Уникальное боковое порхание колибри позволяет им проходить через небольшие отверстия
У большинства птиц, летающих через густые лиственные леса, есть стратегия маневрирования через узкие окна в растительности: они сгибают крылья в запястьях или локтях и вылетают наружу. Но колибри не могут сгибать кости крыльев во время полета, так как же им преодолевать промежутки между листьями и спутанными ветвями?
Исследование, опубликованное в Journal of Experimental Biology, показывает, что колибри выработали свои собственные уникальные стратегии — на самом деле их две. Об этих стратегиях ранее не сообщалось, вероятно, потому, что хаммеры маневрируют слишком быстро, чтобы человеческий глаз мог их увидеть.
Из-за щелеобразных промежутков, слишком узких, чтобы вместить их размах крыльев, они просовываются в щель вбок, постоянно взмахивая крыльями, чтобы не потерять высоту.
В отверстиях меньшего размера (или если птицы уже знакомы с тем, что их ждет на другой стороне) они поджимают крылья и пролетают сквозь них, возобновляя взмахи руками, как только они исчезнут.
«Для нас, принимавшихся за эксперименты, группировка и скольжение были стандартными. Как еще они могли пройти?», - сказал Роберт Дадли, профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли и старший автор статьи. «Эта концепция бокового движения с полной путаницей кинематики крыльев весьма удивительна — это новый и неожиданный метод прохождения апертуры. Они меняют амплитуду взмахов крыльев, чтобы они не падали вертикально, когда они летят, сделав наклон вбок».
Использование более медленной техники бокового движения может позволить птицам лучше оценивать предстоящие препятствия и пустоты, тем самым снижая вероятность столкновений.
«Знание большего о том, как животные преодолевают препятствия и другие «строительные блоки» окружающей среды, такие как порывы ветра или неспокойные регионы, может улучшить наше общее понимание передвижения животных в сложных средах», — отметил первый автор Марк Бэджер из Калифорнийского университета в Беркли. «Мы до сих пор мало что знаем о том, как полет сквозь беспорядок может быть ограничен геометрическими, аэродинамическими, сенсорными, метаболическими или структурными процессами. Даже поведенческие ограничения могут возникнуть в результате долгосрочных последствий, таких как износ тела, поскольку на это намекает сдвиг в технике согласования апертуры, который мы наблюдали в нашем исследовании».
По его словам, понимание стратегий, которые птицы используют для маневрирования в загроможденной среде, в конечном итоге может помочь инженерам создавать дроны, которые лучше ориентируются в сложной среде.
«Современные квадрокоптеры с дистанционным управлением могут превосходить большинство птиц в открытом космосе по большинству показателей производительности. Так есть ли смысл продолжать учиться у природы?» - сказал Бэджер. «Да. Я думаю, дело в том, как животные взаимодействуют со сложной окружающей средой. Если мы поместим мозг птицы в квадрокоптер, птица-киборг или обычная птица будет лучше летать через густой лес на ветру? физические преимущества взмахов крыльями в турбулентной или захламленной среде».
Чтобы выяснить, как колибри — в данном случае четыре местных колибри Анны (Calypte anna) — проскальзывают через крошечные отверстия, несмотря на то, что не могут сложить крылья, ученые провели эксперимент.
«Мы установили двухстороннюю летную арену и задавались вопросом, как научить птиц пролетать через зазор площадью 16 квадратных сантиметров в перегородке, разделяющей две стороны и использовали чередующиеся награды», — сказал Бэджер, отметив, что колибри имеют размах крыльев около 12 сантиметров.
Команда разместила кормушки в форме цветка, содержащие глоток сахарного раствора, по обе стороны перегородки, но наполняла кормушки удаленно только после того, как птица посетила противоположную кормушку. Это побуждало птиц постоянно порхать между двумя кормушками через отверстие.
Затем исследователи меняли форму отверстия от овальной до круглой, высоту, ширину и диаметр от 12 см до 6 см, и снимали маневры птиц на высокоскоростные камеры. Бэджер написал компьютерную программу, которая отслеживала положение клюва и кончиков крыльев каждой птицы, когда она приближалась и проходила через отверстие.
Они обнаружили, что когда птицы приближались к отверстию, они часто ненадолго зависали, чтобы оценить его, прежде чем пройти боком, вытягивая одно крыло вперед, а второе отводя назад, взмахивая крыльями, чтобы выдержать свой вес, когда они проходили через отверстие. Затем они повернули крылья вперед, чтобы продолжить свой путь.
«Дело в том, что им приходится по-прежнему поддерживать весовую поддержку, которая исходит от обоих крыльев, а затем контролировать горизонтальную тягу, которая толкает его вперед. И они делают это, когда правое и левое крыло делают очень странные вещи», - сказал Дадли. «Еще раз, это всего лишь еще один пример того, как, оказавшись в некоторой экспериментальной ситуации, мы можем выявить функции управления, которые мы не видим у обычного парящего колибри».
В качестве альтернативы птицы откидывали крылья назад и прижимали их к своему телу, стреляя насквозь — клювом вперед, как пуля — прежде чем взмахнуть крыльями вперед и возобновить взмахи крыльями, как только благополучно пролетели сквозь них.
«Похоже, что они прибегают к более быстрому методу — баллистическому прохождению, когда лучше знакомятся с системой», — сказал Дадли.
Только при приближении к самым маленьким отверстиям, шириной в половину размаха крыльев, птицы автоматически прибегали к группировке и планированию, даже если они были незнакомы с установкой.
Команда отметила, что только около 8% птиц подрезали себе крылья, когда проходили через перегородку, хотя одна из них столкнулась с серьезным столкновением. Даже тогда птица быстро восстановилась, прежде чем успешно повторить маневр и продолжить свой путь.
«Способность выбирать между несколькими стратегиями преодоления препятствий может позволить животным уверенно преодолевать узкие места и восстанавливаться после ошибок», — отметил Бэджер.
Ученые надеются провести дальнейшие эксперименты, возможно, с последовательностью различных отверстий, чтобы определить, как птицы преодолевают многочисленные препятствия.
Обсудим?
Смотрите также:
