Александр Гордон - Диалоги (июль 2003 г.)
В.Б. Там ещё, конечно, повышенная поглотительная способность эритроцитов и плазмы крови и так далее…
А.С. А дальше вступает в действие то, о чём Всеволод Михайлович только что сказал – огромный эритроцитный резерв, резерв кислорода, который может храниться в самом гемоглобине крови, в миоглобине мышц и плюс ещё экономное его расходование. То есть, в первую очередь – жизненно важные органы, во вторую очередь – всё остальное, что может подождать. И вот так, что называется «с миру по нитке» сэкономили здесь, рационально обошлись с воздухом или с кислородом на этом этапе. Этап за этапом – вот и получается, что мы чувствуем удушье через минуту, наверное, после того как задерживаем дыхание. Дельфины могут уходить на глубину на десятки минут. Они ходят до 500 метров вглубь и там пасутся. Это какое время нужно, чтобы догрести туда, там найти пищу, тоже его там не ждёт накрытый стол, это ж тоже надо потрудиться, расходовать энергию на активные движения и подняться обратно. Это такой вот дельфинчик.
А.Г. Ну, а тут возникает вопрос уже не о кислороде, а об азоте. Это ж надо нырнуть на 500 метров, а потом подняться на поверхность.
А.С. А в этом-то вся прелесть. Когда водолаз опускается на глубину, его снабжают воздухом в изобилии из баллона или от компрессора по шлангу, вместе с кислородом, который он использует для дыхания, он получает неограниченное количество азота.
В.Б. А там не важно – азот или гелий, это совершенно безразлично, какой наполнитель идёт. Он всё равно получает больше, чем надо.
А.С. Будем говорить о простейшем случае, о дыхании воздухом, значит, азот. Следствие то, которое мы, наверное, все знаем – это опасность декомпрессионной болезни. Если давление сразу сбросить, растворённый в крови азот вскипает и – самые трагические последствия. Но дельфин-то ныряет с небольшим запасом воздуха, только с тем однократным запасом воздуха, которым он наполнил свои лёгкие. Этот азот, он тоже, как и кислород, естественно, практически полностью растворяется в крови. Но этого объёма просто недостаточно для того, чтобы даже при резком сбросе давления произошло вскипание крови. То есть, он может спокойно стрелой на поверхность вылететь, ему это совершенно ничем не грозит.
А.Г. Но всё равно ведь разница в давлении существует колоссальная – между внутренним давлением дельфина и внешним, на глубине 500 метров.
В.Б. Нет, давление во всех тканях проникающее. Поэтому адмиралы не верили: «Как же это кашалот может у вас нырять на полтора километра, батенька? Нашу лодку на 400 метрах раздавливает». Объясняешь, что давление проникающее. Ткани тела кита – на 95% вода, а если есть полости, то там существуют механизмы для выравнивания давления.
А.С. Эластичные ткани полностью передают давление.
В.Б. Вода передаёт, она не сжимается, везде давление одинаковое.
А.С. Воздух выжимается практически…
В.Б. Есть места, где мощная кость. Как быть? Создаётся кровеносное сплетение сосудов, которые заполняют эту полость. Давление в сосудах везде повышается, сплетение раздувается и заполняет всю полость, чтобы не было баротравмы. Точно так же такие же сосудистые сплетения есть в костях, где надо. Везде всё есть, и всё под компрессией находится. Давление передаётся, это сообщающиеся сосуды, давление везде одинаковое.
А.Г. Феноменальное устройство. Скорость, с которой плавают дельфины. Там тоже всё, по-моему, не очень подчиняется физическим, биологическим законам, насколько я понял.
А.С. Наверное, всё-таки подчиняются. Только если эти законы грамотно используются. Тогда и возник этот знаменитый парадокс Грея, который в течение многих лет обсуждался – то ли он вообще существует, то ли он не существует. В принципе, где мог лежать ключ к решению этого парадокса, было ясно с самого начала. Нужно каким-то способом организовать обтекание тела дельфина водой так, чтобы оно было не вихревым, как обычно происходит, когда большое достаточно тело обтекается с достаточно большой скоростью. Мы это называем ламинарным, когда струи потока плавненько, не завихряясь, обтекает тело. Тогда сопротивление резко падает и нужно не слишком много энергии для того, чтобы оно двигалось. Но дело в том, что подсчитывать этот энергетический баланс – это, в общем, дело такое мутное, скользкое. Сколько на самом деле энергии тратится в данный момент, сколько её запасается, сколько берётся из запасников. Поэтому долгое время это всё было неясно, и потом вообще решили бросить, решили, что вообще никакого парадокса Грея нет, что всё это ерунда. Но наш со Всеволодом Михайловичем добрый знакомый, зовут его профессор Романенко, подошёл к этому делу немножко по-другому. Он не подсчитывал, сколько дельфин съел и сколько кислорода проглотил, чтобы таким образом его энергию подсчитать. Просто он снимал с помощью камеры кинематику движения животного, а зная кинематику движителя хвостового плавника, по известной формуле можно подсчитать, какая энергия тратится, какая энергия этим движителем переводится в механическое движение, какое тяговое усилие и так далее.
