Фламинго создают водяные торнадо, чтобы заманить свою добычу в ловушку

0 0

Фламинго, безмятежно стоящие в мелком щелочном озере с опущенными в воду головами, могут показаться спокойно кормящимися, но под поверхностью происходит много всего. Изучив чилийских фламинго в зоопарке Нэшвилла и проанализировав 3D-модели их ног и клювов в форме буквы L, исследователи задокументировали, как птицы используют свои ноги, головы и клювы, чтобы создавать в воде вихри, или торнадо, для эффективной концентрации и поглощения добычи.

Фламинго на самом деле хищники, они активно ищут животных, которые движутся в воде, и проблема, с которой они сталкиваются, заключается в том, как собрать этих животных вместе и накормить их. Вспомните пауков, которые плетут паутину, чтобы ловить насекомых. Фламинго используют вихри, чтобы ловить животных, например артемий.

Виктор Ортега Хименес, доцент кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли, специализирующийся на биомеханике

Ортега Хименес и его коллеги из Технологического института Джорджии в Атланте, Государственного университета Кеннесо в Мариетте, штат Джорджия (KSU-Мариетта), и зоопарка Нэшвилла опубликовали свои результаты на этой неделе в журнале "Труды Национальной академии наук".

Исследователи обнаружили, что фламинго используют свои гибкие перепончатые лапы, чтобы взбалтывать донные отложения и продвигать их вперёд в виде вихрей, которые птицы затем поднимают на поверхность, дёргая головой вверх, как поршнями, создавая мини-торнадо. При этом головы птиц остаются перевёрнутыми внутри водяного вихря, а их клювы под углом друг к другу создают меньшие вихри, которые направляют отложения и пищу в их рты, откуда она процеживается.

Клюв фламинго уникален тем, что его передний конец приплюснут под углом, так что, когда голова птицы находится в воде вверх тормашками, плоская часть параллельна дну. Это позволяет фламинго использовать другую технику, называемую скиммингом. Это включает в себя использование его длинной S-образной шеи для выдвижения головы вперед и быстрое хлопанье клювом, создавая листовидные вихри - вихри фон Кармана, — которые заманивают добычу в ловушку. По словам Ортеги Хименеса, такое активное поведение при кормлении противоречит репутации фламинго как пассивных фильтраторов. Они фильтруют только пассивные частицы, но нет, эти животные на самом деле ловят движущихся животных.

Принципы, которые ученый открыл, можно использовать для создания более эффективных систем для концентрации и удаления из воды мелких частиц, таких как микропластик; более эффективных самоочищающихся фильтров, основанных на вибрации; или роботов, которые, подобно фламинго, могут ходить и бегать по грязи. Ортега Хименес, уроженец Пуэблы, Мексика, увлёкся наблюдением за поведением фламинго во время посещения зоопарка Атланты со своей женой и дочерью до пандемии COVID-19. Снимая на видео поведение птиц во время кормления, он заметил только рябь на поверхности.

По словам Ортеги Хименеса, процесс кормления начинается с ног. Если вы посмотрите на фламинго на очень мелководье, то часто увидите, как он танцует на месте или кружится. У фламинго перепончатые лапы, но, как и у многих болотных птиц, они мягкие, поэтому, когда птица поднимает ногу, перепонка складывается и отрывается от дна без того сцепления, из-за которого людям трудно ходить по грязи. При ходьбе или беге фламинго, кажется, погружают ноги в воду, а не ступают на неё. Эта техника могла бы помочь роботам ходить по воде или грязи. Ортега Хименес создал модели как жёстких, так и гибких лапок фламинго, чтобы сравнить, как эти две конструкции влияют на поток жидкости. Он обнаружил, что гибкие лапки гораздо эффективнее выталкивают вихри ила перед каждым шагом. Жёсткие перепонки в основном создают турбулентность.

Создав трёхмерную модель L-образного клюва, он смог показать, что, когда голова вытягивается прямо вверх в воде, создаётся вихрь, вращающийся вокруг вертикальной оси и снова концентрирующий частицы пищи. Он измерил скорость движения головы — около 40 сантиметров в секунду (1,3 фута в секунду). Маленькие торнадо были достаточно сильными, чтобы захватывать даже подвижных беспозвоночных, таких как артемии и микроскопические ракообразные, называемые веслоногими. Во время щебетания вокруг клюва также образуются вихри. В этом случае фламинго держит верхний клюв неподвижно, хотя он способен к независимому движению, и двигает только нижним клювом — примерно 12 раз в секунду во время щебетания, как обнаружил Ортега Хименес.

Тиен Йи, соавтор статьи и профессор Калифорнийского университета в Марриете, использовал вычислительную гидродинамику, чтобы смоделировать на компьютере трёхмерное течение вокруг клюва и лапок. Он подтвердил, что вихри действительно концентрируют частицы, как в экспериментах с напечатанной на 3D-принтере головой в лотковой установке с активно плавающими артемиями и пассивно плавающими икрой артемий.

Мы заметили, что когда мы помещаем 3D-печатную модель в лоток, чтобы имитировать то, что мы называем скиммингом, она создаёт симметричные вихри по бокам клюва, которые рециркулируют частицы в воде, так что они попадают в клюв. Это трюк гидродинамики.

Тиен Йи, соавтор статьи и профессор Калифорнийского университета в Марриете

Его следующие проекты — определить роль похожего на поршень языка фламинго и то, как похожие на гребни края клюва отфильтровывают добычу из солёной, а иногда и токсичной воды. Эксперт добавил, что фламинго являются суперспециализированными животными, которые питаются фильтрами. Это не только голова, но и шея, ноги, ступни и всё поведение, которое они используют, чтобы эффективно ловить крошечные и проворные организмы.

Вселенная распадётся через 10⁷⁸ лет: гораздо раньше, чем считалось ранее.