колибри и ее полет / Хабр
Колибри — небольшие по размеру птицы, которые живут и в Северной и в Южной Америке. Существует 330 видов колибри, причем подавляющее большинство — это ярко окрашенные птицы очень небольшого размера. Весят колибри всего лишь несколько граммов. Максимальный размер одного из видов колибри почти равен размеру обычного скворца. Самая маленькая колибри весит 2 грамма, длина ее тела всего лишь несколько сантиметров.
Колибри примечательны не только размером. Дело в том, что эти птицы — мастера полета высокого класса. Они могут летать практически в любом направлении, зависать в воздухе, совершать вертикальный взлет и посадку. Зависать на месте могут и некоторые другие птицы, но колибри превосходят все прочие виды, останавливаясь на одном месте надолго и без видимых усилий.
Во время «полета на месте» колибри приходится выписывать крыльями восьмерку. Благодаря этому птица держится в воздухе в вертикальном положении. Скорость взмахов крыльев колибри огромна — около 50-80 взмахов в секунду. Но и это не предел. Ухаживая за самкой самец одного из видов колибри делает более 200 взмахов за секунду. Разгон до максимальной скорости и мгновенная остановка у этих птиц происходит практически мгновенно, всего лишь за несколько секунд. Скорость небольшой птички достигает 50 км/ч, что действительно много для такого небольшого существа.
По словам Дугласа Уоррика [Douglas Warrick] из университета Орегона (Oregon State University), колибри используют стиль полета, который является промежуточным между стилем птиц и стилем насекомых. В процессе полета эти животные получают около 25% подъемной силы от движения крыльев вверх и 75% от движения вниз. У насекомых дело обстоит несколько иначе: от движения крыльев вверх и вниз тело получает около 50% подъемной силы. У большинства птиц тело получает подъемную силу преимущественно от движения крыльев вниз.
Кристофер Кларк [Christopher Clark] из Университета Калифорнии при помощи скоростной камеры запечатлел момент вхождения колибри в пике. Проведенные расчёты показали, что колибри развивают скорость в примерно 400 корпусов в секунду. Это больше, чем у включенного на форсаже реактивного истребителя или у шаттла, который входит в атмосферу Земли. Несмотря на скорость, колибри и тормозят практически мгновенно, о чем уже упоминалось. Так быстро останавливать движение могут очень немногие организмы, способные летать.
Колибри превосходят в искусстве полета подавляющее большинство птиц. Да и структура тела, строение крыльев у них отличается от всех других пернатых. Для того, чтобы получить возможность так быстро махать крыльями, колибри должны иметь короткие и прямые кости плеча и предплечья. Кости крыльев — прочные и легкие благодаря тому, что они полые. Структура самого крыла очень жёсткая благодаря тому, что ряд суставов просто не двигается.
Плечевые суставы гибкие. Благодаря этому они могут двигаться в любом направлении. Также они могут вращаться примерно на 180 градусов. Плюс ко всему, колибри могут менять угол крыла для изменения траектории движения. На это способно очень малое число видов птиц. Кроме костей, должны быть и мощные мышцы. У колибри масса мышц крыльев составляют около 40% всей массы тела.
Для обеспечения мышц кислородом во время работы нужен еще и кислород. Его колибри получают благодаря развитой дыхательной системе, которая включает 9 воздушных мешков. Они составляют с легкими единую систему. Во время движения мышцы выталкивают воздух из этих мешочков, благодаря чему легкие получают дополнительные порции кислорода.
Обеспечить весь организм кислородом — непростая задача. Но с ней справляется большое сердце, занимающее примерно половину тела птицы. Оно прокачивает кровь, обеспечивая приток кислорода ко всем тканям и органам колибри. Частота сердечного ритма в случае колибри — 500 ударов в минуту в состоянии покоя. Во время полета пульс птицы ускоряется вплоть до 1200 ударов в минуту. Дыхание тоже очень быстрое — вплоть до 600 циклов вдох-выдох за минуту.
Для такой активной работы нужны и питательные вещества. Большинство колибри получает достаточное количество энергии из нектара — очень калорийного вещества, которое практически моментально перерабатываются пищеварительной системой птицы. За день ряд видов некрупных колибри, которые питаются нектаром, потребляют в два раза больше пищи, чем весят сами. Практически вся энергия расходуется на полет. В активном состоянии тело колибри нагревается до примерно 42 °С. Ночью же температура падает до 15-22°С. Очень немногие теплокровные животные способны выжить при такой резкой смене температуры тела.
Для добычи нужного количества пищи колибри используют свой длинный клюв, способный проникнуть глубоко в чашечку цветка. Некоторые виды колибри поступают еще оригинальнее, прокалывая клювом основание цветка, если не могут добраться до нектара обычным способом. Для добычи нектара используется и длинный язык, имеющий специальную форму. Эта форма помогает нектару оставаться на языке в то время, когда колибри решили подкрепиться.
Нектар захватывается языком и благодаря форме языка поступает прямо в горло. Чтобы обеспечить свой организм достаточным количеством энергии, ряд видов колибри должны питаться очень часто — каждые 10-20 минут. Летать птицы могут и под дождем — это необходимо для их выживания. Если бы колибри не могли летать под дождем, это поставило бы под угрозу выживание ряда видов.
Удивляют колибри еще и тем, что способны перелетать на очень большие расстояния. Например, рубиновогорлый колибри на зимовку перелетает из Канады в Мексику и Панаму. Расстояние перелета составляет 5000 километров. Средняя скорость полета — около 50 километров в час. Далеко не все крупные птицы способны выдержать такой длительный и изнурительный перелет, не говоря уже о мелких птичках.
Ученые утверждают, что колибри просто созданы для полета. Вряд ли будет преувеличением сказать, что колибри являются лучшими летунами в мире.
Как летают колибри: volkov_serge — LiveJournal
Теоретически все хорошо знают два основных факта об этих птицах: скорость взмахов может достигать 80-100 в секунду (мозг отказывается верить, что мускулатура на такое способна !) и траектория движения крыла у колибри очень сильно отличается от всех остальных птиц, обычно хлопающих ими вверх-вниз. Крыло колибри выписывает в воздухе своеобразную восьмёрку, что позволяет птицам зависать на одном месте, свободно перемещаться вверх-вниз практически не двигаясь взад-вперёд, а некоторые виды умеют ещё и летать назад. Если попытаться на собственном опыте понять как происходит движение крыльев у обычных птиц и у колибри, то в первом случае вам достаточно махать своими руками вверх-вниз, но во втором — придётся плотнее прижать плечо к телу локтем внутрь и махать предплечьем вперёд-назад. Но не увидев это глазами, представить довольно сложно, по этому сегодня будет небольшая подборка съёмок полёта колибри и движение скелетных элементов крыла.Вот замедленная съёмка, на которой хорошо видна траектория движения крыла.
Конечно такой полёт требует серьёзной перестройки всего летательного аппарата птицы. На картинке ниже в очень упрощённом виде (даже раскрасил, что бы не перепутать) показано соотношение основных скелетных элементов крыла. Обратите внимание насколько уменьшается плечо (синее), локтевая и лучевая кости (красное), и в то же время относительно удлиняется скелет конечных элементов, имеющих у колибри ведущее значение при движении «восьмёркой» (жёлтое). У большинства колибри на скелет кисти приходится около 70% общей длинны крыла! Такого нет больше среди птиц (про родственных стрижей пока забываем).
Тут на картинке отличия очевидны, а относительное развитие тех или других элементов скелета крыла отражает адаптации к полёту и способы этого полёта у выбранных для сравнения птиц. Но следующая картинка даёт наглядные представления о пропорции крыла относительно размеров тела у колибри и «типичной» птицы, она тоже важна для получения общего представления о путях эволюции колибри как группы.
из The world of the hummingbird. Robert Burton, 2001.А этот скелетик вам уже показывал, загадочка такая была — кто отгадает что за птица. Многие тогда, кстати, прям правду матку в лицо до вида легко определили. Но я собственно не об этом, обратите внимание опять же на скелет крыла, на сколько он кажется непропорционально недоразвитым коротким, хотя в полёте крылья выглядят вполне нормально, о чём легко можете убедиться на фото из Эквадора у Олега chernyshov_oleg.
Следующая анимашка даёт представление как движутся элементы скелета крыла колибри при полёте, в реальности скорость примерно в 30 раз выше!
Обратите внимание на характер движения плеча и какую амплитуду совершает конечные элементы кисти.
пы.сы.
