Пингвины не летают, потому что плавают

12-06-2015, 11:21 Это интересно

Пингвины не летают по одной простой причине: они плавают. В новом исследовании, опубликованном в журнале PNAS, показано, что птицы не могут одновременно быть хорошими летунами и пловцами – это энергетически невыгодно. Колонии, где гнездятся пингвины, отделены от мест, где они ищут пропитание, огромными расстояниями. И тяжкие походы, которые предпринимают пингвины, долгое время озадачивали ученых, размышлявших над вопросом, почему они делают это пешком, отказавшись от полетов, которые сэкономили бы им уйму времени. В поиске ответов биологи обратились к другим морским птицам: беринговым бакланам (Phalacrocorax pelagicus) и толстоклювым кайрам (Uria lomvia). Первые плавают под водой при помощи перепончатых лап, вторые используют еще и крылья. Обе птицы летают, хотя кайры делают это с трудом. «Они ужасные летуны, – говорит Кайл Эллиот (Kyle Elliott), аспирант Университета Манитобы в Виннипеге (Канада), один из авторов исследования. – Они бьют крыльями очень-очень быстро и совершенно не умеют приземляться». Чтобы изучить толстоклювых кайр, гнездящихся на севере Канады, исследователи вооружились ружьями c резиновыми пулями для отпугивания белых медведей и поселились в домиках, окруженных электрическим забором. Когда хищников поблизости не было, исследователи заарканивали кайр и посредством шприца вводили им в кровь изотопы, с помощью которых можно посчитать энергозатраты на ныряние и полет. Также они снабжали птиц сенсорными устройствами, которые позволяли определить температуру тела, как глубоко они ныряют и сколько времени проводят под водой, в воздухе и на земле. Выяснилось, что быть кайрой не так-то просто. Птицы тратят за минуту полета больше энергии, чем другие птицы, включая считавшегося чемпионом по энергозатратам горного гуся (Anser indicus), который летает над Гималаями. В полете кайры сжигают энергию в 31 раз быстрее, чем во время отдыха (для сравнения: при самой интенсивной работе остальные позвоночные животные тратят энергию максимум в 25 раз быстрее, чем при отдыхе). Если пересчитать на массу, то на каждый килограмм тела кайра затрачивает 146 Вт – почти в 3 раза больше, чем горный гусь. Предыдущий рекорд принадлежал 2,6-килограммовому горному гусю – 135 Вт. В данном же эксперименте средняя толстоклювая кайра весом около 1 кг демонстрирует большие значения – 141±18 Вт. Для 1,8-килограммового берингова баклана траты составили 158 Вт (87 Вт/кг), что тоже немало. А вот под водой кайры оказываются эффективнее многих птиц – например, они явно уступают бакланам первенство по энергозатратам. Хотя в сравнении с пингвином того же размера кайра все равно тратит на 30% больше энергии. Чтобы лучше нырять, толстоклювым кайрам нужно либо уменьшить крылья, либо увеличить размеры тела, но в обоих случаях летать они уже не смогут. Ученые полагают, что это результат того, что крылья кайр все же созданы для полета – под водой они создают торможение. Кроме того, их маленькие тела, достаточно легкие, чтобы оторваться от земли, охлаждаются быстрее, чем у более громоздких пингвинов. «Вообще, чтобы лучше нырять, им нужно уменьшить крылья или самим вырасти, но оба варианта сделают полет невозможным», – утверждает орнитолог Роберт Риклефс (Robert Ricklefs) из Университета Миссури в Сент-Луисе (США), соавтор исследования. По словам ученого, кайры действительно функционируют на грани возможностей для птиц. «Главный посыл нашего исследования – это компромисс, – говорит он. – Нельзя иметь крыло, которое одинаково хорошо подходит для движений в воде и в воздухе». Около 70 млн лет назад предки пингвинов отказались от полета в пользу эффективной подводной охоты. Постепенно они стали крупнее – это позволило им глубже нырять, быстрее плыть, дольше оставаться под водой, а значит, ловить более крупную добычу и в больших количествах. Когда-нибудь, возможно, и кайры подойдут к той эволюционной точке, в которой использование крыльев исключительно как плавников будет иметь преимущества. Пока же есть факторы, которые удерживают их в воздухе. «В отличие от пингвинов, кайры живут в Северном полушарии, где присутствие хищников – лис и волков – является фактором, сдерживающим эволюцию в направлении утраты полета», – считает Брайан Макнэб (Brian McNab), специалист по эволюции птиц из Флоридского университета в Гейнсвилле (США). По его словам, утки и пастушковые птицы также утратили способность летать, попав на острова, где не было хищников, и необходимость тратить энергию на то, чтобы спастись от опасности в воздухе, отпала. Правда, большинство нелетающих птиц вымерли с приходом на острова людей и их хищных спутников – кошек и крыс. Отказавшись от полетов, пингвины стали крупнее, что позволило им глубже нырять, быстрее плыть, дольше оставаться под водой, а значит, ловить более крупную добычу и в больших количествах. Впрочем, подобные эволюционные ходы могут быть обусловлены не только действием внешних факторов. Необходимо прояснить, как энергозатраты у птиц соотносятся с их полетной и нырятельной активностью и как – с терморегуляцией. «Проблема здесь в том, что кайры и бакланы по-разному теряют тепло, – отмечает орнитолог Рори Уилсон (Rory Wilson) из Университета Суонси (Великобритания). – У кайр много воздуха в перьях, и они выходят из воды сухими, в то время как перья бакланов намокают». Возможно, как раз из-за этого бакланы, являясь на самом деле эффективными летунами, могут выглядеть неэффективными – ведь им приходится тратить много энергии на то, чтобы, будучи мокрыми, противостоять холодному ветру. Так что, конечно, можно очаровываться тем, как полет приносится птицами в жертву способности эффективно нырять, но теперь нужно провести эксперимент, который принимал бы во внимание расходы на терморегуляцию.

