Почему птицы не сталкиваются в полёте? October 3rd, 2016

Кто же не видел стаи птиц. А помните, как они синхронно меняют направление в полете? Разве это не удивительно? Как они это делают?

Стаи скворцов - одно из удивительных явлений природы. Сотни, если не тысячи, птиц одновременно взмахивают крыльями, демонстрируя чудеса пилотажа. Движения каждой особи выглядят случайными, но птицы никогда не сталкиваются друг с другом, будто управляемые невидимым дирижёром. Стая скворцов - яркий пример способности птиц к синхронному полёту. Биологов не перестаёт мучать вопрос: как птицы в полёте умудряются избегать столкновений.

Вот как это выглядит на видео...

Профессор Квинслендского университета Мандьям Шринивасан полагает, что птицы сумели выработать стратегию безаварийного полёта под воздействием длительной эволюции. Механика птичьего полёта давно интересовала Шринивасана, и он решил провести серию экспериментов с волнистыми попугайчиками, чтобы смоделировать их траекторию. Он отметил, что птицы были склонны всегда огибать препятствие справа, что способствовало плавному движению. В течение 120 наблюдений не произошло ни одного столкновения.

Испытательный туннель. Синими и красными пунктирными линиями показаны поля зрения камер наблюдения

Профессор Мандиам Сринивазан (Mandyam Srinivasan) из Университета Квинсленда (Австралия) поставил задачу изучить, какие именно стратегии применяют птицы для избежания столкновения на встречных курсах. Для этого с двух сторон туннеля длиной 21,6 метра выпускались пары птиц навстречу другу. Представляющие интерес потенциальные действия птиц принимались за гипотезы в байесовской сети для вычисления их вероятности. Предсказанные вероятности сравнивалась с наблюдаемыми фактами. Таким образом исследователи делали выводы о стратегиях ухода от столкновений, которые действуют у птиц.

Перед началом испытаний 10 волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus) мужского пола были обучены пролетать туннель от начала до конца в одиночку.

За 4 дня было записано 102 экспериментальных полётов 7 пар, составленных из 10 волнистых попугайчиков. Не было зафиксировано ни одного столкновения. Затем провели анализ видеозаписей с фиксацией, каким образом птицы смещались в стороны или по высоте при приближении друг к другу.

Результаты оказались довольно неожиданными. Как видно из таблицы, птицы показали склонность почти всегда смещаться вправо, хотя вероятность такого смещения сильно варьируется от особи к особи.

Это очень любопытный вывод. Проведённые ранее исследования на пчёлах показали, что пчёлы склонны смещаться влево при сближении друг с другом. Так или иначе, но склонность смещаться в какую-то определённую сторону является важным знанием. Очевидно, это знание должно быть одинаковым у всех особей в популяции. Если птицы будут при сближении смещаться в случайную сторону, то при выборе влево/вправо вероятность столкновения составит 50%.

Попугайчики в туннеле летали на разной высоте. Учёные обнаружили, что некоторые конкретные особи явно предпочитают лететь ниже/выше другой конкретной особи, что не укладывается нормальное распределение.

Предпочтение конкретной особи лететь выше или ниже другой особи

Несмотря на отдельные случаи изменения высоты полёта, в целом птицы при сближении не меняют высоту, а смещаются в горизонтальной плоскости. Чаще всего — вправо. Учёные делают вывод о наличии у волнистых попугайчиков своеобразных правил движения, зашитых на «аппаратном уровне». Вероятно, это может быть связано с разницей в левом и правом полушариях головного мозга. Так, у попугайчиков правое полушарие и левый глаз отвечают за тактические задачи, такие как обнаружение вероятного столкновения в полёте. В свою очередь, левое полушарие и правый глаз занимаются другими вещами, такими как обслуживание полёта и контроль скорости. Кстати, это одно из эволюционных преимуществ животных с разными функциями левого и правого полушарий (подробнее см. научную работу «Выживание с асимметричным мозгом: преимущества и недостатки церебральной латерализации»).

Таким образом, исследование подтвердило, что наличие самых простых общих правил позволит животным или машинам избежать столкновения.

Во-первых, нужно договориться смещаться в одну сторону. Неважно — влево или вправо, но все должны смещаться в одну сторону.

Во-вторых, выработать алгоритм изменения высоты. Один из участников движения должен смещаться вверх, а другой — вниз. Правила изменения высоты можно реализовать разными способами. Например, присвоить иерархический порядковый номер каждому отдельному самолёту. При встрече самолёт с более высоким номером в иерархии всегда смещается вверх, а с более низким — вниз. Универсальную иерархию непросто внедрить, да и она требует обмена информацией между судами перед сближением. Другой вариант — установить каждому самолёту правило случайного смещения вверх или вниз. В этом случае риск столкновения уменьшится со 100% до 50%.

Учёным пока не удалось понять, каким образом птицы выбирают направление смещения по высоте. Возможно, у них тоже действует некая иерархия.

Но действительно ли секрет синхронного полёта настолько прост?

