Почему эти птицы на север летят? Почему птицы летят клином? Почему птицы летают

Почему журавли и некоторые другие крупные птицы во время своих миграций выбирают такую форму построения, как клин? Оказывается, этот строй позволяет им экономить энергию, поскольку птицы, выстроившись клином, так оптимизируют возникающие воздушные потоки, что те не мешают, а помогают им лететь. Но такое возможно только у крупных путешественников.

Когда речь заходит о перелетных птицах, почти сразу же вспоминается летящий по небу журавлиный клин. Впрочем, подобное построение используют не только журавли — многие другие крупные птицы, например, гуси, утки, ибисы также предпочитают путешествовать, построившись в виде клина. Таким образом, можно предположить, что этот строй является достаточно удобным для долгих перелетов. Однако сразу же возникает вопрос: почему?

Долгое время существовали две гипотезы, которые объясняли выгоду от подобного построения — одна из них, поведенческая, говорит о том, что птицы при путешествии просто следуют за лидером, то есть тем, кто летит перед ними, и из-за этого автоматически получается клин. Вторая гипотеза объясняет выгоду подобного построения законами аэродинамики — они благоприятствуют именно построению клином, поскольку при такой форме построения птицам легче лететь.

Однако обе этих версии совершенно не объясняют того факта, что клин не является единственной формой построения птичьей стаи. Например, кулики летят зигзагообразным строем, напоминающим змейку, скворцы — четкой линией, а чайки — вообще беспорядочной толпой. Почему же в таком случае эти птицы позволяют себе так наплевательский относиться к законам термодинамики — ведь они могли бы, изменив построение, весьма облегчить себе путешествие? Кроме того, необходимость видеть лидера, указывающего направление движения, есть и у этих пернатых, и, более того, судя по всему им это удается и при других формах построения.

И вот недавно ученые из Международной группы зоологов под руководством Джеймса Ашервуда из Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета (Великобритания) решила разгадать загадку птичьего клина. Для этого исследователи снабдили 14 молодых лесных ибисов (Geronticus eremita ) GPS-датчиками, которые фиксировали положение птицы с точностью до 30 см, и акселерометрами, которые регистрировавали движения крыльев. После чего прошлой осенью вернули этих выращенных в неволе птиц в естественную среду обитания — как раз накануне их традиционного путешествия из Австрии в Италию (оно прошло под руководством приемных "родителей", то есть людей на параплане). Во время полета эти "родители" получили уникальную возможность исследовать полет ибисов, находясь вблизи самих птиц.

В итоге, когда ибисы благополучно долетели до приготовленного им места зимовки, а ученые проанализировали данные приборов и результаты собственных наблюдений, выяснилось, что аэродинамическая гипотеза была абсолютно корректной. В статье, которая была опубликована в журнале Nature , ученые пишут про то, что ибисы старались лететь сзади и слегка сбоку впереди летящего товарища, чтобы поймать крылом поднимающиеся вверх вихревые потоки, которые тот оставлял позади себя. Если же ведомый оказывался строго позади ведущего, то характер взмахов менялся — так, чтобы минимизировать влияние нисходящих потоков от тела того, кто летел впереди.

Таким образом было выяснено, что построение при полете определяется в основном двумя факторами: птицам нужно поймать восходящие потоки от лидера и избежать нисходящих, которые тоже тянутся за тем, кто движется впереди. Также орнитологи выяснили, что при этом птицы специально синхронизируют друг с другом движения крыльев — опять же для лучшей настройки на воздушные потоки. В результате получается, что во время полета ибисы как бы тянут друг друга за собой. Без сомнения, подобное дает немалый энергетический выигрыш, хотя сами авторы работы не проводили измерения расходов калорий путешествующих ибисов, ссылаясь на то, что это сильно повредило бы этим редким птицам, которые и так находятся на грани исчезновения.

Любопытно, что результаты исследования группы Ашервуда подтверждают одну закономерность, которая давно уже известна всем военным летчикам — если эскадрилья построена клином, то каждый самолет расходует меньше топлива. Прежде ученые считали подобную аналогию неуместной, поскольку воздушные потоки, которые создает самолет, достаточно стабильны (ведь аэропланы крыльями не машут), а вот вихри от крыльев летящей птицы гораздо более непредсказуемы и непостоянны. Но оказалось, что и птицам подобное построение помогает минимизировать энергетические затраты, вызванные воздушными вихрями.

Однако все-таки, почему же далеко не все птицы летают клином, если это таит в себе огромную энергетическую выгоду? Построив модель передвижения подобным строем группы птиц с более и менее большим весом, нежели у ибисов, ученые обнаружили, что такая выгода возникает только у крупных птиц — вроде тех же ибисов, аистов, пеликанов, гусей и т. п. А вот их более мелким пернатым сородичам из-за меньшего веса, а также размера тела и крыльев приходится иметь дело с другими аэродинамическими закономерностями, и они уже не могут вот так просто выбрать строй и ритм взмахов крыльями, чтобы ловить одни потоки и избегать другие. Наверное, именно поэтому у перелетных птиц малого размерного класса и наблюдается такое разнообразие построений для путешествий, тогда как почти все крупные птицы летают клином.

