ПОЛЕТ КАЛЬМАРА
Наука и жизнь. 1982. №8. С.80-83.

Моряки неторопливого века парусных кораблей внимательно наблюдали за жизнью моря и многое о ней знали. Знали они, в частности, что некоторые кальмары могут, спасаясь от врагов, вылетать из воды и некоторое расстояние преодолевать по воздуху, иногда залетая на палубы судов. Один вид даже получил название «летающий кальмар» (Ommastrephes bartramii), другой — «птицекрылый кальмар» (Ornithoteuthis volatilis). Гигантские стальные суда отдалили человека от водной поверхности, опыт моряков прошлого был забыт. И когда Тур Хейердал и его спутники по экспедиции на плоту «Кон-Тики» увидели маленьких кальмаров, вылетающих из воды и плюхающихся на крышу их плавучего жилища, их удивлению не было границ. «Планирующий кальмар явился новостью для всех зоологов, с которыми я беседовал», — писал Хейердал.
Понаблюдав за летающими кальмарами, поговорив с рыбаками и полистав старые книги, зоологи поняли, что летающие кальмары — конечно чудо природы, но чудо довольно обычное. Теперь главы о летающих кальмарах имеются в любой популярной книге о головоногих моллюсках. Установлено, что летают молодые особи нескольких видов кальмаров, обитающих в приповерхностном слое моря, а у некоторых мелких видов способны к полету и взрослые. Известно, что кальмары могут пролетать 50 - 60 м, поднимаясь при этом на высоту до 5 - 6 м, но обычно летят над самой поверхностью воды, не выше метра.
Но каким способом они летают — это оставалось предметом дискуссии. То ли они, как дельфины или киты, разогнавшись в воде, просто выпрыгивают в воздух, то ли, как летучие рыбы, парят в воздухе с растопыренными плавниками, уподобляясь бумажному самолетику?
Еще в 1963 г. в журнале «Наука и жизнь» (№11) была напечатана заметка Ю.Сафронова «Кальмары — спринтеры моря». В ней автор пытался рассчитать, до какой скорости должен разогнаться в воде кальмар, чтобы залететь на палубу судна. Предположив, что кальмар с диаметром туловища 10 см вылетает из воды под наиболее выгодным для подъема углом 45° и достигает высоты 10 м, автор заметки получил скорость 20 м/с, или 72 км/ч. Если это так, следовательно, кальмары способны запросто обогнать эсминец, и, чтобы ловить их, нужны по меньшей мере торпедные катера! Однако наблюдения рыбаков и эксперименты в аквариумах говорят о гораздо меньшей скорости их плавания: при «броске» она составляет 1,8 - 2,2 м/с, или около 7 км/ч. Причина расхождения данных — именно в разных представлениях о механизме полета кальмаров. Сафронов исходил из предположения, что кальмар летит, подобно камню. Но Хейердал видел — и многочисленные наблюдения других очевидцев это подтверждают, — что кальмары летят с расправленными плавниками.
«Они, как и летучие рыбы, совершают над волнами планирующий полет, пока не кончится запас набранной скорости», — пишет Хейердал. Об этом же способе движения говорит и отношение максимальной дальности к высоте полета – не менее 10. Если кальмар выпрыгивает из воды вертикально вверх, он поднимается над поверхностью всего на метр-полтора (наблюдения Г. В. Зуева). На палубу судов попадают кальмары, летящие горизонтально. Но если кальмар летит, планируя, то ему нет нужды разгоняться до скорости эсминца, чтобы подняться до уровня палубы: каждый, кому приходилось наклоняться над водой с наветренного борта лежащего в дрейфе судна, знает, какой сильный ветер дует в лицо снизу вверх.
Увы! Аэродинамика кальмара куда менее совершенна, чем у авиамодели или летучей рыбы. Плавник кальмара расположен в задней части тела, и его длина, как правило, не превышает половины туловища, составляя одну треть или одну четверть общей длины тела животного. Надо учесть, что кальмары летают хвостом вперед, так как разгоняются реактивным способом, выбрасывая воду из мантийной полости через специальную воронку, расположенную под головой и открывающуюся в сторону головы. При медленном плавании моллюск способен повернуть воронку таким образом, чтобы плыть головой вперед, но быстрое плавание и полет возможны только в «неправильном» положении — головой назад.
Поддерживающая аэродинамическая сила приложена к центру площади плавника, т. е. к точке, отстоящей от хвоста на расстояние одной пятой — одной восьмой длины тела. А центр тяжести кальмара находится приблизительно в середине туловища. При полете с расправленным плавником создается пара сил, стремящаяся развернуть кальмара в вертикальной плоскости. Он «задирает нос» (т. е. хвост), теряет устойчивость и должен плюхнуться в воду головой вперед, пролетев лишь малую долю возможной дистанции. Аэродинамически кальмару было бы выгоднее лететь с нерасправленным плавником!
В 1964 г. американскому ученому Д. Гилберту впервые удалось снять полет кальмара на кинопленку. Это было у берегов Чили, в окрестностях Вальпараисо, где в изобилии водятся перуано-чилийские гигантские кальмары дозидикусы (Dosidicus gigas). Съемку производили с лодки, так что моллюски выглядели в профиль, словно темные торпедовидные силуэты. Расправленных плавников видно не было. Гилберт не смог по снятым кинокадрам установить истинный размер кальмаров, но принял, что длина их туловища 120см. При этом выходило, что дальность полета — 1,7 м, высота полета — 30 см, скорость при вылете — 1,75 м/с, при падении в воду — 7 м/с. Но 120 см – это максимальная известная длина туловища дозидикуса. Обычный же размер не превышает 50 см, и если принять это число, получится, то скорость кальмаров при вылете из воды немногим более 1 м/с, а дальность — лишь 70 см. При столь коротком полете расправленные плавники действительно не нужны. Но ведь полеты кальмаров на десятки метров и залеты на палубы наблюдались неоднократно!
