(напечатано в журнале "Инженер" №1, 2008 г.)
Только раки-забияки Не боятся бою-драки: Хоть и пятятся назад, Но усами шевелят... |
И акула увильнула, Только хвостиком махнула. А за нею каракатица – Так и пятится, так и пятится. |
Оказалось, аналогия пауков и осьминогов простирается много дальше этого поверхностного сходства. Те же ноги пауков и щупальца осьминогов, внешне столь несхожие, очень близко устроены внутри и представляют собой живой гидропривод, вроде того, что есть в "лапе" экскаватора, управляемой системой гидроцилиндров [1]. Присмотревшись внимательней, можно найти и массу других удивительных аналогий (см. таблицу). Взять хотя бы способ питания. Известно, что у пауков весьма странный способ усваивать пищу – наружное пищеварение. Суть его в том, что паук впрыскивает парализованной ядом и завёрнутой в тенёта жертве свою слюну и ферменты. В хитиновом панцире насекомого, как в котелке, эти вещества переварят и разложат ткани жертвы, ставшей одним сплошным желудком. Пауку остаётся лишь высосать из хитиновой оболочки, как сок из тетрапака, разжиженное содержимое этих живых «консервов» [2]. И вот выяснилось, что наружное пищеварение применяют и головоногие [3]. Совсем как пауки, они вводят в тело жертвы (моллюска, которого не могут извлечь из раковины) свои пищеварительные соки, а после «выпивают» её. Кстати, для парализации жертвы спруты используют, подобно паукам и скорпионам, сильный яд.
Загадочность спрутов и пауков и идущий бок о бок с нею страх перед ними, часто суеверный, тоже в какой-то мере роднят этих существ. И те и другие пользуются репутацией безжалостных охотников и хладнокровных убийц-интеллектуалов, следящих за жертвой своим неземным цепким взглядом. Не зря в фантастике спрутов и пауков часто используют в качестве прототипов инопланетных существ и мутантов ("Человек-паук", "Чужой"). Покрытые присосками щупальца спрутов и липкие тенёта паука, одинаково хорошо удерживающие добычу, в литературе и кинематогрофе давно стали синонимами крепкой опутанности, глобального и цепкого захвата чего-либо. Конан Дойл, описывая лондонскую мафию, сравнивал профессора Мориарти с пауком, тенёта которого крепко опутали Лондон. Да и со спрутом (как в одноимённом сериале), обвившим всё своими щупальцами, мафию сравнивали не раз.
Схожи с ней оба животных и своим безмерным обжорством, непропорциональным аппетитом. Так, в книге У. Кроми [3] кальмар назван «ненасытным кошмаром моря», кровожадно убивающим жертвы без всякой нужды. Древние моряки верили, что голодный кракен – так они называли гигантского спрута – способен утащить под воду большой корабль. И, возможно, это не пустые фантазии, если на больших глубинах действительно обитают головоногие непостижимых размеров (в десятки метров длиной), о чём судят по огромным рубцам от присосок на теле кашалотов, ныряющих на такие глубины. Видно, и эти гиганты моря, охотящиеся за кальмарами, не застрахованы от контратаки с их стороны. Точно так же крупные пауки (размером с блюдце и телом с куриное яйцо) нападают на превосходящих их размерами и эволюционно более развитых существ – на птиц и прочих мелких позвоночных.
Довольно сложная для столь простых существ нервная система тоже роднит их. Осьминогов считают одними из умнейших созданий. То же мнение есть и о пауках (их даже наделяют личностью, интеллектом). Это резко выделяет спрутов и пауков из других беспозвоночных. У осьминогов мозг представляет собой практически то же, что у пауков – окологлоточное кольцо – несколько нервных узлов (ганглиев), окружающих глотку. Паукам и осьминогам присущи весьма сложные и разнообразные формы поведения (см. Н. Тинберген «Поведение животных», 1978 г). Вспомним и их сложные необычные постройки: сети паука, служащие ловушкой, домом (и много чем ещё), и подводные каменные «замки» осьминогов (о них подробнее в замечательной книге М. Фройде «Животные строят», 1986 г).
Правда, при строительстве осьминог не использует, в отличие от паука, материалы своего тела. Зато другие моллюски, скажем мидии, имеют биссусовую железу, выделяющую вещество, застывающее в прочные биссусовые нити (близкие по составу к нити паука), которыми моллюски крепятся к субстрату. Да и среди головоногих есть моллюски аргонавты, строящие из выделяемого белка плот [3], на котором дрейфуют по воле течений и волн, совсем как некоторые пауки дрейфуют в воздушных потоках на выпущенной ими паутинной нити. Эта любовь спрутов и пауков к странствиям, их космополитизм и выносливость позволили им расселиться столь широко, что они обитают даже на самых больших глубинах (спруты) и высотах (пауки встречаются в горах до 7 км), недоступных для других животных.