Не думайте, что у меня сегодня скушно-занудное настроение, это просто небольшое введение в колиброведение, поскольку дальше хотел обсудить с вами тему «европейских» колибри, а для этого необходимо «ввести в курс вопроса» хотя бы поверхностно. «Европейские» колибри это я так неуважительно о последних палеонтологических находках якобы колибри в среднем эоцене (а это немного немало почти 50 млн лет назад), которые рушат (вернее пытаются!) почти все представления о современной зоогеографии.
Колибри — птица, способная летать назад
Колибри являются самыми мелкими птицами на Земле. Миниатюрные птахи хлопают крыльями 90 раз в секунду, их сердце сокращается 1200 раз в минуту и они единственные, кто способен летать назад.
11 фото
1. Колибри происходят из Америки, от Южной Аляски и Лабрадора до Огненной Земли. В мире существует более 300 разновидностей колибри. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
2. К этому отряду принадлежат мелкие птицы. Сюда относятся самые мелкие птицы Земли (размером 5,7 см и весом 1,6 г). В то же время есть колибри и более крупных размеров, длина которых достигает до 21 см, в вес — до 20 г). (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
3. Самый крупный вид — исполинский колибри (Patagona gigas), с прямым длинным клювом и вилообразным хвостом, сверху бледно-бурого цвета с зелёным блеском, снизу красновато-бурого, с серо-жёлтым надхвостьем, длиной 21,6 см; водится в большей части западных стран Южной Америки, попадается также на высоте 4000—5000 м. На крайнем юге это перелётная птица. И, нет, это не он на картинке. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
4. Полёт их чрезвычайно быстрый (до 80 км/ч), ловкий и маневренный, напоминает полёт чешуекрылых (бабочек). В полёте мелкие виды издают крыльями жужжание, делая до 80—100 взмахов в секунду, при этом крупные виды совершают всего 8—10 взмахов в секунду. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
6. В состоянии покоя сердце колибри бьётся с частотой 500 ударов в минуту, а во время физической активности (полёта) — 1200 и более, а в течение жизни этой крохи сердце сокращается 4,5 миллиарда раз, что почти в два раза больше ударов, чем бьется человеческое сердце за 70 лет. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
7. А еще колибри умеет летать не только вперёд, но и назад, а также вбок! Кроме колибри никто больше не умеет лететь назад. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
8. Метаболизм диктует свои правила: 3-граммовая колибри потребляет подчас 43 грамма сладкого нектара в день! В 14 раз более своего собственного веса! (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
9. Вообще, колибри считается самой ненасытной птицей на Земле — за 16 часов способна пить до 120 раз. Когда колибри пьёт, она опускает язык в горлышко цветка 20 раз в секунду. При этом он не просто погружается в жидкость и выныривает. Новый анализ питья более чем 30 видов колибри показал — язык фактически оборачивается вокруг жидкости, зачерпывая её. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
10. В экспериментах с помощью камер, способных делать сверхбыстрые последовательности кадров, были запечатлены моменты вхождения колибри в пике. При этом птицы достигали скорости почти в 400 своих корпусов в секунду. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
11. Если сопоставить длину тела колибри с его скоростью, их отношение «больше, чем у истребителя при включённом форсаже, и больше, чем у космического челнока в момент вхождения в земную атмосферу». На последней стадии пике, когда колибри раскрывают крылья, они демонстрируют такое мгновенное торможение, какое недоступно ни одному другому живому организму. (Фото Jaime Saldarriaga | Reuters):
Съемки этих колибри проходили 28 июля 2016 недалеко от города Кали, Колумбия. Смотрите так же «Хроника гнезда колибри» и «10 птиц с самыми необычными защитными механизмами».
Как летает колибри, ее строение крыльев и особенности полета птицы
- летать не только вперед, но и «задом наперед»;
- маневрировать в сторону;
- неподвижно «стоять в воздухе» на одном месте (как вертолет или стрекоза).
Самые маленькие представители этого вида могут совершать от 80 до 100 взмахов в секунду, буквально зависая в воздухе. Особенности полета колибри заинтересовали специалистов и мотивировали их на исследование аэродинамических возможностей этой маленькой птички.
Видеозаписи полета колибри помогли сделать открытие
Сегодня наука располагает большей информацией об аэродинамике колибри, ее строении крыльев и ее полетах, чем когда-либо прежде. Это объясняется тем, что в настоящее время существует специальное оборудование, способное зафиксировать все детали движения птицы. Полученную информацию можно просмотреть в замедленном темпе, отдельными фрагментами для выявления общих закономерностей движения птицы. Свои феноменальные движения колибри совершают на очень большой скорости. Просматривая их полет в записи в замедленном режиме, можно выявить и по достоинству оценить особенности их анатомии.
Благодаря видеозаписи было доказано, что колибри могут парить в воздухе в течение достаточно длительного времени. Ученые считают эту возможность компенсаторной. У птички настолько слабые конечности, что она не в состоянии, как другие виды птиц, долго стоять или ходить. Природа «обделила» колибри размером, взамен одарив ее сильными, уникальными по своей конструкции крыльями. Они способны противостоять ветру и другим препятствиям, проблемным для полета мелких птиц.
Некоторое время считалось, что аэродинамика колибри по сравнению с другими птицами не сбалансирована. Колибри получают 3/4 подъемной силы от движения крыльев вверх и только 1/4 при движении крыльев вниз.
Это вызвало недоумение ученых. Однако эксперты предполагают, что колибри не смогла бы передвигаться или делала бы это крайне неуклюже, перемещаясь традиционным для птиц способом. Долгое время эта теория полета колибри была гипотезой, но после того, как были получены доказательства, все сомнения отпали. Сенсацией в научном мире среди орнитологов является и то, что ученым удалось тщательно изучить сам факт движения этих птиц.
Полет колибри напоминает полет насекомых?
Еще до завершения исследования специалисты поняли, что колибри устроена несколько иначе, чем другие птицы. Ранее они предполагали, что полет колибри имеет больше сходства с полетом насекомых, чем с птицами. Позже исследователи доказали, что движение, демонстрируемое колибри, уникально. Оно не является копией движения ни птиц, ни насекомых.
Если вы заинтересуетесь результатами исследований полета колибри — узнайте об этом подробнее! В сети Интернет выложено несколько видеозаписей, на которых показан полет колибри с замедленной скоростью, позволяющие увидеть все ее мелкие движения, неуловимые для невооруженного человеческого глаза в режиме реального времени.
Феномен полета колибри с точки зрения аэродинамики используется в современных конструкциях вертолетов. После того как было выяснено, как удается таким маленьким птичкам так легко и точно двигаться, принцип конструкции их крыльев был применен для изготовления деталей самолетов и создания эффективного типа вертолета. Машина получилась очень подвижной, безопасной для полетов и способной развить значительно большую скорость, чем обычные, прежние модели летательных аппаратов.
пять самых странных птиц – Москва 24, 31.03.2014
Сокол. Фото: ИТАР-ТАСС
1 апреля на нашей планете отмечается Международный день птиц (англ. International Bird Day). Заметим, что это не шутка. Такой праздник возник в США в 1894 году и получил популярность благодаря СМИ. Затем его стали массово отмечать во всех штатах, а позднее он пришел в Европу. Редакция M24.ru составила свой рейтинг пернатых созданий.
Самая быстрая
Самой быстрой птицей в мире можно с уверенностью назвать сапсана. Нет, не того «Сапсана», который в буквальном смысле летает по железнодорожным путям, а обычного сапсана, распространенного практически на всех континентах земного шара.
Эта птица на первый взгляд похожа на обычную городскую ворону: у нее черная голова, серое оперение и беловато-серое брюшко. Однако при полете за ней не угонится ни одна пернатая любительница высоты.
По данным орнитологов, сапсан в пикирующем полете может развить скорость до 322 километров в час или 90 метров в секунду. Во время охоты он сначала планирует высоко в небе и высматривает свою жертву. Как только объект нападения зафиксирован, птица приподнимается над ним и под прямым углом резко пикирует вниз, развивая при этом скорость почти реактивного самолета. При приближении к жертве сапсан сильно ударяет «мишень» лапками. От его удара у будущего обеда может даже отлететь голова.
Сапсан. Фото: ИТАР-ТАСС
Самая маленькая и реактивная
Самой миниатюрной птицей является колибри. Ее рост, если так можно сказать, варьируется от 6 до 22 сантиметров. В настоящее время в мире существует около 350 различных видов колибри, которые преимущественно живут в Северной и Южной Америке.
Весят эти крохи от 2 до 15 грамм. Птицу отличает яркий окрас — она может переливаться всеми цветами радуги.
На этом рекорды малышки не заканчиваются. Например, у нее очень сильные крылышки, делающие до 100 взмахов в секунду и позволяющие ей в буквальном смысле застывать в воздухе. Кстати, неопытный человек может с испугу перепутать колибри с шершнем, так как при полете птица издает звук, похожий на жужжание полосатого насекомого.
