Чему нас учит природа?
Но спроси у животных, и они научат тебя, у птиц, и они расскажут тебе. Или понаблюдай за землёй, и она научит тебя, и морские рыбы скажут тебе.
(Библия, книга Иов 12:7, 8)
В ПОСЛЕДНЕЕ время ученые и инженеры в прямом смысле стали учиться у растений и животных. Они исследуют и заимствуют принципы строения различных биологических структур, чтобы создать новые или усовершенствовать уже имеющиеся материалы и механизмы. Эта отрасль инженерии называется биомиметикой. Размышляя над следующими примерами, подумайте: кому в действительности принадлежит честь за все эти удивительные конструкции?
Плавник кита
Чему авиационные конструкторы могут научиться у горбатых китов? Взрослый горбач весит около 30 тонн — столько же, сколько большой тяжело груженный автомобиль. У кита довольно жесткое тело с огромными, подобными крыльям плавниками. Однако этот двенадцатиметровый гигант удивительно подвижен в воде. Например, при охоте горбатый кит подныривает под стаю криля или косяк мелкой рыбы и устремляется вверх, двигаясь по спирали. Одновременно он выдувает из дыхал массу мелких пузырьков воздуха. С помощью такой «пузырьковой сети», которая обычно не превышает полутора метров в диаметре, кит подгоняет добычу ближе к поверхности. Теперь ему остается только разинуть рот и проглотить обильную порцию корма.
Больше всего ученых интересовало, как это, казалось бы, неповоротливое животное может двигаться по такой крутой спирали. Они обнаружили, что секрет кроется в плавниках кита. В отличие от крыльев самолета передний край его плавников не гладкий, а зазубренный и имеет ряд выступающих бугорков.
Когда кит стремительно рассекает толщи воды, эти бугорки увеличивают подъемную силу и уменьшают сопротивление. Каким образом? В одном журнале по естествознанию объяснялось, что благодаря бугоркам поток воды упорядоченно и равномерно проходит над плавником, даже если кит делает очень крутой подъем. Если бы передний край плавника был гладким, кит не смог бы подниматься по такой крутой спирали, поскольку вода образовывала бы воронку, закручиваясь у плавников и ослабляя подъемную силу (Natural History).
Какое практическое применение может иметь это открытие? Крыльям самолетов, построенным по такому же принципу, потребуется гораздо меньше закрылок и других устройств, предназначенных для регулирования воздушного потока. Такие крылья окажутся более надежными, и их легче будет обслуживать. Специалист в области биомеханики Джон Лонг считает, что недалек тот день, «когда каждый самолет будет оснащен такими же бугорками, какие имеются на плавниках горбатых китов».
Крыло чайки
Всем известно, что крылья самолетов построены по принципу крыльев птиц. Однако недавно инженерам удалось еще больше приблизиться к оригиналу. Как сообщается в журнале «Нью сайентист», «конструкторы в Флоридском университете построили дистанционно управляемую модель самолета, которая, подобно чайке, может парить, молниеносно пикировать и резко набирать высоту».
Чайки совершают фигуры высшего пилотажа, сгибая крылья в локтевых и плечевых суставах. В журнале «Нью сайентист» сообщается, что инженеры, взяв за образец такое гибкое строение крыла, «снабдили 60-сантиметровую модель самолета маленьким моторчиком, который управляет соединенными между собой металлическими стержнями, приводящими крылья в движение». Такое хитроумное устройство крыльев позволяет маленькому самолету парить и лавировать между высокими зданиями. Военно-воздушные силы хотят создать такой же высокоманевренный самолет для обнаружения химического и биологического оружия в больших городах.
Лапки геккона
Наземные животные также могут многому нас научить. Например, небольшая ящерица семейства гекконов свободно передвигается по вертикальной поверхности и даже бегает по потолку вверх ногами. Об этой удивительной способности ящерицы было известно еще в библейские времена (Притчи 30:28, ПАМ). Как же геккону удается преодолеть закон тяготения?
Геккон может удерживаться даже на совершенно гладкой поверхности благодаря микроскопическим волоскам, или щетинкам, покрывающим подушечки его лап. Эти щетинки не выделяют никаких клейких веществ, но создают крошечную молекулярную силу. Молекулы двух поверхностей сцепляются друг с другом за счет ничтожно малых сил притяжения, известных как силы Ван-дер-Ваальса. Обычно сила тяжести значительно превышает эти силы, и поэтому мы не можем взбираться по стене, переставляя ладони. Однако крошечные щетинки на лапках геккона увеличивают площадь поверхности, соприкасающейся со стеной. Силы Ван-дер-Ваальса и тысячи щетинок в совокупности обеспечивают достаточное сцепление, чтобы выдержать вес маленькой ящерицы.
Какое применение может иметь это открытие? Синтетические материалы, сделанные по принципу щетинок на лапках геккона, можно использовать как альтернативу застежке-липучке «велкро», идея создания которой тоже была заимствована у природыa. По мнению одного ученого, слова которого приводились в журнале «Экономист», материал, эквивалентный «гекконовой ленте», найдет применение «в медицине, особенно в тех случаях, когда невозможно использовать химические клеи».
Чья это заслуга?
