Колибри - небольшие по размеру птицы, которые живут и в Северной и в Южной Америке. Существует 330 видов колибри, причем подавляющее большинство - это ярко окрашенные птицы очень небольшого размера. Весят колибри всего лишь несколько граммов. Максимальный размер одного из видов колибри почти равен размеру обычного скворца. Самая маленькая колибри весит 2 грамма, длина ее тела всего лишь несколько сантиметров.
Колибри примечательны не только размером. Дело в том, что эти птицы - мастера полета высокого класса. Они могут летать практически в любом направлении, зависать в воздухе, совершать вертикальный взлет и посадку. Зависать на месте могут и некоторые другие птицы, но колибри превосходят все прочие виды, останавливаясь на одном месте надолго и без видимых усилий.
Во время «полета на месте» колибри приходится выписывать крыльями восьмерку. Благодаря этому птица держится в воздухе в вертикальном положении. Скорость взмахов крыльев колибри огромна - около 50-80 взмахов в секунду. Но и это не предел. Ухаживая за самкой самец одного из видов колибри делает более 200 взмахов за секунду. Разгон до максимальной скорости и мгновенная остановка у этих птиц происходит практически мгновенно, всего лишь за несколько секунд. Скорость небольшой птички достигает 50 км/ч, что действительно много для такого небольшого существа.
По словам Дугласа Уоррика из университета Орегона (Oregon State University), колибри используют стиль полета, который является промежуточным между стилем птиц и стилем насекомых. В процессе полета эти животные получают около 25% подъемной силы от движения крыльев вверх и 75% от движения вниз. У насекомых дело обстоит несколько иначе: от движения крыльев вверх и вниз тело получает около 50% подъемной силы. У большинства птиц тело получает подъемную силу преимущественно от движения крыльев вниз.
Кристофер Кларк из Университета Калифорнии при помощи скоростной камеры запечатлел момент вхождения колибри в пике. Проведенные расчёты показали, что колибри развивают скорость в примерно 400 корпусов в секунду. Это больше, чем у включенного на форсаже реактивного истребителя или у шаттла, который входит в атмосферу Земли. Несмотря на скорость, колибри и тормозят практически мгновенно, о чем уже упоминалось. Так быстро останавливать движение могут очень немногие организмы, способные летать.
Колибри превосходят в искусстве полета подавляющее большинство птиц. Да и структура тела, строение крыльев у них отличается от всех других пернатых. Для того, чтобы получить возможность так быстро махать крыльями, колибри должны иметь короткие и прямые кости плеча и предплечья. Кости крыльев - прочные и легкие благодаря тому, что они полые. Структура самого крыла очень жёсткая благодаря тому, что ряд суставов просто не двигается.
Плечевые суставы гибкие. Благодаря этому они могут двигаться в любом направлении. Также они могут вращаться примерно на 180 градусов. Плюс ко всему, колибри могут менять угол крыла для изменения траектории движения. На это способно очень малое число видов птиц. Кроме костей, должны быть и мощные мышцы. У колибри масса мышц крыльев составляют около 40% всей массы тела.
Для обеспечения мышц кислородом во время работы нужен еще и кислород. Его колибри получают благодаря развитой дыхательной системе, которая включает 9 воздушных мешков. Они составляют с легкими единую систему. Во время движения мышцы выталкивают воздух из этих мешочков, благодаря чему легкие получают дополнительные порции кислорода.
Обеспечить весь организм кислородом - непростая задача. Но с ней справляется большое сердце, занимающее примерно половину тела птицы. Оно прокачивает кровь, обеспечивая приток кислорода ко всем тканям и органам колибри. Частота сердечного ритма в случае колибри - 500 ударов в минуту в состоянии покоя. Во время полета пульс птицы ускоряется вплоть до 1200 ударов в минуту. Дыхание тоже очень быстрое - вплоть до 600 циклов вдох-выдох за минуту.
Для такой активной работы нужны и питательные вещества. Большинство колибри получает достаточное количество энергии из нектара - очень калорийного вещества, которое практически моментально перерабатываются пищеварительной системой птицы. За день ряд видов некрупных колибри, которые питаются нектаром, потребляют в два раза больше пищи, чем весят сами. Практически вся энергия расходуется на полет. В активном состоянии тело колибри нагревается до примерно 42 °С. Ночью же температура падает до 15-22°С. Очень немногие теплокровные животные способны выжить при такой резкой смене температуры тела.