Ширинвасан с коллегами использовали видеокамеры с возможностью высокоскоростной записи для фиксации полёта 10 попугайчиков с противоположных концов туннеля. Они обнаружили, что для избежания столкновений птицы использовали двоякую технику. Во-первых, встречая в воздухе другую птицу, они отклоняются вправо. Во-вторых, они выбирают, лететь им выше или ниже встречной птицы. Пока остаётся неясным, что влияет на выбор высоты. Профессор предполагает, что, возможно, к этому имеет отношение иерархия птиц в стае, и планирует продолжать исследования.

Хотя работы профессора Ширинвасана позволяют по-новому взглянуть на полёт попугайчиков, они не объясняют механику полёта всех птиц. В стае попугайчиков иная социальная структура, чем, скажем, у скворцов или альбатросов, так что сложно на одном примере делать выводы о синхронном полёте всего спектра пернатых. Также встаёт вопрос о том, были ли попугайчики домашними или дикими, и какое влияние прирученность животных оказывает на их полёт.

В результате других исследований, посвящённых птичьим стаям, были сделаны не менее важные выводы. Например, итальянский физик Андреа Кавагна обнаружил у скворцов развитую систему взаимооповещения. В доли секунды одна особь может передать другим сигнал, направляющий всю стаю прочь от хищника или в обход препятствия. А Дэвид Уильямс из Университета Вашингтона обнаружил, что голуби перемещаются в тесноте, используя различные позиции крыльев. Манипулируя аэродинамикой своего тела, голуби оказываются способны летать с невероятно высокой скоростью в сложном окружении, например, в городской среде.

Голуби складывают крылья, чтобы пролететь между препятствиями:

