Буры и сверла

Намного раньше того, как первобытный человек использовал осколок кремня или нефрита для того, чтобы продырявливать дерево, более мягкие камни или рога оленя, из которых он изготавливал орудия для домашнего хозяйства и охоты, некоторые виды растений и животных использовали куда более изобретательные буры, долота и клинья.

Буры и сверла

Может возникнуть вопрос: какая связь может быть между живыми бурами и, например, знаменитым храмом Сераписа, построенным римлянами в Пуццоли, на берегу Неаполитанского залива? Этот храм послужил доказательством эпейрогенетических движений - очень медленных, но непрекращающихся подъемов и опусканий земной коры. От этого величественного сооружения сохранились лишь три белых мраморных колонны высотой 13 м, продырявленных на высоте между 2,7 и 6,3 м от земли. Этот участок привлек внимание ученых, которые благодаря ему сумели точно установить, что же произошло с этим храмом. Вне всякого сомнения, он был построен над водой. Но в результате постепенного опускания берега в IV в. храм погрузился в воду до верхней границы продырявленного участка, проходящей на высоте 6,3 м. Приблизительно через тысячу лет, точнее в 1538 г., документы того времени говорят о повторном появлении храма. Причиной тому была новое движение земной коры, на этот раз поднятие, которое извлекло из глубин остатки римского сооружения. К интересу геологов к этому несомненному доказательству медленных движений прибавился интерес зоологов, которые заинтересовались: кто был автором этих "отметок уровня"? И велико было их удивление, когда в глубине просверленных в камне отверстий они обнаружили остатки раковин. Речь идет о фолладах или сверлящих моллюсках (Pholas), остатки которых, выброшенные волнами на пляж, встречаются и на берегу Черного моря. Моллюск, с виду напоминающий небольшой пузырек, выталкивает наружу между створками раковины длинный сифон. Напрасно мы будем стараться вырвать его из укрытия. Вход остается очень узким. Вначале моллюск проделал отверстие по размерам своего тела, а затем вырос и остался пленником своего собственного обиталища. Фоллады совершают свою работу в полном тишине. Какое-то время считали, что они выделяют своего рода кислоту (точно так же, как думали и о корнях ели, просверливающих выступы скал) наподобие азотной кислоты, с помощью которой наносят инкрустацию на металл. Но это предположение не подтвердилось, поскольку как фоллады, так и хвойные деревья живут и на кремнистых породах, которые не поддаются воздействию подобных веществ.

Чтобы объяснить, каким образом действуют эти моллюски, ученые вынуждены были мысленно обратиться к труду камнерезов и каменотесов. У фоллад бросаются в глаза острые зубчики на раковине. Для того чтобы дышать и питаться, моллюск убирает сифон и ритмично сжимает и разжимает створки раковины, создавая таким образом слабый ток воды. Поскольку отверстие узкое, зубчатые стороны раковин трутся о камень. После тысяч и тысяч подобных движений камень поддается.

Это объяснение действительно для фоллад. Но как поступают другие сверлящие моллюски - Saxicava, Lithodomus, Petricola, раковина которых чаще всего абсолютно гладкая и которые все же, не достигая результатов фоллад, устраивают себе прибежище в камне? Тайна была выяснена. Все моллюски имеют ножку, мускулистый орган, который помогает им прикрепиться к чему-нибудь. Трудно поверить, что эта ножка, которая действует у сверлящих моллюсков наподобие долотца с круглым окончанием у каменотеса или скульптора, обладает огромной силой. В отличие от моллюсков, обитающих на песке, у моллюсков, обитающих на камне, мускулистая ножка покрыта очень мелкими кристаллами кремния, которые увеличивают ее прочность и в то же время служат в качестве наждачной бумаги. Впрочем, и у фоллад ножки наряду с зубчиками раковины играют аналогичную роль при сверлении.

Теперь легко себе представить, как работают фоллады. Они находят небольшую выемку в камне. Ножка закрепляется и ударами и трением начинает углублять отверстие. Затем посредством непрерывного движения покрытых зубчиками створок отверстие постепенно расширяется. Чрезвычайно остроумными являются растительные сверла, являющиеся моделью для сверл в технике, приводимых в действие силой воды. Оригинальный прием для обеспечения потомства, который связан с характерным способом рассеивания семян, используют два вида растений. Ковыль (Stipa) является злаком, хорошо известным благодаря его шелковистым "перьям" длиной 10-15 см, которые нередко стоят в вазах для украшения. Очарованные красотой, мы иногда забываем изучить плод в его целостности и проследить перипетии его прорастания. Верхний конец семени ковыля продолжается длинной колючкой, оканчивающейся красивым пером и имеющей в нижней части очень острый придаток в форме крючка. Когда выпадает ночная роса, колючка, обладающая очень высокой гигроскопичностью, сгибается в нижней голой части, образуя два изгиба и приводя перо почти в горизонтальное положение. Когда снова становится тепло, стремясь возвратиться в первоначальное положение, колючка придает вращательное движение перу, которое остается неподвижным, в мельчайшем выступе почвы или зацепившись за соседнюю соломинку. Когда в следующую ночь движения оси повторяются, перо не перемещается, а передает вращательное движение семени, которое ввинчивается в почву, прочно закрепляясь в ней покрывающими его поверхность ворсинками. Когда ткани оси сожмутся от высыхания, семя уже закрепится и в следующую ночь еще больше углубится в почву. В течение нескольких дней семя уже будет надежно укрыто.

