Парящий гигант: какие существа могли стать прототипами огромной птицы Рух

Самая крупная птица, когда-либо существовавшая на Земле, — это воромбе, она обитала на Мадагаскаре за несколько веков до нашей эры. Но эта птица была нелетающей, и масса ее тела достигала немногим более 700 кг (для сравнения — слоны, на которых охотилась Рух, весят от 3 до 7 тонн). С летающими птицами еще сложнее — максимум уменьшается на порядок, то есть до 70 кг. Именно такой массой, по современным оценкам, обладал аргентавис, ископаемый родственник современных кондоров, которых можно назвать одними из самых крупных птиц планеты.

Физические пределы

Почему же сейчас на планете нет птиц подобных размеров? Жесткие ограничения накладывает необходимость полета. С точки зрения физики, есть два основных типа полета: активный машущий (так летают воробьи или голуби) и «пассивный» планирующий, при котором используется энергия восходящих токов воздуха (как кружат в небе коршуны).

Аргентавис был планером. Поэтому он и мог быть столь крупным, так как при планировании львиная доля энергии, необходимой для полета, отдается на откуп внешним силам — потокам воздуха. Наиболее крупные современные планеры — это андский кондор и странствующий альбатрос. Их вес может достигать 15–16 кг.

Если же птица использует активный машущий полет, то тут возникают довольно жесткие ограничения по весу — не более 12 кг. Правда, в энциклопедиях можно встретить утверждение, что самая крупная летающая птица — дрофа, а крупные самцы могут дорастать до 20 кг.

И тут есть подвох. Старые самцы дроф действительно могут разжиреть до 20 кг, однако при этом они полностью теряют способность отрываться от земли. И даже если не впадать в крайности, назвать эту птицу летающей можно с очень большой натяжкой, так как даже молодые и «легкие» дрофы летают крайне неохотно и недалеко. Так что в действительности самая крупная полноценно летающая птица — это лебедь. И, что важно, дикие лебеди не бывают тяжелее 12 кг.

Пороговая мощность

Откуда это ограничение? Его можно рассчитать. Любое живое существо преобразовывает энергию химических связей из пищи в механическую энергию для сокращений мышц или в тепловую энергию для согрева организма. При «сжигании» пищи расходуется вдыхаемый организмом кислород. Параметр, показывающий, сколько единиц энергии (джоулей или калорий, в зависимости от выбранной системы измерений) способно преобразовать тело в единицу времени, — это мощность. Физиологи называют ее «интенсивностью метаболизма».

Калорийность пищи (то есть сколько энергии можно получить из нее) — известный факт. Зная, сколько пищи съело животное, и анализируя его потребление кислорода (для этого используются специальные маски), можно вычислить и его «мощность».

Конечно, мощности лебедя и перепела, выраженные в ваттах, будут очень сильно отличаться. Поэтому физиологи пользуются относительной единицей измерения, которая называется «основной уровень обмена», или сокращенно BMR (от англ. basal metabolic rate).

Когда вы выключаете электрочайник из розетки, его мощность падает до нуля, но птица до самой своей смерти никогда не «выключается из розетки». Даже когда сидит на ветке и отдыхает, у нее бьется сердце, дыхательные мышцы гонят воздух по трахее и бронхам — и на все это требуется энергия.

Конечно, единицы энергии, необходимые для поддержания «холостого хода» лебедя и перепела, — разные. Но если выражать единицы энергии, необходимые для различных видов активности птицы не в ваттах, а в числах BMR, то они совпадут.

Например, стояние и лебедю, и перепелу будет стоить 1,3 их BMR, а спокойная ходьба — 1,6 BMR. Полет — это очень «дорогая» активность, и большинству птиц она стоит целых 12 BMR (вместо 1 минуты полета птица могла бы 12 минут спокойно отдыхать). Конечно, чем больше масса птицы, тем больше и ее затраты на полет.

Существует еще и пороговая мощность, которая нужна, чтобы просто оторваться от земли в условиях земной силы тяжести и плотности земной атмосферы — и она также растет с ростом массы тела. Пороговая мощность зависит еще много от чего — например, от площади крыльев.

Так, человек, как бы быстро ни махал руками, взлететь не сможет — ведь площадь его рук слишком маленькая, и тело просто не способно выдать ту мощность, которая смогла бы оторвать его от земли.

