Колибри способны зависать перед цветком, двигаться боком и даже лететь назад, не разворачивая тело. Такой манёвр кажется противоречащим привычным представлениям о птичьем полёте: большинству птиц для перемещения нужен поступательный поток воздуха, а колибри могут менять направление почти на месте.
Фото: Tyler Moulton / Unsplash
Секрет связан со строением плечевого сустава и способом работы крыльев. Во время зависания колибри быстро разворачивают крыло при каждом взмахе и создают подъёмную силу не только при движении вниз, но и на обратном ходе. В отличие от многих других птиц, они могут гибко менять ориентацию плоскости взмахов и распределение аэродинамических сил.
Полёт назад особенно полезен во время кормления. Птица подлетает к венчику цветка, вводит длинный клюв внутрь и забирает нектар. Чтобы покинуть узкое пространство, ей проще отодвинуться назад, чем разворачиваться прямо перед лепестками. Поэтому обратное движение — не редкий трюк, а часть обычного поведения.
Биологи Нир Сапир и Роберт Дадли из Калифорнийского университета в Беркли изучали этот механизм на колибри Анны. Птиц приучили кормиться из искусственного цветка в аэродинамической трубе. Исследователи меняли направление воздушного потока, снимали взмахи крыльев и оценивали потребление кислорода, чтобы сравнить разные режимы полёта.
Оказалось, что при движении назад тело колибри становится более вертикальным, а плоскость взмахов крыльев меняет наклон. В исследованных условиях частота взмахов составляла около 43,8 раза в секунду при обратном движении против примерно 39,7 при полёте вперёд. Птица перестраивает работу крыльев, а не просто повторяет обычный полёт в обратную сторону.
Особенно интересным оказался энергетический результат. В эксперименте полёт назад требовал примерно столько же энергии, сколько движение вперёд, и был приблизительно на 20% экономичнее зависания на месте. Это не означает, что любой обратный полёт всегда выгоднее: измерения относятся к конкретному виду и условиям аэродинамической трубы.
У колибри необычная подвижность плечевого пояса сочетается с высокой частотой взмахов и тонкой зрительной координацией. Птице необходимо удерживать клюв напротив небольшого цветка, одновременно компенсируя порывы ветра и движение веток. Способность быстро менять направление тяги помогает выполнять такие точные манёвры.
Обратный полёт также участвует в реакции на приближающиеся предметы. Эксперименты с визуальными стимулами показали, что колибри могут отступать от кормушки, реагируя на изображение объекта, который словно быстро приближается. Это указывает на связь аэродинамических возможностей с обработкой зрительной информации.
При этом выражение «летают как вертолёты» лишь приблизительно описывает их способности. Колибри создают подъёмную силу движущимися и поворачивающимися крыльями, а не винтом. Сложная механика делает их важной моделью для исследователей полёта и инженеров, разрабатывающих миниатюрные летательные аппараты.
Результаты измерений опубликованы в Journal of Experimental Biology. Особенности зависания и перемещения колибри также описывает Смитсоновский институт.