Решение загадки оказалось совершенно неожиданным. В 1981 г. в японском журнале «Асахи Гурафу» (№3016) опубликован замечательный снимок фотографа-анималиста Мицуаки Ивааи (в том же году этот снимок был воспроизведен с прорисовками и комментариями специалиста по полету и плаванию животных Акира Адзума в научно-популярном журнале «Кагаку Асахи», №10). Фотография сделана в Индийском океане, на ней изображена стайка из десятка кальмаров одного размера, летящих низко над водой в одном направлении - от зрителя. Они сняты с высокой точки, очевидно с палубы крупного судна. По словам фотографа, кальмары пролетели над водой несколько десятков метров. Они не были пойманы и измерены, но по характерному и довольно закономерно меняющемуся с возрастом соотношению длины и ширины мантии и плавника нетрудно определить, что это молодь или мелкие самцы Sthenoteuthis oualaniensis - индотихоокеанского тропического, или уаланского, кальмара (Уалан — атолл из цепи Каролинских о-вов, вблизи которого этот кальмар впервые попал в руки зоологов). Длина мантии около 10 см, общая длина тела с руками — около 15 см.
Взрослый уаланский кальмар (его еще называют пурпурным) некрупный, длина мантии обычно не более 30-35 см, вес — до 1 кг. Он распространен по всей тропической Индо-Пацифике — от Красного моря до Панамского залива и от Южной Японии до Северной Австралии; местами очень многочислен, а на островах Тайвань и Рюкю добывается в промысловых количествах. Полеты этих кальмаров, в особенности молодых, наблюдались неоднократно.
На снимке, сделанном Ивааи, видно, что плавники максимально расправлены, их ширина в 2,5 раза больше длины, кончики плавника слегка загнуты вверх под напором воздуха. Но самое удивительное — это руки кальмаров. Самые верхние — первая (спинная) пара — вытянуты и тесно сложены. Немного отстоят от них руки четвертой (брюшной) пары и щупальца, а руки второй и в особенности третьей пары выгнуты дугой, их середины максимально оттопырены от оси тела, и между ними явственно видна тонкая перепонка.
Эта перепонка давно не давала покоя зоологам, изучающим кальмаров. Она называется защитной мембраной, и считается, что ее функция — защищать присоски рук от повреждения током воды при быстром плавании. На каждой руке, на ее спинной и брюшной стороне, по две защитные мембраны. Это тонкая кожица, растянутая на мышечных подпорках-перекладинах, которые отходят от боковой стороны руки между каждыми двумя присосками внутрь конуса рук. Обычно ширина мембраны примерно равна высоте присосок над поверхностью руки, так что обе мембраны как раз прикрывают присоски. Но у отдельных видов кальмаров защитные мембраны на некоторых руках шире обычного. Особенно широки они у трех видов, обитающих преимущественно в верхних слоях воды открытого океана, вдали от берегов: у Ommastrephes bartratmii, того, что назвали летающим кальмаром, у Sthenoteuthis pteropus, которого из-за этих широких мембран называют крылоруким кальмаром, и у Sthenoteuthis oualaniensis — уже знакомого нам уаланского кальмара, ближайшего родственника обитающего в Атлантике крылорукого. Наиболее развиты у них брюшные защитные мембраны боковых пар рук, второй и третьей. Улетающего кальмара они так широки, что мышечные подпорки едва достигают середины мембраны, а у взрослых самок этого вида брюшные защитные мембраны третьей пары рук вытянуты в огромную треугольную лопасть. У крылорукого и уаланского кальмаров они развиты слабее, но даже в сократившемся виде не уступают тол щи не руки в самом широком месте.
Почему именно у этих трех видов мембраны развиты столь сильно, зоологи могли лишь строить предположения. Одно из них таково: эти кальмары частенько встречаются в очень бедных пищей центральных частях океанов, где шансы наловить достаточное количество обычной кальмарьей пищи — мелких рыбок и кальмаров — невелики. Поэтому им надо пополнять свой рацион планктонными рачкам. Но те малы по размерам, и их трудно схватить присосками. Нужно что-то вроде сетки или корзинки, чтобы не упустить пойманную добычу. Роль такой корзинки и играют широкие защитные мембраны. Может быть, это и так, но уж о чем и подумать никто не мог, так это о том, что мембраны помогают кальмарам летать. А именно это отчетливо видно на прекрасной фотографии Ивааи: кальмар, вылетая из воды, не только расправляет плавник, но одновременно изгибает дугой боковые руки и сокращает мембрану, так что она натягивается и почти закрывает пространство между растопыренными руками. Получается своеобразный пленчатый «головной плавник». По Расчетам Адзума, основанным на измерении прорисовок сфотографированных кальмаров, площадь этого «крыла» в 1,67 раза превышает площадь хвостового плавника. Таким образом, аэродинамическая поддерживающая сила Называется приложенной и к головной, и к хвостовой части тела кальмара, и полет получается устойчивым.
