Не все птицы бороздят небосвод: почему пингвины не умеют летать?

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Флора и фауна

Когда мы слышим слово «птица», воображение рисует существо, парящее в небе. Крылья, перья, гнездо на ветке — всё это кажется неотъемлемыми атрибутами пернатых. И вдруг на сцену выходят пингвины. Они покрыты перьями, откладывают яйца, заботятся о птенцах — словом, птицы до мозга костей. Но при этом они не летают. Более того, их крылья за миллионы лет превратились в нечто совершенно иное.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

В этой статье разберёмся, как же так получилось и почему эволюция распорядилась именно таким образом?

О пингвинах

Пингвины — это единственный современный отряд в классе птиц, полностью утративший способность к машущему полёту. Отряд Sphenisciformes включает примерно два десятка видов, и все они обитают в Южном полушарии.

Вопреки расхожему мифу, пингвины не ограничиваются Антарктидой. Императорские и Адели действительно гнездятся на антарктическом континенте, но галапагосский пингвин живёт прямо на экваторе, а малый пингвин встречается на южном побережье Австралии и даже в Новой Зеландии. Тем не менее ни один вид пингвинов не обитает в Северном полушарии — это важный факт, который часто упускают.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Все пингвины превосходно плавают и ныряют. Их тело веретенообразно, обтекаемо, а крылья работают под водой как мощные вёсла. Там, где другие птицы парят в воздухе, пингвины совершают настоящий «подводный полёт», рассекая толщу океана со скоростью до десяти километров в час.

Императорские пингвины способны погружаться на глубину свыше пятисот метров и задерживать дыхание более чем на двадцать минут. Это выдающиеся достижения, но за них пришлось заплатить очень высокую цену — ценой оказался сам полёт.

Как крылья стали ластами

Ключ к разгадке кроется в анатомии крыла. У летающих птиц крыло представляет собой лёгкую, широкую несущую поверхность. Перья маховые — длинные, гибкие, способные создавать подъёмную силу за счёт разницы давления воздуха. Скелет крыла тонкий и полый, а грудная кость несёт высокий киль, к которому крепятся мышцы, обеспечивающие взмах.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

У пингвинов всё устроено иначе. Их крылья укорочены, уплощены и сильно сужены. Кости крыла стали значительно плотнее и тяжелее — это явление называется пахиморфия. Перья утратили гибкость: они короткие, жёсткие, плотно прилегающие друг к другу и образующие почти непроницаемый покров, напоминающий чешую.

Суставы крыла малоподвижны, и крыло работает как единое целое, подобно ласте морского млекопитающего. Грудная кость, напротив, развита мощно — киль у пингвинов огромный, ведь мышцы, приводящие крыло в движение под водой, должны быть чрезвычайно сильными.

Получается парадоксальная ситуация. Крыло пингвина анатомически остаётся крылом птицы — те же самые кости, те же суставы, та же общая схема, однако это уже не орган, необходимый для полёта, а орган подводного плавания. Эволюция не создала ничего принципиально нового — она перепрофилировала то, что уже было.

Энергетический компромисс эволюции

Почему же естественный отбор не сохранил способность к полёту? Ответ лежит в области биоэнергетики и экологии. Полёт — один из самых энергозатратных способов передвижения в животном мире. Чтобы летать, птица должна быть лёгкой. Её кости полые, мышцы оптимизированы под кратковременную максимальную нагрузку, а форма тела подчинена аэродинамике воздушной среды.

Автор: bearfotos Источник: www.magnific.com

Плавание в воде, плотность которой примерно в восемьсот раз выше плотности воздуха, предъявляет совершенно иные требования. Здесь на первый план выходят не лёгкость, а обтекаемость, прочность и способность к длительной мышечной работе. Тяжёлые кости помогают пингвину погружаться, плотное телосложение снижает расход энергии при движении в толще воды, а короткие жёсткие перья минимизируют сопротивление.

Эти два набора требований — «летать» и «глубоко нырять» — принципиально несовместимы в рамках одного организма. Невозможно построить крыло, одинаково эффективное и в воздухе, и в воде. Эволюционный биолог Стивен Джейд Гулд назвал бы это ограничением, накладываемым самой физической средой. Одним словом, пингвины встали перед дилеммой и выбрали воду.

Когда пингвины перестали летать

Согласно палеонтологическим данным, предки пингвинов утратили способность к полёту очень давно — по разным оценкам, от шестидесяти до восьмидесяти миллионов лет назад. Древнейшие известные ископаемые пингвины, такие как Waimanu manneringi, обитали в Новой Зеландии примерно шестьдесят два миллиона лет назад и уже имели характерное уплощённое крыло, непригодное для полёта, но прекрасно подходившее для плавания.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Более поздние находки, в частности исследования Дэниела Кшепки и его коллег, опубликованные в 2013 году, показали, что переходный период мог быть короче, чем предполагалось ранее. Анализ ископаемых крыльев выявил, что у самых ранних пингвинов кости крыла уже были утолщены, но пропорции сохраняли некоторое сходство с летающими предками.

Это говорит о том, что утрата полёта произошла относительно быстро в эволюционном масштабе — как только предковая форма заняла экологическую нишу подводного охотника, отбор стремительно сдвинул анатомию крыла в сторону плавания.