Осьминоги и охотятся сходно с пауками: затаившись, они подстерегают добычу, ожидая, пока та не попадёт в западню. Интересно, что не одни пауки, но и некоторые головоногие ловят добычу в расставленные сети [4]. Если пауки мастерят сети из белков своего тела, то и некоторые кальмары вылавливают морскую мелочь с помощью своеобразной сети – перепонки, натянутой меж длинных щупалец, подобных радиальным нитям колесовидной паутины (рис. 2 – похоже ведёт лов и плавающий осьминог аргонавт, см. [5]). Не только сетью, малейшие колебания которой хищник чутко улавливает, но и внешностью этот кальмар сходен с пауками и сенокосцами, имеющими непомерно длинные хлыстовидные лапки (рис. 3).
Сложное поведение и хорошо развитый мозг дополняются у пауков и головоногих прекрасно развитым зрением. Из всех беспозвоночных только пауки и спруты имеют сложные камерные глаза с собирающим световые лучи элементом и сетчаткой, взаимное положение которых меняется при фокусировании на избранных объектах. Кроме того, у многих кальмаров имеется множество простых глазков, разбросанных по телу. Они напоминают простые глазки паука, словно бойницы смотрящие с башни-головы в разные стороны. При этом у тех и других глаза иногда расположены на стебельках. Так, стебельчатые глаза бывают у паукообразных фаланг. Такие глаза характерны для моллюсков и ракообразных, которым паукообразные приходятся близкими родственниками (достаточно сравнить рака и скорпиона, см. рис. 4). Это ещё раз доказывает эволюционную близость всех трёх классов животных.
За счёт развитого зрения осьминоги способны обучаться не только на собственном опыте, но и глядя на своих собратьев. Их способность к обезьянничанию, подражанию невероятна. У одного вида осьминогов она доходит до того, что он легко изображает любое животное. Притворяясь крабом, он на своих по-паучьему полосатых лапах особенно схож с пауком (см. «Природа» №4, 2002 г., рис. 5). Необычайно разнообразны узоры многих пауков (вспомним паука-крестовика). Ещё волшебней меняющаяся окраска головоногих, особенно светящихся (не зря веет мистикой даже от их научных названий: «чудесная лампа», «адский вампир»). Менять цвета и светиться умеют и некоторые ракообразные (водные аналоги пауков), а также пауки, подобно хамелеонам окрашивающиеся под окружающий фон [1]. Спрутам и паукам присущи схожие ритуалы ухаживания и оплодотворения, забота о потомстве. Паучиха и самка осьминога, охраняя яйца, не отходят от потомства и не принимают пищи, пока не появится молодь. Кстати, новорожденные пауки, спруты и ракообразные очень похожи на своих родителей (в отличие от других беспозвоночных). Силён у них и половой диморфизм – самка заметно крупнее самца, причём у осьминогов, как у иных пауков, она порой не прочь закусить супругом (каннибализм вообще распространён среди пауков и спрутов).
Большинство головоногих и паукообразных – хищники. Многим головоногим в охоте помогают, кроме восьми ног, пара щупалец, служащих для захвата и удержания добычи и способных сильно удлиняться. Примерно тому же служат имеющиеся у пауков ногощупальца (педипальпы), находящиеся возле рта. Концы щупалец спрутов и лап пауков усеяны когтями и крючьями для удержания добычи. У скорпионов и ракообразных ногощупальца сильно удлинены и снабжены клешнями, дабы ещё крепче удерживать добычу. А есть паукообразные, у которых первая пара ног и вовсе напоминает кальмарьи щупальца – она превращена в сильно удлинённые жгутообразные отростки, несущие, как и щупальца спрутов, рецепторы вкуса. Обладающих такими щупальцами фринов, телифонов и тартарид так и назвали – «жгутоногие». Наконец, клювообразные челюсти паукообразных (хелицеры) – это аналог рогового «клюва» головоногих. Таким клювом фаланги, как и осьминоги, перетирают пищу.
Упомянем также о крови (гемолимфе) спрутов, раков и пауков – у них она совершенно отлична от крови большинства животных, хотя бы по цвету. В своей книге «Занимательная биология» И.И. Акимушкин так образно рассказывает об этом феномене: «Есть в мире животные – цветом крови чистые аристократы. Это скорпионы, пауки и спруты (я не шучу!). Вместо гемоглобина у них гемоцианин, и в нём не железо, а медь. От меди и кровь у них голубая (в венах) и почти синяя (в артериях)». Вообще этот автор, известный исследователь головоногих, часто сравнивает их с пауками [6]. Удивляет, что именно кровь головоногих и паукообразных содержит гемоцианин, этот редкий дыхательный пигмент, свойственный лишь другим моллюскам и ракообразным (родичам паукообразных, рис. 4), а более никому.
