии 20–30 м дельфин безошибочно указывает место, где упала дробинка диаметром 4 мм. Дельфины могут различать форму предметов, их размеры, структуру, а также скорость и направление движения. Животные без труда отличают свои сигналы от множества посторонних шумов и помех.
Принцип устройства и функционирования локаторов дельфинов еще недостаточно исследован. Сейчас созданы высокочувствительные технические системы гидроакустического поиска и обнаружения, но им пока далеко до гидролокаторов дельфинов.

Семнадцатый ученик рассказывает о камерном глазе животных. Для всех позвоночных, головоногих моллюсков и пауков характерны глаза так называемого камерного типа, т.е. по устройству сходные с фотокамерой. И хотя глаза животных устроены не столь сложно, как глаза человека, некоторые из них обладают уникальными свойствами.
Так, глаза хищных птиц отличаются большой зоркостью. Зрение канюка, например, в 8 раз острее, чем у человека. Многие птицы способны видеть сквозь дымку и туман, а голубь может, не мигая, смотреть на солнце. Глаз голубя обладает также необыкновенной способностью избирательно воспринимать объекты, движущиеся в определенном направлении. Не раз использовали этих птиц на конвейерах для обнаружения почти микроскопического брака, не видимого глазом человека. На основе устройства глаза голубя проектируется оптический прибор (оптический фильтр) для распознавания объемных предметов.
Удивительны пo способности к избирательному видению и глаза лягушки. Лягушка видит только движущиеся предметы, причем только те, которые по форме, размерам, характеру движения ассоциируются у нее с пищей (насекомыми) или врагом (тенью от быстро надвигающегося предмета). Глаз лягушки – это превосходная биологическая информационная система, перерабатывающая всю поступающую информацию и выбирающая из нее только ту, которая представляет для лягушки интерес.
На основе принципов работы глаза лягушки уже создано несколько типов электронных устройств, которые широко применяются на аэродромах для обнаружения летящих самолетов и контроля их движения.
Интересно устройство глаза у животных, которые видят в темноте. На дне такого глаза имеются своеобразные зеркальца из мелких серебристых кристаллов. Отражаясь от них, свет дважды проходит через сетчатку, благодаря чему повышается вероятность его поглощения, т.е. чувствительность глаза. Кошка, например, по сравнению с человеком видит предметы при освещенности в 6 раз меньшей. В зависимости от формы и размера кристаллов глаза животных светятся в темноте различными цветами: у крокодилов – красным, у кошек – зеленым.

Продолжение следует