Теория эволюции учит, что птицы произошли от рептилий. Однако она не в состоянии объяснить колоссальную разницу между этими двумя классами живых существ. Птицы демонстрируют свойства, отличающиеся от рептилий: они имеют структуру скелета, состоящую из полых и чрезвычайно лёгких костей, имеют уникальную дыхательную систему и являются теплокровными созданиями. Ещё одно уникальное различие, которое создаёт непреодолимую пропасть между птицами и рептилиями, - это перья.
Фраза «лёгок, как перо» описывает совершенство сложной структуры пера. Дизайн перьев птицы настолько сложен, что эволюция просто не в состоянии объяснить его. Учёный Алан Федуччия говорит, что перья имеют «структурную сложность, обеспечивающую механическое и аэродинамическое совершенство, которое никогда не было достигнуто другими средствами».
Дизайн перьев заставил Дарвина задуматься. Более того, идеальные эстетические перья павлина оказывали на него, по его собственным словам, удручающее воздействие. В письме Аза Грэю от 3 апреля 1860 года он писал: «Я хорошо помню время, когда мысль о глазе бросала меня в дрожь, но я преодолел эту фазу…» Потом он продолжил: «… и теперь мелочные детали этой структуры заставляют меня ощущать дискомфорт. Вид перьев в хвосте павлина каждый раз, когда я смотрю на него, удручает меня!»
Исследуя перо птицы под микроскопом, мы обнаруживаем потрясающий дизайн. Как известно, посреди пера идёт стержень. Сотни маленьких бородок выходят из каждой стороны стержня. Бородки различной мягкости и размеров придают птице аэродинамическую природу. Более того, к каждой бородке присоединены тысячи бородочек, которые нельзя увидеть невооружённым глазом. Эти бородочки сцепляются вместе посредством крючочков.
Крючочки сцепляются вместе, как застежка «молния». Эти бородочки смыкаются настолько плотно, что даже дым, направленный на перо, не может пройти через него. Если крючочки отходят по какой-либо причине, птица легко может восстановить перья к их исходной форме, встряхивая себя или выравнивая перья клювом.
Чтобы выжить, птицы должны содержать перья в чистоте, хорошо ухоженными и всегда готовыми к полёту. Они используют выделяющую масло железу, которая находится в основании их хвостов для поддержания перьев в форме. С помощью этого масла они чистят свои перья. Это масло также обеспечивает водонепроницаемость, когда птицы плавают, ныряют или летят во время дождя.
В дополнение, в холодную погоду перья согревают птицу, предотвращая падение её температуры. В жаркую погоду перья прижимаются поближе к телу.
Даже поверхностное знакомство с такой уникальной системой, как перо птицы, позволяет сделать вывод о существовании Творца, Чей безграничный разум идеально спроектировал и вызвал к существованию окружающий мир.
Американские ученые, заинтригованные глубокой черной окраской перьев некоторых видов райских птиц, изучили их строение под электронным микроскопом. Выяснилось, что черный цвет обусловлен не пигментами - меланинами - как это обычно бывает у птиц. Все дело в строении бородок пера, на концах которых есть «бахрома» из нановыростов. Такая структура отлично поглощает свет - до 99,95% видимого спектра, что и приводит к очень насыщенной черной окраске. По показателю поглощения перья райских птиц близки к Vantablack - самому черному из известных материалов.
В живой природе цвет может формироваться двумя способами - пигментным и структурным. В первом случае он возникает благодаря специальным молекулам - пигментам, которые избирательно поглощают, отражают или испускают свет с определенной длиной волны. Во втором случае цвет зависит от структуры поверхности, на которую падает свет и которая его избирательно поглощает и/или отражает. Подробно о структурной окраске рассказано в статье Т. Романовской . Частный вариант структурной окраски - структурная абсорбция, то есть поглощение света поверхностью. Если таким образом поглощается весь или почти весь видимый спектр, получается черная окраска.
Черное оперение птиц
У большинства птиц черный цвет оперения обусловлен пигментами — меланинами . Они отвечают за черноту хорошо известных нам птиц — ворон, грачей, черных дроздов и др. Кроме того, у некоторых птиц из-за правильно упорядоченных волокон верхнего слоя кератина возникает иридесценция (вариант структурной окраски). Иридесценция выражается в радужных переливах и/или металлическом блеске.
