Команда разбивает яйца для науки

Птицы-гнездовые паразиты откладывают яйца в гнёзда других видов птиц, заставляя хозяев выполнять тяжёлую работу по выкармливанию чужого потомства. Учёные смоделировали задачу прокалывания яйца — тактику, которую используют лишь немногие виды птиц-хозяев, чтобы ухватить и выбросить чужое яйцо. Их исследование проливает свет на физические трудности, с которыми сталкиваются птицы-хозяева.

Новые результаты опубликованы в Journal of Experimental Biology.

Например, яйца коровьих трупиалов совсем не похожи на яйца птиц-хозяев, «однако большинство их хозяев не отвергают яйца паразитов», — сказал соавтор исследования Марк Хаубер, профессор эволюции, экологии и поведения в Университете Иллинойса и эксперт по гнездовому паразитизму. «Одно из объяснений заключается в том, что скорлупа яйца трупиала слишком толстая и прочная, чтобы маленький клюв хозяина мог её проколоть».

Чтобы выяснить, влияет ли сложность прокалывания яйца паразита на решение птицы-хозяина избавиться от него, студент Дэниел Кларк объединился с профессором Филипом Андерсоном, экспертом по биомеханике прокалывания, резания и удара. Ранее Андерсон изучал характеристики, влияющие на режущую и дробящую способность зубов, а также на пробивную силу клыков гадюк и колючек кактусов.

Команда использовала куриные яйца, так как сбор и уничтожение яиц диких птиц был бы этически проблематичным и сложным для стандартизации. Исследователи хотели определить, какие факторы влияют на способность яйца противостоять прокалыванию.

«Факторы, которые мы специально рассматривали в статье, — это наличие гнезда, острота клюва птицы и скорость, с которой она ударяет по яйцу», — сказал Кларк.

Команда измерила энергию, необходимую для прокалывания яиц в разных условиях: с гнездом и без него, с тупым или острым объектом, а также при высокой или низкой скорости удара. Острый конец гвоздя имитировал острый клюв, а шляпка — тупой. В экспериментах использовали либо гвоздь на маятнике для быстрого удара, либо устройство для испытания материалов, медленно вдавливающее гвоздь в яйцо.

Учёные были удивлены, обнаружив, что тупой конец гвоздя справлялся с прокалыванием яйца лучше, чем острый, особенно при ударе на высокой скорости.

«Моя лаборатория много исследовала механику прокола и резания, но мы всегда изучали мягкие материалы, такие как кожа или мышцы, — сказал Андерсон. — Яичная скорлупа хрупкая — больше похожа на керамику, чем на кожу. Если вы пытаетесь разбить что-то хрупкое, например, стекло, логичнее использовать молоток, а не нож, так что этот результат не так уж удивителен».

Эксперименты также показали, что гнездо поглощает часть энергии удара, особенно при медленной скорости движения гвоздя.

«В эксперименте с медленным движением гнездо имело большое значение, а острота гвоздя — меньшее, — сказал Кларк. — В эксперименте с быстрым движением гнездо имело меньшее значение, но острота гвоздя оказалась очень важной».

Команда также обнаружила, что многократные удары по яйцам притупляют даже острый конец стального гвоздя.

«Это показывает, что биологические поверхности гораздо прочнее и долговечнее, чем мы думаем», — сказал Кларк.

Если долбить клювом по чужому яйцу в глубине гнезда, птица-хозяин может повредить клюв, что снизит её способность чистить оперение, вить гнездо или кормить себя и своих птенцов. Эти результаты дают ключ к пониманию факторов, влияющих на то, как и будет ли птица-хозяин реагировать на появление чужого яйца в гнезде.

«Наши эксперименты помогают понять давнюю загадку: почему большинство хозяев коровьего трупиала и его заметного яйца не эволюционировали, чтобы выбрасывать яйцо паразита из гнезда», — сказал Хаубер.