источники

Различают гребной н парящий полеты птиц. Парение - это полет на почти неподвижных крыльях. Парением птица может подниматься и спускаться; при спуске она часто прибегает к скольжению. При этом птица использует термические восходящие потоки, возникающие над неравномерно нагреваемой подстилающей поверхностью, или, как их обычно называют, термики. Легкий термический поток над ровной местностью или у склона имеет скорости от 0,5 до 1,0 м/с; в эту амплитуду и укладываются скорости парящих птиц. Чем выше, тем скорость восходящих потоков больше, поэтому лучшие парители - грифы и кондоры - забираются иа огромную высоту.
Термин нередко достигает в высоту несколько тысяч метров, диаметр его десятки или сотни метров. Парение кругами объясняется стремлением птиц не выходить за пределы поддерживающих их терминов. При парящем полете на дальность птица кругами поднимается вверх в пределах одного термина» затем планирует (скользит) к другому, вновь поднимается на высоту возможно большую, вновь скользит и т. д. Термики особенно сильны бывают под облаками. Иногда облака образуют целые гряды, и тогда в атмосфере возникает своеобразная воздушная дорога, которой и пользуются парящие птицы. В некоторых местах вследствие особенностей орографии восходящие потоки воздуха отличаются особым постоянством. В них, как правило, проходят четкие пролетные пути аистов, журавлей, дневных хищных птиц. Небольшие термики образуются иа лесных полянах и у опушек леса; ими обычно пользуются при охотничьих облетах своих участков канюки. При движении грозового облака воздушные массы поднимаются со скоростью 7-8, а иногда и 10 м/с. Этим тоже пользуются многие птицы, в частности чайки. Ранним утром терминов почти не бывает, поэтому грифы начинают парить после того, как солнце прогреет землю и возникнут восходящие потоки.
Кроме терминов птицы используют потоки обтекания, возникающие при встрече движущихся масс воздуха с препятствиями. На суше это может быть дом, лес, холмы к особенно горы. В море потоки обтекания возникают от высокой волны, парохода, острова. При следовании за пароходом чайки держатся в слабых штоках обтекания по нескольку часов без взмахов крыльями. Но воздух над морской поверхностью более подвижен, чем над сушей. Восходящие" и нисходящие потоки постоянно перемешиваются., беспрерывно образуются локальные завихрения, поэтому парение над морем вынужденно носит более динамичный характер, чем спокойное, относительно статическое парение в. материковом воздухе. Отсюда и различия в строении крыльев лучших парителей суши и моря: могучие широкие крылья грифа и длинные узкие крылья альбатроса. Последний при парении использует разницу в скорости движения слоев воздуха. У поверхности воды птица помещается между двумя волнами, где ветер слабее. Затем поворачивает против ветра и возносится на высоту 10--15 м, где поворачивается вбок и с боковым, а то и с попутным ветром соскальзывает почти до самой воды, после чего вновь разворачивается против ветра. У самого крупного странствующего альбатроса такой: цикл занимает 10-11 с.
I
Иногда птицы попадают в нисходящие потоки воздуха, так называемые «воздушные ямы», что случается чаще с молодыми. Птицы падают иа несколько десятков метров, нередко при этом они оказываются в воде, но обычно успевают выбраться из воздушной ямы энергичным машущим полетом.
Гребной полет ¦-¦ это полет с машущими крыльями. Источником энергии здесь служит мускульная сила птицы, а не энергия движущегося воздуха, как при парящем полете.. Моменты планирования в комбинации с взмахами крыльев используются многими птицами, но никаких особых «полу- скользящего» или «скользяще-гребного» типов полета выделять, как показал Н. А. Гладков (1949), не следует.
В пределах машущего, или гребного, полета можно выделить вибрационный полет (колибри) и волнообразный полет (дятлы), когда взмахи чередуются с паузами, при которых крылья прижаты к телу. Так же летают зяблик и многие другие воробьиные. Наконец, термин хлопающий полет правильнее относить только к полету куриных. Он отличается быстрыми и шумными взмахами крыльев, кратковременностью и способностью с места давать большую скорость. Некоторые типы полета, например полет утки, кулика, голубя, сокола, исследованы плохо и не имеют своих терминов. Они пока объединяются под названием «гребной полет», хотя и существенно различаются.
Энергия скользящего полета берется из ускорения силы тяжести. Обычно птица прибегает к скользящему полету,.
имея уже определенную поступательную скорость. При этом юна мало теряет и в высоте, и в скорости, так как основной источник энергии заключается не в силе тяжести, а в энергии поступательного движения, развитой предыдущими взмахами крыльев. Полет стрижа, видимо, и есть сочетание вибрационного полета со скольжением. Скользящий полет часто называют планирующим.
«Трепещущий» полет - «висеиие» птицы в воздухе с помощью быстрых и соответственно направленных взмахов крыльев (пустельга, высматривающая добычу) - утомителен и ограничен во времени. «Висеиие» колибри осуществляется при совершенно особых движениях крыльев и потому, как уже говорилось, выделяется в особый вибрационный полет. По механике работы крыла он схож с полетом насекомых. Полет спиной вперед доступен только колибри.
‘ Взлет требует приобретения необходимой для нормального полета скорости. Крупные птицы обычно бросаются вниз. Так, аист падает в воздухе подчас до 10 м, прежде чем наберет нужную скорость и сделает первый взмах крыльями. Мелкие птицы делают один прыжок в воздух, а крупные - разбегаются против ветра. Большой разбег по воде делают утки, особенно нырковые, а также лысуха. Для стрижа взлет с поверхности земли труден, хотя н возможен. А поганка с земли взлететь не может, только с воды. При взлете все птицы машут крыльями чаще и сильнее, чем при установившемся полете; амплитуда каждого взмаха также больше.