Для добычи нужного количества пищи колибри используют свой длинный клюв, способный проникнуть глубоко в чашечку цветка. Некоторые виды колибри поступают еще оригинальнее, прокалывая клювом основание цветка, если не могут добраться до нектара обычным способом. Для добычи нектара используется и длинный язык, имеющий специальную форму. Эта форма помогает нектару оставаться на языке в то время, когда колибри решили подкрепиться.
Нектар захватывается языком и благодаря форме языка поступает прямо в горло. Чтобы обеспечить свой организм достаточным количеством энергии, ряд видов колибри должны питаться очень часто - каждые 10-20 минут. Летать птицы могут и под дождем - это необходимо для их выживания. Если бы колибри не могли летать под дождем, это поставило бы под угрозу выживание ряда видов.
Удивляют колибри еще и тем, что способны перелетать на очень большие расстояния. Например, рубиновогорлый колибри на зимовку перелетает из Канады в Мексику и Панаму. Расстояние перелета составляет 5000 километров. Средняя скорость полета - около 50 километров в час. Далеко не все крупные птицы способны выдержать такой длительный и изнурительный перелет, не говоря уже о мелких птичках.
Ученые утверждают, что колибри просто созданы для полета. Вряд ли будет преувеличением сказать, что колибри являются лучшими летунами в мире.
Специалистов давно изумляет эффективность, с которой колибри расходуют энергию во время многокилометровых перелетов. Перелетая Мексиканский залив, эти крохотные создания теряют 2 грамма веса на 800 километров. Если бы человек при своих 70 килограммах мог производить столько же энергии, он развивал бы мощность в 60 л. с.! Но не только энергетические характеристики колибри привлекают к себе внимание ученых. Немало загадок задают эти летающие малютки и оптикам. В состоянии покоя они ничуть не красивее обычных городских воробьев, но стоит им взлететь и... в воздухе начинаются вспышки золотых, фиолетовых, розовых искр. Если отойти подальше, птички станут похожи на летающие драгоценные камни - рубины, сапфиры, изумруды. Попробовали снять однажды колибри в полете кинокамерой - птичка оказалась кофейносерой. В чем же секрет? Летающий драгоценный камень делает 90 взмахов крыльями в секунду. Именно 90, и поэтому работа крыльями не может быть замечена человеческим глазом. Разглядывая перья этих пташек под микроскопом, специалисты по бионике увидели на квадратном миллиметре - миллионы бесцветных роговых пластинок. Действуя на свету как миниатюрные зеркала и призмы, эти пластинки и позволяют колибри столь прихотливо менять окраску своего «туалета».
Главное совершенство колибри - ее полет. Совершенство во всех отношениях! И пташка демонстрирует его на практике каждый день. Фигуры высшего пилотажа отличаются сложностью, недоступной для летательных аппаратов, сделанных руками человека. Выполняются они с непринужденностью, вызывающей зависть у асов высшего пилотажа. Начинается все с момента взлета: птичка без всякой подготовки сразу поднимается вверх. Она не приседает, не расправляет крыльев, а просто мгновенно взлетает. Это трудно себе представить. Однако она тут же показывает не только вертикальный взлет, но и свою возможность как бы застывать в одной точке, висеть неподвижно в воздухе. Неподвижно? Да, ведь трепыхание ее крыльев не заметишь. Сокол тоже может держаться на одном месте, но его тело дрожит от беспрерывного биения крыльев.
Если у колибри хорошее настроение, что часто бывает в утренние часы, пташка приступает к воздушной акробатике. Она кружит, забирается в высоту, пикирует, зависает на месте, а потом вдруг летит, летит хвостиком вперед...
Бионики, изучившие головоломные трюки колибри в воздухе, восторженно отмечают, что эти комочки перьев - единственное из всех живых существ, умеющих летать не только задом наперед, но и боком, а еще и брюшком вверх. Приборами зафиксирован случай в Перу, когда колибри пикировал с высоты 50 метров почти до земли, а затем сразу же взвился вверх в исходную точку. Скорость в обоих случаях равнялась 133 км/час. При падении вниз пташка свои крылья не складывала, как это делает голубь. Они трепыхались, так сказать, на максимальных оборотах. Как же она тормозила? Каков же здесь секрет природы?