Тело же птицы способно, но только до известных пределов. С ростом массы мощность, требуемая для поднятия этой массы в воздух, растет быстрее, чем мощность, которую птица может выдавать в полете. Ели построить график зависимости этих мощностей от массы тела, то в какой-то момент мощность, требуемая для полета, обгонит реальную полетную мощность птицы. Расчеты подсказывают, что эти линии пересекутся в точке, соответствующей массе 12 кг.

Воробьиный секрет

Однако не все птицы такие маломощные. Есть одна группа, которая попыталась довольно изящным образом обойти ограничение массы для машущего полета, — это воробьиные. Они словно решили: а что, если просто немного поднять собственную температуру тела, а вместе с ней и BMR? Уровень обмена воробьиных птиц в 1,65 раза больше, чем у других!

То есть дрозд, относящийся к воробьиным, мощнее перепела более чем в полтора раза. А значит, и его полет, стоящий ему те же 12 BMR, как и прочим птицам, в абсолютных величинах будет более чем в полтора раза «мощнее» и сможет поднять в воздух бóльшую массу. Но почему же тогда нет гигантских воробьев?

Дело в том, что птицы — существа не только летающие, но также и бегающие, насиживающие яйца и т. п. И чем лучше птица летает, тем хуже делает все остальное. Вспомните стрижей — они летают идеально, но, упав с ветки на землю, оказываются не в силах взлететь: их ноги слишком слабы, а крылья слишком длинны. И сравните их с ласточками, которые очень похожи на стрижей, но на деле являются родственниками воробьев. Строго говоря, ласточки должны летать хуже стрижей. Но благодаря воробьиной «избыточной» мощности они нивелируют этот разрыв и оказываются лучше стрижей во всем остальном — например, ласточки умеют взлетать с земли.

В каком-то смысле воробьиные птицы являются воплощением старой инженерной шутки: «Аэродинамику придумали те, кто не умеет строить мощные двигатели; с мощным двигателем и забор полетит». Избыточную мощность они тратят на адаптацию к другим экологическим нишам, а не на увеличение размеров — неслучайно воробьиных птиц в мире больше, чем всех остальных видов птиц вместе взятых.

А что же с планирующим полетом? Даже самые большие птицы-планеры не дотягивают и до центнера. Тому есть две причины.

Во-первых, ограниченность доступных мест обитания. Полет — не самая «дорогая» активность птиц по шкале BMR. Так, если полет требует 12 BMR, то взлет с земли — 16. Понаблюдайте за голубями во дворе, как раз по этой причине они гораздо охотнее стартуют, спрыгивая с крыш или проводов, а не с земли.

А кондору, самой большой из ныне живущих планирующих птиц, для взлета требуется 40 BMR, даже несмотря на то, что у него огромные широкие крылья. Из-за большой массы тела птицам-планерам очень тяжело взлетать с земли, потому они вынуждены стартовать, прыгая с высоты. Поэтому кондоры живут в Андах, где есть много подходящих уступов.

Во-вторых, крылья птиц состоят из перьев, которые постепенно изнашиваются, поэтому их нужно регулярно менять. Линька так энергозатратна, что во время нее птица становится очень уязвима к различным болезням и потому старается всячески ускорить этот процесс.

Некоторые, например, утки, разом сбрасывают маховые перья и на пару недель теряют возможность летать. Но не все птицы могут позволить себе такую роскошь, так что у большинства пернатых маховые перья меняются постепенно. Чем крупнее птица, тем длиннее ее маховые перья, и тем дольше длится ее линька, а значит, тем дольше она будет уязвима.

Выходит, что прототип мифологической птицы Рух должен был бы обладать планирующим полетом; жить в высоких горах, чтобы иметь возможность взлетать, потреблять огромное количество пищи, и, наконец, иметь кожистые крылья, чтобы избавить от необходимости линять. И если и рассматривать какое-то реальное существо в качестве прототипа Рух, то стоит смотреть в сторону птерозавров — их крылья были кожистыми, поэтому проблем с оперением у них не было, из-за чего они могли вырастать гораздо крупнее.

Что же получается, мы живем в мире, где стереотипные драконы оказываются реалистичнее гигантских птиц? Выходит, что так.

_{Иллюстрация: EDWARD JULIUS DETMOLD; Фото: ISTOCK; ROE HOGAN; YOSEF KIAT / THE FIELD MUSEUM OF NATURAL HISTORY}

_{Материал опубликован в журнале}_{«Вокруг света» № 3, апрель 2024}