Ученые выяснили, как морские птицы эффективно летают в воздухе и воде

Новое исследование показало, как четыре вида морских птиц из семейства чистиковых (Alcidae), включающего тупиков, кайр и их родственников, развили способность эффективно перемещаться как в воздухе, так и в воде. Результаты опубликованы в открытом журнале eLife.

Исследование выявило, что эти птицы создают эффективные пропульсивные вихри при полете и плавании под водой. Это означает, что животные, вероятно, тратят относительно мало метаболической энергии для создания силы, необходимой для движения в обеих средах. Полученные данные позволяют предположить, что в ходе эволюции чистиковые оптимизировались для движения в очень разных условиях.

"Птицы, которые используют крылья для 'полета' в воздухе и воде, должны летать хуже в обеих средах по сравнению с теми, кто придерживается только воздуха или только воды, — объясняет первый автор Энтони Лапсански, кандидат наук с полевой исследовательской станции в Форт-Миссула. — Однако чистиковые, похоже, противоречат этому представлению о компромиссе между эффективностью полета в воздухе и воде".

Чтобы лучше понять потенциальные эволюционные компромиссы, команда проверила, демонстрируют ли чистиковые "эффективные числа Струхаля" при движении в воде и воздухе. Число Струхаля описывает частоту, с которой животное производит импульсы силы колеблющимися конечностями. Лишь узкий диапазон чисел Струхаля эффективен, и большинство птиц сошлись на этом диапазоне.

Кроме того, ученые хотели выяснить, используют ли птицы свои мышцы одинаковым образом в обеих средах. "Мы предположили, что чистиковые поддерживают эффективные числа Струхаля и согласованные скорости взмахов в воздухе и воде, что позволило бы им снизить затраты на движение в обеих средах", — говорит Лапсански.

Команда использовала видеосъемку для измерения движений крыльев четырех видов чистиковых, значительно различающихся по массе тела (от 450 г до 1 кг). Их измерения показали, что чистиковые движутся с числами Струхаля от 0,10 до 0,40 как в воздухе, так и в воде, что аналогично животным, использующим только одну среду. Однако в воде они машут крыльями примерно на 50% медленнее.

Это говорит о том, что птицы либо сокращают мышцы с неэффективными скоростями, либо поддерживают "двухскоростную" мышечную систему, что подчеркивает явную "цену" использования крыльев для движения в двух средах.

"Наша работа дает новое детальное представление о том, как эволюция сформировала полет чистиковых в ответ на конкурирующие требования среды в воздухе и воде, — заключает старший автор Брет Тобалски. — Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять изменения, происходящие в летательных мышцах этих птиц, которые позволяют им переходить из воздуха в воду и обратно".