При посадке птица уменьшает крыльями скорость полета, но кистевые части крыльев при этом продолжают совершать ту же работу, что и при трепещущем полете, - создавать силу, направленную вверх. Поэтому подъемная сила не падает ниже минимально допустимой величины. Перед самой посадкой широко расставленные крылья гасят скорость и переводят энергию поступательного движения в подъемную силу: птица несколько поднимается в воздухе и затем спокойно опускается в намеченной точке. У многих птиц в торможении участвуют хвост н лапы.
Фигурный полет -- мертвые петли, бочки, спуск на крыле, полет вверх ногами - доступен многим птицам, но используется ими редко, обычно лишь во время брачных игр.
Скорости полета птиц велики. Так, грачи развивают скорость 65 км/ч, скворцы -¦ 70-80, серый журавль и крупные чайки - 50, зяблики, чижи -- 55, ласточки-касатки - 55-60, дикие гуси - 70-90, кулики - в среднем 90 км/ч. Быстрее всех летают стрижи: черный стриж летит со скоростью ПО-150 км/ч, а стриж колючехвостый считается самой быстрой птицей, его скорость составляет 170 км/ч.
От скорости, с которой птица передвигается в воздухе, следует отличать суточную дальность полета, которая даже во время весенних миграций неожиданно мала. Так, зафиксированная дальность полета у аистов составляла в сутки 91, 120 и 240 км, у грача - в среднем 55, у горихвостки - 44’км. Как правило, средняя суточная дальность полета птиц приблизительно соответствует по абсолютным показателям их обычным кормовым перемещениям в гнездовое время. И только в особых условиях, чаще всего над морем, птицы совершают длительные беспосадочные полеты. Так, бурокрылая ржанка во время осенних миграций преодолевает над Тихим океаном расстояние от Алеутских до Гавайских островов - примерно 3000 км. Многие птицы -пересекают Мексиканский залив в месте, где его ширина 1300 км. При перелетах через Средиземное море птицы летят над водой 600-750 км. Около 300 км приходится преодолевать перепелам, летящим осенью из Крыма в Турцию через Черное море.
Среди птиц можно найти полный ряд переходных видов - от строго оседлых до правильно перелетных. У широко распространенных птиц такие переходы наблюдаются в пределах одного вида: сапсан, кряква, камышница. Наличие особей, не проявляющих стремления к перелетам, отмечалось у многих видов (зарянка в Мо-скве, кряквы в Прибалтике, многие утки в истоках Ангары, полевые жаворонки в Тургайской ложбине и т. д.). В последнее время возникают оседлые городские популяций у перелетных видов (черный дрозд в городах Европы, кряква на прудах Москвы и т. д.). Таким образом, перелеты птиц - вынужденное явление, к которому в ходе эволюции птицы пришли, следуя путем «проб и ошибок». Ошибки были губительны, удачные пробы приводили к выживанию, к передаче опыта потомству.
Перелеты птиц, хотя в отдельных -случаях и повторяют путь расселения вида, в целом хорошо соответствуют современной географической и экологической обстановке. Они очень динамичны и подчас меняются на наших глазах. Созданы новые водохранилища в Туркмении - и появились новые зимовки и новые перелетные пути к ним. Зарегулирование стока Нила и осушение нильской дельты вызвало массовые перелеты палеарктическнх уток через Сахару на зимовки в Экваториальную Африку.
Во время перелетов птицы летят либо широким фронтом, либо попользуют определенные экологические русла, дающие основания говорить о пролетных путях. В этих случаях птицы следуют вдоль берега моря или склона горного хребта, летят по речным долинам, через перевалы и т. д. (например, Куршская коса на Балтике или перевал Чокпак в Таласском Алатау). Выделяются также «узловые точки» пролетных трасс, в которых птицы в массе останавливаются на отдых и кормежку, задерживаясь нередко на длительный
срок, чтобы затем совершить очередной «бросок» до следующей * «узловой точки». Примерами могут служить дельты Волги, Кубани, Амударьи, некоторые острова (Мальта,. Гельголанд, Барсакельмес) и озера (Теииз, Челкар-Теигиз„ Балхаш близ устья Или), островные леса (нагорные дубравы Поволжья, степные боры Казахстана, массивы саксаульников в Кызылкумах) и т. п.
Высота полета птиц во время перелетов, особенно ночью, оказалась много выше, чем считалось ранее. Над Северным морем отмечено много перелетных птиц на высоте 3900 м, а максимальная высота - 6400 м! На первый взгляд это явление трудно объяснимо, но высота обеспечивает ориентировку перелетных птиц по наземным ориентирам. Хотя кривизна Земли и ограничивает видимость, но все же при подъеме она заметно увеличивается. Так, при прозрачном воздухе видимость с высоты 100 м - 35,7 км, 1000-113 км, 2000 - 159 км, 3000 м - 195 км.
Кроме того, на большой высоте птицы могут воспользоваться сильными воздушными течениями нужных направлений, в том числе и восходящими. Сплошная облачность дезориентирует птиц, они либо прекращают перелет, либо летят в случайно выбранном направлении, а потом дрейфуют по ветру, видимо, теряя навигационные способности.
Во время перелетов у птиц самых разных систематических и экологических групп бывает значительное число «ошибок» - залетов. Примеров дальних и неожиданных залетов можно привести много: поморники - на Рыбинском водохранилище и оз. Теигиз Целиноградской обл., фламинго- под Томском и Ленинградом, моевка - в Туве, горные чечетки - в Московской обл. и т. д., вплоть до австралийского журавля - в Якутии (в 80-х годах XIX в. добыт под Якутском, хранится в Зоологическом музее МГУ) и колибри - на о. Ратманова в Беринговом проливе.
