Полет птеродактиля
Бесхвостые птерозавры подотряда птеродактилей бывали размерами от воробья до гигантов более чем 12 метров в размахе крыльев. И если о способности к активному полету "малышей" никто особо не задумывался (просто проводя параллели с современными рукокрылыми), то гиганты озадачивали - современные птицы, обладая более совершенным механизмом для полета, при таких размерах просто не способны были бы подняться в воздух, ящеры же, имея относительно слабую мускулатуру плечевого пояса и тяжелое крыло-перепонку, судя по всему, большую часть жизни проводили в воздухе. Долгое время считали, что крупные птерозавры были способны лишь на пассивное парение в восходящих потоках, а стартовать могли, только бросаясь вниз головой с обрыва. Случайно же оказавшийся на ровной поверхности птеранодон средних размеров якобы был обречен из-за невозможности вновь подняться в воздух.
Современные расчеты показывают, что даже самые крупные птерозавры могли вполне активно летать, несмотря на то, что по размерам они напоминали современного жирафа. Эти двухсокилограммовые создания могли брать разбег со скоростью 15 метров в секунду - чтобы разогнать такую массу, птерозавры использовали все четыре конечности. Они неплохо прыгали, отталкиваясь преимущественно передними конечностями в момент разгона и взлета, им достаточно было менее одной секунды для отрыва от поверхности земли (без всякой необходимости бросаться в пропасть), чтобы отправиться в полет.
А вот летали они совсем не как птицы, хотя их, по аналогии, везде изображают очень похоже - с вытянутой вперед, как у гуся, головой. Как максимум, они могли сходным образом парить. А вот чтобы махать крыльями по птичьему способу, нужна развитая грудная мускулатура, крепящаяся к крупному килю-грудине, а эти образования у птерозавров были гораздо меньше, чем у птиц. Для активного полета птерозавры использовали другой способ.
Среди насекомых существуют такие, которые крыльями машут на порядок чаще, чем их нервные клетки физически могут послать сигнал на мышцы. Объясняется это эффектом резонанса - жесткая спинка некоторых жуков выполняет роль резонатора - если эти надкрылья убрать, он не сможет взлететь. Чтобы ощутить этот эффект, попробуйте взять длинную упругую рейку за середину и потрясти ею. Если опускать и поднимать руку в такт, то с очень небольшими затратами энергии можно добиться амплитуды взмахов частотой несколько герц - концы рейки становятся полупрозрачными. Если же сбиться с ритма, то сразу же ощутимо возрастает сопротивление планки движению руки.
Большое крыло тяжело разогнать, а потом еще тяжелей затормозить, чтобы двигать в обратную сторону, им нельзя с места махнуть на всю амплитуду, но постепенно разгоняя вверх-вниз, взмахи даже очень большими крыльями можно довести до очень большой частоты. Останется внести довольно слабый сигнал управления, слегка "тормозящий" или "разгоняющий" крылья в их резонансе. Этим элементом и были грудные и спинные мускулы птерозавров. Им достаточно было прикладывать усилие (рывок) с ходом несколько сантиметров один раз в несколько секунд, а крылья продолжали махать с частотой несколько герц и амплитудой в два метра. Весь фокус в специальных сухожилиях, соединявших кости верхних конечностей во время полета в единый жесткий резонатор.
Для полета вперед нужно только переднюю кромку крыла сделать более жесткой, чтобы во время взмаха крыло делало загребающие движения, и начнет создаваться подъемная сила и тяга. Что мы и имеем в случае с крылом птеродактиля - передний край образован костями конечности, а плоскость - прочной эластичной мембраной.
Однако если бы подобным способом полета попыталось воспользоваться существо с пропорциями птицы, то первый же взмах крыльев привел бы к тому, что тело сместилось бы в противоположную сторону. При увеличении силы взмахов тело будет отклоняться от своего первоначального положения настолько, что потеряет устойчивость и будет отброшено в сторону. При этом условия для обратного взмаха будут нарушены, и его произвести просто не удастся. Если же, чтобы компенсировать это нежелательное явление, увеличить массу тела, то окажется, что подъемной силы, создаваемой крыльями, не хватит для отрыва от земли.
Птерозавры решили эту проблему оригинальным способом. При виде скелета птеродактиля в первую очередь бросается в глаза громадная голова с толстой шеей на тщедушном теле - габариты туловища, головы и шеи примерно соответствуют. При такой компоновке центр тяжести находился в области шеи, и вся система приводилась в движение путем изгибания шеи в вертикальной плоскости - энергичными махами головой вверх-вниз (или, в случае вертикального расположения тела - вперед-назад). При этом голова играла роль противовеса, запасающего энергию, а на другом конце "качелей" находились крылья - голова раскачивалась, как маятник, крылья двигались взад-вперед все сильнее и сильнее. Масса головы уравновешивала массу воздуха, отбрасываемого крыльями, и чем она была больше, тем большее количество воздуха можно было отбросить за каждое качание. Объективно в пользу этой теории свидетельствует тот факт, что мозг птеродактилей был подвешен в воздушном мешке, амортизирующем тряску (чего не наблюдается у птиц) - при таком использовании головы мозг должен был подвергаться значительным перегрузкам.
Регулировка момента инерции головы (если проще - ее массы) производилась комбинацией двух способов - путем перекачки в голову крови из туловища (на отпечатках гребней гигантских птерозавров сохранились многочисленные следы кровеносных сосудов - там крепились кавернозные образования для кровяного балласта) и путем наклона головы - изменением длины плеча рычага, что объясняет длинную, вытянутую ее форму и наличие того же гребня.
Взлет птеродактиля мог быть и практически вертикальным, с места - разгонялись только крылья, в то время как птерозавр оставался на месте. Набрав высоту, он ложился на крыло - переходил в горизонтальное положение и продолжал полет в режиме планирования. При этом он мог, в случае необходимости, добавить скорости путем резких рывков головой с одновременными резкими взмахами крыльев вниз и медленным их подъемом. Однако в остальное время при горизонтальном полете тяжелая голова уже была не нужна, а наоборот, представляла помеху. Эта проблема решалась, опять таки, двумя способами. Во-первых, кровь из головы откачивалась в туловище, чем смещался центр тяжести. Во-вторых, голова могла принимать положение внизу под туловищем, аналогичное месту пилота классического дельтаплана. Этим легко достигалась оптимальная устойчивость полета и оперативность управления - всего лишь небольшим изменением положения головы изменялся поперечный наклон летной плоскости относительно горизонта, и, соответственно, осуществлялось руление. Правда, картина окружающего мира оказывалась перевернутой, и глаза нужно было направлять назад и вверх (т.е. вперед и вниз по ходу движения) относительно нормального положения головы. В этом случае глаза птерозавров были аналогичны глазам хамелеонов, которые могут обозревать практически всю сферу без поворота головы. Кроме того, такое положение головы решало проблему транспортировки в клюве различных предметов - добычи или стройматериалов. Ведь, в отличие от птиц, летающий ящер не мог переносить предметов ногами, не нарушая летных характеристик.
Для усиления торможения при посадке использовалась кость, отклоняющаяся вперед и натягивающая переднюю часть летательной мембраны. К тому же птерозавры могли менять форму крыльев во время полёта, отклоняя палец, к которому крепился конец перепонки, и регулировать кривизну поверхности крыла благодаря набору длинных мышечных волокон и сухожилий, составлявших каркас несущей мембраны. Отдел мозга птерозавра, контролирующий движения, в несколько раз больше относительно птичьего. Это говорит о том, что при более простой механике полет ящеров требовал более сложной системы управления.