Анатомия Жар-птицы
Для биолога или инженера крайне интересная задача – представить создание из сказок и мифов, функционирующее по законам нашего мира. Кем могла бы быть волшебная птица с точки зрения науки, и что могло заставить ее светиться и обжигать руки ловца?
Жар-птица – одна из множества фантастических птиц восточноевропейского фольклора. Но обычно она упоминается не как центральный персонаж, а в качестве макгаффина (объекта, вокруг обладания которым строится фабульная сторона произведения). По сюжету главный герой отправляется в дальнее странствие, чтобы добыть это легендарное существо.
Судя по описаниям, Жар-птица не обладает сколь-нибудь выдающимся разумом – иными словами, в остальном перед нами самая обычная, пусть и редкая, птица. А мог ли, хотя бы теоретически, существовать подобный вид птиц в реальности?
Наиболее полно особенности Жар-птицы отражены в сказке Ершова «Конёк-Горбунок». Жар-птица способна светиться в темноте, причем это свойство сохраняют даже вырванные из нее перья. Птица не только светящаяся, но и горячая – Ивану приходится надеть рукавицы, чтобы не обжечься при поимке. Однако этот жар довольно странен – будучи упрятанной в обычный мешок, птица не прожигает в нем ни единой дыры. Питается зерном – Конёк-Горбунок предлагает приманить ее на «белоярово пшено», то есть кукурузу. Кстати, эта деталь указывает на то, что действие сказки разворачивается не ранее XVI века.
Жар-птицы встречаются очень редко (все рассуждают о них, как о невероятной диковинке), живут где-то далеко (Иван даже со скоростью Горбунка едет туда целую неделю) и по ночам собираются стаей на одной большой поляне. Попробуем увязать все перечисленные факты вместе.
Теория выделения энергии
Ночной образ жизни Жар-птиц легко объясним – дневному животному нет никакой надобности в свечении. Но что именно может светиться у птицы?
Несмотря на огромное разнообразие светящихся структур у животных, все они функционируют согласно фундаментальным физическим принципам. Свечение – это всегда выделение энергии. Существуют химические реакции, в которых энергия выделяется (например, горение дров), и реакции, в которых энергия поглощается (например, растворение аммиачной селитры в воде – в пробирке даже лед может образоваться!). Очевидно, что нам нужны именно те, где энергия выделяется. Энергия обычно выделяется в виде тепла, но когда ее много – к теплу добавляется еще и свет. Поэтому большинство химических реакций, происходящих в живых организмах, не годится для свечения – слишком мало в них энергии, они исключительно «тепловые», а не «световые».
Можно было просто поджечь органику – вот вам и свет, но реакции обычного горения протекают слишком быстро и наверняка травмируют окружающие ткани. Поэтому живые организмы для свечения используют специальные трехкомпонентные смеси. Первый их компонент – кислород. Второй – «топливо» – люциферин, который, окисляясь (то есть, по сути, сгорая), излучает энергию в виде фотонов видимого света. Третий – фермент люцифераза, которая тонко управляет процессом окисления, не позволяя люциферину просто сгореть, а вместо этого, направляя процесс в нужное русло, заставляет кислород соединяться с молекулой люциферина только в строго отведенных точках – так, чтобы выход фотонов был наибольшим. Хотя очерченный крупными мазками процесс биолюминесценции выглядит очень простым, дьявол кроется в деталях. На процесс свечения могут повлиять температура в клетке, pH, количество кислорода, дополнительные световые «фильтры» и белки, переизлучающие получающиеся фотоны – именно эти тонкости обеспечивают все многообразие светящихся структур животных.