Колибри ловят насекомых в полёте благодаря быстрому захлопыванию клюва
Новое исследование, которое выйдет в Journal of Theoretical Biology, показывает, что форма клюва колибри позволяет совершать «контролируемый упругий щелчок». Этот механизм позволяет птице хватать летающих насекомых за доли секунды — с большей скоростью и мощностью, чем могли бы обеспечить одни только челюстные мышцы.
Клювы колибри приспособлены для питания нектаром цветов, но одной пыльцой им не выжить. Для получения достаточного количества белка и питательных веществ им необходимо также поедать мелких насекомых, говорит соавтор работы Грегор Янэга из Национального центра синтеза эволюции в Дареме, Северная Каролина.
«Колибри нужно эквивалент 300 плодовых мушек в день, чтобы выжить», — отмечает Янэга.
Но как длинный, тонкий клюв, так хорошо приспособленный для сбора нектара, может быть эффективен для ловли насекомых, часто прямо в воздухе?
В 2004 году в журнале Nature Янэга и биолог из Университета Коннектикута Маргарет Рубега сообщили, что часть ответа кроется в гибкости клюва колибри. Используя высокоскоростную видеосъёмку трёх видов колибри, ловящих дрозофил, исследователи обнаружили, что гибкая нижняя часть клюва изгибается до 25 градусов при открытии, одновременно расширяясь у основания, чтобы увеличить площадь для поимки насекомых.
Однако, просматривая сверхбыстрые видео, Янэга заметил ещё кое-что: как только клюв колибри достигает максимального изгиба, он внезапно возвращается в исходное положение и захлопывается.
«Их клювы захлопываются менее чем за одну сотую секунды, — объяснил он. — Это быстро».
Янэга объединил усилия с инженерами Мэтью Смитом и Энди Руиной из Корнеллского университета, чтобы раскрыть секрет внезапного щелчка клюва колибри. Используя данные о длине, толщине и плотности костей и мышц в голове колибри, исследователи разработали математическую модель упругой энергии в клюве от момента его изгиба при открытии до момента захлопывания.
Часть секрета заключается в строении клюва, говорят авторы. В то время как у других насекомоядных птиц, таких как стрижи и козодои, у основания клюва есть хрящевой «шарнир», клювы колибри состоят из цельной кости.
«Они также невероятно тонкие, — говорит Янэга. — Это делает их нижние клювы жёсткими, но пружинистыми, как трамплин для прыжков в воду».
Математическая модель показала, что изгиб нижней части клюва вниз создаёт напряжение в кости, накапливая упругую энергию, которая в итоге питает внезапное захлопывание, объясняет первый автор Мэтью Смит, ныне работающий в Исследовательской лаборатории ВВС на базе Райт-Паттерсон.
«Дополнительная скорость, вероятно, приводит к большему успеху в поимке насекомых», — говорит Смит.
Это явление, известное как щёлкающий изгиб (snap-buckling), аналогично открыванию и закрыванию заколки-невидимки, говорит Смит. Или вспомните маленькие игрушки-попперы в виде полусферы из резины? Когда вы выворачиваете её наизнанку и ставите на твёрдую поверхность, она в конце концов щёлкает, возвращаясь в исходное положение, и подпрыгивает.
Щёлкающий изгиб также наблюдается у растений и насекомых. «Классический пример в мире растений — венерина мухоловка, которая использует этот трюк для ловли насекомых, — говорит Смит. — У цикад тоже есть крошечные рёбра, которые они используют для щёлкающего изгиба, чтобы издавать характерное пение».
Это исследование впервые описывает явление щёлкающего изгиба у позвоночных, добавляют авторы.