«Элементы» уже о необычном поведении самцов чудесной райской птицы. Ухаживая за самкой, самец складывает крылья и растопыривает перья так, что перестает вообще быть похожим на птицу (рис. 1, g)! Опытные наблюдатели заметили еще одну особенность этого и ряда других видов райских птиц (семейство Paradisaeidae). Черный цвет их оперения визуально кажется темнее (чернее), чем черное оперение других птиц (рис. 1). Недавно группа ученых из США подтвердила это наблюдение и, главное, разобралась, как возникает этот эффект. Для этого исследователи изучили черные перья семи видов (все они изображены на рис. 1) - шести видов райских птиц и одного вида - мелампитты - из близкого семейства (Melampittidae). У мелампитты и райской вороны черная окраска обусловлена меланинами, то есть их черный цвет - вполне обычный. А у остальных участвовавших в исследовании райских птиц есть «суперчерные» партии оперения. Как правило, они используются в брачных демонстрациях. У некоторых видов, например, у чудесной райской птицы, наряду с суперчерными, есть и обычные меланиновые черные перья. Они расположены на спине и при токовании самец самке их специально не демонстрирует. Ученые изучили не только суперчерные перья этого вида, но и обычные, взятые со спины.
Для начала перья изучали с помощью спектрофотометра и дейтерий-галогенового источника света DH-2000-BAL фирмы Ocean Optics. Этот источник, благодаря дейтериевой и галогеновой лампам, а также специальным фильтрам, может, в частности, давать на выходе свет заданной интенсивности, в составе которого в равной степени представлен весь видимый спектр. Это позволяет избежать искажений в спектрах изучаемых образцов, поскольку они освещаются сбалансированным световым пучком.
Спектрофотометрия показала, что суперчерное оперение отражает всего 0,05–0,31% света (то есть поглощает до 99,95% видимого спектра). А обычные черные перья (райской вороны, мелампитты, и те, что были взяты со спины чудесной райской птицы) отражают на один, а то и на два порядка больше: 3,2–4,7% излучения (рис. 2).
Эти значения говорят о том, что светопоглощательная способность суперчерных перьев райских птиц приближается к искусственным материалам с очень высокой степенью поглощения. Так, самый черный на сегодня материал - - поглощает 99,965% видимого света. Vantablack состоит из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, а поглощение происходит за счет того, что свет проникает внутрь материала, где происходит многократное отражение от стенок нанотрубок.
Помимо перьев райских птиц хорошо поглощают свет крылья некоторых бабочек. Поглощая до 98-99% видимого света, она также выглядят очень черными. Это связано с особой микроструктурой чешуек. (Напомним, что крылья бабочек покрыты маленькими чешуйками, налегающими одна на другую по принципу черепицы.) Суперчерные чешуйки самца бабочки Troides aeacus из семейства парусников (Papilionidae, рис. а) состоят из верхней антибликовой части и тонкой пленки под ней. Верхняя часть состоит из равномерно распределенных Λ-образных гребней. Гребни соединены между собой перемычками — жилками. В результате образуется решетка с продолговатыми отверстиями размерами около 490×380 нм (и диагональю около 620 нм, рис. с-e).
Поскольку длина волны видимого света попадает в диапазон 380-780 нм, размеры отверстий позволяют проникать в них большей части видимого света. Фотоны света «заходят» в отверстия и многократно отражаются от них. Свет с большей длиной волны отражается в основном от гребней, так как внутрь отверстий пройти не может. Многократное отражение приводит к поглощению света — так же, как и в случае Vantablack.
Чтобы разобраться с необычными особенностями черного оперения райских птиц, ученые использовали растровый электронный микроскоп. Как известно, перья птиц состоят из стержня, от которого отходят бородки первого порядка, от которых, в свою очередь, отходят бородки второго порядка (см. Стержень, бородки и крючки). Бородки первого и второго порядков располагаются более-менее в одной плоскости, формируя опахало пера.
Выяснилось, что суперчерные перья райских птиц имеют особое строение бородок второго порядка. Прежде всего, кончики бородок второго порядка расходятся на множество микровыростов, образующих бахрому (рис. 3). Есть и еще одна особенность: бородки второго порядка как бы приподняты над плоскостью, в которой находятся стержень пера и бородки первого порядка. В результате они формирую плотный (за счет микровыростов) слой, повернутый примерно на 30° в сторону кончика пера.
Слой крошечных нановыростов и ответственен за поглощение света. Дело в том, что сечение микровыростов меньше длины волны света. Это дает возможность свету проникать внутрь пера. Таким образом, часть попадающего на перо света поглощается, а часть проникает внутрь, но почти ничего не отражается наружу. Внутри пера фотоны света снова отражаются, и часть их опять поглощается. За счет большого количества микровыростов происходит многократное отражение, и каждый раз какая-то часть света поглощается. Это и приводит в результате к тому, чтобы перо поглощает большую часть света. В целом, принцип поглощения тот же, что у материала Vantablack.