Кроме реактивных крылышек природа наградила колибри длинным клювом — отличным инструментом для проникновения в самые хитрые цветы для добычи нектара.
Отметим, что колибри умеет летать в бок и задом наперед. Отдельного внимания заслуживает сердце птицы: в состоянии покоя оно бьется с частотой 500 ударов в минуту, а во время физических нагрузок частота биения достигает 1,2 тысяч ударов.
Колибри. Фото : ИТАР-ТАСС
Самая крупная
Самой большой по размеру птицей можно назвать африканского страуса, который при хорошем питании может вырасти до 3 метров в высоту и весить при этом до 175 килограммов. У страуса крепкие, сильные, быстрые ноги, он может носиться по полям и дорогам со скоростью до 70 километров в час. Бегает он стремительно, опираясь при этом на один из пальцев каждой конечности, который заканчивается роговым копытом.
Стоит также отметить, что страусы могут долго жить без воды, получая влагу из поедаемых растений, однако при случае они охотно пьют и обожают купаться.
Страусы. Фото: ИТАР-ТАСС
А среди летающих птиц самой большой является альбатрос, размах крыльев которого может достигать 4 метров. Эти птицы способны преодолевать длительные расстояния. При полете альбатросы используют один из двух возможных технических приемов: динамическое или наклонное парение.
Самая тихая
Среди чирикающих созданий существуют настоящие тихони. Наверное, это мечта любого обладателя попугаев или канареек после нескольких месяцев непрерывного шума с 5 утра. Самая тихая птица на нашей планете — это пищуха обыкновенная. Несмотря на свое смешное название, она издает настолько высокие звуки, что их едва может уловить человеческое ухо.
Пищуха обычно живет в лесах разных типов и гнездится в щелях коры деревьев. Самки обычно откладывают пять или шесть крапчатых розовых яиц.
Пищуха обыкновенная. Фото: Paweł Kuźniar
Самая ядовитая
По мнению специалистов, самой ядовитой птицей в мире считается питоху или дроздовая мухоловка. Некоторые виды этой птицы обладают ядом, который может быть смертельным даже для человека.
Ядовитое у этой пернатой все, начиная от кожного покрова и заканчивая оперением, где содержится сильный токсин — homobatrachotoxin. Его выделяют железы, расположенные на брюшной части тела. Так, чтобы избавиться от паразитов, питоху начинает ерзать по гнезду, и обмазывать его своим ядом.
Питоху. Фото: markaharper1
Александр Горностаев
красота мира в каждом кадре
Исследуя брачные игры самцов кубинских колибри-пчелок, ученые поймали несколько пичужек, чтобы измерить вес тела и размах крыльев (вверху). Этот малыш лежал на весах смирно: колибри временно теряют ориентацию, если перевернуть их на спину; но едва приняв привычное положение, стремительно уносятся прочь. Во время съемок ни одна птичка не пострадала. Источник: Кристофер Кларк, Калифорнийский университет (Риверсайд).
Где только не ступала нога Кларка за последние восемь лет – от пустынь Аризоны до дождевых лесов Эквадора и сельских пустошей Кубы! Отсняв брачные игры колибри-пчелки, профессор возвращается в свою лабораторию в Калифорнийском университете (Риверсайд), где изучает видеосюжеты, реконструируя полет птицы. Его открытия позволят узнать много нового о механизме птичьего полета вообще и о брачных играх колибри в частности.
Молниеносные маневры и красочное оперение превращают полет колибри в фейерверк. Некоторые виды этих птичек совершают до сотни взмахов крыльев в секунду; частота серд-цебиения у пичужек превышает тысячу ударов в минуту, а нектар они всасывают почти неуловимыми движениями языка. Колибри – воплощение ускользающей красоты. Как тут не поддаться искушению замедлить полет колибри и разложить движения на стоп-кадры, чтобы перенестись в их сказочный мир?
обитают Колибри исключительно в Северной и Южной Америке: от юга Аляски до архипелага Огненная Земля насчитывается около 340 видов. Центр разнообразия – Северные Анды, где встречается 290 видов: они обжили все экосистемы между низинными дождевыми и влажными высокогорными лесами. Самый мелкий из них не весит и двух граммов; самый крупный – исполинский колибри родом из Перу и Чили – едва дотягивает до двадцати.
Впрочем, птахи бьют рекорды не только миниатюрности. Ни одна другая птица не способна зависать неподвижно на полминуты, а то и дольше. Из пернатых лишь они умеют давать задний ход – в буквальном смысле летают задом наперед. А еще колибри – чемпионы по темпам обмена веществ среди всех позвоночных. В 2013 году ученые из Торонтского университета выяснили, что, если бы колибри были величиной с человека, каждую минуту порхания в воздухе им приходилось бы выпивать банку сладкой газировки – настолько быстро они сжигают сахар. Немудрено, что эти пташки устраивают настоящие воздушные баталии за напитанные нектаром цветы.
Язык, извлекающий нектар из цветка, – специализированный орган. Почти прозрачный, он состоит из двух трубочек, похожих на скрученные полоски целлофана. Когда птица пьет нектар, ее язык проворно снует туда-сюда. При этом, как писал английский натуралист Уильям Чарлз Линней Мартин в 1852 году, жидкость «исчезает очень быстро, возможно, под действием капиллярного явления».
Когда Алехандро Рико-Гевара, биофизик из Калифорнийского университета (Беркли), вооружился высокоскоростной видеокамерой и стал снимать колибри за трапезой возле кормушек и цветов, он обнаружил, что каждая трубочка их раздвоенного язычка разворачивается и поглощает нектар за сотую долю секунды. Затем, сжимая клюв, пташка закачивает лакомый напиток в пищевод. Все то, о чем ученый XIX столетия мог только догадываться, камера XXI века запечатлела в мельчайших подробностях.
Считается, что первая попытка исследовать полет колибри была предпринята в Германии в конце 1930-х годов. При поддержке отдела кинохроники имперского министерства пропаганды два немецких орнитолога заполучили камеру, принадлежавшую военному научно-исследовательскому институту и способную снимать со скоростью 1500 кадров в секунду. С этим аппаратом они отправились в Берлинский зоопарк, где засняли два вида колибри. «Нацистский режим разрабатывал первые вертолеты, – рассказывает Карл Шухманн, бывший куратор коллекции птиц в Зоологическом научно-исследовательском музее имени Александра Кёнига в Бонне. – Хотелось знать, как птицам удается зависать на месте».
Орнитологи пришли к выводу, что по механике полета колибри больше напоминают мух и пчел, чем других птиц, ибо развивают подъемную силу при движении крыльев как вниз, так и вверх, и в своей публикации 1939 года сравнили птицу с вертолетом Focke-Wulf.
В Америке Кроуфорд Гриниуолт служил науке по другую сторону фронта: инженер, он стал участником Манхэттенского проекта – программы по разработке ядерного оружия в США. Его жена Маргаретта пристрастилась наблюдать за птицами дома, в штате Делавэр, – и заразила супруга, как он сам говорит, «лихорадкой колибри». Его фотографии ловких пташек увидели свет в ноябрьском номере National Geographic за 1960 год. Забраковав существовавшие в то время высокоскоростные кинокамеры, Гриниуолт сконструировал собственную и заснял полет колибри в самодельной аэродинамической трубе на скорости до 43 километров в час. Оказалось, когда птица ускоряется на выходе из позиции зависания, плоскость ее крыльев разворачивается из горизонтального положения в вертикальное, перенаправляя вектор тяги.
Новые кадры произвели настоящую научную революцию, но тайну, как колибри удается махать крыльями с такой фантастической скоростью, – раскрыть не помогли. Как правило, чем чаще мышцы сокращаются, тем меньше силы они развивают. Откуда же у колибри берется достаточно сил, чтобы оставаться в воздухе?
Птичка-вертолёт
Николай Конюхов,
кандидат биологических наук
«Наука и жизнь» №7, 2015
Колибри — держатели многих рекордов: самые маленькие и самые быстрые птицы, одни из самых мелких позвоночных с самым активным обменом веществ. В наше время это исключительно американские птицы и за пределами континента не встречаются, хотя ископаемые останки колибри возрастом 30–40 миллионов лет были найдены не так давно в Германии.
Ближайшими родственниками колибри считаются стрижи. Как и у стрижей, у них очень длинные крылья и короткие лапки, не позволяющие ходить по земле. Разные исследователи то объединяют колибри и стрижей в один отряд, то выделяют их в самостоятельные отряды. По оценкам орнитологов, колибри около 325–340 видов.