Итак, почти все загадки, связанные с тем, почему крупные перелетные птицы летают клином, ученые вроде бы разгадали. Впрочем, кое-что пока осталось неясным — например то, каким образом птицам удается найти оптимальное построение. Могут ли они преднамеренно образовывать клин, корректируя построение на глаз или же просто действуют методом проб и ошибок, ощущая воздушные потоки и находя положение с наименьшим сопротивлением воздуха?

Вопрос о птичьих перелетах можно разделить на два:

1. Почему птицы ежегодно улетают в чужие края?

2. Почему они возвращаются обратно, не остаются там, где им было совсем неплохо?

Вопросы столь же интересны, сколь и трудны для ответа!

Долгое время перелеты птиц объясняли только одним: зимой им холодно и необходимо сменить климат. Однако, как ни странно, температура сама по себе не является причиной перелетов. Перья могут неплохо защищать птицу от холода. К примеру, канарейка способна выжить на морозе до -45°С, если у нее будет достаточно пищи.

Сейчас считается, что зимой птицы улетают в теплые края от зимней бескормицы. Птицы очень быстро расходуют энергию, которую они получают с пищей, а это означает, что есть им нужно часто и много. Поэтому, когда земля замерзает и пищу найти трудно, особенно насекомоядным птицам, многие из них отправляются на юг.

Доказательством того, что птиц "гонит" на юг недостаток еды, является такой факт: если пища есть в достатке, некоторые перелетные птицы даже в морозы не покидают мест, где появились на свет.

Например, ласточка покидает холодные края, чтобы перезимовать в Африке или Азии, под безоблачным летним небом. Но почему она пролетает над всей Африкой, тогда как может найти теплые края и поближе?

Бывает и так: буревестники летают из Антарктики на Северный полюс. Какие уж тут поиски тепла!

А многие тропические птицы, которым не угрожает ни холод, ни голод, выкормив птенцов, отправляются в далекие путешествия. Серый тиранн, например, (он похож немного на нашего сорокопута) каждый год посещает сельву Амазонки и возвращается обратно в Вест-Индию, когда приходит пора размножаться.

Если ученым до сих пор не все понятно о причинах, по которым птицы срываются с насиженных мест в теплые края, то с вопросом о том, зачем они возвращаются обратно на север с благодатного юга, дело обстоит еще сложнее.

Считается, что при наступлении осенней поры на юге для птиц и для их потомства возникают неблагоприятные условия. Например, в тропиках и на экваторе часты такие грозы, которых просто не знают страны умеренного климата. К тому же и число грозовых дней там намного больше, чем у нас, в десятки раз. Птицы, которые перелетают в Индию и субтропики, вынуждены летом бежать от засушливого сезона.

Белая сова гнездится в тундре, где лето холодное, климат влажный и много леммингов, которыми сова питается. Зиму она проводит в лесостепи средней полосы. Может ли эта сова остаться на лето в жаркой сухой степи, где мало привычной для нее пищи? Конечно, нет. Она улетает в родную тундру.

Отчасти тягу к возвращению домой можно объяснить внутренними изменениями в организме птицы. Когда наступает период размножения, железы внутренней секреции под влиянием внешних раздражителей выделяют в организм птицы особые вещества - гормоны. Под влиянием гормонов начинается и проходит сезонное развитие половых желез. Это, по-видимому, и побуждает птиц к перелету.

Еще одна причина возвращения птиц домой состоит в том, что птицам летом выгоднее выводить потомство в средних широтах, потому что здесь летом дни длиннее, чем на юге. А перелетные птицы ведут дневной образ жизни, и длинный день дает им больше возможностей, чтобы прокормить потомство.

Инструкция

Особенности скелетаВнешняя поверхность грудины у птиц имеет киль – большой вырост. Это своеобразный «крепеж» грудных мышц, двигающих крылья. У птиц скелета, необходимая при полете, обеспечивается срастанием некоторых костей. Так, их позвоночник представляет собой не подвижную гибкую цепочку отдельных позвонков (как, например, у млекопитающих), а жесткую конструкцию, в которой поясничные позвонки срослись не только между собой, но и с хвостовыми и с крестцовыми позвонками. Для создания прочной опоры у птиц даже подвздошные кости образуют сращение с позвонком.И, наконец, у всех птиц очень легкий скелет. Причина малого веса кроется в воздухоносных полостях, которые содержит ряд костей. Они не заполнены красным костным мозгом, как, например, у людей.

МускулатураГрудные мышцы составляют четверть массы тела . Именно они поднимают крылья. Птичьи мышцы способны запасать много кислорода, происходит это благодаря высокому содержанию миоглобина (железосодержащего белка, отвечающего за транспортировку кислорода в скелетные мышцы и мышцы сердца).

Двойное дыханиеДыхательный аппарат птиц совсем иначе, чем у млекопитающих, в том числе . Вдыхаемый воздух проходит у них через трубки-бронхиолы в легких и доставляется в воздушные мешочки. На выдохе воздух движется из мешочков вновь по трубкам через легкие, в которых снова совершается газообмен. Благодаря такому двойному дыханию, увеличивается снабжение птичьего организма кислородом, что чрезвычайно важно в условиях полета.