Благодаря такой структуре пера в общем-то неважно, какую пигментную окраску оно имеет. Ведь фактически весь свет все равно поглощается. Исследователи подтвердили это оригинальным способом: покрыли перья золотой пылью. Обычное черное перо мелапитты (черный цвет которого обусловлен меланинами) после этой операции стало золотым. А вот с суперчерным пером ничего не произошло: оно как было черным, поглощающим большую часть видимого света, так и осталось (рис. 4).
Интересно, что у райских птиц, как и у бабочек, суперчерные участки часто соседствуют с пятнами очень ярких цветов, как бы оттеняя их. На основе этого наблюдения ученые предположили, что суперчерный цвет возник, чтобы подчеркивать яркие партии оперения. А те, в свою очередь, могут играть роль в брачном поведении. Пока, впрочем, это только гипотеза.
Комбинезоны и куртки, ботинки и сапожки, сумки и кошельки, палатки и рюкзаки, все это чудесным образом легко и просто застегивается, если есть застежка-молния .
(изображение принципа работы застежки-молнии скопировано со знаменитой Википедии )
А знаете ли вы, чтопервая застежка-молния была изобретена более ста лет назад и имела несколько другой принцип действия, чем сегодня?
Первая застежка-молния состояла из двух цепочек, с крючочками и дырочками, цепляющимися друг за друга при помощи подвижного ключа — язычка.
«Застежка для обуви» — так назвал свое изобретение американец Уайткомб Джадсон. Предназначалось изобретение для больного друга, который повредил спину, спасая во время пожара девочку. Ему было очень трудно зашнуровывать ботинки и он попросил друга-изобретателя придумать что-нибудь, облегчающее процесс обувания.
Так гласит легенда, а как было на самом деле мы не знаем, как не знаем и того, что подсказало изобретателю принцип работы застежки? Может строение птичьего пера?
Ведь птичье перо имеет соединения, очень похожие на соединения застежки-молнии. Вот только, к сожалению, разглядеть их можно только под микроскопом.
От стержня пера в обе стороны отходят бородки, образуя опахало пера. От бородок также в обе стороны отходят ответвления – бородочки. В устройстве этих бородочек таится главный секрет прочности птичьего оперения: часть бородочек имеет крючочки, которые цепляются за другие бородочки без крючочков, но с желобком на краю.
Таким образом, отдельные бородки прочно сцепляются друг с другом, образуя густую и прочную пластинку-сетку. Получается, что отдельные элементы птичьего пера прочно соединяются друг с другом, практически также как и части застежки-молнии.
В каждом пере, если рассматривать его под микроскопом, можно насчитать сотни тысяч бородочек и миллионы их ответвлений с крючочками.
И хотя, возможно у вас нет микроскопа, проведите со своим ребенком исследование птичьего пера.
Для этого вам потребуется контурное птичье перо (как на фото), его легко можно найти в парке или на птичьем дворе.
Проведите пальцами по опахалу. Чувствуете, что бородки достаточно крепко держаться друг за друга?
А теперь попробуйте оторвать отдельные бородки. Получилось? При этом пришлось затратить некоторое усилие, чтобы крючочки выскочили из желобков.
Теперь попробуйте восстановить соединение, для этого указательный палец расположите снизу, а большой сверху пера, и, сжимая пальцы, проведите ими вдоль разрыва бородок, как будто застегиваете застежку-молнию. Если перо не слишком потрепано, восстановить соединение удастся. А если не получается, значит, крючочки уже сломались, ведь они такие хрупкие.
Птицы восстанавливают соединение бородок, «застегивая» их с помощью клюва. Чтобы «застежка» работала исправно, птица тщательно ухаживает за своими перьями. О том, как они это делают, расскажу в другой раз.
А напоследок хочу отметить, что не всегда бородки перьев сцеплены между собой. Так, например, не имеют крючков бородки пуховых перьев или бородки в самой нижней части пера — это пуховая часть опахала, функция которой – удерживать у кожи слой воздуха.
Не имеют крючков бородки перьев отдельных птиц, например, страусов. Такие перья называются рассученными и отличаются особой мягкостью и красотой.
Теория эволюции учит, что птицы произошли от рептилий. Однако она не в состоянии объяснить колоссальную разницу между этими двумя классами живых существ. Птицы демонстрируют свойства, отличающиеся от рептилий: они имеют структуру скелета, состоящую из полых и чрезвычайно легких костей, имеют уникальную дыхательную систему и являются теплокровными созданиями. Еще одно уникальное различие, которое создает непреодолимую пропасть между птицами и рептилиями, - это перья.