Многие уверены, что колибри — тропические птицы, но это не совсем так. Действительно, наибольшее их разнообразие отмечено в тропических частях обеих Америк. Так, в Колумбии обитает более 160 видов колибри, в небольшом Эквадоре — 130. Однако некоторые виды доходят на севере до Аляски, а на юге — до Огненной Земли; в США их около 25 видов, по 10 видов живёт в Канаде и Чили.
Обитатели Канады и США на зиму улетают в Мексику и Центральную Америку, а есть виды, которые из южных частей Южной Америки на зиму перемещаются севернее, в тропики. Да ведь и в тропиках не везде тепло; в Андах, где некоторые виды заходят на высоту 5200 м, по ночам и заморозки бывают! Горные виды в тропиках зимой тоже мигрируют, только всего лишь вниз по склону, в долины.
Всех колибри скопом принято считать самыми маленькими птицами. Да, это верно, но не совсем. Действительно среди них есть самый маленький вид пернатых — колибри-пчёлка, который водится на Кубе. Длина его тела 5–6 см, а вес — 1,6–2 г. Однако есть и исполинский колибри. Размером он со скворца, но изящнее, длина тела достигает 19–20 см, размах крыльев — 21,5 см, а вес — 20–24 г. Для колибри это действительно великан.
Колибри — самые быстрые создания среди позвоночных. Пикируя во время тока, самец колибри Анны развивает скорость 27 м/с, то есть за секунду пролетает 385 длин своего тела, что в два раза больше, чем скорость пикирующего сапсана. Самолёт-истребитель, например МиГ-25, за секунду пролетает только 40 своих длин. При выходе из пике колибри испытывает перегрузку 10 g.
Колибри — уникумы среди птиц и по частоте взмахов крыльев. В полёте мелкие виды колибри делают до 80–100 взмахов в секунду, крупные — всего лишь 8–10 взмахов, как и другие птицы сходного размера. Для сравнения: ворона делает в секунду 5 взмахов крыльями, а пчела — 250. Звук, издаваемый птицами в полёте, похож на тихое гудение, примерно такое же, как у бражника — бабочки средней полосы России, которая тоже зависает у цветка, когда кормится (см. «Дозаправка в воздухе», «Наука и жизнь» №11, 2009). Именно из-за этой особенности англичане называют их hummingbirds, что можно перевести как жужжащие птицы. Во время полёта колибри способны зависать на одном месте, а также летать хвостом вперёд. Зависание необходимо, чтобы пить нектар из цветов. Ведь не на каждый цветок можно сесть, даже если ты весишь всего 2 г. Зависание стало возможным благодаря «конструктивным особенностям» птиц. На мышцы, обеспечивающие полёт, приходится 25–30% всей массы тела, а крылья крепятся к телу только посредством плечевого сустава, что позволяет крылу поворачиваться вокруг своей продольной оси почти на 180°. В результате крылья колибри могут генерировать подъёмную силу как при движении крыла вниз, так и при его поднимании. Исследования полёта колибри Анны в аэродинамической трубе показали, что 75% подъёмной силы птицы получают при опускании крыла и 25% при его подъёме. Эффективность колибри при зависании на 20% больше, чем у вертолётов.
У колибри во время полёта самый высокий уровень метаболизма среди животных, исключая насекомых, что связано с необходимостью быстрого биения крыльев при зависании. Частота сердцебиения в полёте может достигать 1260 ударов в минуту, а частота дыхания даже в состоянии покоя — 250 вдохов и выдохов в минуту.
Ночью, когда птицы не могут кормиться, их обмен веществ замедляется и они впадают в анабиоз. В это время температура тела падает с 40 до 18 градусов Цельсия, а частота сокращения сердца снижается до 50–180 ударов в минуту. Утром птица не может просто взлететь с ветки: её организм не подготовлен к полёту. Ей сначала нужно «разогнать» свой метаболизм до активного уровня. Птичка начинает дрожать, разогревая мышцы, и для этого требуется несколько минут. Затем можно лететь на первую кормёжку, а потом устроиться на присаде и погреться на солнце. В полдень, когда становится жарко, птицы кормятся реже, поскольку перегреваются во время полёта. Приходится отсиживаться в тени. Вечером же кормятся до темноты, запасаясь энергией, чтобы пережить ночь.
Животные с высоким уровнем метаболизма, как правило, живут крайне недолго. Организм в таком режиме быстро изнашивается. Например, землеройки, самые маленькие млекопитающие, редко живут больше двух лет. Колибри же — долгожители среди мелких животных. Рекордная продолжительность жизни документально подтверждена для нескольких видов. Самка широкохвостого колибри была окольцована взрослой, то есть она как минимум на время кольцевания прожила уже год, а повторно была отловлена через 11 лет. Следовательно, она прожила не менее 12 лет. Чернощёкий колибри прожил как минимум 10 лет и один месяц, а рыжебрюхий — 11 лет и 2 месяца.
Охристый колибри, можно сказать, северный вид: он встречается от Калифорнии до Аляски. Гнездится севернее, чем остальные виды, и может благополучно выносить в местах гнездования кратковременные заморозки при условии, что хватает пищи и надёжных укрытий. Наверное, именно эти особенности позволяют отдельным неразмножающимся птицам залетать намного севернее юго-востока Аляски, северного предела их гнездового ареала. Этот вид дважды, в 1976 и 1985 годах, отмечен и на территории России. Птицы залетали на остров Ратманова, находящийся на середине Берингова пролива, разъединяющего Чукотку и Аляску.
С зимовок охристые колибри летят вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, согласуя продвижение на север с появлением там насекомых и цветением растений. Для гнездовий они предпочитают широкие пространства, покрытые кустарником, и опушки лесов. Время размножения совпадает с массовым цветением местной флоры. Миграция на юг начинается постепенно. Сначала в путь отправляются самцы, не отягощённые выращиванием птенцов. Потом, после слёта птенцов, летят самки, а вслед за ними и выросшие птенцы. В это время они мигрируют не по долинам, где всё уже отцвело или выгорело под солнцем, а по горным хребтам, где цветут альпийские луга. Меридиональное расположение гор в обеих Америках благоприятствует таким миграциям.
Обыкновенный, или рубиновогорлый, колибри — другой северный вид. У него самый большой гнездовой ареал в Северной Америке. Гнездится по опушкам и полянам лиственных и сосновых лесов, в садах и палисадниках на большей части восточных штатов США и в канадских прериях. На зиму рубиновогорлые колибри улетают в южную Мексику и Центральную Америку, на юг вплоть до западной Панамы. Во время миграции некоторые птицы, чей вес в среднем 3,5 г, совершают беспосадочный 800-километровый перелёт через Мексиканский залив и Карибское море из Панамы до северного побережья Мексиканского залива. Перед преодолением водной преграды птицы нагуливают жир, увеличивая свой вес вдвое, что повышает их шансы при полёте над открытой водой.
Колибри Анны — наиболее обычный вид этого отряда в южной Калифорнии. Их круглый год можно видеть как в дикой природе, так и в культурном ландшафте (в садах, парках). Зимой в Калифорнии продолжают цвести цветы и птицам есть где питаться. Кроме того, практически у каждого дома висят кормушки для колибри — страховка от голодной смерти.
Оперение многих видов колибри отличается чрезвычайно яркими цветами и металлическим блеском. Окраска оперения самцов и самок зачастую сильно различается. Самцы окрашены ярче, у них могут развиваться разного рода украшающие перья. Оперение самок более тусклое. Вся эта блестяще-металлическая красота самцов возникает не за счёт пигмента, а благодаря особой структуре пера. В верхнем слое перьев расположены прозрачные призмовидные клетки, под которыми находится своеобразный экран — слой чёрного пигмента. Солнечный свет, попадая на эти призмы, разлагается на составляющие цвета, и оперение приобретает яркий блестящий цвет. Солнце скрывается за тучей — и сверкавший участок оперения становится блёкло-чёрным. Правда, у колибри также есть и окраска оперения за счёт пигментов, например рыжие перья охристого колибри. Окраска контурного оперения, покрывающего тело птиц, достигается большей частью сочетанием пигментов и тонкой структуры пера.
Во время ухаживания самец колибри Анны, пикируя на самку с высоты 25–30 м, громко «щебечет». Как показали исследования, этот звук издают крайние рулевые перья, которые начинают «петь», когда скорость птицы превышает 23 м/с. На той же частоте птицы могут петь обычным для пернатых способом, но небольшие размеры голосового аппарата не позволяют получить громкие звуки. У рыжих и широкохвостых колибри во время нормального полёта конические концы девятого и десятого первостепенных перьев, рассекая воздух, издают звенящий или гудящий пронзительный свист. Этот звук достаточно громок, чтобы его слышали самки или самцы-конкуренты на расстоянии до 100 м. Подобное «пение» с помощью перьев крыльев и хвоста отмечено у многих видов.