Киносъемка показывает, что торможение происходит буквально в точке, и из этой же точки начинается полет вверх с той же постоянной скоростью в 133 км/час. Словом, секрет подобного мастерства не из простых. До конца он не разгадан, но по анализу отдельных кадров кое-что проясняется: в тот кратчайший миг, когда колибри решает тормозить, ее крылья начинают работать как бы в режиме реверса - трепыхаться в обратном движению направлении. И происходит это за 1/50 долю секунды. Человек пока и близко не подошел в своей технике к такому молниеносному реверсу. Есть чему позавидовать!
Наблюдения ученых за воздушными акробатами в Бразилии и Мексике показывают, что колибри своими крыльями не машут вверх и вниз, как все другие птицы. Трепыхания здесь очень сложные - на смазанных фотоснимках они выглядят в виде горизонтальной восьмерки. Следовательно, делают вывод бионики, в движениях крыльев нет мертвой точки, энергия используется максимально эффективно. Подъемная сила и маневренность не меняют своих значений скачкообразно. Маневренность всегда фантастическая! И в то же время шустрой птичке свойственна после стремительного полета крайняя деликатность приземления - она садится на веточку или былинку так, что временный аэродром даже не шелохнется.
Удивительное миниатюрное создание! Универсальный воздушный акробат! Чудо биотехники! «Вот если бы построить вертолет или спортивный самолет со всеми свойствами колибри!» - вздыхают конструкторы. И не только вздыхают. Сейчас изучение аэродинамических характеристик колибри проводится с помощью новейших приборов. И, быть может, зависть скоро превратится в оригинальные конструкторские решения. И все это не только слова и планы. Есть уже первые конструкторские разработки. К примеру, пенсионер Леонид Атланов, живущий близ Нальчика, уже строит одну за другой модели махолетов, движение крыльев которых по плоской восьмерке как бы повторяет удивительное порхание крошечной тропической пичужки. И как не пожелать тут успехов упорному пенсионеру!
Автор - Гейоргий Манаферов
Теоретически все хорошо знают два основных факта об этих птицах: скорость взмахов может достигать 80-100 в секунду (мозг отказывается верить, что мускулатура на такое способна!) и траектория движения крыла у колибри очень сильно отличается от всех остальных птиц, обычно хлопающих ими вверх-вниз. Крыло колибри выписывает в воздухе своеобразную восьмёрку, что позволяет птицам зависать на одном месте, свободно перемещаться вверх-вниз практически не двигаясь взад-вперёд, а некоторые виды умеют ещё и летать назад. Если попытаться на собственном опыте понять как происходит движение крыльев у обычных птиц и у колибри, то в первом случае вам достаточно махать своими руками вверх-вниз, но во втором - придётся плотнее прижать плечо к телу локтем внутрь и махать предплечьем вперёд-назад. Но не увидев это глазами, представить довольно сложно, по этому сегодня будет небольшая подборка съёмок полёта колибри и движение скелетных элементов крыла.
Вот замедленная съёмка, на которой хорошо видна траектория движения крыла.
Конечно такой полёт требует серьёзной перестройки всего летательного аппарата птицы. На картинке ниже в очень упрощённом виде (даже раскрасил, что бы не перепутать) показано соотношение основных скелетных элементов крыла. Обратите внимание насколько уменьшается плечо (синее), локтевая и лучевая кости (красное), и в то же время относительно удлиняется скелет конечных элементов, имеющих у колибри ведущее значение при движении "восьмёркой" (жёлтое). У большинства колибри на скелет кисти приходится около 70% общей длинны крыла! Такого нет больше среди птиц (про родственных стрижей пока забываем).
Тут на картинке отличия очевидны, а относительное развитие тех или других элементов скелета крыла отражает адаптации к полёту и способы этого полёта у выбранных для сравнения птиц. Но следующая картинка даёт наглядные представления о пропорции крыла относительно размеров тела у колибри и "типичной" птицы, она тоже важна для получения общего представления о путях эволюции колибри как группы.
из The world of the hummingbird. Robert Burton, 2001.
А этот скелетик вам уже показывал, . Многие тогда, кстати, прям правду матку в лицо до вида легко определили. Но я собственно не об этом, обратите внимание опять же на скелет крыла, на сколько он кажется непропорционально недоразвитым коротким, хотя в полёте крылья выглядят вполне нормально, о чём легко можете убедиться на фото из Эквадора у Олега chernyshov_oleg .