В ряде случаев залеты, несомненно, вызываются штормовыми ветрами, ио значительное их число обусловлено ошибками самих птиц. Залеты, как правило, заканчиваются гибелью, хотя в отдельных случаях могут приобретать регулярный характер и приводить в конце концов к расширению ареала. Именно так, залетами, расселялись кольчатая гор-1 лица, свнрнстелевый сорокопут, майна и другие птицы. Гага на Черном море из залетной превратилась в регулярно зимующую и, наконец, загнездилась.
Залеты птиц, многочисленные их ошибки, ставят под сомнение абсолютный характер их способности к ориентации в пространстве. Это очень важный, принципиальный момент. Способность птиц находить дорогу к местам гнездовий или зимовок принимается априорно. Закономерности птичьих миграций имеют вероятностный характер. При этом для
17
жаждой отдельно взятой особи вероятность прилета в нужную точку далека от стопроцентной. Правильнее всего будет считать, что количество птиц, успешно завершающих перелеты, обеспечивает ежегодное воспроизводство в количестве, -покрывающем ежегодную убыль. При этом нормы годовой -смертности у перелетных птиц, улетающих от суровой зимы в благодатные теплые края, отнюдь не меньше, чем у птиц, остающихся зимовать в суровых северных условиях. В этом отношении перелетные птицы ничего не выигрывают по сравнению с оседлыми, просто они не могут иначе, они вынуждены лететь. И при малейшей возможности не лететь - в массе не летят, остаются. Так, обильный урожай рябины в.необычайно суровую зиму 1939/40 г., когда ® Москве температура воздуха падала до -44°С, привел к массовой зимовке дроздов-рябииников. Обычно же, в годы со средним и тем более низким урожаем рябины, эти птицы зимовать не остаются, хотя температурные условия бывают мягче. Обильные урожаи семян березы и ольхи приводят к массовым зимовкам чижей и т. д. Наконец, в Москве возникли оседлые популяции грачей и скворцов, которые всю зиму -кормятся на свалках и около баков для мусора. Количество зимующих птиц этих видов растет из года в год и мало зависит от степени суровости зимы. В Прибалтике в местах -сброса теплых вод электростанциями еще недавно зимовало около 5 тыс. крякв, по последним сведениям, их количество выросло до 50 тыс.
«Захват» птиц, особенно молодых, волной мигрантов разных видов обычно не учитывается даже при постановке опытов с насильственной задержкой. Такие опыты ставились с утками в США, с аистами в Европе. Молодых птиц отлавливали, затем ждали пока улетят все птицы этого вида, затем, окольцевав их, выпускали и, наконец, получив кольца о мест обычных зимовок этих видов, считали, что наследственное запечатление пролетного пути доказано. А что поток более поздних мигрантов обязательно должен был подхватить этих птиц, не учитывалось. В природе обычны случаи, когда к группе или стае птиц одного вида присоединяются особи других видов. Особенно часто это можно наблюдать именно осенью, когда среди мигрантов преобладают молодые птицы. Среди куликов или речных уток осенью трудно встретить стаю из птиц одного вида, чаще всего они смешанные.
Когда серые гуси или журавли совершают обычные кормовые перелеты (с мест дневки или ночевки на кормежку и обратно), то каждый косяк птиц летит таким образом, чтобы видеть стаю, летящую впереди. Если передний косяк начинает набирать высоту, то же самое и иа том же месте или чуть раньше делает следующий за ним косяк и т. д. Паво- роты, разведочные круги, посадка - все повторяется. Таким образом, складывается коллективная система использования пространства и избегания опасности, система, которая охватывает не только членов одного косяка, но значительно-" большую массу птиц, порой до нескольких тысяч.
"в. Э. Якоби, используя метод радарных наблюдений, показал что и во время перелетов птицы нередко ориентируются по впереди летящим стаям. Расстояние между стаями- может быть 50-60 км, т. е. стаи находятся в Пределах видимости друг друга. Связанные зрительно, они обозревают сразу сотни километров. Чем больше высота полета и многочисленнее стаи, тем реже они летят. При низкой облачности и плохой видимости стаи малочисленные, летят они ниже и ближе друг к другу. У некоторых видов, например" серой вороны, перелет представляет поток одиночных вроде бы птиц, но каждая из них следует за своим «ведущим» и следит за иим, а порой - и за соседями. Возможен и такой вариант, при котором в начале осеннего пролета летят одиночки, потом они соединяются в стайки, а еще южнее-- в крупные стаи. В любом случае такой шток может растянуться на многие сотни километров. В. Э. Якоби предполагает, что именно так осуществляется перелет воробьиных, птиц над морем. Поскольку птицы берут направление, очевидно, на берегу, а потом летят, не сворачивая, ясно, что за- первой стаей, взявшей правильное направление, могут долгое время следовать все новые и новые стаи разных видов. Такая эстафета может продолжаться и ночью. Видимо, это- ближе к истине, чем утверждения, что птицы вносят поправку на положение солица, пользуясь при этом особыми «внутренними часами», и более того, ориентируются по Полярной, звезде. Конечно, птицы учитывают положение солица и звезд и их смещения (в экспериментах, правда, достаточно противоречивых, это было показано), -но «подвижные ориентиры» в виде летящих впереди стай, по-видимому, гораздоважнее.
Не менее важны наземные ориентиры *- долины рек, горные хребты, озера, а в «ряде случаев и отдельные, хорошо: заметные постройки, башни, высотные дома и пр. Так, почтовые голуби Останкинской биостанции МГУ при тренировках неизменно ориентировались на купол главного павильона ВДНХ и лишь от него поворачивали к своей голубятне.
Способность птицы возвращаться к своему гнезду с любого значительного расстояния получила название хоминг (от английского home - дом). Опыты с.разными видами птиц дали противоречивые результаты. Яспо лишь, что возврат к гнезду носит столь же вероятностный характеїр, как и попадание на зимовку или в гнездовую область во время перелетов. В незнакомой местности сразу после вылета по