Из эстетических качеств птиц перья являются самыми важными. Фраза «легок как перо» описывает совершенство сложной структуры пера.
Перья построены из протеинового вещества, называемого кератином. Кератин – это твердый и прочный материал, образующийся старыми клетками, которые мигрируют от питательных и кислородных источников в глубоких слоях кожи и умирают, чтобы уступить путь новым клеткам.
Дизайн перьев птицы настолько сложен, что эволюция просто не в состоянии объяснить его. Ученый Алан Федуччия говорит: «перья имеют почти магическую структурную сложность, обеспечивающую механическое и аэродинамическое совершенство, которое никогда не было достигнуто другими средствами». Федуччия признает, что «перья представляют собой идеальную адаптацию для полета», так как они легкие, сильные и аэродинамичные по форме, и имеют сложную систему бородок и крючочков.
Дизайн перьев заставил Дарвина задуматься. Более того, идеальные эстетические перья павлина оказывали на него удручающее воздействие (его собственные слова). В письме Аза Грэю от 3 Апреля 1860 он писал: «я хорошо помню время, когда мысль о глазе бросала меня в дрожь, но я преодолел эту фазу...» Потом он продолжил:
«... и теперь мелочные детали этой структуры заставляют меня ощущать дискомфорт. Вид перьев в хвосте павлина, каждый раз, когда я смотрю на него, удручает меня!»
Перья растут из полых цилиндричных структур кожи.
Как устроено перо?
Теория эволюции, утверждающая, что птицы развились от пресмыкающихся, никак не может объяснить огромные различия между этими двумя классами живых существ. Птицы своим скелетом, состоящим из полых и невесомых косточек, своей системой легких, своим теплокровным обменом веществ и прочими подобными особенностями очень сильно отличаются от пресмыкающихся. И еще одно свойство, создающее непреодолимую пропасть между птицами и пресмыкающимися, - это перья, свойственные только птицам.Перья, в основе которых лежит белок, созданы из вещества под названием кератин. Кератин - это крепкий и прочный материал, образующийся в результате гибели старых клеток, которые находятся в нижнем слое кожной ткани и погибают, удаляясь от источников питания и кислорода и освобождая место молодым клеткам.
Птичьи перья задуманы настолько сложно, что это невозможно объяснить с помощью эволюционного процесса. Известный орнитолог Алан Федуччиа замечает: "Все отличительные черты пера заключаются в том, что оно имеет аэродинамические свойства. Перья легки, обладают силой подъема и с легкостью принимают прежнюю форму". А на неудачи теории эволюции Федуччиа реагирует следующим образом: "Я не могу понять, как такой орган, который был изначально задуман и спланирован для полета, мог появиться первоначально для других целей".
Это устройство пера заставляло и Дарвина задуматься. По его собственным словам, необыкновенная красота перьев павлина создавала ему головную боль. В письме своему другу Аса Грею от 3 апреля 1869 года Дарвин пишет следующее:
"Я охладел к собственной теории, потому что все время думаю о глазках на павлиньих перьях. Со временем я смирился с этой проблемой. В настоящее время меня сильно беспокоят некоторые устройства в природе, существования которых мы раньше не замечали. Я, например, прихожу в смятение, когда вижу перо павлина.
ПЕРЬЯ И КРЮЧКИ
Если рассмотреть перо птицы под микроскопом, станет понятно, насколько необыкновенно оно задумано и исполнено. Посередине находится всем известная длинная и твердая трубка. А по обеим сторонам этой трубки расположены сотни маленьких перышек. Именно различная степень мягкости и многообразные размеры этих перышек лежат в основе аэродинамических свойств птицы. Однако, что самое интересное, на каждом из перышек находятся еще более маленькие и невидимые глазу ворсинки, именуемые пушком. На этом пушке находятся маленькие зацепки-крючки. Благодаря этим зацепкам каждая пушинка как бы связана друг с другом застежкой-молнией. Чтобы лучше исследовать это великолепное творение, рассмотрим журавлиное перо. В одном пере насчитывается 650 тоненьких перышек по обеим сторонам трубки, и на каждом из этих перышек беспорядочно расположено 600 пушинок. Все эти пушинки связаны друг с другом с помощью 390 крючочков. А крючки скреплены по обеим сторонам, как в молнии. Пушинки настолько плотно прижаты друг к другу этими крючками, что даже не пропускают воздух. Если крючки каким-либо образом отделятся друг от друга, то птице достаточно лишь встряхнуться или в худшем случае почистить перья клювом, чтобы вернуть их в прежнее состояние.
Кроме того, птицы, распушая перья, не дают снизиться температуре тела. В жаркую же погоду перья, плотно прижатые к телу, не пропускают жару.