Следующая анимашка даёт представление как движутся элементы скелета крыла колибри при полёте, в реальности скорость примерно в 30 раз выше!
Обратите внимание на характер движения плеча и какую амплитуду совершает конечные элементы кисти.
пы.сы.
Не думайте, что у меня сегодня скушно-занудное настроение, это просто небольшое введение в колиброведение, поскольку дальше хотел обсудить с вами тему "европейских" колибри, а для этого необходимо "ввести в курс вопроса" хотя бы поверхностно. "Европейские" колибри это я так неуважительно о последних палеонтологических находках якобы колибри в среднем эоцене (а это немного немало почти 50 млн лет назад), которые рушат (вернее пытаются!) почти все представления о современной зоогеографии.
Главное совершенство колибри - ее полет. Совершенство во всех отношениях! И пташка демонстрирует его на практике каждый день. Фигуры высшего пилотажа отличаются сложностью, недоступной для летательных аппаратов, сделанных руками человека. Выполняются они с непринужденностью, вызывающей зависть у асов высшего пилотажа. Начинается все с момента взлета: птичка без всякой подготовки сразу поднимается вверх. Она не приседает, не расправляет крыльев, а просто мгновенно взлетает. Это трудно себе представить. Однако она тут же показывает не только вертикальный взлет, но и свою возможность как бы застывать в одной точке, висеть неподвижно в воздухе. Неподвижно? Да, ведь трепыхание ее крыльев не заметишь. Сокол тоже может держаться на одном месте, но его тело дрожит от беспрерывного биения крыльев.
Если у колибри хорошее настроение, что часто бывает в утренние часы, пташка приступает к воздушной акробатике. Она кружит, забирается в высоту, пикирует, зависает на месте, а потом вдруг летит, летит хвостиком вперед...
Бионики, изучившие головоломные трюки колибри в воздухе, восторженно отмечают, что эти комочки перьев - единственное из всех живых существ, умеющих летать не только задом наперед, но и боком, а еще и брюшком вверх. Приборами зафиксирован случай в Перу, когда колибри пикировал с высоты 50 метров почти до земли, а затем сразу же взвился вверх в исходную точку. Скорость в обоих случаях равнялась 133 км/час. При падении вниз пташка свои крылья не складывала, как это делает голубь. Они трепыхались, так сказать, на максимальных оборотах. Как же она тормозила? Каков же здесь секрет природы?
Киносъемка показывает, что торможение происходит буквально в точке, и из этой же точки начинается полет вверх с той же постоянной скоростью в 133 км/час. Словом, секрет подобного мастерства не из простых. До конца он не разгадан, но по анализу отдельных кадров кое-что проясняется: в тот кратчайший миг, когда колибри решает тормозить, ее крылья начинают работать как бы в режиме реверса - трепыхаться в обратном движению направлении. И происходит это за 1/50 долю секунды. Человек пока и близко не подошел в своей технике к такому молниеносному реверсу. Есть чему позавидовать!
Наблюдения ученых за воздушными акробатами в Бразилии и Мексике показывают, что колибри своими крыльями не машут вверх и вниз, как все другие птицы. Трепыхания здесь очень сложные - на смазанных фотоснимках они выглядят в виде горизонтальной восьмерки. Следовательно, делают вывод бионики, в движениях крыльев нет мертвой точки, энергия используется максимально эффективно. Подъемная сила и маневренность не меняют своих значений скачкообразно. Маневренность всегда фантастическая! И в то же время шустрой птичке свойственна после стремительного полета крайняя деликатность приземления - она садится на веточку или былинку так, что временный аэродром даже не шелохнется.
Удивительное миниатюрное создание! Универсальный воздушный акробат! Чудо биотехники! «Вот если бы построить вертолет или спортивный самолет со всеми свойствами колибри!» - вздыхают конструкторы. И не только вздыхают. Сейчас изучение аэродинамических характеристик колибри проводится с помощью новейших приборов. И, быть может, зависть скоро превратится в оригинальные конструкторские решения. И все это не только слова и планы. Есть уже первые конструкторские разработки. К примеру, пенсионер Леонид Атланов, живущий близ Нальчика, уже строит одну за другой модели махолетов, движение крыльев которых по плоской восьмерке как бы повторяет удивительное порхание крошечной тропической пичужки. И как не пожелать тут успехов упорному пенсионеру!