вой линии хорошо заметные формы рельефа, телевизионная вышка и т п.), поворачивают в нужном направлении. Во всяком случае/почти все увозившиеся от гиезд птицы тра-
иьлпим * - -
тили иа возвращение к ним значительно больше времени, чем требовалось на полет по прямой. Естественно, что срок возвращения всегда оказывался прямо пропорционален расстоянию, на которое увозили птицу. Наконец, при массовых опытах с ласточками и другими птицами было выяснено, что процент вообще не вернувшихся птнц достаточно велик. То же наблюдается и при тренировке на дальние расстояния почтовых голубей: процент возвратов и их скорость быстро падают при увеличении расстояния.
Для ориентировки птиц во время перелетов существенное.значение имеют их поелегиездовые кочевки, во время которых они знакомятся с территорией. Работами Я. А. Внксне доказано, что выбор молодыми озерными чайками будущего места гнездования в значительной мере определяется нх знакомством с водоемами, полученным во время иослегнездо- вых кочевок. Эти наблюдения раскрывают одну из причин частого нарушения птицами так называемого «гнездового консерватизма», т. е. обязательного возвращения для гнездования к месту своего рождения. С другой стороны, они не оставляют сомнения в том, что зрительная память у птиц великолепно развита.
Затраты энергии во время перелетов впервые точно установлены в опытах на Куршской косе. На расстоянии 50 км друг от друга были построены большие ловушки. Разница в среднем уровне энергетических резервов у птнц, попавших в первую и вторую ловушки, составляла затраты энергии на 50 км полета. Выяснилось, что зяблики тратят на полет в -3,8 раза больше энергии, чем иа «существование», юрок и чиж - в 2,5 раза больше. Если учесть заведомо заниженные показатели энергии существования птиц в клетках, то разница между затратами энергии во время «обычной» жизни и иа перелетах будет еще меньше.
В. Р. Дольник с сотрудниками установил, что дальние мигранты, обладающие экономичным полетом, тратят около 3 ккал на 100 км полета. Если принять эти цнфры за основу, то затраты энергии будут примерно равны:

