Okazuje się, iż latanie nie zawsze jest kosztowne. Ptaki wykorzystują energię atmosfery, by pokonywać ogromne odległości niemal bez machania skrzydłami.
Przez lata uczono nas, iż pływanie jest najbardziej energooszczędnym sposobem przemieszczania się zwierząt, a latanie wymaga znacznie większego wysiłku. Najnowsze badania pokazują jednak, iż ta zasada nie zawsze działa. W sprzyjających warunkach lot może kosztować organizm mniej energii niż pokonanie podobnego dystansu w wodzie. Naukowcy przeanalizowali teraz zachowanie 50 gatunków ptaków i nietoperzy, wykorzystując dane zbierane przez kilkanaście lat. Okazało się, iż o energetycznej opłacalności podróży decyduje nie tylko masa zwierzęcia i budowa jego skrzydeł, ale przede wszystkim umiejętność wykorzystania wiatru oraz wznoszących prądów powietrznych.
Kondor i łabędź ważą tyle samo, ale różnica jest ogromna
Najlepiej pokazuje to porównanie kondora andyjskiego i łabędzia trąbiącego. Oba ptaki mogą ważyć około 11 kg, więc zgodnie z tradycyjnymi modelami koszt pokonania określonej odległości w powietrzu powinien być dla nich zbliżony. W rzeczywistości kondor potrzebuje na każdy kilometr lotu o 79 proc. mniej energii niż łabędź. Oznacza to, iż pokonuje ten sam dystans przy około pięciokrotnie mniejszym wydatku energetycznym. Skąd więc tak wielka różnica?
Kondor wykorzystuje wznoszące prądy powietrzne, które pozwalają mu utrzymywać wysokość bez ciągłego machania skrzydłami. Podczas obserwowanych lotów wykonywał ruchy skrzydłami zaledwie przez 0,1 proc. czasu. Tymczasem łabędź aktywnie pracował skrzydłami przez około 99 proc. lotu. W obu przypadkach mamy więc do czynienia z lataniem, ale jego koszt jest zupełnie inny. Jeden ptak niemal nieustannie angażuje mięśnie, a drugi potrafi korzystać z energii dostarczanej przez otaczające go powietrze.
Ptaki korzystają z darmowej energii, dzięki czemu pokonują miliony kilometrów
Mechanizm jest bardzo dobrze znany szybownikom. Słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi nierównomiernie, przez co powstają unoszące się masy cieplejszego powietrza. Ptak może wlecieć w taki prąd i nabierać wysokości bez intensywnej pracy skrzydeł, a następnie szybować dalej.
Kondory, sępy i inne duże ptaki opanowały tę umiejętność naprawdę znakomicie. Ich szerokie skrzydła umożliwiają wykorzystywanie choćby stosunkowo słabych ruchów atmosfery. Dzięki temu zwierzę może przez długi czas przemieszczać się przy niewielkim wysiłku. Skalę zjawiska pokazują dane dotyczące 7 gatunków sępów objętych badaniem. Łącznie przeleciały ponad 4,3 mln km, a udział aktywnego machania skrzydłami wynosił zaledwie od 0,1 do 7 proc. czasu ich lotu.
Zjawisko nie jest obce również ptakom spotykanym w Polsce. Pisaliśmy już o żurawiach, które podczas migracji wykorzystywały prądy termiczne do nabierania wysokości i pokonywania kolejnych odcinków trasy. Nowe badanie pozwala lepiej zrozumieć, jak bardzo takie zachowanie zmniejsza koszt długiej podróży.
Podręcznikowe porównania wymagają po prostu grubej korekty
Międzynarodowy zespół pod kierownictwem Martiny Scacco z Instytutu Maxa Plancka oraz naukowców ze Swansea University wykorzystał 17 lat pomiarów GPS i akcelerometrów. Dane pochodziły od około 850 ptaków i nietoperzy reprezentujących 38 gatunków. Uzupełniono je 4 latami obserwacji radarowych mniejszych zwierząt latających. Urządzenia pozwalały ustalić, kiedy zwierzę aktywnie pracowało skrzydłami, a kiedy szybowało. Następnie badacze zestawiali te informacje z warunkami atmosferycznymi występującymi w danym miejscu i czasie.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science przedstawiono nowy sposób szacowania energetycznego kosztu przemieszczania się zwierząt. Uwzględnia on nie tylko ich rozmiary, ale również zachowanie i energię dostępną w otoczeniu. Wcześniejsze porównania opierały się przede wszystkim na pomiarach wykonywanych w tunelach aerodynamicznych, basenach oraz na bieżniach. W takich warunkach można bardzo dokładnie kontrolować eksperyment, ale trudniej odtworzyć wszystkie korzyści, jakie zwierzę czerpie z naturalnego środowiska.
Nowe wyniki wskazują, iż szybowanie może być energetycznie tańsze choćby od pływania, tradycyjnie uznawanego za najbardziej oszczędny sposób przemieszczania się zwierząt na jednostkę masy i odległości. Nie znaczy to jednak, iż każdy ptak lata oszczędniej, niż ryba pływa. Decydujące są gatunek, sposób lotu i warunki atmosferyczne. Warto przy tym jednak zaznaczyć, iż naukowcy szacowali zużycie energii przede wszystkim na podstawie zachowania zwierząt i modeli. Nie mierzyli bezpośrednio metabolizmu wszystkich obserwowanych osobników.
Większy ptak oszczędza energię, ale płaci za to inną cenę
Badacze zauważyli jeszcze jedną szalenie ciekawą prawidłowość. Wśród gatunków wykorzystujących szybowanie większe ptaki zwykle rzadziej machały skrzydłami, dzięki czemu pokonywały kolejne kilometry przy mniejszym wydatku energetycznym. Cięższe ptaki szybujące są jednak bardziej uzależnione od odpowiednich warunków atmosferycznych. Nie mogą równie swobodnie wybierać czasu i miejsca lotu, ponieważ potrzebują prądów powietrznych wystarczająco silnych, żeby utrzymać je w górze.
Mniejsze zwierzęta częściej korzystające z aktywnego lotu ponoszą wyższe koszty, ale zyskują większą niezależność. Mogą przemieszczać się w warunkach, w których duży ptak szybujący musiałby pozostać na ziemi. Wiatr wiejący z tyłu dodatkowo im pomaga, natomiast przeciwny wyraźnie zwiększa wysiłek.
Wyniki mają jednak znaczenie nie tylko dla fizjologii zwierząt. Skoro koszt lotu tak silnie zależy od atmosfery, zmiany temperatur, kierunków wiatrów i lokalnych prądów wznoszących mogą wpływać na to, kiedy i dokąd ptaki będą podróżować.
Polscy naukowcy badają już wędrówki bocianów dzięki niewielkich urządzeń rejestrujących ich otoczenie. Takie obserwacje pomagają ustalać, z jakimi warunkami i zagrożeniami mierzą się ptaki na liczących tysiące kilometrów trasach.
Nowy model pozwoli również dokładniej szacować, jak zmiana warunków pogodowych wpłynie na energetyczną opłacalność migracji. Naukowcy planują teraz uzupełnić obliczenia bezpośrednimi pomiarami wydatku energetycznego, m.in. poprzez monitorowanie pracy serca zwierząt.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Saravanan Narayanan, Pexels