Самцы у колибри не принимают участия в выведении птенцов. Вся забота лежит на самках, которые строят гнездо и выращивают птенцов. Чашевидное гнездо вьётся на ветвях деревьев и кустарников, а некоторые тропические виды прикрепляют его к листьям. У разных видов размер гнезда варьирует от половинки скорлупы грецкого ореха до нескольких сантиметров в диаметре. Многие виды для строительства гнезда используют паутину, пух и лишайники. Лишайники хорошо маскируют гнездо, а паутина своей растяжимостью позволяет гнезду по мере роста птенцов несколько увеличиваться в размерах. Самка откладывает два яйца, которые насиживает 14–23 дня в зависимости от видовой принадлежности, температуры воздуха и собственного усердия. Птенцов она кормит мелкими членистоногими и нектаром в течение 18–22 дней.
Все колибри пьют нектар цветов, чаще всего зависая в воздухе. Обычно они не посещают цветы, нектар которых содержит менее 10% сахара, и предпочитают те, где сахара больше. Нектар — это, главным образом, горючее для полёта. Кроме него птицам нужны белки, жиры, витамины, минералы… А вот их колибри получают из насекомых и пауков, как и другие насекомоядные птицы.
У разных видов длина клюва может составлять от 5 до 100 мм. У некоторых птичек форма клюва хорошо подходит для добывания нектара из конкретных групп растений, а заодно и для их опыления. Помимо цветочного нектара колибри охотно пьют 20–25-процентный раствор простого сахара, который любители птиц наливают для них в кормушки. Птички не очень-то боятся людей, и их можно наблюдать у кормушек с расстояния 2–3 м.
Колибри не летают весь день. Это было бы очень невыгодно с точки зрения энергозатрат. В среднем они кормятся 10–15% всего времени активности, а остальное время сидят и переваривают пищу. Едят небольшими порциями много раз в день. В пересчёте на чистый сахар птица за день съедает его около половины собственного веса. Поскольку колибри постоянно находятся на грани голода и очень зависят от источников корма, то многие виды, особенно из обитающих в Северной Америке, защищают свою территорию и источники корма — цветы и кормушки — от покушений конкурентов как своего, так и других видов.
Как летают колибри — BirdWatching
Я наблюдаю самца колибри с рубиновым горлом на пчелином бальзаме. Он парит, словно на небесном крючке, поглощая нектар. Затем он отступает примерно на 5 дюймов и замирает в пространстве, его крылья расплываются. Потом он исчезает и исчезает, как будто выстрелил из пушки. Я потеряла его. Теперь он возвращается, делает паузу и взлетает примерно на 6 дюймов, делает паузу, а затем летит головой вперед в другой цветок. Я загипнотизирован.
Хотите узнать больше о птицах? Подпишитесь на нашу рассылку, полную советов по наблюдению за птицами, новостей и многого другого!
Из всех птичьих атрибутов нет более важного, чем полет.Для большинства летающих птиц полет — это вариация на общую тему. Но не для колибри; они пошли своим путем. Хаммеры разработали удивительный стиль полета, благодаря которому другие птицы выглядят обычными.
В начале эволюции птиц естественный отбор отдавал предпочтение легким и сильным скелетным системам, способствующим полету, и массивным грудным мышцам, которые служили мощными двигателями, в том числе и для полета. Чтобы заправить эти двигатели, птицы развивали высокий уровень метаболизма, что требовало высоких температур тела и высокоэнергетической пищи.
Полет требует движения крыльев. Поскольку мышцы работают за счет укорачивания, они должны располагаться между структурой и направлением, в котором она будет тянуться. Спуск вниз был легким. Большая грудная мышца (большая грудная мышца) прикрепляется к грудной кости и вставляется под ней и рядом с головкой плечевой кости (плечевой кости). Когда эта мышца сокращается, крыло опускается.
Удар вверх был проблемой для всех летающих птиц, потому что на верхней части плеча не было достаточно места, чтобы прикрепить мышцу, достаточно большую, чтобы поднять крыло во время полета.Это инженерное затруднение было разрешено, когда птицы ловко использовали вторую грудную мышцу (supracoracoideus), которая расположена на груди под грудной мышцей. Сухожилие на конце этой мышцы проходит через отверстие, образованное костями плечевого пояса, и прикрепляется к верхней части плечевой кости рядом с головой. Отверстие в плече действует как шкив, поэтому, когда эта мышца сокращается, она фактически поднимает крыло, даже если оно находится ниже остальной части птицы.
У летающих птиц, не являющихся хаммером, крылья сгибаются в локтях и запястьях и бьют в вертикальной плоскости.Мощность генерируется при движении вниз, а восстановление крыла происходит при движении вверх. Птицы взмахивают (и скользят) по воздуху.
Удлиненные крылья колибри жесткие, не сгибаются. Короткие маховые перья придают крылу веслообразный вид. На самом деле движение жестких крыльев колибри в полете очень похоже на греблю по воздуху. К сожалению, колибри гребут так быстро, что в основном это размыто, и их трудно увидеть, хотя, если мы подойдем достаточно близко, мы можем услышать характерный гул, в честь которого они названы.
Скорость, с которой колибри хлопают крыльями, поистине поразительна. В целом, более мелкие виды махают крыльями быстрее, чем более крупные, и их частота колеблется от 25 до 80 ударов в секунду. Напротив, большинство других летающих птиц хлопают крыльями менее пяти раз в секунду. Например, у некоторых цапель медленный ритм крыльев составляет чуть больше двух в секунду, в то время как у большинства певчих птиц — около пяти. Птицы с относительно маленькими крыльями для своего размера, такие как ныряющие утки и фазаны, имеют быстрое взмахивание крыльев, но, вероятно, не превышают девяти ударов в секунду.
Еще одно важное различие между хаммерами и другими летающими птицами заключается в том, что плечевые кости колибри (кости плеча) вращаются в плечевом суставе. Вращение позволяет хаммерам изменять угол передних кромок крыльев между ходом вниз и вверх. Во время движения вниз передняя кромка наклоняется вниз примерно на 45 градусов, заставляя нижнюю часть крыла отталкиваться от воздуха. При движении вверх передняя кромка наклоняется вверх примерно на 45 градусов, поэтому верхняя часть крыла отталкивается от воздуха.Следовательно, крылья способны генерировать энергию как при движении вниз, так и при движении вверх — птичья черта, уникальная для колибри.
Грудная мышца, отвечающая за движение вверх, у колибри пропорционально больше, чем у других птиц, и примерно равна по размеру большой грудной мышце, которая создает движение вниз. Это обеспечивает примерно равную мощность двух ходов
и имеет решающее значение для следующего шага.
После того, как колибри достигли одинаковой мощности хода вниз и вверх, они были всего лишь искажением тела от зависания.Наклоняя корпус назад и перемещая взмах крыльев из вертикальной плоскости в горизонтальную, они напоминают вертолет и могут парить с большой точностью. Более того, перемещая плоскость биений крыла из горизонтального положения в слегка отклоняющийся назад, они могут лететь назад и при разных углах наклона могут лететь практически в любом направлении. И, как всем известно, движения птиц могут быть медленными и плавными или быстрыми и резкими. Парящий полет был включен в их ухаживания и территориальные дисплеи и повысил их эффективность кормления.
Находчивые колибри поднялись в воздух и переписали книгу о полете. В них сочетается скорость и выносливость. И, к удовольствию орнитологов, они включают трюки и акробатические полеты как часть своего удивительного владения воздухом.
T его статья из колонки Элдона Грейджа «Удивительные птицы» появилась в выпуске BirdWatching за июль / август 2019 года.
Статьи по теме:
Удивительные мышцы и кости, которые заставляют птиц летать
Фотографии колибри от читателей BirdWatching
Советы по идентификации колибри Люцифера
Советы и приемы фотографирования колибри
Читайте нашу рассылку!
Подпишитесь на нашу бесплатную электронную рассылку, чтобы получать новости, фотографии птиц, советы по привлечению и идентификации и многое другое, доставляемое на ваш почтовый ящик.
Подпишитесь бесплатноРуководство по полету колибри
Каждый птицевод, наблюдающий за колибри, восхищался их удивительными пилотажными способностями, но как они летают? Эти крошечные птицы обладают уникальными механизмами полета, которые придают им совершенно другой стиль полета, чем у других птиц. Понимание этого полета может помочь всем любителям птиц лучше понять чудо, которое представляет собой летающий колибри.