Колонии, где гнездятся пингвины, отделены от мест, где они ищут пропитание, огромными расстояниями. И тяжкие походы, которые предпринимают пингвины, долгое время озадачивали ученых, размышлявших над вопросом, почему они делают это пешком, отказавшись от полетов, которые сэкономили бы им уйму времени.

В поиске ответов биологи обратились к другим морским птицам: беринговым бакланам (Phalacrocorax pelagicus) и толстоклювым кайрам (Uria lomvia). Первые плавают под водой при помощи перепончатых лап, вторые используют еще и крылья. Обе птицы летают, хотя кайры делают это с трудом. «Они ужасные летуны, – говорит Кайл Эллиот (Kyle Elliott), аспирант Университета Манитобы в Виннипеге (Канада), один из авторов исследования. – Они бьют крыльями очень-очень быстро и совершенно не умеют приземляться».

Чтобы изучить толстоклювых кайр, гнездящихся на севере Канады, исследователи вооружились ружьями c резиновыми пулями для отпугивания белых медведей и поселились в домиках, окруженных электрическим забором. Когда хищников поблизости не было, исследователи заарканивали кайр и посредством шприца вводили им в кровь изотопы, с помощью которых можно посчитать энергозатраты на ныряние и полет. Также они снабжали птиц сенсорными устройствами, которые позволяли определить температуру тела, как глубоко они ныряют и сколько времени проводят под водой, в воздухе и на земле.

Выяснилось, что быть кайрой не так-то просто. Птицы тратят за минуту полета больше энергии, чем другие птицы, включая считавшегося чемпионом по энергозатратам горного гуся (Anser indicus), который летает над Гималаями. В полете кайры сжигают энергию в 31 раз быстрее, чем во время отдыха (для сравнения: при самой интенсивной работе остальные позвоночные животные тратят энергию максимум в 25 раз быстрее, чем при отдыхе). Если пересчитать на массу, то на каждый килограмм тела кайра затрачивает 146 Вт – почти в 3 раза больше, чем горный гусь. Предыдущий рекорд принадлежал 2,6-килограммовому горному гусю – 135 Вт. В данном же эксперименте средняя толстоклювая кайра весом около 1 кг демонстрирует большие значения – 141±18 Вт. Для 1,8-килограммового берингова баклана траты составили 158 Вт (87 Вт/кг), что тоже немало. А вот под водой кайры оказываются эффективнее многих птиц – например, они явно уступают бакланам первенство по энергозатратам. Хотя в сравнении с пингвином того же размера кайра все равно тратит на 30% больше энергии.

Ученые полагают, что это результат того, что крылья кайр все же созданы для полета – под водой они создают торможение. Кроме того, их маленькие тела, достаточно легкие, чтобы оторваться от земли, охлаждаются быстрее, чем у более громоздких пингвинов. «Вообще, чтобы лучше нырять, им нужно уменьшить крылья или самим вырасти, но оба варианта сделают полет невозможным», – утверждает орнитолог Роберт Риклефс (Robert Ricklefs) из Университета Миссури в Сент-Луисе (США), соавтор исследования. По словам ученого, кайры действительно функционируют на грани возможностей для птиц. «Главный посыл нашего исследования – это компромисс, – говорит он. – Нельзя иметь крыло, которое одинаково хорошо подходит для движений в воде и в воздухе».

Около 70 млн лет назад предки пингвинов отказались от полета в пользу эффективной подводной охоты. Постепенно они стали крупнее – это позволило им глубже нырять, быстрее плыть, дольше оставаться под водой, а значит, ловить более крупную добычу и в больших количествах.

Когда-нибудь, возможно, и кайры подойдут к той эволюционной точке, в которой использование крыльев исключительно как плавников будет иметь преимущества. Пока же есть факторы, которые удерживают их в воздухе. «В отличие от пингвинов, кайры живут в Северном полушарии, где присутствие хищников – лис и волков – является фактором, сдерживающим эволюцию в направлении утраты полета», – считает Брайан Макнэб (Brian McNab), специалист по эволюции птиц из Флоридского университета в Гейнсвилле (США). По его словам, утки и пастушковые птицы также утратили способность летать, попав на острова, где не было хищников, и необходимость тратить энергию на то, чтобы спастись от опасности в воздухе, отпала. Правда, большинство нелетающих птиц вымерли с приходом на острова людей и их хищных спутников – кошек и крыс.

Впрочем, подобные эволюционные ходы могут быть обусловлены не только действием внешних факторов. Необходимо прояснить, как энергозатраты у птиц соотносятся с их полетной и нырятельной активностью и как – с терморегуляцией. «Проблема здесь в том, что кайры и бакланы по-разному теряют тепло, – отмечает орнитолог Рори Уилсон (Rory Wilson) из Университета Суонси (Великобритания). – У кайр много воздуха в перьях, и они выходят из воды сухими, в то время как перья бакланов намокают». Возможно, как раз из-за этого бакланы, являясь на самом деле эффективными летунами, могут выглядеть неэффективными – ведь им приходится тратить много энергии на то, чтобы, будучи мокрыми, противостоять холодному ветру.

Так что, конечно, можно очаровываться тем, как полет приносится птицами в жертву способности эффективно нырять, но теперь нужно провести эксперимент, который принимал бы во внимание расходы на терморегуляцию.