Учёные определили, почему пингвины не летают

Кайра

Кайры похожи на пингвинов. Пока они умеют летать, но крылья этих водоплавающих птиц получают самую высокую нагрузку из всех, подвергавшихся когда-либо подобным измерениям.

Приспособленное для ныряния крыло требует в воздухе высоких энергозатрат. Хорошо нырять и так же хорошо плавать у птиц не получается. По-видимому, эволюция поставила их в этом отношении перед выбором. Тем, чьи крылья адаптировались к передвижению под водой, приходится в полёте прилагать очень много усилий.

Исследование энергозатрат

Берингов баклан

Научная группа под руководством Кайла Х. Эллиотты (Kyle H. Elliotta) - Университет Манитобы в Виннипеге, Канада - сообщила в "Известиях" (Proceedings) Академии наук США, что хорошие ныряльщики в воздухе потребляют много энергии. Исследователи изучили соответствующие расходы энергии у кайры (Uria lomvia), использующей свои крылья для движения под водой, как пингвин, и берингова баклана (Phalacrocorax pelagicus), который принадлежит к семейству бакланов и передвигается во время погружения с использованием ног.

Огромные затраты энергии

Исследования показали, что оба вида морских птиц имеют при полете очень высокие энергозатраты - самые высокие из когда-либо измеренных у позвоночных. Особенно трудно приходилось кайрам: их расход энергии при полете был еще на треть выше, чем предсказывали биомеханические расчеты, которые были основаны на телосложении этих птиц, что указывало, по мнению исследователей, на низкую механическую эффективность. При полете их крылья несут самую высокую нагрузку из когда-либо измеренных у летающих птиц.

Крылья становятся плавниками

Ныряющий пингвин

При погружении, однако, кайра чувствовала себя лучше. Расходы энергии с её "крыльями-плавниками" были значительно ниже, чем у берингова баклана, гребущего ногами. Однако они были у кайры всё же намного выше, чем у пингвина. Исследования подтверждают гипотезу, что у ныряющих птиц функция ограничивает форму, пишут биологи. Оптимизация формы крыла для дайвинга происходит за счет расхода энергии во время полета. Причём настолько, что, в конечном счете, пингвины летать уже не могут.

Пингвины и математика: что у них общего?

Что мы знаем об императорских пингвинах? Насколько умны эти достаточно неуклюжие на земле и необычайно ловкие в воде птицы? Как им удаётся выживать в суровом антарктическом климате и высиживать при предельных минусовых температурах птенцов, обеспечивать затем теплом малышей, да и себя? Как они вычисляют, куда нужно переместиться в толпе, чтобы не замёрзнуть самому и согреть близстоящего товарища? На все эти вопросы пытаются сейчас дать ответы учёные.

Уже известно, что внутри плотной толпы пингвинов существует "перемешивание". Птицы, стоящие в центральном месте стаи (оно самое теплое) и на краю, где холоднее всего, постоянно сменяют друг друга. Один отдельно взятый пингвин из-за тесноты передвигаться не может. Как, по чьей команде, происходит коллективная смена места - через 30-60 секунд птицы делают крошечные шажки (5-10 сантиметров), учёным пока выяснить не удалось.

Пингвины сбиваются в тесную толпу по определённым правилам

Поведение пингвинов представляет собой модель движения, похожую на ту, по которой оно происходит в сжатых коллоидных системах - что-то среднее между растворами и взвесями. Оно носит волнообразный характер: пингвины совершают движение в разных местах толпы в разное время. Похоже, что оно имеет организованный характер и начинается по инициативе отдельных пингвинов, "контролирующих" общую "передислокацию".

Согласно недавно представленной математической модели движения, сбившаяся в кучу толпа пингвинов - явление социальное. Но что общего у этих необычных птиц с математикой? По мнению американского исследователя, их связывает очень многое. Посмотрев однажды фильм "Марш пингвинов", он обратил внимание на точно выверенный способ, каким пингвины сбиваются в свои большие группы. Они делают это, чтобы согреть друг друга и укрыться среди своих сородичей, найти надёжное убежище от пронизывающего ледяного арктического ветра.

В такой тесноте двигаться отдельным пингвинам невозможно - только всем вместе

Затем учёный разработал математическую модель, которая отображает эту "обнимающуюся" группу. В журнале «PLoS ONE», математик и его коллеги пишут: эта социальная система очень справедлива. Каждый пингвин прекрасно согревается. По расчетам исследователей, самый холодный пингвин переходит на самое защищённое место в группе.

Математическая модель движения согревающих друг друга пингвинов недавно обсуждалась на конференции в США. Однако, прежде чем математики приступят к её усовершенствованию, они хотели бы уточнить у биологов некоторые моменты.

Кроме того, учёные надеются получить таким путём некоторую пользу для собственной науки - математики. По мнению исследователей, все, кажется, обожают пингвинов, но мало кто испытывает подобные чувства к математике. Если бы можно было изучать математику на пингвинах, некоторые, возможно, скоро прониклись бы любовью и к царице наук, пишет wissen.dradio.de.

Вот он, фильм "Марш пингвинов", заставивший учёного заняться разработкой математической модели. Смотрите!

Марш пингвинов  (2005)