Жарқанаттар қалай ұшады?

Жарқаншылар — ұшудың белсенді түріне қабілетті жалғыз сүтқоректілер. Олардың түнгі аспандағы әдемі қозғалыстары ғасырлар бойы адамдарда қорқыныш пен таңғажайып сезімін оятып, ертегілер мен аңыздарды туғызды. Бірақ бұл құпиялықтың артында миллиондаған жылдар эволюциясымен қалыптасқан таңғажайып биомеханика жасырынған. Құстардың қанаттары — қауырсындары бар өзгертілген алдыңғы аяқтары болса, жарқаншылардың қанаттары ұзартылған саусақтар арасына керілген жұқа терілі мембранадан тұрады. Бұл бірегей аппарат тек қана пар ұшуды емес, сонымен қатар күрделі маневрлерді: қалықтауды, бағытты тез өзгерту, пикирлеу және тіпті кері ұшуға мүмкіндік береді. Бұл мақалада осы «тірі дрондар» қалай құрылғаны және олардың ұшуына негіз болатын физикалық заңдар қарастырылады.

Қанаттың анатомиясы: қауырсын емес, тері

Жарқаншының қанаты — бұл өзгертілген алдыңғы аяқ, онда үлкен саусақтан басқа барлық саусақтар қатты ұзартылған. Олардың арасында, сонымен қатар дене, артқы аяқтар мен құйрық арасында патагий деп аталатын серпімді плёнка керілген. Бұл мембрана қан тамырлары мен бұлшықет талшықтары торы бар екі тері қабатынан тұрады, бұл оны берік пен икемді етеді.

• патагий ауа қысымының ең кішкентай өзгерістеріне реакция береді;
• қанат ішіндегі бұлшықеттер жануарға ұшу кезінде оның пішінін өзгертуге мүмкіндік береді;
• үлкен саусақ еркін қалады да, шығырлауға және тамақты ұстауға қолданылады;
• кейбір түрлерде құйрық патагийі шыбын-шіркейді ұстау үшін «сачок» ретінде қолданылады.

Мұндай құрылым арқасында жарқаншылар құстардың ең жүйріктерінен де асып түсетін таңғажайып икемділікке ие болады.

Ұшу аэродинамикасы

Жарқаншылардың ұшуы ұшақтармен бірдей принциптерге негізделген: көтергіш күш қанаттың үстінде мен астындағы қысым айырмашылығы арқылы пайда болады. Бірақ ұшақтың қанаты қатты болса, жарқаншының қанаты үнемі деформацияланып, күрделі бұрқын ағындарын жасайды.

1. Көтергіш күштің пайда болуы. Қанатты төмен қарай қозғағанда мембрана сыртқа қарай шығыңқырап, бет ауданын ұлғайтады да, жоғарыда қысымның төмен болу аймағын жасайды. Бұл жануарға тек көтерілу ғана емес, әр қозғалыстан энергияны тиімді пайдалануға мүмкіндік береді.
2. Икемділік. Қанаттың әр бөлігін бөлек басқару мүмкіндігі арқасында жарқаншы тіпті дерлік лезде бұрылып кете алады. Мысалы, кәдімгі кешкіш жарқаншы шыбын-шіркейді қуып, секундтың бөлшегі ішінде 180 градусқа бұрылып үлгереді.
3. Энергияны үнемдеу. Ұшу хаостық көрінсе де, жарқаншылардың ұшуы өте үнемді. Зерттеулер олардың бір километр жолға өлшемдері салыстырмалы құстарға қарағанда екі есе аз энергия жұмсайтынын көрсетеді.

Бұл ерекшеліктер оларды табиғаттағы ең тиімді ұшқыштардың біріне айналдырады.

Ұшуды басқарудағы эхолокацияның рөлі

Эхолокация тікелей көтергіш күш бермесе де, бағдарлау мен аң аулауда маңызды рөл атқарады. Жарқаншылар 20-ден 200 кГц-ке дейінгі жиіліктегі ультрадыбыстық тықыртпалар шығарады, олар заттардан шағылып, жануарға қайтадан оралады.

• сигналдың қайту уақыты кедергіге дейінгі қашықтықты анықтайды;
• жиіліктің өзгеруі мақсаттың қозғалыс жылдамдығын көрсетеді (Доплер эффектісі);
• шағылысудың күші заттың өлшемі мен текстурасын анықтайды;
• кейбір түрлер жапырақтардың немесе шыбын қанаттарының пішінін ажыратады.

Сонымен, эхолокация кеңістіктің «дыбыстық картасын» жасап, жарқаншыларға толық қараңғылықта сағатына 60 км/сағ жылдамдықпен сенімді ұшуға мүмкіндік береді.

Ұшу стилінің әртүрлілігі

Барлық жарқаншылар бірдей ұшпайды. 1400-ден астам түр бар, әрқайсысы өз экологиялық нишасына бейімделген.

• кішкентай шыбынжегіштер, мысалы, желтеушілер, тез, резкий қозғалыстар жасайды;
• ірі жемісжегіштер, мысалы, жарқаншылар, бүркіт сияқты баяу пар ұшады;
• тығыз орманда тіршілік ететін түрлер ағаштар арасында маневр жасау үшін қысқа, кең қанаттарға ие;
• ашық аумақта тіршілік ететіндер — ұзақ, тар қанаттарға ие, бұл оларға тез және алыс ұшуға мүмкіндік береді.

Бұл әртүрлілік табиғаттың бір негізгі құрылымды әртүрлі міндеттерге қалай икемдеп қолдана алатынын көрсетеді.

Ұшудың эволюциялық шығу тегі

Жарқаншыларда ұшу шамамен 50–60 миллион жыл бұрын пайда болды. Onychonycteris finneyi сияқты ең ескі қазба қалдықтары ерте түрлердің ұша алатынын, бірақ дамыған эхолокациясы болмауы мүмкін екенін көрсетеді.

Қызығушылық тудыратыны, млекопиталарда ұшу тек бір рет дамыды — барлық заманауи түрлер ортақ ата-бабадан шыққан. Бұл олардың эволюциялық тарихын табиғатта күрделі бейімделушіліктердің қалай пайда болатынын түсіну үшін әсіресе құнды етеді.

Жарқаншылар — бұл «қанатты тышқандар» емес, жеңілдік, беріктік пен басқарылымдылық арасындағы әдемі компромисс нәтижесі. Олардың ұшуы ұшақтың, тікұшақтың және тіпті делтаплантың ерекшеліктерін біріктіреді, эволюцияның тапқан шешімдері қаншалықты кемел екенін көрсетеді. Олардың анатомиясы мен аэродинамикасын зерттеу инженерлерді жұмсақ дрондар мен микролётательді құрылғылар үшін икемді қанаттар жасауға итермеледі. Мүмкін, адамзат осы түнгі аңшыларды бақылау арқылы бір күні олар сияқты еркін мен дәл ұшуды үйренеді.