Как летают птицы

Некоторые птицы могут разгоняться в полете до 100 км/ч и лететь неделю без остановки.

За этими суперспособностями стоят миллионы лет эволюции. Полет помогал предкам птиц спасаться от хищников, находить еду и новые места обитания. Особенности тела, увеличивающие шансы на выживание, закреплялись в следующих поколениях. Расскажу, что удерживает птицу в воздухе и почему некоторые пернатые не летают.

Во время полета на птицу действуют сила тяжести и аэродинамические силы. В ровном машущем полете подъемная сила помогает уравновешивать силу тяжести, а тяга — преодолевать сопротивление воздуха.

Сила тяжести тянет птицу вниз. Она возникает потому, что Земля притягивает все вокруг: людей, деревья, камни и птиц. Когда птица взмахивает крыльями, она толкает воздух вниз. В ответ воздух толкает птицу вверх. Так появляется подъемная сила. Чем сильнее и правильнее птица взмахивает крыльями, тем легче ей подняться или удержаться в воздухе.

При взмахах крыльями возникает тяга — сила, которая помогает птице двигаться вперед и преодолевать сопротивление воздуха. Но воздух мешает полету и немного тормозит птицу — это сопротивление воздуха.

Птица управляет скоростью и высотой, меняя движения и положение крыльев. Она может снижаться, продолжая махать крыльями, или планировать без взмахов. А восходящие потоки воздуха позволяют набирать высоту даже с неподвижными раскрытыми крыльями.

Крыло птицы — эволюционно измененная передняя конечность. Под его перьями скрываются кости, похожие на кости нашей руки: плечевая кость, лучевая и локтевая кости, а также кости кисти. Суставы позволяют складывать и раскрывать крыло, менять его форму во время полета.

Основную работу при взмахах выполняют грудные мышцы. Они прикрепляются к грудине, у которой есть выступ — киль. Большая грудная мышца тянет крыло вниз. Под ней лежит другая мышца — надкоракоидная. Ее сухожилие проходит через костный канал возле плечевого сустава и, как трос через блок, тянет крыло вверх.

Еще полет птицы невозможен без перьев. Длинные перья крыла, которые участвуют в полете, называют маховыми. Они крепятся к костям кисти и предплечья, а их основания прикрывают более короткие кроющие перья. Каждое маховое перо устроено так, чтобы выдерживать нагрузку и при этом оставаться легким.

Вдоль пера проходит прочный стержень. По сторонам от стержня расположено опахало — плоская часть пера. При рассмотрении под микроскопом можно увидеть, что она состоит из множества бородок с еще более мелкими ответвлениями — бородочками. Они сцепляются друг с другом и удерживают опахало в виде цельной поверхности.

Скорость птицы зависит от того, что она делает: спокойно летит, спасается от угрозы или пикирует за добычей. Еще на скорость полета влияет ветер. При попутном ветре птица летит быстрее, не прилагая особых усилий.

Высота полета тоже меняется в зависимости от условий и маршрута. При этом высота над уровнем моря и расстояние до земли — разные величины: птица над горным склоном может находиться на высоте нескольких километров над морем, но сравнительно близко к земле.

Перед дальним перелетом птицы накапливают жир. В нем больше энергии на грамм, чем в углеводах — такое топливо позволяет преодолевать большие расстояния без слишком тяжелого «багажа».

Но накопить жирочек недостаточно, нужно уметь быстро его использовать. Перед миграцией организм птицы перестраивается: меняется работа мышц и систем, которые доставляют к ним жирные кислоты и кислород. Это помогает выдерживать долгую нагрузку.

Многие птицы проходят маршрут по частям. На остановках они кормятся, пополняют жировые запасы и восстанавливаются. Некоторые виды способны лететь несколько суток подряд.

Чтобы добраться до места назначения, птице также нужно выбрать время вылета и направление. В этом участвуют внутренние биологические часы: они помогают организму готовиться к миграции в определенный сезон. У некоторых птиц направление первого перелета во многом задается врожденной программой.

Ориентироваться в пути пернатым помогают и внешние сигналы. В том числе положение Солнца и магнитное поле Земли. Сочетание внутренних ритмов и ориентиров помогает согласовывать время и направление движения. При этом способы навигации различаются у разных видов, а часть механизмов ученые еще изучают.

Полеты — энерго- и ресурсозатратное занятие. Если пищу можно находить на земле, а спасаться от хищников почти не приходится, особой нужды бороздить воздушное пространство нет. Поэтому в ходе эволюции могут закрепляться изменения, которые помогают птицам передвигаться по земле, но ослабляют способность летать.

Ученые изучили строение тела птиц из 366 островных популяций. На островах с меньшим разнообразием хищников у птиц обычно были меньше летательные мышцы и длиннее ноги. Эти птицы еще умели летать, но изменения их тела напоминали те, которые происходили у нелетающих видов.

Это не значит, что все островные пернатые однажды разучатся летать. Многое зависит от условий их жизни.

Например, по одной из гипотез, предки современных пингвинов перестали летать, потому что научились хорошо плавать. Их крылья работают под водой, помогая двигаться за добычей. Но требования к крылу для плавания и воздушного полета различаются.

Подобные изменения происходят на протяжении многих поколений. Отдельная птица не перестает уметь летать просто потому, что редко пользуется крыльями. Меняется строение тела ее потомков, если наследуемые особенности помогают им выживать и оставлять потомство.

Что еще почитать о пернатых:

1. Про бердвотчинг.
2. Про необычных птиц России.
3. Про безопасные угощения для птиц.