Ну и раз речь зашла о крови, вернёмся к разговору о ногах спрутов и пауков. Ведь именно кровь, как выяснилось, является рабочей жидкостью, приводящей в движение гидроприводы ног спрутов и пауков [7]. Ноги пауков и паукообразных устроены весьма интересным образом. Понаблюдайте, как ходят насекомые и пауки. Если движения первых выглядят естественно, то ползущий паук больше напоминает шагающего робота. Это и есть своего рода робот (вспомним автономно складывающиеся лапки сенокосцев): тонкие паучьи лапки приводятся в действие гидравлической системой. Многие, наверное, помнят, как мастерили в детстве свёрнутые спиралью, точно щупальце спрута, трубочки? Стоит дунуть в такую трубочку, как она вытянется во всю длину – и снова свернётся, если снизить давление (рис. 6). Именно так работают манометры с трубкой Бурдона – таково научное название этой игрушки. Такими трубками и являются, по сути, наполненные кровью сосуды в лапках паука. Меняя давление гемолимфы в сосудах, паук то распрямляет лапки, то снова их складывает [1].
Подобный гидропривод в природе не редкость [8]. Есть он у морских звёзд, амбулакральные ножки которых – многочисленные присоски-выросты лучей – движутся при нагнетании в них жидкости [5, стр. 262]. Можно его предположить и у бабочек, хоботок которых, свёрнутый для удобства спиралью, раскатывается при добывании нектара во всю свою длину. Что это, как не спиральная трубка Бурдона? Насекомые развёртывают крылья, нагнетая в их сосуды кровь. Улитки и слизни (брюхоногие моллюски), перекачивая жидкость, выпускают и убирают «рожки», медленно раздвигающиеся и складывающиеся, словно телескопические гидроцилиндры. Но главное, устройствами этого типа оснащены щупальца головоногих моллюсков. Ведь только так они и могут управлять своими бескостными мягкими ногами. Только так спруты способны мгновенно выпростать, выпрямить и удлинить щупальце.
Считается, что щупальца и присоски управляются в основном мышцами. Но будь привод ног чисто мышечным, потребовалась бы сверхсогласованная работа огромного числа мышц. Всё заметно облегчается за счёт наличия у осьминога гидропривода и гидроусилителя, как у паука и морской звезды. Трубка Бурдона, распрямляющаяся и удлиняющаяся при нагнетании в щупальца крови, даёт большую точность движений, становясь аналогом полужёсткого хряща, который спрут может, подобно пауку, изгибать уже при помощи мышц.
Неслучайно движения щупалец спрутов [5, с. 327-329], лучей морских звёзд [5, с. 261] и лапок пауков крайне автоматичны – ноги сами движут тело. А присоскам осьминога, даже внешне схожим с присосками морской звезды, гидропривод позволяет ещё крепче присасываться: кольцевые мышцы присосок обеспечивают лишь начальное быстрое, но слабое прилипание. Вообще мягкотелому бескостному моллюску проще манипулировать с давлением жидкости, нежели с мышцами, которым не к чему крепиться. Простота, отсутствие шарниров и взаимно движущихся частей в трубке Бурдона побуждает теперь и инженеров конструировать на её основе гибкие манипуляторы, обладающие большой силой и способные работать в агрессивных средах (рис. 7). Это могут быть как микроманипуляторы для прецизионных операций, так и гигантские гидромашины, развивающие огромное усилие. Другие типы гидро- и пневмоприводов давно уже применяются, скажем, на транспорте. Интересно, что ещё И. Ньютон задолго до эры гидромашин допускал такой гидро- и пневмопривод у мышц.
Есть у ног паука и спрута и ещё одна общая черта – способность отделяться в случае опасности, то что называют автотомией. С ней многие знакомы на примере сенокосца – паукообразного, лапки которого легко отделяются и начинают быстро сгибаться-разгибаться, как бы кося сено. Точно так и осьминоги отбрасывают щупальце, схваченное преследователем. При этом щупальце сохраняет способность извиваться, отвлекая на себя внимание преследователя. Той же способностью – отбрасывать ноги, дабы не отбросить копыта – наделены и многие ракообразные. Снова аналогия трёх классов животных на лицо. Живыми гидромашинами спрутов, раков и пауков можно назвать и ещё по одной причине – они часто используют для движения общий гидродинамический принцип – реактивное движение, уподобляясь живым ракетам. Спруты, набрав воду, выбрасывают её через воронку вперёд, двигаясь за счёт реакции назад. Раки тоже используют этот принцип: резко подогнув хвост, они отбрасывают воду вперёд, а сами реактивно отлетают назад. Этот общий принцип реактивно пятиться и отражён в стихотворении Чуковского. Из других животных используют реактивный принцип только двустворчатые моллюски. Всё это ещё раз доказывает удивительную аналогию моллюсков (особенно головоногих) и членистоногих (пауко- и ракообразных).
