Ученые объяснили, как морские птицы путешествуют по воздуху и воде

За миллионы лет развития птицы, адаптировавшиеся к жизни в морской среде, приобрели несколько особенностей строения: их лапы покрыты перепонками, а перья не промокают. Крылья морских видов отражают, как предпочитает охотиться птица: парить в воздухе и только иногда резко нырять за добычей (в таком случае крылья будут длинными) или проводить большую часть времени в воде (у таких видов крылья гораздо короче).

«Птицы, которые используют свои крылья для “полета” в разных средах, как ожидается, будут летать плохо в обеих средах — по сравнению с теми, которые держатся либо в воздухе, либо только в воде, — объясняет первый автор работы Энтони Лапсански, кандидат наук на полевой исследовательской станции в Форт-Миссуле Университета Монтаны, США. — Интересно, что чистиковые, по-видимому, нарушают этот компромисс между воздушными и водными летными характеристиками, и мы хотели бы изучать это далее».

Исследование, опубликованное в журнале eLife, показывает, что некоторые виды, например тупики и кайры, отлично летают, сохраняя при этом высокую эффективность во время погружения в воду. В процессе движения они совершают пропульсивные сокращения и из-за этого, вероятно, затрачивают меньше метаболической энергии на перемещение. Результаты исследования показывают, что чистиковые получили такие способности в ходе эволюции.

Чтобы лучше понять, как представители этого семейства сочетают способности эффективно передвигаться и по воздуху, и по воде, Лапсански и его команда проверили, соответствуют ли движения чистиковых эффективным числам Струхаля (они описывают частоту, с которой тело производит импульсы силы, чтобы передвигаться). Только узкий диапазон чисел подходит: если птица хлопает крыльями слишком быстро или слишком медленно для заданной амплитуды и скорости полета, то она тратит энергию впустую. Большинство чистиковых укладываются в этот диапазон — значит, отбор настроил их на совершение эффективных машущих и плавательных движений.

Ученые использовали видеосъемку, чтобы измерить движения крыльев четырех видов чистиковых. Результаты показали, что птицы передвигаются при числах Струхаля между 0,10 и 0,40 как в воздухе, так и в воде, но хлопают крыльями в воде примерно на 50% медленнее. Это говорит о том, что птицы либо сокращают свои мышцы на неэффективных скоростях, либо поддерживают двухцепочечную мышечную систему.

«Наша работа предоставляет детальное новое понимание того, какие особенности полета чистиковых эволюция сформировала в ответ на конкуренцию в воздухе и воде, — заключает старший автор исследования Брет Тобальске, профессор и директор полевой исследовательской станции в Форт-Миссуле. — Теперь необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, какие изменения произошли в полетных мышцах птиц».