Птицы бывают поразительного множества форм и цветов. Но именно их физическое мастерство - как невероятная способность белоголового орла парить - пленяет человеческое воображение.
Непреходящая загадка заключается в том, почему виды птиц с похожим стилем полета или размерами тела не имеют постоянной формы крыльев. Все колибри, а также некоторые виды соколов, ястребов, зимородков и воробьиных могут парить в воздухе, но птицы имеют совершенно разную морфологию и имеют лишь отдаленное родство. Вороны парят, как орлы, в то время как их похожие собратья, вороны, держатся ближе к земле.
Новое исследование в области научных достижений помогает объяснить, почему. Виды птиц, как правило, изменяют диапазон движения своих крыльев, а не форму или размер самих крыльев, по мере того, как они развивают новые способы полета.
«Птицы, по сути, плавают по воздуху - они сгибают, распрямляют и сгибают крылья в полете», - объясняет Викрам Балига, исследователь из Университета Британской Колумбии и ведущий автор статьи. «Поскольку птица специализируется на стиле полета, природа, кажется, не меняет размер или форму крыла так сильно, как она изменяет диапазон движения крыла. Очень похоже на то, как пловец регулирует свой гребок».
Парящие птицы, согласно исследованию, относительно ограничены в своей способности разгибать локти, но имеют щедрую способность двигать запястьем.
«Колибри в основном подгибают локти и в основном полагаются на быстрые взмахи крыльями в лучезапястном суставе», - говорит Балига.«Для парящих птиц важнее всего сохранять положение конечностей, чтобы поддерживать устойчивый парус. Наиболее ограниченными видами в нашем исследовании являются белоголовый орлан (Haliaeetus leucocepalus) и черный буревестник (Ardenna grisea), оба из которых часто парят и скользить."
Балига и зоологи UBC Дуглас Альтшулер и Ильдико Сабо классифицировали 61 вид птиц по стилю полета - от парения до парения. Используя образцы, собранные Музеем биоразнообразия UBC Beaty, исследователи вручную измерили форму, гибкость и растяжимость крыльев каждого вида. Они также построили эволюционное генеалогическое древо птиц, чтобы затем определить, как эволюционировал диапазон движения запястий и локтей крыльев птиц.
Эта работа дает представление о конструкции дронов и самолетов. Инженеры обращаются к природе, используя биоинспирацию для улучшения летных характеристик.
«Исследуя разнообразие полетов птиц, наше исследование определило один компонент того, как птицы используют свои крылья», - говорит Балига.«Мы работаем над тем, чтобы понять, как крылья в природе трансформируются во время полета, чтобы эти знания можно было применить к беспилотным летательным аппаратам, особенно в условиях турбулентности, порывов ветра или при нападении воздушных хищников».
"Компания Evolution протестировала ряд конструкций и движений крыльев для конкретных обстоятельств. Рассмотрение ограничений, которые природа накладывает на птиц разного размера и стиля полета, может помочь нам понять, что работает, а что нет при разработке новых технологий."