Средиземное море и Сахара (3600 км) - 108 ккал,
Мексиканский залив Балтийское море Черное море
(3500 км) - 105 ккал, (300 км)- 9 ккал, (500 км) - 15 ккал.

Расчеты эти формальны, они не учитывают возможности выбора птицами сильных воздушных течений, идущих в нужном направлении. Но тем не менее самые дальние мигранты из мелких птиц, весом 15"-30 г, должны иметь в организме энергетические резервы общим объемом не менее 100 ккал. Таким резервом служит жир.
Жир обладает калорийностью 9,5 ккал/г, тогда как калорийность образующихся в организме углеводов (гликогена) ниже более чем в два раза - 4,2 ккал/г. При сжигании в ходе работы жира высвобождается некоторое количество воды (так называемая метаболическая вода); пока птица тратит жир, она почти не нуждается в воде. Путь окисления жира в тканях птицы короче, чем при использовании с качестве источника энергии углеводов, что очень важно при высоком темпе обмена веществ. Наконец, при окислении углеводов образуется молочная кислота - одни из основных источников мышечного утомления. При окислении жира молочной кислоты не образуется, поэтому у перелетных птиц во время миграции жнр вытесняет гликоген из его основных хранилищ - печени и грудных мышц. Это дает значительный выигрыш. Примерно половина необходимого количества жира размещается в мышцах печени и брюшной полости. Другая половина откладывается непосредственно под кожей птиц; вначале подкожный жир откладывается только на.птерилиях, а потом - и на аптериях. У многих куликов, например, тело покрыто толстым слоем жира, который просвечивает под тонкой кожей. Масса птиц во время миграций на 20-40% больше обычного за счет жира. Чтобы обеспечить себя энергией в 100 ккал для дальнего перелета (порядка 3000 км), птица должна запасти около 11 г жира.
Обычно максимальное количество" жира соответствует необходимым затратам для совершения очередного «броска» во время перелета. Накопление жира у мелких птиц (при благоприятных условиях питания) идет со скоростью 0,1- 0,5 г/сут. Поэтому «набор» миграционного жира занимает не менее 10-15 дней (с учетом, что он начинается ие от нуля, а от какого-то ранее достигнутого уровня). Количество ¦потребляемой пищи резко возрастает, наблюдается гипер- ¦фагия, или переедание. В немиграционный период, даже при обилии пищи, гиперфагии и мощных жировых отложений не бывает. Нет этого и у оседлых птиц, которые никогда так не жиреют, как перелетные.
При истощении жировых резервов миграция прерывается и начинается усиленное кормление. В отдельных случаях мелкие птички за сутки могут накопить более \ г жира, а н клетке отощавшая птица набирает до 2 и даже 5 г жира н сутки!
Запасы жира необходимы для нормального перелета.
При осеннем перелете перепелов в Крыму вначале летят* по данным Е. П. Спангенберга, почти исключительно взрослые самцы с обильным запасом жира; их масса достигает 146 г. Позже среди пролетиых птиц постепенно начинают преобладать самки, а затем все чаще встречается молодь обоего пола, обладающая довольно значительным количеством жира. Когда же массовый- пролет перепелов закончится, на южном побережье «появляется поздняя молодь массой не выше 75 г, которая, по-видимому, не летит дальше, а частично гибнет в зимнее ненастье, частично благополучно переживает зиму. Такие молодые птицы никогда не образуют стай и высыпок, а одиночками (распределяются на площади южного побережья» (Спаигенберг, 1948, с. 89).
Для успешного окисления значительного количества жира в полете требуется обилие кислорода. Здесь следует обратить внимание на особенности дыхательной системы птиц, снабжающей организм кислородом. Легкие птиц невелики и занимают небольшую часть орудной полости. Очень мала.растяжимость птичьих легких, особенно при сравнении их с легкими млекопитающих. Более того, если у нелетящей птицы механизм дыхаиия сводится к приближению и удалению грудииы от позвоночника за счет работы межреберных мышц и движения ребер, то в полете этот механизм выключается, ребра делаются неподвижными. Но включается другой замечательный механизм - «двойное дыхание». В действие вступают воздушные мешки.
Кроме подсобной носоглоточной системы воздушных мешков, связанных с пневматизацией некоторых костей черепа, у птиц имеется сложная и огромная по сравнению с легкими система легочных мешков. Они отходят от разветвлений бронхов и в отличне от легких очеиь растяжимы. Ко проходящие в стейках воздушных мешков кровеносные сосуды не связаны с кровеносной системой легких, так что считать воздушные мешкн органами дыхания в прямом смысле нельзя. В то же время роль их в дыхании птиц велика.
Различают две пары самых крупных воздушных мешков- загрудные и брюшные, впереди от них лежат еще т.ри пары более мелких мешков. В сумме воздушные мешки наполняют все тело птицы, их ответвления проникают в кости, мускулы, позвоночник; у некоторых птиц ответвления воздушных мешков лежат между кожей и мускулатурой. Воздушные мешки играют решающую роль в вентиляции легких. П.ри вдохе воздух, богатый кислородом, наполняет не только легкие, но и воздушные мешки. При выдохе воздух из мешков вновь продувается через легкие н отдает им свой кислород. Мышцы, управляющие движением крыла, особенно важны: «они давят на передние мешки, продувая бывши» в них воздух через легкие. Так возникает «двойное» дыхание птиц, при котором усвоение организмом кислорода происходит при вдохе и при выдохе. Отсюда и высокая интенсивность окислительных процессов у птиц. Местом обмена газов служат не только легкие, ио и пневматические полости костей, одетые эпителием и богатые капиллярами. Кроме того гемоглобин крови птиц легко отдает кислород, поэтому выделение кислорода капиллярными сосудами в ткаии тела происходит очеиь интенсивно. С этим и связаны высокая постоянная температура тела птиц и энергичный обмен веществ. Число дыханий у мелких птиц очень велико: у воробьиных - около 90-100 раз в минуту, у колибри даже 108-146 раз (по другим сведениям - 180 раз), тогда как у коршуна-18, у кондора - 6, у эму - 2-3 дыхания в минуту. При беспокойстве количество дыханий и ударов сердца птицы резко возрастает.
Благодаря системе воздушных мешков и «двойному» дыханию, чем быстрее машет птнца крыльями в полете, тем лучше и полнее сменяется воздух в ее легких. Поэтому одышки при быстрых летательных движениях у птиц иет. Воздушные мешки имеют и другие важные функции. С их внутренних поверхностей происходит испарение, что особенно важно при сухой, лишенной желез коже. Тем самым успешность терморегуляции, в частности предохранение от перегрева важнейших органов тела (сердца, легких, кишечника, половых желез и пр.) в значительной мере определяется работой воздушных мешков. В холодную же погоду мешки способствуют сохранению тепла. Кроме того, воздушные мешки сокращают треиие между внутренними органами птицы, облегчают изменение их формы и объема -при наполнении зоба и пищевода. При броске в воду воздушные мешки ослабляют толчок, испытываемый организмом, а под водой они могут многократно прогонять один и тот же объем воздуха через легкие, До полной отдачи кислорода, чем продлевают время нахождения птицы под водой. Кроме того, в воде н на воде воздушные мешки способствуют регулированию удельного веса птицы. Наконец, у некоторых птиц воздушные мешки раздуваются при токовании (фрегат) или играют роль резонаторов.
Энергетика полета обеспечивается и приспособлениями к нему кровеносной системы птиц: у них полностью отделена артериальная кровь от венозной, сердце четырехкамерное и сравнительно крупное. Особенно большие сердца у хорошо летающих птиц. При приблизительно равной массе самих птиц сердце чеглока составляет 1,7% общей массы тела, у пустельги - 1,19, а у сороки -¦ только 0,934%. Наибольшая относительная масса сердца у самых мелких птиц: у пенечки-трещотки-1,829%, а у колибри - 2,4-2,85%! Повышенная интенсивность кровообращения связана с большой потерей тепла V мелких птиц, имеющих «невыгодное» соотношение объема тела и его поверхности. Так, потеря тепла на килограмм массы за 1 ч для утки равна 6 ккал, для голубя - 10 и для воробья - 35. Относительная масса сердца увеличивается также у северных и горных подвидов.
Энергичный обмен веществ обусловлен еще и большой частотой сердцебиений; у мелких птиц частота пульсаций сердца заметно выше, чем у крупных. Сердце воробья сокращается 460 =раз в минуту, у галки - 342, у каиюка - 301, у кряквы - 317, у индюка--93, у страуса--140 раз. Эти цифры примерны; в состоянии покоя сердце бьется почти в два раза медленнее, чем при быстром движении. У разных особей вариации также могут быть велики: у домашних кур - 140--390 сердцебиений в минуту, у голубей-136- 360, у зеленушки - 703-848, у щегла - 914-925. У колибри в состоянии покоя пульс достигает 500 ударов в минуту, в полете же - до 1200 ударов при 600 дыханиях amp; минуту. Правда, цри ночном оцепенении и снижении температуры тела до 15-20°С (по некоторым данным, даже до 10-12°) пульс колибри снижается до 100-50 ударов в минуту. Таким образом, напряженность кровообращения у птиц хорошо соответствует большим затратам энергии во время полета.

