Размеры животных: почему они так важны? - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Летающие животные
Науке известно около 8 или 9 тысяч видов птиц. Некоторые из них ие способны к полету, однако большинство прекрасно летают. Размеры птиц варьируют от 3 г до 10 кг, т. е. более чем на 3 порядка. Все самые крупные птицы не летают. Зависать на одном месте довольно долго могут только мелкие птицы, в особенности колибри, однако к довольно быстрому поступательному полету способны почти все.
Из более 1 миллиона описанных видов животных по крайней мере три четверти — крылатые насекомые, большинство из которых пользуются трепещущим и медленным, а не быстрым поступательным полетом. Диапазон размеров насекомых составляет 6 и более порядков, от менее чем 25 мкг до более чем 25 г. Этот ряд столь же широк, как и ряд наземных млекопитающих, у которых размеры тела варьируют в пределах шести порядков (от 3 до 3 ООО ООО г).
Птицы
Мы располагаем огромным количеством данных относительно птиц и их морфологических признаков. Что же касается физиологии, и в особенности энергетики полета, наши сведения недостаточны. Главная причина состоит в том, что исследование птиц в полете технически очень трудно проводить. Обычно это делают в аэродинамических трубах, что требует длительного предварительного приучения птиц и сложного исследовательского оборудования. Хорошие данные по энергетике полета у птиц получены только по нескольким видам, варьирующим по размеру от 30 до 300 г. (У нас имеются данные по трепещущему полету колибри, однако энергетические требования к такому полету сильно отличаются от требований, предъявляемых к быстрому поступательному полету.)
Скудная информация по птицам значительно менее удовлетворительна, чем то, что нам известно по многим исследованным видам млекопитающих. Наше понимание полета птиц вследствие этого в большой степени основано на теоретических положениях аэродинамики и технических достижениях в самолето-и верто-летостроении.
В великолепной работе Гринуолта (Greenewalt, 1962) собрано огромное количество сведений по летательному аппарату птиц. Следующие уравнения дают представление о некоторых из наиболее важных параметрах, приводимых Гринуолтом:
Длина крыла Площадь крыла — Afт °’67.
Большая грудная мышца=0,155 Мт1,0,
Малая грудная мышца-»0,016 Мт'-°.
Хотя существует значительная индивидуальная изменчивость, в целом эти цифры свидетельствуют о том, что птицы как группа удивительно близки к изометричиости. Длина крыла н площадь крыла пропорциональны соответственно / и I2 (колибри, видимо, отличаются от других птиц тем, что у них длина крыла скорее пропорциональна Мт0,67, что несомненно связано с главной особенностью их полета — способностью к зависанию).
Интересен еще один вопрос — создание мощности для полета в летательных мышцах. Большие грудные мышцы составляют примерно 15,5% массы тела независимо от размеров птицы, а малые грудные мышцы примерно в 10 раз меньше. Примечательно, что это соотношение справедливо и для крошечного королька, и для лебедя-шипуна. У обычных птиц все летательные мышцы составляют в среднем около 17% массы тела. Доминирование размеров больших грудных мышц позволяет предполагать, что мощность для полета обеспечивается целиком взмахом крыльев, направленным вниз. Имеются и систематические отклонения, например у хищных птиц малые грудные мышцы обычно имеют меньшие размеры.
У колибри картина иная. Большие и малые грудные мышцы в сумме составляют у них 25—30% массы тела, причем отношение масс больших и малых грудных мышц равно примерно 2:1, тогда как у остальных птиц оно равно 10: 1. Больший размер малых грудных мышц у колибри наводит на мысль, что мощность для полета обеспечивается у них взмахами крыльев, совершаемыми в обоих направлениях — и вверх, и вниз. Результаты киносъемок подтвердили это предположение.
Скорость полета
Оценивать скорость полета птицы по отношению к земле имеет мало смысла, поскольку мы обычно не знаем скорости движения воздуха на высоте ее полета. Ввиду этого мы не можем использовать большое количество данных, имеющихся в литературе.
Такер и Шмидт-Кениг (Tucker, Schmidt-Koenig, 1971) провели исследование с использованием точной триангуляции и с коррекцией на скорость движения воздуха. У 22 видов птиц они обнаружили двукратные различия в скорости — от 10,8 до 20,7 м/с. Эти различия ие были очевидным образом связаны с размерами птиц — от краснокрылого трупиала до канадской казарки, — различающихся на два порядка. Однако особенности полета были неодинаковы: например, у уток (быстролетающие) и цапель (медленнолетающие) характер движений крыльев различен. Возможно, что такие различия могут маскировать любые возможные систематические изменения скорости полета в зависимости от размеров тела.
Масштабные соображения, развитые Лайтхиллом (Lighthill,
1974) на основе аэродинамической теории, показывают, что характерная для летящей птицы скорость должна варьировать как /°>5 или Мт0’17. При 100-кратных различиях в размерах это дает различия в крейсерской скорости примерно в два раза, однако двукратные различия могут оказаться ниже уровня «шума» в системе, обусловленного существованием разных способов полета у разных птиц.