Вариант этого простого и практичного механизма мы встречаем у травянистого растения (Erodium circutarium). Его продолговатый плод после высыхания очень напоминает клюв аиста или журавля. Пять составляющих плод полосок отделяются, отскакивая от оси плода, и разбрасывают семена на расстояние нескольких шагов. Каждая полоска представляет собой небольшое сверло г состоящее из гигроскопической спирали, загнутой наподобие косы на одном конце, и несущее на втором конце острое ворсистое семя. Загнутый конец упирается в комок земли, прикрепляя семя. Вечером после выпадения росы, зернышко набухает, а спирали, растягиваясь, с силой заталкивают семя в почву. Днем, когда солнце высушит спирали, они сжимаются, но не могут выдернуть семя, которое хорошо закрепилось в почве с помощью направленных вверх ворсинок. Через некоторое время семя проникает достаточно глубоко в землю, чтобы защититься от превратностей засухи и ветра.

Одной из проблем, которая до сих пор решается строителями примитивно, является проходка обыкновенной траншеи с кабелями, трубами или с подземными сетями или прокладка трубопровода под зданием, дорогами или асфальтированными тротуарами. Для подобных работ нет соответствующих машин, а дополнительные операции (заделка мостовой, восстановление асфальтового покрытия, уборка грунта) задерживают и удорожают стоимость работ.

Природа давно решила эту проблему, снабдив некоторых животных, которые отрывают себе норы, гидродинамическими устройствами. Пытаясь пройти ход, червь (Lumbricus) до максимума сокращает кольцевую мускулатуру первого головного сегмента, превращаясь в острое копье, выискивающее малейшую трещину в почве. Если эта не удается, червь начинает вонзать в почву переднюю часть, ударяя изнутри зевом, приводимым в действие с помощью гидродинамического механизма. Повышение давления от 2 до 14 мм водяного столба позволяет наносить удары силою 8,5 г. Проделав брешь в почве, червь увеличивает давление в передней части тела, которая расширяется одновременно с образующимся отверстием. Повторяя бесчисленное число раз описанные выше Движения, червь исчезает на наших глазах.

На дне моря живут небольшие морские организмы являющиеся гидравлическими бурами для любых земляных работ. Речь идет о мелких морских червях (Priapulus caudatus) красноватого цвета длиной 0,1-0,5 см, имеющих хоботок PI кольцевидную мускулатуру, которая окружает тело, наполненное жидкостью. Хоботок является главным инструментом для сверления. Короткий и сильный, он сходен с покрытым шипами набалдашником или, точнее, с веткой кактуса. Этот маленький орган покрыт большим количеством легко сгибающихся назад шипов; в целом их около 1500. Вот как описывает известный советский бионик Игорь Губерман эту оригинальную систему "бурения". "Кольцевидная мускулатура червя позволяет ему сжимать челноковидное тело, которое продвигает хоботок вперед с большой силой. Выполняя эту работу, червь весом 2 г развивает силу, в сорок раз превышающую его собственный вес. С помощью шипов хоботок начинает прорывать узкий коридор, который в дальнейшем будет расширен. Жидкость, содержащаяся в теле червя, впрыскивается в хоботок и раздувает его. Тогда, расширив коридор, на который он давит все с большей силой, червь переползает вперед. В этот момент он опирается лишь на шипы, затем хоботок снова сжимается и скрывается внутри, готовый возобновить свою заботу. Следует отметить, что задняя часть тела имеет утолщение, служащее точкой опоры в момент, когда хоботок совершает движение вперед с тем, чтобы сила противодействия, огромная с учетом веса животного, не отбросила нашего землекопа назад".

Исходя из этого прототипа, инженеры могли бы создать гидравлическую машину, предназначенную для земляных работ, которая направляла бы к месту срезания грунта металлический хобот высокого давления, "покрытый шипами. Эффективность такой машины увеличится еще больше, если ей придать круговое движение.