Теперь мы можем представить себе, как летают кальмары. Стайка испуганных хищником молодых кальмаров, обитающих близ поверхности воды, с места набирает максимальную скорость. Их руки плотно сложены конусом, щупальца вытянуты, плавник обернут вокруг хвостового конца мантии и плотно прижат к телу – кальмар движется реактивным способом, сопротивление трения снижено до минимума. Разогнавшись косо вверх, моллюски вылетают из воды. В этот момент они максимально расправляют плавники, растопыривают и изгибают руки, растягивая на них перепонку и внезапно превращаясь из «брошенного камня» в «бумажный самолетик». Скорость при этом, естественно, резко возрастает (ведь воздух несравненно менее плотен, чем вода) и достигает 9 - 12, может быть, даже 15 м/с, что сравнимо со скоростью полета летучих рыб. Но аэродинамика кальмара, конечно, хуже, чем у летучей рыбы, к тому же он не может маневрировать в воздухе, «ловя ветер», и дополнительно разгоняться в полете, опустив в воду самый кончик удлиненной нижней лопасти хвостового плавника, как это делают летучие рыбы. Поэтому дальность полета кальмаров куда меньше, чем у летучих рыб. Но она вполне достаточна, чтобы дезориентировать хищника и спастись. Потеряв скорость, кальмар складывает плавник и руки, «клюет носом», входит в воду и продолжает плыть реактивным способом.
Но плот «Кон-Тики» атаковали не эти кальмары, а крючьеносные (Onychoteuthis banksii), точнее, их молодь — тоже прославленные летуны. А у них перепонки на руках почти не развиты. Как же они сохраняют устойчивость в полете? Скорее всего они используют треугольные плавательные кили, «ручные плавнички», расположенные на наружных, а не на внутренних сторонах брюшно-боковых рук. Они есть у всех быстроплавающих кальмаров, а у крючьеносных развиты очень хорошо. При плавании в воде они выполняют функцию стабилизаторов, как хвостовое оперение зенитных ракет. Возможно, они помогают и при полете, особенно в сочетании с гораздо более крупным, чем у индотихоокеанского тропического кальмара, хвостовым плавником. Если это так, то крючьеносный кальмар в полете должен не растопыривать руки, а напротив, плотно складывать их.
А с какой скоростью вообще могут плавать кальмары в море? Во многих статьях и книгах, особенно популярных, можно прочесть, что кальмары — одни из самых «быстроходных» обитателей океана, их называют «живыми ракетами», «спринтерами моря». Приводимые в разных книгах цифры производят сильное впечатление: 30 - 40, 40 - 55, 72 и даже до 90 км/ч. Получается, что в такой плотной среде, как вода, кальмар способен буквально бежать быстрее зайца или лани (максимальная скорость зайца-русака 55 - 70, газелей 68 - 80 км/ч), что кальмары могут обгонять акул и тунцов! Эти цифры, однако, получены не из прямых наблюдений, а из расчетов, основанных часто на очень произвольных допущениях, в частности на формулах, описывающих движение ракеты. Скорость кальмара определяли, исходя из максимальной скорости реактивной струи воды, вырывающейся из «сопла»-воронки, и давления внутри «камеры сгорания» — мантийной полости. При этом не учитывалось, что стенки мантии эластичны и давление внутри мантийной полости, достигнув максимума в момент резкого сокращения мышц, быстро спадает. Стало быть, средняя скорость выброса воды через воронку много меньше максимальной. Избыточное давление внутри мантийной полости тоже, видимо, намного ниже, чем принято в моделях.
Еще в начале 1970-х годов группа сотрудников Манчестерского университета в которую входили биолог и гидромеханики, разработала новую модель пульсирующего реактивного движения кальмара. В этой модели кальмар уподобляется резиновой груше, которую движет в воде реактивная сила. Согласно расчетам, кальмар Loligo vulgaris средних размеров (вес 350 г, длина 35 - 37 см), даже в предположении, что у сопла-воронки не происходит никаких потерь энергии, может развить максимальную мгновенную скорость не более 2,06 м/с, т.е. 7,4 км/ч. Мгновенная, или начальная, скорость характеризует движение кальмара после единичного импульса — выброса воды. Такой результат может показаться сильно заниженным, особенно если учесть, что сопротивление идеально гладкого обтекаемого тела кальмара куда меньше, чем сопротивление шара. Однако экспериментальные данные хорошо совпадают с расчетными. Работавший в Италии английский зоолог Э. Паккард фотографировал Loligo vulgaris в аквариуме со стробоскопической вспышкой и получил следующие данные: кальмар длиной 20 см (вес 100 г), прыжок хвостом вперед с места — 208 см/с; длиной 32 см, плавание головой вперед, с места — 176 см/с; длиной 28 см, плавание головой вперед с хода — 210 см/с. Максимальная скорость кальмаров, которых он наблюдал, — 220 см/с, или 7,9 км/ч.
Такие же результаты были получены для кальмаров Loligo pealei длиной 25 см, спасавшихся от рыб, — 2 м/с. Автору приходилось наблюдать в Центральной Атлантике стремительных крылоруких кальмаров Sthenoteuthis pteropus, которые хватали блесну на малом ходу судна — около 4 узлов, или 7,4 км/ч; на большей скорости судна кальмары его догнать не могли (а ведь они плавают гораздо быстрее, чем Loligo). To же самое наблюдал Зуев. Правда, Ч. М. Нигматуллин видел мигрирующие (не кормящиеся) стаи крылоруких кальмаров с длиной мантии 25 - 35 см, которые в течение 2 - 5 мин разгонялись до скорости 5 - 10 м/с, или 20 - 35 км/ч, но это, похоже, предел. Устойчивая максимальная скорость движения кальмаров вряд ли существенно превышает 7 - 8 км/ч. Иными словами, кальмар плывет не со скоростью бегущего зайца, а всего лишь со скоростью очень быстро идущего человека.