Отличия в полете колибри
Хотя существует множество нелетающих птиц, большинство из них — искусные летчики.Многие птицы обладают особой формой крыльев и физическими приспособлениями, которые делают их лучшими летчиками, будь то широкие крылья парящего стервятника, заостренные крылья ловкого сокола или округлые крылья тихо охотящейся совы.
Однако у колибри гораздо больше уникальных способностей к полету, чем у любой другой птицы, поскольку они могут летать не только вперед, но и назад, в стороны и прямо вверх. Они также могут сильно парить, намного дольше, чем кратковременные парящие птицы, такие как скопы, пустельги, зимородки и некоторые другие виды.Колибри могут даже выполнять фигуры высшего пилотажа, такие как сальто назад, когда они носятся среди цветов в поисках нектара и насекомых.
Уникальность полета колибри восхищала орнитологов на протяжении десятилетий. Сегодня использование высокоскоростной видеосъемки и передовых методов анализа воздушных потоков вокруг крыльев колибри позволило ученым лучше понять, как летают колибри.
Физиология колибри
Уникальная физическая адаптация колибри является ключевым фактором, почему они летают так не так, как другие птицы.Мало того, что их небольшой размер обеспечивает лучшую маневренность в воздухе, они также обладают множеством других физиологических приспособлений, которые делают их превосходными летчиками.
- Полые кости, сросшиеся позвонки и сросшиеся кости таза устраняют лишние мышцы и связки, облегчая вес птицы, не жертвуя поддержкой, которая защищает внутренние органы.
- Пропорционально большие грудные мышцы отвечают за движение крыльев. Грудные мышцы колибри составляют более 25 процентов веса тела, что выше, чем у любого другого вида птиц.
- Минимальные опоры снижают аэродинамическое сопротивление в полете и снижают еще больший вес. Ноги колибри не могут ходить, они могут только присесть или слегка покачиваться вбок.
- Более длинные и прочные кости в «пальцевой» части крыла обеспечивают устойчивость крыла при каждом взмахе и позволяют совершать более точные движения для управления направлением полета.
- Увеличенное сердце для более эффективной перекачки крови поддерживает более быстрые взмахи крыльев и более эффективное распределение кислорода в мышцах.
Механика полета колибри
Одной физической адаптации недостаточно, чтобы дать колибри такие уникальные способности к полету.Большинство птиц летают вверх и вниз, создавая всю свою подъемную силу и мощность на каждом взмахе крыла вниз. Однако колибри взмахивают крыльями вперед и назад, поворачиваясь в плече на 180 градусов, чтобы повернуть крыло. Этот рисунок, в котором кончик крыла образует горизонтальную восьмерку в воздухе с каждым взмахом крыла, создает подъемную силу как при движении вперед, так и назад, удерживая птицу в воздухе и позволяя ей парить.
Небольшой поворот может изменить угол наклона крыла и повлиять на направление полета, позволяя колибри мгновенно менять направление независимо от того, в какую сторону движется крыло.Этот тип управления полетом более тесно связан с насекомыми, такими как стрекозы, чем с птицами, и представляет собой уникальную адаптацию, которую колибри использует для эффективного полета.
Орнитологи, возможно, расшифровали грубую механику полета колибри, но необходимы гораздо больше исследований, чтобы полностью понять уникальные способности этих птиц. Новые методы исследования, включающие ультрафиолетовое излучение, аэродинамические трубы и другие технологии, постоянно улучшают наше понимание того, как летают колибри.
Колибри Интересные факты
Сколько еще вы знаете о летных способностях колибри?
- Колибри взмахивают крыльями 8-200 раз в секунду. Более мелкие колибри быстрее взмахивают крыльями, чтобы оставаться в воздухе, так как они имеют меньшую площадь поверхности, способной выдержать их вес. Пикирующие колибри также хлопают крыльями быстрее, чем при обычном горизонтальном полете.
- Колибри может летать со скоростью до 60 миль в час в крутом брачном пикировании, но скорость 20-45 миль в час более обычна при прямом устойчивом полете.
- Колибри проводят до 90 процентов своего времени полета в зависании, чтобы поесть. Поскольку при этом сжигается огромное количество калорий, диета этих птиц, состоящая из высококалорийной воды с сахаром, необходима для того, чтобы дать им достаточно энергии для полета.
Обеспечение насестов для колибри может дать им место для отдыха от изнурительного полета. В то же время, обеспечение надежным источником свежего нектара с цветками, подходящими для колибри, или чистыми кормушками для колибри также придаст им энергии для поддержания их удивительного полета.
Понимая, как летают колибри, орнитологи могут помочь им оставаться в воздухе и наслаждаться каждым парящим колибри, которого они видят.
У полета колибри есть умный поворот
Крошечные птички вращают запястьями, чтобы создать подъемную силу при движении вверх.
Используя высокоскоростные рентгеновские камеры, группа ученых обнаружила, как колибри умеют летать, как насекомые, несмотря на ограниченность их птичьих скелетов.
Большинство птиц развивают подъемную силу только тогда, когда они машут крыльями вниз, но колибри могут делать это и при движении вверх, вывернув крылья. Насекомые достигают аналогичного подвига, переворачивая свои крылья у основания, но колибри ограничено своим скелетом, поэтому механизм его маневра до сих пор был неизвестен.
Колибри с рубиновым горлом ( Achilochus colubris ) остается в воздухе, используя механику полета насекомых. Предоставлено: Э.Driver
«Он принял стиль полета, подобный насекомому, с учетом эволюционного наследия позвоночных», — говорит Тайсон Хедрик, биолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, руководивший исследованием. «По сути, у него те же кости рук, что и у нас, но он делает забавную вещь своим плечом, переворачивая крыло взад и вперед, как у плодовой мухи, а не у голубя».
Снимая летящих колибри с рубиновым горлом ( Archilochus colubris ), Хедрик показал, что птицы переворачивают крылья, скручивая запястья.«Похоже, это влияет на все крыло, потому что скелет птицы очень сжат, а запястье находится недалеко от плеча», — говорит Хедрик.
Немецкие ученые предлагали это в 1939 году 1 , но Хедрик наконец подтвердил их гипотезу.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Proceedings of the Royal Society B 2 , началось с брошенного оборудования. Исследователи из Университета Брауна в Провиденсе, штат Род-Айленд, где Хедрик был приглашенным исследователем, обнаружили, что они могут снимать дешевые рентгеновские видео, переставляя высокоскоростные камеры на старые, вышедшие из употребления рентгеновские системы.«Проблема заключалась в том, что вы ограничены размером футбольного мяча», — говорит Хедрик, который пытался придумать животных, которых можно было бы изучать с помощью этого аппарата. Колибри, которые маленькие и парят в определенном месте, идеально подходят для этих целей.
Сначала техника не работала, и Хедрик видел только аморфные тени. «Птица такая маленькая и легкая, что ее кости в значительной степени прозрачны для рентгеновских лучей», — говорит он. Ему пришлось приклеить платиновые бусины к коже птиц, чтобы обозначить положение их костей.
Работа «хорошо сделана и расширяет наши знания о полете колибри», — говорит Крис Кларк, биолог, изучающий колибри в Йельском университете в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. «Используя рентгеновское видео, они могли непосредственно увидеть, как кости крыла движутся во время взмахов».
У большинства птиц запястье сжимается при движении вверх, притягивая крыло к телу, когда оно поднимается. Колибри адаптировали те же движения, чтобы вместо этого вращать свои крылья. «Обычный механизм делает ход вверх аэродинамически невидимым», — говорит Хедрик.«Механизм колибри делает подъем вверх аэродинамически эффективным».
Видео также показали, что колибри взмахивают крыльями, скручивая плечевую кость (верхнюю кость руки), а не взмахивают ею вверх и вниз от плеча, как другие птицы. Чтобы понять разницу, Хедрик рекомендует попытаться имитировать птицу, взмахивая руками. «Вы делаете что-то не слишком отличающееся от того, что делает чайка», — говорит он. Чтобы имитировать колибри, «держите плечо близко к телу, локоть на бедре, и махайте предплечьями вперед и назад».
Благодаря этим нововведениям колибри может эффективно передавать большую мощность своему крылу с помощью крошечных сокращений грудных мышц. «Колибри задействовали свои летные мускулы на очень высоком уровне, — говорит Хедрик. «Благодаря этому небольшому повороту ему удается перевернуть крыло по дуге в 140 градусов».
Насекомые делают нечто подобное. Маленьким животным приходится махать крыльями быстрее, чем крупным, чтобы оставаться в воздухе, и они рискуют потерять мышечную силу в этом процессе. Колибри и насекомые пришли к одному и тому же решению: эффективно используя свои мышцы, они могут производить большое количество энергии быстрыми, но небольшими движениями.