Пришло время спросить: к чему все эти курьёзные совпадения (см. таблицу), что они значат? Самый простой ответ состоит в том, что мы здесь имеем дело с конвергентной эволюцией – с появлением сходных приспособлений у никак не связанных групп животных. Подобно тому, как разных людей посещают одни и те же мысли и они независимо создают схожие теории и изобретения, так и природа под влиянием сходных внешних условий и факторов отбора может изобретать донельзя похожих, но совершенно неродственных животных.
Однако нельзя сказать, что условия обитания пауков и спрутов сходны, скорее наоборот. А потому можно допустить и более глубокую и невероятную причину их сходства – близкое родство. Вспомним идентичность их дыхательных пигментов, а также то, что паукообразные и головоногие – это древнейшие группы животных. Паукообразные (в отличие от насекомых) сформировались ещё в водной среде, о чём говорит хотя бы устройство их лёгочных мешков. А часть паукообразных – например паук-серебрянка, ставящий сети под водой, или паук-охотник, бродящий по воде, словно клоп-водомерка,– вернулись в воду. Известны и гигантские морские пауки (выделяемые в отдельный класс) – эти древние существа морскую среду и не покидали [3]. И наоборот, известно, что осьминоги могут выбираться на сушу и некоторое время бродить по ней [6]. Дыхательный мешок осьминога – это прототип лёгкого (кстати, из беспозвоночных лёгочное дыхание есть только у моллюсков и пауков). Есть и ракообразные, живущие на суше. Таким образом, были все предпосылки для выхода головоногих на сушу и превращения их в пауков, паукообразных и ракообразных.
Гипотеза о близком родстве между членистоногими, к которым относятся паукообразные и ракообразные, и моллюсками, включая головоногих (рис. 8), имеет основания. Согласно общепринятой теории те и другие происходят от кольчатых червей. Кроме того, среди моллюсков есть формы очень похожие на членистоногих (например, хитоны – панцирные моллюски, имеющие не раковину, а сегментированный панцирь, как у мокрицы), а среди членистоногих – на моллюсков (скажем, ракушковые раки, живущие в двустворчатой раковине, как у речной перловицы). Известно и пристрастие раков-отшельников к раковинам моллюсков (не зря сходны слова «ракушка» и «рак»). Тяготеют к раковинам и осьминоги. Видно, и в них сильны ностальгические чувства. Похоже, раковина в ходе эволюции была редуцирована и преобразована во внешний скелет – в хитиновый покров раков и пауков.
Всё это приводит к мысли, что моллюски и членистоногие, особенно их головоногие и паукообразные представители, гораздо ближе друг к другу, чем полагалось, что они эволюционировали в тесной связи друг с другом (не случайно головоногие и трилобиты – первые развитые представители моллюсков и членистоногих – появились на Земле почти одновременно). Чтобы решить вопрос о родстве спрутов, раков и пауков, следует сравнить их ДНК, либо белковый состав. Подобный анализ мы проводим, пробуя мясо спрутов, раков и крабов – и многие отмечают сходство их вкуса [6]. Итак, пути эволюции неисповедимы, вот почему схема развития живого мира не раз пересматривалась в связи с новыми данными. Интересно, что и в книгах по зоологии эти четыре класса живых гидромашин – брюхоногие, головоногие, ракообразные, паукообразные – идут подряд, как в порядке реальной эволюции [1]. Создавая спрутов, раков и пауков, природа проявила чудеса изобретательности. В итоге эти её творения напоминают более всего боевые восьмиколёсные машины-амфибии, защищённые бронёй, маскировочной окраской и разными типами вооружения [6, стр 70].
1. Удивительное в жизни животных. – Саратов, 1966.
2. Козлов М.А. Соты жизни. – Чебоксары, 1976.
3. Кроми У. Обитатели бездны. – Л.: Гидрометизд., 1971.
4. Несис К. Глубоководный кальмар расставляет сети // "Наука и жизнь" №3, 2002.
5. Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. – М.: Мир, 1994.
6. Акимушкин И.И. Приматы моря. – М.: Географгиз, 1963.
7. Губерман И. Третий триумвират. – М.: Детская литература, 1974.
01 10 2014
1 стр.
15 12 2014
1 стр.
14 12 2014
1 стр.
29 09 2014
1 стр.
29 09 2014
1 стр.
26 09 2014
1 стр.
25 12 2014
1 стр.
16 12 2014
1 стр.