Голубоногая олуша ныряет в океан, Галапагосские острова, Эквадор
- Источник:
Alf Jacob Nilsen, via Legion Media
Северная олуша высматривает рыбу в море с высоты около 30 метров. Заметив косяк, она переходит в крутое пике и врезается в воду на скорости более 110 километров в час, каким-то образом не ломая себе при этом шею. Этот смелый маневр кажется противоречащим законам природы, однако для морских птиц, охотящихся путем ныряния с высоты, это обычное поведение.
Исследование, проведенное учеными из Вашингтонского университета (США) и опубликованное в журнале The Anatomical Record, показало, что северные олуши и их близкие родственники — австралийские и красноногие олуши — обладают уникальными морфологическими особенностями, позволяющими им выдерживать удар о воду. Некоторые шейные позвонки этих птиц соединены дополнительной контактной поверхностью, которая помогает стабилизировать шейный отдел позвоночника. Кроме того, позвонки этих птиц отличаются более массивной, толстой и плотной структурой по сравнению с позвонками других видов.
Данные наблюдений свидетельствуют о многочисленных случаях, когда птицы приобретают определенные физические черты в ответ на условия окружающей среды. Одним из первых это явление описал Чарльз Дарвин, изучая в 1830-х годах вьюрков на Галапагосских островах, и исследователи продолжают находить новые примеры и по сей день. При этом связь между формой клюва и способами добычи пищи хорошо изучена, тогда как взаимосвязи между строением шеи и особенностями питания уделялось гораздо меньше внимания.
Авторы исследования несколько лет назад начали изучать, как анатомия олуш приспособлена к тому, чтобы выдерживать колоссальное давление на голову и шею, сжимающее шейный отдел позвоночника.
Когда речь идет о деталях, рассчитанных на сжатие, инженеры обычно отдают предпочтение коротким и толстым конструкциям, однако у этих птиц длинные и тонкие шеи, состоящие из 15 отдельных позвонков, образующих плавный S-образный изгиб. Предыдущие исследования показали, что мышцы, окружающие позвонки, помогают фиксировать их в определенном положении перед ударом о воду, однако морфологическое строение шеи ныряющих птиц до сих пор изучалось недостаточно.
Зимородок в пике, архивный кадр из Германии
- Источник:
blickwinkel, via Legion Media
Для проведения исследования ученые использовали образцы птиц из коллекции музея Берка. Команда провела компьютерную томографию для создания детальных трехмерных моделей шейных позвонков, а затем проанализировала полученные изображения с помощью методов геометрической морфометрии — статистического подхода к изучению биологических образцов, основанного на выделении контрольных точек для сравнения.
«Птицы, которые поворачивают голову из стороны в сторону или двигают ею вперед-назад, отличаются от тех, чья голова при добыче пищи испытывает нагрузки на сжатие, — пояснила ведущий автор исследования Меган Вандерберг. — Мы обнаружили, что у птиц, ныряющих с разгона, позвонки более массивные. Они толще, шире и короче, а по форме напоминают куб».
Такая коренастая форма позвонков обеспечивает дополнительную опору; этому также способствует наличие у олуш дополнительной контактной поверхности — суставной грани — на позвонках со второго по шестой. По мнению исследователей, эта дополнительная грань предотвращает запрокидывание шеи назад при входе в воду под углом: вместо этого нагрузка перераспределяется вдоль шейного отдела позвоночника.
Ныряющий за рыбой зимородок, Великобритания
- Источник:
- Legion Media
Ученые также обнаружили позвонки кубической формы у других ныряющих птиц, например у зимородков, однако не выявили у них наличия дополнительной суставной грани. Зимородки относятся к другому семейству и значительно уступают в размерах олушам, но их шеи, по-видимому, эволюционировали схожим образом. Наблюдается и пропорциональная зависимость в строении: чем крупнее шея, тем массивнее позвонки.
При нырянии зимородки и более крупные птицы, ныряющие с разгона, испытывают одинаковую удельную нагрузку на единицу площади шеи. Хотя общая сила воздействия зависит от размеров шеи, напряжение, испытываемое тканями, остается неизменным. У представителей обеих групп пиковая нагрузка возникала примерно через пять миллисекунд после удара о воду, несмотря на разницу в размерах, установили исследователи.
В дальнейшем Вандерберг и ее коллеги планируют более детально изучить механизмы передачи нагрузки вдоль шеи олуш. Они также полагают, что выявленная связь между строением и функцией поможет палеонтологам распознавать птиц, ныряющих с разгона, по их ископаемым остаткам.