Зима на пороге, и наши маленькие друзья – птицы всех видов (кроме городских) уже, как правило, покинули свои гнезда, собрались в стаи и мигрировали южнее.
Если вам удалось наблюдать красивый полет стаи птиц, поражающий своей слаженностью, диковинными фигурами и нереальной синхронностью, то знайте: вы наблюдали такое явление как мурмурация (murmuration).

Что такое мурмурация, ученые не могут точно определить. В основном этот термин применяют к так называемому танцу скворцов , когда тысячи их сбиваются в стаи и устраивают захватывающее шоу в небе.
Огромная стая птиц формирует волшебные фигуры, сжимается, растягивается…







Не известно, каким образом и зачем птицы совершают свой танец. Даже сложными алгоритмическими моделями пока не получается объяснить это природное явление. Поражает также акробатика скворцов, все движения совершаются в сотые доли секунды, при этом удается избегать столкновения как друг с другом, так и с хищниками, которые прилетают поохотиться увидев такое большое скопление. Главной версией на данный момент является защитная - скворцы таким образом защищаются от врагов, вводя их в заблуждение и запугивая. Скорость маленькой птички во время такого танца может достигать 40 километров в час.

На этих видео – мурмурация, как уникальное природное явление, или просто — очень красивый полет стаи птиц . Наслаждайтесь!

Скворцы «танцуют» над Израилем:

Стая птиц, летящая в голубом небе… Каждому знакома такая картина. Посмотрите, вот летят журавли. Их стаи всегда летят правильным строем: клином, углом, или, как говорят в народе, «ключом».

Почему птицы летают стаями? Для начала разберёмся с понятием «стая».

Стая – это группа животных, держащихся вместе.

Долгое время считалось, что в стае, при определённом строе полёта, птицам будто бы легче рассекать воздух. Оказывается, это вовсе не так. Наиболее правильное объяснение этому явлению дал видный орнитолог С.А.Бутурлин.

Он пояснил, что в косяке птиц всегда есть особи более сильные и менее сильные, соответственно с более сильным или слабым полётом. Чтобы стая не слишком растягивалась при дальнем полёте и не теряла отставших, она должна двигаться со средней постоянной скоростью, наиболее выгодной для большинства птиц. Для этого нужно соблюдать определённый постоянный такт полёта, что возможно, если забота о поддержании такта лежит на одном члене стаи. Остальные птицы лишь подражают ему.

А подражание возможно в том случае, если каждая птица видит передовую, ведущую. В беспорядочной куче этого очень трудно добиться, а при правильном строе, особенно при строе углом или косым рядом, вожак находится на виду у всей стаи. Такие формы строя чаще всего и встречаются.

Передовые птицы время от времени меняются местами с летящими позади. И не потому, что они устают от труда по разрезанию воздуха – этот труд одинаков для всех членов стаи, — а потому, что они утомляются от затрат нервно-психической энергии на поддержание однообразного такта движения и поддержание верного направления полёта.

То, что строй птиц не связан с рассеканием воздуха и облегчением полёта, доказывает само разнообразие форм строя полёта у различных птиц. Так, гуси и журавли летят клином. Многие кулики, например, чибисы и золотые песочники, летят шеренгой, поперечным рядом. Так же летят и цапли-каравайки. Утки-нырки летят пологими дугами, а бакланы «цугом» — продольной линией, друг за другом.

Что касается мелких птичек, то некоторые из них летят скопом, беспорядочной кучей, как заряд дроби, выпущенный из ружья. И не поймёшь, кто у них первый, кто последний, так быстро меняются они местами, обгоняя друг друга. Никакой заботы нет у них о порядке и строе. Потому-то многие из них отстают и теряются в пути.

Из рассказов И.Ф.Заянчковского

«Две стаи»

Как клином журавли летят — взгляни,
Уже тогда их тучи провожали.
В тот дальний трудный путь, когда они
От прежней жизни к новой отлетали.

Они летят со скоростью одной
И журавли и тучи, в те же дали.
Журавль и туча делят меж собой
Просторы неба, рядом пролетая.

И продолжают свой полет двойной
Друг друга ни на миг не покидая.
И только ветер чувствуют сквозной
И лишь парят и тают эти стаи…