---

КАЛЬМАРЫ
Неоконченные поиски гигантского кальмара
Гигантский кальмар номер два
Гигантский кальмар в Охотском море
Глубоководный кальмар расставляет сеть
Что за кальмары в магазине?
Кальмар на Северном полюсе
Ватасения — кальмар-светлячок
Жестокая любовь кальмаров
Хореография брачного танца кальмаров
Симбиотические бактерии в половой системе кальмаров и каракатиц
Как декапода встретилась с декаподой
Полет кальмара
Кальмары и кадиллаки
Видят ли кальмары тепло?
Выгодно ли кальмарам быть глухими?
Венерическое заболевание у кальмаров?
Кальмары и химическое оружие
Кальмары — для фармакологии
Как растут пластиковые кальмары

КАРАКАТИЦЫ
Портрет каракатицы в поляризованном свете
Мужчины выясняют отношения (на примере каракатиц)
Подкрасться, переодевшись женщиной
Каракатицы ловят добычу в воздухе
Посмертные странствования раковин каракатиц
Кто к нам приплыл? Карликовая каракатица

ОСЬМИНОГИ
Знакомьтесь: гигантский осьминог!
Самый большой осьминог Антарктики
Ядовитый осьминог-красавец
Осьминог как личность
Осьминог, подражающий всем
Глубоководные осьминоги: тесные контакты странного рода
Осьминоги способны размножаться неоднократно
Сколько можно сидеть на яйцах?
Кто любит пиво, а осьминог — бутылку из-под пива
Осьминоги обучаются «вприглядку»
Конец одного чудовища
Гигантский глубоководный осьминог
Глубоководные осьминоги из иллюминатора подводного аппарата
Осьминог с Северного полюса
Глубоководный осьминог светит присосками
Светящаяся губная помада и глаза — подзорные трубы
Маленькие ужасные осьминоги: в молодости стрекаются, позже обманывают
Осьминог с плавательным пузырем
Аргонавты — хрупкие и удивительные

НАУТИЛУС
Наутилус в аквариуме
Непоседливые наутилусы
Раковинные головоногие, рыбы и кислород

АММОНИТЫ
Что случилось с аммонитами?
Аммониты заглатывали сами себя?

РЯДОМ С КИРОМ НЕСИСОМ
Человек Высокий