19.07.2017

Летящая змея

Украшенные древесные змеи (род Chrysopelea), несмотря на название, привлекают внимание не столько внешним видом. Хотя многие из них действительно очень красивые. Гораздо более удивительная черта этих змей — способность к так называемому скользящему, или планирующему, полету (Gliding flight). На фотографии — райская украшенная змея (C. paradisi) перелетает от дерева к дереву. Хорошо видно, что при таком полете рептилия изгибается волной от головы к хвосту.

Вообще, сам факт планирующего полета у рептилий известен еще с первой половины прошлого столетия из нескольких визуальных наблюдений в дикой природе. Назвать это полетом в прямом смысле слова, как мы это понимаем в случае с птицами и летучими мышами, нельзя — ведь самостоятельно набирать высоту змея не может. Однако это не простое падение, а спланированное перемещение, и тому есть доказательства.

В 1970 году, еще задолго до открытия физиологической и поведенческой основы скользящего полета змей, были опубликованы результаты опытов, доказывающих, что рептилии способны влиять на траекторию своего падения. Змей и ящериц разных экологических специализаций сбрасывали с 41-метровой метеорологической вышки и фиксировали их скорость падения и место контакта с землей. Из рода Chrysopelea для «летных испытаний» выбрали обыкновенную украшенную змею (C. ornata). При нормальной для змей температуре воздуха они демонстрировали явное замедление скорости падения. При слишком низкой температуре змеи просто падали вниз. Кроме того, оказалось, что C. ornata способна менять траекторию движения в воздухе: точка приземления разогретой змеи находилась на значительном расстоянии от проекции точки запуска животного с башни. Исследователи также отметили необычное поведение змеи: она будто плавала в воздухе волнообразными движениями, как если бы находилась в привычной ситуации. Однако необъяснимым оставался тот факт, что водная змея Enhydris plumbea, которая демонстрирует такие же волнообразные движения при плавании, что и C. ornata в полете, никак не проявила себя в качестве летуна.

Этот феномен долго не давал покоя исследователям, однако досконально изучить аэродинамику украшенной змеи удалось не так давно. Если присмотреться к верхней фотографии, видно, что змея как будто расплющена: снизу видны не только щитки, которые она использует при передвижении по твердому субстрату, но и соседние ряды чешуй. В поперечном сечении такая форма тела выглядит как эллипс, разрезанный по длинной оси. Змея принимает такой облик только в полете. Ученые установили, что, стартуя с места, рептилия сплющивает тело в дорзовентральном направлении, поворачивая ребра вперед и подтягивая их вверх, к позвоночнику. Змея фактически удваивается в ширине. Интересно, что в процессе расправления ребер задействован тот же набор мышц, что управляет движениями капюшона кобры. Таким образом змея трансформируется в эффективную летательную поверхность, похожую на крыло аэроплана. Чтобы лучше понять аэродинамические свойства змей рода Chrysopelea, сейчас моделируют с использованием 3D-принтеров конфигурации тела этих рептилий, а также идет активная работа со скоростной фотосъемкой живых змей.

Конфигурация тела райской украшенной змеи во время скользящего полета

Начать полет змея может по-разному: упасть, нырнуть или прыгнуть. С точки зрения кинематики самый простой тип — это падение: змея просто разжимает хвост, обвитый вокруг ветки. Прыжок же, наоборот, представляется самым сложным типом поведения, однако эксперименты показали, что в 74% случаев украшенные древесные змеи для старта используют именно его. Вероятно, преимуществом является набор скорости полета для перемещения между деревьями. А первые два типа старта, по-видимому, нужны для побега от хищников, когда нужно мгновенно покинуть субстрат. Прыжок интересен тем, что имеет несколько стадий, благодаря которым получил название «прыжок по типу заякоренной J-образной петли». В начале движения змея образует петлю в форме латинской буквы «J», удерживаясь (заякориваясь) хвостом на субстрате, причем вентральная сторона тела обращена вбок. Когда животное поднимается вверх со дна петли, сама петля перемещается назад, а ее ориентация меняется с вертикальной на горизонтальную. К моменту, когда змея отталкивается, отпуская субстрат, и переходит в скользящий полет, ее тело уже максимально уплощено, а волнообразные движения в плоскости, параллельной земле, начинаются сразу за головой животного.

Но украшенные древесные змеи не просто способны к планирующему полету — они еще и могут изменять траекторию движения уже в воздухе, заметив непредвиденное препятствие. Чаще это поведение отмечалось для райской украшенной змеи, чем для других видов. Как она это делает, пока точно не выяснили. Есть две основные гипотезы. Первая состоит в том, что змея использует дифференцированное сокращение мышц, управляющих поворотом ребер, за счет чего локально изменяется конфигурация тела и, соответственно, поток воздуха в этой области. Проще говоря, она поворачивает ребра только с одной стороны тела. Вторая версия заключается в том, что змея инициирует крутящий момент инерционно, изменяя положение сегментов тела относительно друг друга.

Александра Нечаева

Источники:

1. elementy.ru