«Это первоклассное исследование, проведенное лучшими специалистами в этой области», — говорит Кен Диал, биолог из Университета Монтаны в Миссуле. «Это будет стимулировать дополнительные исследования для изучения аналогичных механизмов среди других летающих организмов, таких как другие птицы и летучие мыши, в широком диапазоне размеров тела».
Действительно, Хедрик хочет посмотреть, движутся ли таким же образом более крупные колибри, такие как гигантский колибри в Патагоне ( Patagona gigas ), который больше, чем у рубиногорлого.Но в то время как колибри с рубиновым горлом распространено в восточной части Северной Америки, его более крупный родственник обитает в Андах в Южной Америке. «Вероятно, нам придется принести туда рентгеновский аппарат», — говорит Хедрик.
- имя:
развевающийся скелет колибри
описание
- bgcolor:
#FFFFFF
- wmode:
- wmode:
%- высота:
236
- playerID:
- 930839825001
- playerKey:
AQ ~~, AAAAAFNl7zk ~, OmXvgxJOvrFZYqSlJuZl7DkhsNbEfjvA
- @videoPlayer:
1325680280001
- isVid:
true
- isUI:
true
- dynamicStreaming:
Список литературы
- 1
Stolpe, M.И Zimmer, K. J. Ornithol. 87 , 136-155 (1939).
Артикул Google ученый
- 2
Хедрик, Т. Л., Тобальске, Б. У., Рос, И. Г., Уоррик, Д. Р., Бивенер, А. А. Proc. R. Soc. B http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2011.2238 (2011).
Скачать ссылки
Об этой статье
Цитировать эту статью
Yong, E. Hummingbird Flight имеет хитрый поворот. Природа (2011). https://doi.org/10.1038/nature.2011.9639
Ссылка для скачивания
Полет колибри. Маленькое акробатическое чудо.
Наблюдаем за полетом колибри, летаем вокруг кормушек, цветок сады, террасы и внутренние дворики станут свидетелями вспышки радужной красоты и полученная радость.
Вот несколько фактов о полетах колибри, которые стоит переварить. Колибри в полете не похожи ни на какие другие птицы! Их анатомия уникальна, а естественные движения очень особенные.
Конструкция крыла и хвостового оперенияВ отличие от большинства других птиц, у которых подвижные суставы изгибаются и складываются посередине, суставы колибри жесткие.
Не машет крыльями.
Плечевой шарнир представляет собой шаровидный шарнир.
Это позволяет колибри вращать крыльями на плечах во всех направлениях.
Обладая такой анатомией и сильными крыльями, на долю которых приходится 30% веса тела, колибри обладает исключительной маневренностью.
Нам нравится наблюдать, как эта птица летит вперед, назад, вбок и вверх ногами.
Хвост короткий, чтобы тормозить остановку в воздухе.
Какое это зрелище — увидеть «Колибри в полете»!
Полет колибри; Крошечное акробатическое чудоВ отличие от других птиц, колибри не летает ровно.
Они взмахивают крыльями назад и вперед, выталкивая воздух вниз, а не назад.
Это позволяет им летать вертикально.
Мы можем только улыбаться, поскольку они, кажется, смотрят на нас лицом.
Колибри могут быстро менять направление, поворачиваясь на 90 градусов, чтобы воздух постоянно толкался вниз.
Летая со скоростью 30 миль в час, они взмахивают крыльями со скоростью 80 ударов в секунду.
Во время во время ухаживания некоторые виды взмахнули крыльями 200 раз в секунду при полете со скоростью до 60 миль в час.
При парении крылья колибри движутся вперед, а затем верхний край вращается, двигаясь назад, образуя восьмерку.
Эти крошечные существа могут чрезвычайно быстро ускоряться с высоты.
Птицы купаются в мистерах и каплях росы во время полета.
Поскольку миграционный путь некоторых видов чрезвычайно длинный, колибри способны переносить дальние перелеты.
Рыжая колибри пролетает 3000 миль от Аляски до Мексики.
В длинном полете Рубинового колибри — знаменитый подвиг; они пролетают без остановок 500 миль через Мексиканский залив.
Подводя итог, можно сказать, что полет колибри — пилотажный, быстрый и продолжительный.
Если бы кто-нибудь из нас мечтал о полете, разве мы не хотели бы мечтать о полете колибри?
Могут ли колибри летать задом наперед? (Как они это делают?
С незапамятных времен птицы очаровывали людей.Тот факт, что они способны летать, вызывает благоговение у поколений во всем мире. И нет ничего более зрелищного, чем возможность понаблюдать за полетом колибри. В зависимости от размера он может взмахивать крыльями от восьми до 200 раз в секунду.
Характер полета колибри восхищает орнитологов, ученых и исследователей. Тот факт, что самая маленькая из птиц способна менять направление полета, нырять и даже лететь назад, невероятен.Благодаря своей маневренности, скорости и устойчивости эта крошечная птичка представляет большой интерес как для любителей птиц, так и для обычных людей.
Колибри летают задом наперед?
Схема полетаHummingbird показывает, что она может летать вперед, вбок и даже назад. Этот тип полета обычно наблюдается, когда птицы отступают от одного цветка, чтобы перейти к другому. Такой акробатический маневр в воздухе не встречается ни у одной другой птицы. Колибри может двигаться вперед, назад, из стороны в сторону и парить на месте.
Особенность полета этой птицы заключается в том, что в отличие от других видов птиц, ее крылья движутся вперед и назад. Напротив, 99% птиц двигают крыльями вверх и вниз. Колибри разворачивает крылья примерно на сто восемьдесят градусов в плечах. Кончики крыльев образуют рисунок в виде восьмерки, когда движение крыльев вперед и назад приподнимает их. Просто изменив угол наклона крыльев, птицы могут маневрировать и менять направление своего полета.
Какие птицы могут летать задом наперед?
Только очень небольшой процент птиц может летать назад. Из этого крошечного числа некоторые птицы, такие как мухоловка, камышевка и цапля, могут двигаться назад в качестве защитного маневра. Может показаться, что кукушка летит назад, когда дует сильный ветер. Только колибри может летать задом на любое время. И этот необычный стиль полета связан с тем, что он может вращать крылья и обрисовывать форму восьмерки. Эта уникальная особенность позволяет колибри выполнять зрелищные акробатические движения в полете.
Факты о схемах полета и скорости полета колибри
Колибри взмахивают крыльями от восьми до 200 раз в секунду. Обычно более мелкие птицы этого вида имеют меньший размах крыльев. Они очень быстро двигают крыльями, чтобы удерживать свои маленькие тела в воздухе. Птицы также имеют тенденцию двигать крыльями быстрее во время пикирования, чем во время обычного полета.
Типичный полет колибри происходит со скоростью 30 миль в час. Однако во время ритуала ухаживания самец может нырять с ошеломляющей скоростью 60 миль в час.Колибри требуется высококалорийная диета, чтобы обеспечить их энергией, необходимой для поддержания высокоскоростного полета и необычных поворотов в воздухе. Поэтому неудивительно, что они проводят 90% своего времени в полете и зависании, чтобы поесть. Птицы потребляют нектар из цветов, древесный сок и фруктовый сок из созревших, сломанных плодов. Также они питаются плодовыми мушками и другими насекомыми. Ежедневно колибри может потреблять в два раза больше сахара.
У средней птицы от 1000 до 1500 перьев, что намного меньше, чем у других птиц.Это снижает вес обычного колибри и облегчает ему полет. Типичный колибри с рубиновым горлом весит около трех граммов.
Как далеко может пролететь колибри за день?
Родиной колибри является Северная и Южная Америка. Его ежегодная миграция с восточного побережья Соединенных Штатов в Центральную Америку требует, чтобы он пролетел до 1300 миль. Он без перерыва завершает это долгое путешествие. Считается, что во время миграции он может пролететь до 500 миль в день.
Обычно миграция начинается в конце августа и заканчивается в конце октября. И так птица может завершить путешествие в хорошую погоду. Интересно, что мужчины старшего возраста завершают миграцию быстрее, чем молодые, и прибывают к месту назначения в лучшей форме.
Как далеко колибри летают за едой?
В среднем колибри кормится от пяти до восьми раз в час. Поскольку он ежедневно потребляет почти половину своего веса в сахаре, он тратит много времени на поиски нектара, плодовых мушек и насекомых.Он обладает превосходным зрением и способен распознавать ярко окрашенные цветы с приличного расстояния. Кроме того, у него хорошая память, он запоминает основные места кормления и часто к ним возвращается.