Очевидно, каким-то способом дельфин умудряется снижать эти завихрения на своём теле. Каким способом, вот тут существуют разные идеи. И, скорее всего, несколько механизмов тут работает. Это может быть и упругость кожи, которая в зародыше давит зарождающиеся на поверхности вихри, и таким образом завихрение, конечно, возникает, но позже, при большей скорости и на более дальней точке тела. Это может быть особенность работы самого хвостового плавника, который отталкивает воду назад, но в то же время отсасывает воду спереди, создавая перепад давления и таким образом отсасывая эти вихри и тоже увеличивая ту часть тела, которая обтекается ещё до того, как появились завихрения. То есть, хотя дельфины могут двигаться с достаточно высокой скоростью, порядка 50 километров в час, для воды это очень высокая скорость, но, конечно, не очень долгое время, или оседлывая волны, создаваемые кораблями.
В.Б. Это совершенно разные вещи – оседлывание волны или самостоятельное плавание.
А.С. Об этом я и говорил, что, конечно, такие рекорды есть, но это немножко другое, это не имеет отношения уже к вопросу об экономии энергии, но в целом иногда получаются достаточно рекордные результаты.
А.Г. Есть ещё один физиологический феномен, насколько я понял, это зрение дельфина. Он одинаково хорошо видит и в воздушной, и в водяной среде. Как это достигается, какими механизмами?
А.С. Это целая детективная история. Действительно, любой пловец знает, что если он ныряет под воду, если не надета специальная маска, то сразу всё становится нечётким, нерезким, не сфокусированным. И совершенно понятно почему. Основную, так сказать, функцию фокусирующей линзы в нашем глазу играет выпуклая сферическая поверхность роговицы глаза. А в воде, когда перед роговицей оказывается не воздух, а вода, эта линза перестаёт работать. У дельфина всё наоборот. У него под водой роговица не работает, как линза, так же как и у нас. Потому что оптические свойства ткани за роговицей практически такие же, как оптические свойства воды перед ней. Значит, этой границы как бы не существует. Но зато у него есть очень мощный круглый, практически как шарик, хрусталик, который обеспечивает под водой нормальное зрение. Но тогда он должен был – по всем прикидкам, по всем расчётам – быть катастрофически близоруким на воздухе. Потому что, как только он поднимает голову над водой, появляется эта сферическая поверхность, дополнительная линза, и она создаёт рефракцию примерно ещё в 25 диоптрий. То есть, он должен быть близорук на 25 диоптрий. Что такое близорукость на 25 диоптрий объяснять не надо любому, кто носит очки.
Для того чтобы глаз одинаково работал и под водой, и на воздухе, поверхность должна быть плоской. Вот как у фотоаппарата для подводной съёмки. У него не выпуклая линза передняя, а обязательное плоское стёклышко. Пловец, который ныряет под воду, надевает маску с плоским стеклом, тогда граница раздела между водой и воздухом всегда плоская и это не создаёт дополнительного преломления, не меняет оптики глаза. Но дело-то в том, что роговица глаза не может быть плоской, не имеет права быть плоской. Потому что форма глаза поддерживается внутри избыточным глазным давлением. Глаз не имеет внутри скелета, который бы поддерживал форму. Форму надо поддерживать строго, иначе фокусировка нарушится.
Значит, механизм воздушного шарика. Глаз наш слегка поддут избыточным давлением. И этим его форма строго выдерживается. Но раз он поддут, значит, эластичная роговица не может быть плоской. Она обязательно прогибается, она обязательно сферическая. Как обеспечить плоскую поверхность, которая всё-таки нужна для того, чтобы глаз видел одинаково и в воде, и в воздухе? Для этого пришлось весь глаз переконструировать полностью. Начиная от оптики и кончая световоспринимающей оболочкой сетчатки. Штука в том, что ведь самое важное – это обеспечивать фокусировку не на всей сетчатке, а на той её части (она относительно небольшая), которая обладает наибольшей разрешающей способностью. У нас с вами это, в общем, достаточно небольшая часть сетчатки, небольшой участочек поля зрения. Если вы сосредоточите взор на моём правом ухе, то левое ухо уже будет видно неотчётливо, потому что его изображение уже не попадает на эту центральную ямку. И оказалось, что у дельфина эта область высокого разрешения, где, собственно, и обеспечивается острое зрение, во-первых, не одна, как у всех нормальных зверей, а две. Эти две области разъехались на края сетчатки. Для чего всё это нужно? Вся сетчатка имеет форму почти неправильной полусферы. В центре этой полусферы – хрусталик, практически сферический. И свет падает на эти боковые части сетчатки через центр хрусталика. Не через центр роговицы, а через её края. А края роговицы пришиты к плотной белковой оболочке и имеют кривизну намного меньшую, чем центр. Это показано было Белом Долсаном прямыми измерениями. И плюс к этому ещё зрачок у него, соответственно, оказался реконструируемым. То есть, вместо одного отверстия у него при ярком освещении зрачок перекрывается таким образом, что распадается на два отверстия, которые через две крайние точки роговицы наперекрёст пропускают свет к двум противолежащим точкам высокого разрешения.