Почему полёт стал ненужным

Помимо биомеханических ограничений, существует и экологическое объяснение. Большинство пингвинов гнездятся на земле, часто на удалённых островах и прибрежных скалах, где отсутствуют наземные хищники. В Антарктиде и субантарктических регионах наземных млекопитающих-хищников просто нет. В таких условиях способность взлетать в воздух для спасения от угрозы теряет смысл — бежать или прятаться не от кого.

При этом море предоставляет обильную пищу. Рыба, криль, кальмары — всё это пингвины добывают в океане, и чем лучше они плавают, тем успешнее охотятся. Естественный отбор действовал в одном направлении: особи с более эффективными для плавания крыльями выживали и оставляли больше потомства.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Генетические исследования последних лет подтверждают эту картину. В геноме пингвинов обнаружены изменения в генах, связанных с развитием конечностей и плотностью костной ткани, и эти изменения носят направленный характер.

Интересно, что утрата полёта у пингвинов — не уникальное явление в мире птиц. Страусы, киви, какапо, пастушки — все эти птицы тоже не летают. Но причины у них иные. В их случае роль сыграла изоляция на островах без хищников и обилие наземной пищи, а не переход к водному образу жизни.

Пингвины — единственный случай, когда отсутствие способности летать связано с полным переключением на водную среду.

Адаптация

Отказ от полёта повлёк за собой целый каскад дополнительных приспособлений. Перьевой покров пингвинов — один из самых плотных среди птиц. На квадратном сантиметре кожи может приходиться до ста перьев. Этот панцирь надёжно удерживает слой воздуха у тела, обеспечивая термоизоляцию в ледяной воде.

Линька у многих пингвинов происходит не постепенно, как у летающих птиц, а одномоментно — старое оперение сменяется новым за две-три недели, в течение которых птицы не выходят в море и живут за счёт накопленных жировых запасов.

Автор: vwalakte Источник: www.magnific.com

Кровеносная система пингвинов оснащена противоточными теплообменниками. Артерии, несущие тёплую кровь к конечностям, тесно переплетены с венами, возвращающими охлаждённую кровь от ластов. В результате тепло передаётся от артериальной крови к венозной ещё до того, как кровь достигнет поверхности тела, и потери тепла в холодной воде сводятся к минимуму.

Этот механизм, называемый «чудесная сеть», встречается и у некоторых других морских животных, но у пингвинов он развит особенно хорошо.

Сердце пингвина во время погружения замедляет частоту сокращений, а кровоток перераспределяется таким образом, что кислород в первую очередь поступает к мозгу и сердцу, а периферические ткани переходят на анаэробный обмен. Именно это позволяет императорским пингвинам находиться под водой более двадцати минут — рекорд, которому позавидовал бы любой аквалангист.

Изображение в превью:
Автор: wirestock
Источник: www.magnific.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Коммунист, эссеист, евангелист, пародист, оккультист, лоялист. А если без шуток, то человек, искренне горящий играми и считающий, что игровая индустрия мелкой поступью движется в прекрасное будущее. На своей эре поведал сказку имени PlayStation 2, невероятный успех Xbox 360, величие The Witcher 3 и грустное падение Ubisoft в бездну. Пишу про игры и кино, графомански отсылаясь к литературе, искусству и аниме, чего не стыжусь (стыжусь).

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Чихуахуа оказались отчасти койотами — и это наконец объясняет их дерзкий и бесстрашный характер

Маленький размер, вес менее трех килограммов, дрожь в теле и привычка сидеть в дорожной сумке создали породе чихуахуа репутацию хрупкого декоративного аксессуара. Однако любой кинолог, ветеринар...

С какой скоростью на самом деле растут горы: древний супервулкан дал геологам точный ответ

Определение скорости роста горных хребтов — одна из самых сложных прикладных задач физической геологии. Земная кора непрерывно деформируется под действием тектонических сил, однако...

Как гиена разгрызает кости, которые не поддаются льву: в чём секрет её челюстей?

Когда лев завершает трапезу, на земле остаются фрагменты скелета, которые для большинства хищников представляют лишь несъедобный остаток. Бедренная кость антилопы гну или ребро зебры не поддаются...

Механическая клавиатура, которая отлично подружилась с MacBook Neo: обзор VAIVER Leaf V3

Механических клавиатур сейчас огромное количество, и на бумаге многие из них выглядят практически одинаково: переключатели, несколько вариантов подключения, подсветка, компактный корпус. Но когда...

Зачем раньше в деревнях на заборы вешали глиняные горшки и бутылки

В любом деревенском пейзаже раньше да и иногда и сегодня можно было увидеть стеклянные бутылки или банки, насаженные на колья изгороди, и глиняные крынки, висящие на плетне. Но для чего же...

Великая Каменная стена вдоль реки Лены: чем знамениты Ленские Столбы и почему их точно стоит увидеть

Пока туристы штурмуют Китай, желая полюбоваться Великой Китайской стеной, в глубине Якутии вдоль русла реки Лены стоит своя неприступная стена из каменных столбов. Кто их построил? Неведомые...