політ птахів
Політ - основний спосіб пересування більшості видів птахів. допомагає їм шукати їжу, мігрувати і рятуватися від хижаків. Політ є найбільш специфічною формою пересування птахів, що визначила основні риси організації цього класу. Здатність птахів до польоту викликала ряд адаптацій для забезпечення польоту, зльоту і посадки, орієнтування в просторі і навігації.
Характеристики польоту птахів значною мірою залежать від величини птиці і її екологічної ніші. Хоча певні біологічні адаптації (наприклад, мінімізація маси тіла) характерні для всіх літаючих птахів, інші (наприклад, форма крил) характерні тільки для окремих груп.
Малюнок зображує політ птаха, зроблений Леонардо да Вінчі.
Початок дослідженням польоту птахів заклав ще Аристотель у роботі «Про частини тварин», в четвертій книзі. Він вважав, що швидкість пропорційна силі, яка діє на тіло, тому для руху постійно необхідний «рушій», який рухає тіло, а сам при цьому залишається нерухомим. Щоб пояснити рух літаючих об'єктів, Аристотель був змушений ввести поняття передачі функції «рушія» частинам повітря. Поняття інерції, прискорення і аеродинамічного опору тоді ще не були відомі, тому фактично фізика польоту залишилася непоясненим.
Лише через два тисячоліття наступний значний крок в дослідженні польоту птахів зробив Леонардо Да Вінчі у своїй роботі «Кодекс про політ птахів». Його замітки докладно описували, що необхідно не тільки для рівномірного польоту, але і для зльоту і посадки, при поривах вітру і в інших ситуаціях.
Наступні етапи розвитку знань про політ птахів пов'язані зі становленням гідродинаміки. Так, Християн Гюйгенс в ХVII столітті виміряв залежність аеродинамічного опору від швидкості, а його учень Готфрід Лейбніц фактично ввів поняття закону збереження енергії.
Ці спроби були продовжені Отто Лілієнталем, який також детально дослідив політ птахів і зробив на його основі власний літальний апарат, але його експерименти закінчилися загибеллю через травми, отриманих при аварії літального апарату.
У 1880-х роках Етьєн Жюль Маре ще далі просунувся в дослідженні польоту птахів, знявши перші кінофільми польоту птахів, і сконструював дуже складні експериментальні установки для вимірювання сил і тиску повітря в різних точках навколо птаха, - зокрема, він отримав емпіричну залежність аеродинамічного опору від поверхні.
Серія фотографій пелікана. зроблена Маре. 1882 рік.
На початку ХХ століття зі створенням літаків основний напрямок гідро- і аеродинаміки змістилося від дослідження птахів до дослідження апаратів з нерухомими крилами. Для цих апаратів були створені теорії, і хоча вважалося, що їх можна застосовувати і для птахів, експериментальних досліджень практично не проводилося.
Лише в 1960-х роках дослідження польоту птахів почалося заради вивчення самих птахів.
На той час уже була детально відома функціональна анатомія цих тварин, хоча ряд деталей був відкритий набагато пізніше. Тоді ж стало можливим і використання рентгенівської фотографії для візуалізації в польоті кісток і скорочень окремих м'язів. Також були виміряні витрати енергії при польоті. Дослідження не обмежувалися лабораторними, розвиток радарів дозволило вимірювати швидкість польоту в природних умовах і вивчати стратегію поведінки птахів в різноманітних ситуаціях.
Археоптерикс (Archaeopteryx siemensii) Берлінський екземпляр. 1877 р
В даний час в науковому співтоваристві домінує гіпотеза, що предками птахів є тероподи. але сам механізм виникнення здатності до польоту до сих пір є одним з невирішених питань палеонтології.
Існує три головні гіпотези:
- «Деревна» або «з дерев вниз» (англ. Arboreal або trees down, Marsh. 1877), згідно з якою предки птахів спочатку навчилися планувати вниз з дерев, після чого розвинули здатність до справжнього польоту за рахунок сили м'язів;
- «Наземна» або «з землі вгору» (англ. Cursorial або ground up, Williston. 1879), згідно з якою предки птахів були невеликими спритними динозаврами, які розвинули перо для інших потреб, а потім стали використовувати його для підняття в повітря і польоту;
- «Біг за допомогою крил». варіант «з землі вгору», згідно з якою крила розвинулися для освіти спрямованої вниз сили, яка робила можливим кращий контакт з поверхнею, а в результаті - більш високу швидкість бігу і здатність бігати по вертикальних поверхнях.
До сих пір залишається невідомим, чи мала здатність літати перша відома птиця - археоптерикс (Archaeopteryx). З одного боку, археоптерикс мав структури мозку і сенсорні структури внутрішнього вуха, якими птиці користуються для контролювання свого польоту. а його пір'я були розташовані подібно пір'ям сучасних птахів.