В настоящее время Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) работает над созданием многоногого робота, который двигается, как скорпион, а инженеры из Финляндии уже сконструировали трактор на шести ногах, который, подобно гигантскому насекомому, может преодолевать огромные препятствия. Другие исследователи создали материал с микроскопическими клапанами, которые подобно чешуйкам на сосновых шишках могут раскрываться и закрываться. Производители автомобилей трудятся над созданием машины, напоминающей по форме удивительно обтекаемое тело рыбки-кузовка. Другие специалисты исследуют амортизирующие свойства моллюска морское ушко, чтобы получить более легкий и в то же время более прочный материал для бронежилетов.
У природы можно позаимствовать так много полезных идей, что ученые даже создали специальную базу данных, в которую уже занесено несколько тысяч различных биологических систем. Как говорится в журнале «Экономист», эта база данных поможет инженерам находить «естественные, взятые в природе решения для своих дизайнерских разработок». Биологические системы, внесенные в базу данных, названы «биологическими патентами». Обычно владелец патента — это человек или целая компания, которые официально заявляют о своей новой идее или изобретении. Вот что говорится в журнале «Экономист» относительно базы данных биологических патентов: «Назвав оригинальные решения биомиметики „биологическими патентами“, ученые, по сути, признали, что природа — обладатель патента».
Каким же образом природе удалось воплотить все эти гениальные идеи? Многие ученые считают, что все чудеса природы — результат миллионов лет эволюционных проб и ошибок. Однако есть среди ученых и те, кто придерживается совершенно иных взглядов. Вот что написал микробиолог Майкл Бихи в газете «Нью-Йорк таймс»: «Очевидное присутствие замысла [в природе] позволяет привести простой, но беспроигрышный аргумент: если что-то выглядит, ходит и крякает, как утка, то, при отсутствии каких-либо серьезных возражений, вывод напрашивается сам собой — это и есть утка». Что же из этого следует? «Нельзя отвергать наличие замысла только потому, что оно так очевидно»,— говорит Бихи.
Инженер, создавший более безопасное и функциональное крыло самолета, заслуживает похвалы за свое изобретение. Тот, кто создал универсальный перевязочный материал, более практичную ткань для пошива одежды или более экономичный двигатель, достоин признания своих заслуг. Но производитель, который нарушил авторские права, тайно воспользовавшись чужой идеей или приписав себе чужое изобретение, считается преступником и нарушителем закона.
Справедливо ли, что высококвалифицированные специалисты, заимствуя у природы гениальные идеи для решения сложных инженерных проблем, приписывают их слепому случаю и безликой эволюции? Если даже копия свидетельствует о существовании конструктора, что тогда можно сказать об оригинале? И в самом деле, кто заслуживает большей чести: опытный учитель или ученик, который лишь подражает своему наставнику?
Логический вывод
Познакомившись с фактами, свидетельствующими о разумном сотворении мира, многие мыслящие люди побуждены вторить словам псалмопевца, который написал: «Как многочисленны дела Твои, Господи! Все соделал Ты премудро; земля полна произведений Твоих» (Псалом 103:24). Апостол Павел пришел к подобному выводу, сказав: «Ибо его [Бога] невидимые качества: вечная сила и божественная сущность — ясно видны от сотворения мира, потому что они распознаются через то, что создано» (Римлянам 1:19, 20).
ИНСТИНКТИВНО МУДРЫЕ ПУТЕШЕСТВЕННИКИ
Многие животные обладают инстинктивной мудростью, которая помогает им ориентироваться во время путешествий (Притчи 30:24, 25). Вот два примера.
◼ Муравьи управляют движением Каким образом муравьи, которые отправляются на поиски пищи, находят обратную дорогу к муравейнику? Ученые из Великобритании обнаружили, что некоторые муравьи возвращаются домой не только по запаху своего следа, но и по специально проложенным тропам. Для этого они прибегают к помощи геометрии. Например, как говорится в журнале «Нью сайентист», фараоновые муравьи «прокладывают тропы, которые лучами расходятся от муравейника и образуют разветвления под углом 50—60 градусов». Что особенного в этой муравьиной системе? Когда муравей по дороге домой доходит до развилки, он инстинктивно выбирает ту тропу, которая менее всего отклонена, а значит, непременно приведет его домой. «Геометрия этой системы развилок помогает управлять потоками муравьев, которые снуют по сети дорог, особенно когда они движутся в двух направлениях, и помогает им не растрачивать силы на блуждания в неправильном направлении»,— сообщается в журнале «Нью сайентист».
◼ Птичьи компасы Многие птицы прекрасно ориентируются во время дальних полетов и в любую погоду. Как им это удается? Ученые обнаружили, что птицы могут чувствовать магнитное поле Земли. Однако, согласно журналу «Сайенс», «линии магнитного поля сильно различаются в зависимости от местности и не всегда указывают точно на север». Что же помогает перелетным птицам не сбиться с пути? Оказывается, каждый вечер птицы сверяют свой внутренний компас по заходу солнца. Поскольку в зависимости от широты и времени года положение солнца при заходе меняется, ученые считают, что приспособиться к этим изменениям птицам помогают «биологические часы, которые подсказывают им время года».
Кто наделил муравьев знанием геометрии? Кто дал птицам компас, биологические часы и мозг, способный пользоваться этими внутренними устройствами? Безликая эволюция или же разумный Творец?