Его особенно привлекают ярко окрашенные цветы удлиненной и трубчатой формы. Клюв птицы уникальной формы облегчает извлечение нектара, который она ищет. Он использует свой язык, чтобы погладить нектар, и может лизать около тринадцати раз за секунду. Известно, что перед перелетом птицы набирают 25-40% своего веса, готовясь к предстоящему путешествию.
Орнитологи, которые хотят привлечь этих птиц в свой сад, могут захотеть вырастить такие растения, как петуния, коралловый колокольчик, лианчик и пчелиный бальзам. Колибри, кажется, любят эти растения. Кроме того, можно разместить кормушку для колибри в безопасном месте в саду, недоступном для кошек.
Как быстро летают колибри?
Поскольку птицы крошечные и передвигаются с огромной скоростью, исследователям трудно правильно их наблюдать. Было проведено несколько исследований для изучения и понимания полета этой индейской птицы.Однако только в недавнем прошлом использование миниатюрных высокоскоростных камер с компьютерной системой съемки помогло исследователям лучше понять характер полета колибри.
Исследователи предположили, что именно более мелкие колибри летают быстрее всех и умеют делать крутые повороты. Однако исследования пришли к выводу, что на самом деле именно более крупные и тяжелые колибри способны увеличивать свою скорость, а также выполнять крутые повороты.Это объясняется относительно большим размахом крыльев у птиц, а также более сильными мышцами по сравнению с более мелкими птицами того же вида.
Во время ритуала ухаживания колибри Анны может летать со скоростью 58 миль в час, пытаясь ухаживать за потенциальным партнером, и ныряет на 100 футов в воздух. Исследование, проведенное Калифорнийским университетом, показало, что птица летает со скоростью 385 единиц длины тела в секунду. Интересно, что это быстрее, чем скорость, с которой космический шаттл будет арендовать земную атмосферу, и скорость реактивного истребителя с включенными форсажными камерами!
Что произойдет, если колибри перестанет двигаться?
Колибри постоянно в движении.Если они не летят вперед, назад или в сторону, они обычно парят. На самом деле они получили свое название от гудящего звука, который издают их крылья, когда они летают. Некоторые считают, что если колибри перестанет двигаться, она умрет. Это неправда.
Хотя большую часть времени, когда люди наблюдают за колибри, кажется, что они постоянно летят, птицы останавливаются, чтобы отдохнуть. Когда они засыпают, их метаболизм падает, как и частота сердечных сокращений и дыхания. Пока они спят, они находятся в фазе оцепенения, состоянии, близком к спячке.Часто они свешиваются вверх ногами с веток, и, возможно, поэтому люди ошибочно считают их мертвыми.
суставов запястья колибри вращаются, чтобы удерживать парение — Биологическая стратегия — AskNature
Входящие / проходящие газы
Живые системы должны перемещаться через газы (которые менее плотны, чем жидкости и твердые тела), например, в земной атмосфере. Самая большая проблема при перемещении в газах состоит в том, что, поскольку живая система тяжелее газа, она должна преодолевать силу тяжести.Эффективное перемещение в этой легкой среде создает уникальные проблемы и возможности для живых систем. В результате они разработали бесчисленное множество решений для оптимизации лобового сопротивления и увеличения подъемной силы, чтобы они могли оставаться в воздухе и использовать преимущества переменных течений. Кроме того, они должны преодолевать силу тяжести при переходе из жидкости или твердого тела в воздух. Сказочная муха, самое маленькое из известных насекомых, представляет собой крошечную осу, которая должна перемещаться по воздуху. Для осы воздух похож на тяжелую жидкость, и для перемещения через нее она использует специальные перистые весла, а не крылья.
Изменение плавучести
Плавучесть — это восходящая сила, оказываемая воздухом или жидкостью на твердый объект, которая действует против веса объекта. Ястреб скользит по воздуху, а утка плавает по воде за счет плавучести. Некоторые живые системы (например, икра рыб) могут оставаться оседлыми и, следовательно, постоянно поддерживать одну и ту же плавучесть. Но большинству приходится регулировать свою плавучесть, потому что они не смогут долго прожить, если не поменяют положение. Этим живым системам требуются стратегии, чтобы не только сохранять плавучесть, но и регулировать уровень плавучести.Они часто изменяют плавучесть, добавляя или уменьшая подъемную силу или изменяя свой вес. Например, такие птицы, как кондоры, которые летят в течение длительного времени, меняют направление своих перьев на кончиках крыльев, чтобы управлять плавучестью. Рыбы изменяют количество воздуха в своих плавательных пузырях, увеличивая или уменьшая свой вес, тем самым изменяя свою плавучесть.
Изменить скорость
Изменение скорости или величины скорости важно для некоторых живых систем, потому что это позволяет им управлять своим движением для доступа к ресурсам, спасения от хищников и многого другого.Изменение скорости требует не только преодоления инерции, но и минимизации энергии, необходимой для изменения. Следовательно, у живых систем есть стратегии безопасного перехода от быстрого к медленному или от медленного к быстрому. Примером может служить птица по имени зимородок, которая обтекает свое тело и перья, чтобы быстро перейти от парения над водой к нырянию по воздуху в воду. Оказавшись в воде, зимородок замедляется, расправляя крылья, чтобы не нырять слишком глубоко.
Изменить позицию
Многие ресурсы, необходимые живым системам для выживания и воспроизводства, постоянно меняются в количестве, качестве и местоположении.То же самое и с угрозами, с которыми сталкиваются живые системы. В результате у живых систем есть стратегии, позволяющие поддерживать доступ к меняющимся ресурсам и избегать изменения угроз путем изменения своего местоположения или ориентации. Некоторые живые системы изменяют свое положение, перемещаясь из одного места в другое. Для тех, кто не может изменить местоположение, например деревьев, они изменяют положение, перемещаясь на месте. Примером организма, который делает и то и другое, является хамелеон. Это существо может перемещаться с места на место в поисках еды или убегать от хищников.Но он также может оставаться на одном месте и вращать глаза, чтобы обеспечить обзор на 360 градусов, чтобы он мог охотиться, не пугая свою добычу.
Природа взрывает мой разум! Колибри и их причудливые летающие способности
Майк Бэрд / CC BY 2.0
Колибри, без сомнения, являются одним из самых умопомрачительных достижений эволюции. Эти маленькие пернатые уроды могут летать необычными способами — почти как гибрид птицы и насекомого благодаря своей скорости, ловкости и небольшому росту.Действительно, есть даже вид под названием колибри-пчела, длина которого составляет всего 5 сантиметров, и он заслужил титул самой маленькой птицы в мире.
Так как же это делают колибри? Как они могут летать так быстро? Как они могут парить в воздухе и двигаться с такой точностью? И как им вообще удается летать задом наперед? Это вопросы, на которые исследователи годами пытались ответить.
Все на запястье
Майк Бэрд / CC BY 2.0
Тайсон Хедрик, биолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, недавно провел исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature.Команда использовала аэродинамические трубы и высокоскоростные камеры, чтобы точно определить, как движутся колибри. Оказывается, все дело в запястье.
Колибри переворачивают запястья, чтобы двигать крыльями совершенно иначе, чем у других птиц. «У большинства птиц запястье сжимается при движении вверх, чтобы подтянуть крыло к телу, когда оно поднимается. Колибри адаптировали те же движения, чтобы вместо этого вращать свои крылья».
«Он принял стиль полета, подобный насекомому, унаследовав эволюционное наследие позвоночных», — говорит Хедрик.«По сути, у него те же кости рук, что и у нас, но он делает забавную вещь своим плечом, переворачивая крыло взад и вперед, как у плодовой мухи, а не у голубя».
Смотрите … проверьте это:
Такое движение позволяет им летать вперед, назад, вверх, вниз и даже вбок. И со скоростью! Средняя скорость полета колибри составляет 25-30 миль в час. Некоторые могут нырять со скоростью до 60 миль в час. Все это связано со скоростью, с которой они могут взмахивать крыльями.Колибри среднего размера может взмахивать крыльями 20-30 раз в секунду или 1200-1800 раз в минуту!
Эффективно, но не элегантно
Как говорит природа: «Маленькие животные должны махать крыльями быстрее, чем большие, чтобы оставаться в воздухе, и при этом они рискуют потерять мышечную силу. Колибри и насекомые пришли к одному и тому же решению: эффективно используя свои мышцы, они могут производить большое количество энергии с быстрыми, но небольшими движениями «.
«Возможно, это не изящный симметричный полет насекомых, но он работает», — сказал Дуглас Уоррик, доцент кафедры зоологии в OSU, изучая, как этим птицам удается парить.