Прыгающие попугайчики помогли разобраться в эволюции полета

Исследователи из Стэнфордского университета детально изучили механику движения попугайчиков, прыгающих с ветки на ветку, немного помогая себе крыльями. На основании собранных данных была построена математическая модель, позволяющая оценить вклад взмаха крыла в дальность прыжка. Оказалось, что птицы передвигаются очень экономно, не тратя зря силы на хлопанье крыльями. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Во время поиска пищи птицы, живущие и кормящиеся на деревьях, обычно скачут с ветки на ветку, подключая крылья только в том случае, если ветки находятся достаточно далеко. Именно так, по всей видимости, передвигались прародители птиц — пернатые динозавры. Для того чтобы изучить механику передвижения по типу «прыжок-полет», инженеры из Стэнфорда взяли четырех воробьиных попугайчиков (Forpus coelestis) и заставили их прыгать по специальным жердочкам, снабженным динамометрами. Таким образом ученые количественно фиксировали импульс, возникающий при отталкивании птицы от поверхности. Если жердочки находились достаточно далеко, птице приходилось подключать крылья, сила взмаха которыми также была учтена при помощи аэродинамической платформы.

В эксперименте жердочки были расположены друг от друга на расстоянии 20, 40 и 75 сантиметров. Прыжок мог совершаться как строго горизонтально, так и под углом в 20 градусов. При прыжке на маленькое расстояние попугайчики почти не использовали крылья, полагаясь на ноги. Однако даже при большом прыжке, когда птице приходилось хлопать крыльями, горизонтальный импульс, создаваемый ногами, обеспечивал 80-100 процент скорости. Так как отталкивание ногами от поверхности это более эффективный способ с энергетической точки зрения, чем отталкивание крыльями от воздуха, передвижение попугайчиков было признано очень экономичным.

В коротком прыжке крылья обеспечивали попугайчикам до 30 процент поддержки в воздухе. Предположительно, на такую же грузоподъемность своих прото-крыльев могли рассчитывать маленькие пернатые динозавры, такие как Archaeopteryx и Microraptor. По расчетам ученых, которые на основании собранных данных построили модель передвижения «прыжок-полет», добавляя в свой прыжок один взмах прото-крылом, предки птиц могли бы увеличить дальность передвижения на 20 процент. Такая прибавка существенно расширяет территорию, на которой можно кормиться, что компенсирует энергетические затраты на махание. Однако в становлении полета сыграли роль не только прото-крылья, но и уменьшение массы тела динозавров. Более крупные существа, такие как Caudipteryx, могли добиться куда меньшей поддержки от своих прото-крыльев.

Полученная в результате экспериментов математическая модель передвижения типа «прыжок-полет» поможет исследователям не только разобраться в эволюции летающих динозавров. Дело в том, что авторы работы — сотрудники факультета механической инженерии, и заинтересованы в создании роботов, которые могли бы эффективно передвигаться в сложных трехмерных средах. Возможно, попугайчики, прыгающие по веткам деревьев, послужат прототипом таких роботов.

Дарья Спасская