З іншого боку, археоптерикс не мав плечового механізму, за допомогою якого сучасні птахи здійснюють швидкі махають руху; це може вказувати на те, що перші птахи не були здатні до махають польоту, але могли планувати. Знахідки більшості викопних останків археоптерикса в приморських районах без густій рослинності також призвело до гіпотези, що ці птахи могли використовувати крила для бігу по поверхні води, подібно ящірок Василіск (лат. Basiliscus).
Таким чином, будова скелета археоптерикса свідчить про його наземному способі життя, в той час як пір'я і крила - про здатність до польоту.
Деревна теорія, з дерев вниз Правити
Ключова ланка в еволюції птахів відповідно до гіпотези «з дерев вниз», підтверджене палеонтологічної знахідкою
Є першою висловленої гіпотезою, запропонованою Маршем в 1877 році. Була створена за прикладом ширяють хребетних, таких як білки-летяги. шерстокрили. Відповідно до гіпотези, протоптіци, подібні археоптерикса, використовували кігті для того, щоб підніматися на дерева, з яких потім злітали за допомогою крил.
Однак більш пізні дослідження поставили цю гіпотезу під сумнів, наводячи дані, що перші птахи не вміли лазити по деревах. Сучасні птахи, які мають таку здатність, мають значно викривлені і більш міцні кігті, ніж провідні наземні спосіб життя; кігті же птахів мезозойської ери. як і у споріднених з ними динозаврів-тероподів, були подібні до кігтям сучасних наземних птахів.
Проте, недавня знахідка скам'янілостей четирёхкрилого динозавра. відповідно до гіпотези «з дерев вниз» є очікуваним ланкою в еволюції птахів і знову відродила інтерес до даної гіпотези.
Наземна теорія, з землі вгору Правити
Пір'я були досить широко поширені у целурозавр. включаючи раннього тіранозавроіда Dilong. а сучасних птахів палеонтологи найчастіше відносять саме до цієї групи. хоча деякі орнітологи відносять їх до споріднених груп.
Функціями цього пір'я могли бути теплоізоляція або ж статева демонстрація. У найбільш поширеною версією виникнення польоту «з землі вгору» стверджується, що предки птахів були невеликими наземними хижаками (як сучасна каліфорнійська бігає зозуля), і використовували свої передні кінцівки для підтримки рівноваги, а пізніше ці вкриті пір'ям кінцівки розвинулися в крила, здатні підтримувати птицю У польоті.
Інший варіант гіпотези передбачає розвиток польоту з статевої поведінки. для залучення уваги протилежної статі розвинулося довге перо і сильніші кінцівки, які спочатку використовувалися як зброя. а потім виявилися придатними до махають польоту. Також через те, що багато останків археоптерикса знаходять в морських відкладеннях, було припущено, що крила могли допомагати цим птахам рухатися і по поверхні води.
Біг за допомогою крил Правити
Гіпотеза «бігу за допомогою крил» заснована на спостереженні за молодими кекликами і стверджує, що крила отримали свої аеродинамічні функції в результаті реалізації потреби птиці швидко бігати по крутих поверхнях (таким як стовбури дерев), або рятуватися від хижаків, або, навпаки, несподівано атакувати . Для цього була потрібна сила, яка притискає птаха до поверхні.
Проте, перші птахи, включаючи археоптерикса. не мали плечового механізму, за допомогою якого сучасні птахи створюють підйомну силу; через це дана гіпотеза піддається значній критиці.
Нові альтернативні теорії Правити
Також на відміну від «деревної» гіпотези перехід предків птахів на дерева стався не через лазіння по стовбурах, а через спригіванія на нижні кінцівки, з використанням опори на них. Передні ж кінцівки при цьому зберігали свободу рухів і могли виробляти махають руху для утримання рівноваги при спуску з дерев.
Анізодактільная лапа, найбільш поширена у птахів, коли три пальці спрямовані вперед і один - назад, що дає надійну опору на 4 розставлених пальці, стала основою для редукції довгого хвоста з ряду хребців, який служив ранніми птахами для підтримки рівноваги. Подібна еволюційна теорія виключає необхідність плануючої стадії на шляху до виникнення махає польоту.
Втрата здатності до польоту деякими видами птахів Правити
Деякі види птахів, перш за все живуть на ізольованих островах, де відсутні наземні хижаки, втратили здатність до польоту. Це є доказом того, що, не дивлячись на великі переваги польоту, він вимагає великих витрат енергії, і тому, за відсутності хижаків, може стати непотрібним.
Втрата здатності до польоту часто призводить до збільшення розмірів птахів: маса окремих видів пінгвінів досягає 40 кг, казуар. африканських страусів - 80-100 кг. Деякі види вимерлих нелітаючих птахів, як епіорніси і моа. мабуть, досягали маси 250-500 кг.
Скелет пташиного крила:
1. крильце (підрядне крило)
2. термінальна фаланга великого пальця
3. базально фаланга великого пальця
4. малий палець
5-6. карпометакарпус
7. зовнішня ліктьова кістка
8. зовнішня променева кістка
9. променева кістка
10. ліктьова кістка
11. плечова кістка
12. ростральний відросток
13. лопатка
