Dlaczego kolibry „szumią”?

Nazwa kolorowych kolibrów pochodzi od szumu generowanego przez ich szybko poruszające się skrzydła; te maleńkie cuda aerodynamiczne mają najszybszy ruch skrzydeł ze wszystkich ptaków, osiągając około 70 uderzeń na sekundę (ponad 4000 na minutę).

Ale jak dokładnie ich skrzydła wydają szum? Naukowcy niedawno przyjrzeli się bliżej kolibrom, aby lepiej zrozumieć, jak generowany jest ten charakterystyczny szum.

Naukowcy stworzyli pierwszy w historii trójwymiarowy model akustyczny latających kolibrów, łącząc nagrania wideo i audio ptaków w ruchu z pomiarami sił generowanych przez skrzydła kolibrów podczas ich oscylacji.

Aby uchwycić wszystkie elementy lotu kolibra, naukowcy wykorzystali czułe płyty ciśnieniowe, które mierzyły siłę uderzeń skrzydeł, tuzin aparatów do robienia szybkich zdjęć, 2176 mikrofonów i sześć uczynnych koliberków żarogłowych ( Calypte anna ), które zostały złapane, sfilmowane i wypuszczone na tego samego dnia, według nowego badania opublikowanego 16 marca w czasopiśmie eLife.

Schwytane ptaki zostały przeniesione do specjalnie skonstruowanej zagrody “do lotów” na Uniwersytecie Stanforda. Kiedy swobodnie latające kolibry fruwały wokół wybiegu i sączyły nektar ze sztucznych kwiatów, zostały sfilmowane przez aparaty do robienia szybkich zdjęć, które były połączone z macierzami mikrofonów, „aby dźwięk był widoczny” – powiedział Rick Scholte, badacz i dyrektor generalny Soramy, oddział Eindhoven University of Technology w Holandii i firma, która stworzyła ten system wizualizacji akustycznej.

„Razem działają trochę jak kamera termowizyjna, która pozwala pokazać obraz termiczny” – powiedział Scholte, współautor nowego badania opublikowanego 16 marca w czasopiśmie eLife. „Sprawiamy, że dźwięk jest widoczny na „mapie cieplnej”, która umożliwia nam szczegółowe oglądanie pola dźwiękowego 3D – powiedział w oświadczeniu. Dzięki temu naukowcy mogli stworzyć mapę klatka po klatce synchronizującą dane dźwiękowe z ruchem skrzydła.

Aparaty do robienia szybkich zdjęć zsynchronizowane z zestawami mikrofonów, aby uchwycić „mapę” akustyczną ptaków podczas lotu. (Zdjęcie: Sorama i Robert McMorran, USFWS)

Kolejnym elementem układanki była wielkość siły aerodynamicznej generowanej przez skrzydła kolibrów podczas ruchów w górę i w dół, którą naukowcy mierzyli za pomocą płytek ciśnieniowych – powiedział główny autor badania Ben Hightower, badacz, który przeprowadzał te eksperymenty, gdy był doktorantem w Szkoła Inżynierii Stanforda. Grawitacja nieustannie ciągnie kolibry w dół, ale siła, którą ptaki generują z klap skrzydłowych, aby zrównoważyć przyciąganie grawitacji, zmienia się nieco z każdym uderzeniem, wyjaśnił Hightower.

„Podczas ruchu w dół zwiększają siłę nośną, a podczas wznoszenia nieco mniej” – powiedział.

U większości latających ptaków „szum”, który słyszysz, to dźwięk ruchu w dół skrzydeł – jedyne trzepotania skrzydeł, które generuje siłę nośną. Dla porównania, skrzydła kolibra, które poruszają się po kształcie litery „U” w powietrzu podczas trzepotania, wytwarzają siłę nośną zarówno podczas ruchu w dół, jak i w górę – stwierdzili autorzy badania. Przy prędkości, z jaką poruszają się skrzydła kolibra, te działania i różnice ciśnienia powietrza podczas trzepotania skrzydłami odpowiadają za buczenie kolibrów. Zmienność w sposobie, w jaki powietrze porusza się po piórach i ogólny kształt skrzydła, dodaje alikwotów i niuansów do dźwięku. To sprawia, że ​​szum jest przyjemny dla ludzi – w przeciwieństwie do bardziej irytującego brzęczenia komara czy  muchy, jak twierdzi Scholte.

„Skrzydło kolibra jest podobne do pięknie nastrojonego instrumentu” – powiedział Scholte.

Latający swobodnie koliber pije ze sztucznego kwiatka, a ukryte kamery i mikrofony śledzą każdy jego ruch. (Zdjęcie: Lentink Lab / Stanford University)

Czy szum skrzydeł kolibra może również służyć jako forma komunikacji? Nie wiadomo, jak dobrze ptaki słyszą szum podczas lotu, ale możliwe, że może to odgrywać rolę w interakcji między ptakami, powiedział Hightower.

„Kolibry są bardzo terytorialne; odganiają inne kolibry od karmników. Ciekawe byłoby sprawdzić, czy kolibry mogą wykorzystać szum do wykrywania innych kolibrów w okolicy” – powiedział.

Kolibry jedzą także muszki owocówki – więc czy muszki owocówki mogą usłyszeć szum skrzydeł i czy w ten sposób potrafią rozpoznać, kiedy ptak jest w pobliżu i ma zamiar zaatakować?

„Są to dwa pytania, które wydają mi się interesujące” – powiedział Hightower.

Źródło: Mindy Weisberger

How hummingbirds hum

How oscillating aerodynamic forces explain the timbre of the hummingbird’s hum and other animals in flapping flight

Zdjęcie: Vaclav Sebek/Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x