Особенности сердечно-сосудистой системы Сердце у всех птиц заметно крупнее, чем у тех млекопитающих, которые имеют сходный с ними размер тела. Чем больше птица (например, ), тем больше у нее сердце. Крупное птичье сердце надежно обеспечивает более быстрый кровоток (циркуляцию крови). Пульс у птиц достигает 1000 ударов в минуту, а давление – 180 мм ртутного столба. В крови птицы больше эритроцитов, чем у многих млекопитающих: это говорит о том, что в одну единицу времени переносится больше кислорода, необходимого для полета.Благодаря отлично развитым системам кровотока и дыхания, в организме птиц очень быстро проходит веществ, по этой причине каждой птице характерна высокая температура тела – 40-42°С. При такой температуре все процессы жизнедеятельности проходят значительно быстрее, в т.ч. мышечные сокращения, что при полете играет большую роль.

ПерьяМало кто знает, что перья птицы были когда-то чешуей древних пресмыкающихся, которые затем, в процессе эволюции, преобразовались в легкие и очень сложные по своему роговые образования кожи. Именно благодаря перьям поверхность всего тела птицы такая и обтекаемая. Перья помогают создавать подъемную силу и тягу. Во время полета воздух почти без сопротивления обтекает ее гладкое туловище. С помощью рулевых перьев хвоста птице удается регулировать направление полета. Кроме того, перья сохраняют тепло, эластично пружинят, создают равномерный слой, защищающий птиц от негативных воздействий окружающей среды - холода, перегрева, ветра, сырости. Этот слой также препятствует потере тепла.

Собственно крыльяУстройство крыльев птицы таково, что они создают силу, которая противодействует силе земного притяжения. Конструкция крыла не плоская, а выгнутая. Благодаря этому, воздушная струя, огибающая крыло, проходит по нижней (вогнутой) стороне более короткий путь, чем по верхней (выгнутой). Чтобы воздушные потоки, обходящие крыло, встречались у его оконечности в одно время, поток воздуха над крылом должен перемещаться быстрее, чем под крылом. По этой причине скорость прохождения воздуха над крылом увеличивается, а давление, соответственно, уменьшается. Вот эта разность давлений над и под крылом и формирует ту подъемную силу, которая (направленная вверх) и противодействует силе тяжести.

Удаляющийся птичий клин неизменно приковывает к себе внимание, удивляя красотой и совершенством природы
Однако, такое построение имеет чисто практическое значение. На самом деле многие виды птиц пользуются клиновым строем для облегчения утомительных дальних перелетов. Во главе строя летит сильный и опытный вожак (или самая сильная птица), сзади наиболее слабые члены стаи.
Птичий клин – уникальное построение перелётных птиц. Такой способ путешествия используют дикие гуси, утки, журавли и некоторые другие перелётные птицы. Многие годы учёные ломали голову над тем, почему птицы выстраиваются именно таким образом. Это поистине удивительно, ведь природой придуман идеальный способ, который позволяет птицам преодолевать огромнейшие расстояния, при этом, не сбиваясь с курса.
При каждом взмахе крыла позади вожака образуются восходящие токи воздуха. Птицы сзади используют ее для облегчения своего полета. Таким образом, основную нагрузку берет на себя птица, летящая во главе клина.

Если в атмосфере штиль, то птицы пристраиваются к вожаку с обеих сторон его крыльев, образуя клин. Если в атмосфере ощутимый боковой ветер, тогда птицы пристраиваются к вожаку с той стороны, где воздушные потоки от маха крыла лучше чувствуются, в этом случае образуется косяк.
Первому в стае, приходится труднее из-за очень сильного напора ветра. Поэтому место впереди каждые несколько минут прямо на лету занимает другая птица, что позволяет стае преодолевать большие расстояния без отдыха. Легче всего лететь в конце клина по обоим краям стаи. И вот что замечательно: сильные птицы уступают место молодым, слабым и старым птицам. Считается, что постоянный крик птиц в стае - это своего рода одобрение, которое более сильные выражают слабым.

Используя последние достижения в науке, французские ученые пришли к выводу, что у птиц, выстроенных правильным клином, открывается возможность чаще парить и экономить силы. Пульс при этом становится реже и сердца у птиц бьются медленнее, чем когда они летают поодиночке. Показательно и другое: полет клином облегчает общение между птицами во время полета.
При таком полете проще лететь как целой стае, так и каждой отдельной особи в ней. Так, птицы, с пользой для себя, используют законы физики. Это помогает спасению ослабевших птиц, которые могут долететь со своими сородичами в нужное место.
Ещё один потрясающий факт, который, буквально, заставляет уважать перелётных птиц, которые сбиваются в клинья. Если, по каким - то причинам, одна птица из стаи не может продолжить путь, то две другие покидают клин вместе с ней. Они оказывают ослабленной птице помощь, и находятся возле неё до тех пор, пока она не выздоровеет, или не умрёт. После, они продолжают путь самостоятельно, догоняя своих, или прибиваются к другому клину.

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…