Воздушный мешок в лёгких птиц улучшает механику парящего полёта

Международная команда исследователей под руководством эволюционного биолога Эммы Шахнер из Университета Флориды впервые обнаружила, что парящие птицы используют свои лёгкие для улучшения полёта. Исследование опубликовано в Nature.

Как устроено дыхание птиц

В отличие от гибких и вентилируемых по принципу "туда-обратно" лёгких млекопитающих, у птиц есть неподвижное лёгкое. Воздух прокачивается через него в одном направлении с помощью системы воздушных мешков. От этих мешков отходят небольшие ответвления — дивертикулы, чьи функции до конца не изучены.

Неожиданное открытие

Работая с КТ-сканами краснохвостых ястребов, Шахнер случайно заметила крупный выступ — подпекторальный дивертикул (SPD). Он расположен между двумя ключевыми летательными мышцами: грудной (musculus pectoralis, отвечает за взмах вниз) и подключичной (musculus supracoracoideus, отвечает за взмах вверх).

Эволюционная связь с парящим полётом

Учёные проверили наличие SPD у 68 видов птиц, представляющих всё разнообразие современных пернатых. Анализ показал:

• SPD независимо эволюционировал как минимум семь раз у разных неродственных линий птиц, практикующих парящий полёт.
• У всех непарящих птиц SPD отсутствует.

"Эта эволюционная картина убедительно свидетельствует о том, что эта уникальная структура функционально значима для парящего полёта", — заявила Шахнер.

Как работает SPD: данные компьютерного моделирования

Чтобы понять механику, команда с помощью Карла Бейтса из Ливерпульского университета создала цифровую модель для краснохвостого и канюкового ястребов. Моделирование показало:

• Наполнение воздушного мешка увеличивает плечо рычага грудной мышцы, улучшая её механическое преимущество.
• Анатомия грудной мышцы у парящих птиц также отличается, что повышает генерацию силы.
• Вместе это позволяет птице оптимизировать удержание крыла в статичном, горизонтальном положении при парении.

Исключение других функций

Исследователи исключили, что SPD критически важен для самого дыхания. КТ-сканы показали, что ястреб может добровольно сжимать этот мешок и продолжать дышать, а также независимо открывать и закрывать его.

Значение открытия

"Это меняет наше представление о взаимодействии локомоции и дыхания", — отметила Шахнер. Если ранее было известно, что движение (бег или взмахи крыльев) усиливает вентиляцию лёгких, то теперь показано обратное: лёгкие могут принципиально менять механику движения у парящих птиц.

"Наши данные указывают, что SPD развивается только у парящих птиц... Так что, смотрите ли вы на западную чайку, индейского грифа, пестрого буревестника, белоголового орлана или бурого пеликана — у всех них есть SPD, улучшающий их способность парить", — добавил соавтор Эндрю Мур.

Исследование также предполагает, что лёгкие птиц могут иметь множество других неизвестных недыхательных функций, которые ещё предстоит открыть.