На какой высоте летят гуси при перелете: Максимальная высота полета диких гусей. Как летают гуси. Ограничения, связанные с лётными возможностями

Содержание

Максимальная высота полета диких гусей. Как летают гуси. Ограничения, связанные с лётными возможностями

Ежедневно в разных уголках нашей планеты в небо поднимаются сотни тысяч, а то и миллионы птиц. Крылья этих существ позволяют им не только преодолевать огромные расстояния, но и подниматься вверх на большие высоты. Их уникальные способности в навигации до сих пор поражают многих ученых, а порой остаются для них все такой же загадкой.

Мы уже привыкли наблюдать за высоко парящими в небе птицами. Но как высоко они могут подниматься в небо, и какие именно птицы поднимаются выше остальных пернатых? В большинстве случаев они летят на высоте около 150 метров, но вовремя ежегодных миграций, некоторые представители способны подняться на высоту и до 3 тысяч метров. Но как оказалось и это не предел…

Белый аист

Белый аист (лат. Ciconia ciconia ) – одна из самых красивых и грациозных птиц планеты. Этот длинношеий и длинноногий представитель пернатого мира во время дальних перелетов к местам зимовки преодолевает огромнейшие расстояния на высоте от 2 до 3 тысяч метров.

Сразу хочется отметить, что размах крыльев белого аиста составляет 150-200 см.

Андский кондор

(лат. Vultur gryphus ) – одна из самых крупных летающих хищных птиц Западного полушария. Кроме этого андский кондор является национальным символом таких латиноамериканских государств как Аргентина, Боливия, Чили, Колумбия, Эквадор и Перу, играя важнейшую роль в культуре всех этих стран. Эта уникальная птица, живя в более чем суровых местах Анд, ежедневно в поисках пищи совершает перелеты по несколько километров, подымаясь на высоту около 3-5 тысяч метров.

Черный стриж

Черные стрижи (лат. Apus apus ) – эту небольшую птицу еще называют «бешеным стрижем» и это не удивительно, поскольку черный стриж считается рекордсменом среди пернатых по длительности пребывания в воздухе и вторым по скорости полета (более 120 км/час). Кроме того черный стриж – одна из самых высоко летающих птиц. Он поднимается в высоту до 3000 метров.

Беркут

Беркут (лат. Aquila chrysaetos ) – еще одна крупная и наиболее известная хищная птица, с способная подниматься на большие высоты. Размах крыльев беркута может достигать двух метров. У этого хищника прекрасное зрение, поэтому ему не составляет труда подняться на высоту 4500 метров над землей и оттуда высматривать свою добычу.

Ржанки

Ржанки (лат. Pluvialis ) – небольшая, но симпатичная птица из семейства ржанковых (лат. Charadriidae ). Может летать как на совершенно низком расстоянии (едва не касаясь поверхности воды), так и на высоте более 6 тысяч метров. Представители этого семейства хорошо известны на ваттовых побережьях (Ваттовом море).

Кряква

Кряква (лат. Anas platyrhynchos ) – птица принадлежащая семейству утиных (лат. Anatidae) и самая узнаваемая и распространенная дикая утка. Однако мало кто знает, что эта водоплавающая птица также является прекрасным летуном. Во время ежегодных перелетов на места зимовки эти птицы поднимаются в высоту до 6900 метров.

Бывали случаи, когда утки на такой высоте сталкивались с летящим самолетом.

Серые гуси

Серые гуси (лат. Anser anser ) – представитель из числа водоплавающих птиц. Селятся эти гуси по берегам озер, болт, прудов и других водоемов. Это очень умные, сильные и осторожные птицы. Они легко могут дать отпор даже хищнику, особенно если тот угрожает их потомству. Во время миграций серые гуси, собравшись в стаи, летят клином, врассыпную или шеренгой. Во время такого перелета птицы поднимаются на высоту до 8 тысяч метров.

Лебедь-кликун

Лебедь-кликун (лат. Cygnus cygnus ) – крупная (от 7 до 10 кг) водоплавающая птица. В декабре 1967 года была замечена небольшая стая лебедей, пролетавшая на высоте 8230 метров над Ирландией. Высоту полета птиц зафиксировали радары. Стоит отметить, что это был не единственный зафиксированный полет лебедей-крикунов, и их способность летать на высоте более 8 тысяч метров была подтверждена не раз.

Горный гусь

Горный гусь (лат. Eulabeia indica ) – водоплавающая птица, гнездящаяся в горах Центральной Азии (на высоте от 1000 до 5000 м). По словам ученых, эта птица способна пролететь над Гималаями всего за 8 часов, поднимаясь на высоту 10175 (!) метров. В то же время, они не способны преодолевать очень большие расстояния.

Гриф Рюппеля, или африканский сип

Гриф Рюппеля, или африканский сип (лат. Gyps rueppellii ) – самые-самые высоко летающие птицы планеты. По утверждению ученых, именно грифы Рюппеля чаще всего сталкиваются с летящими самолетами. Самые большие зафиксированные высоты полета этого грифа – 11277 метров и 12150 метров. Обитает африканский сип в северных и восточных частях Африканского континента.

Такие полеты поистине вызывают восторг. Но как птицам, летящим на таких высотах, удается справляться с разряженным воздухом, солнечным излучением и низкими температурами пока неизвестно.

На высоте 5,5 тыс. метров атмосферное давление и содержание кислорода в воздухе падает вдвое; без предварительной и долгой акклиматизации человек не выдержит в таких условиях и пары часов. Но горный гусь (Anser indicus), по-видимому, не испытывает особых затруднений на такой высоте. Как сообщают исследователи из Университета Бангора (Великобритания), ежегодные миграции этих птиц включают путешествие через Гималаи, которое проходит на высоте около 6 000 метров над уровнем моря.

Каждый год горные гуси летают из Индии, в которой зимуют, в Центральную Азию, где гнездятся и выводят птенцов. Чарльз Бишоп и Люси Хоукс использовали GPS-датчики, чтобы наблюдать за птицами в течение всего полёта: они гусейловили в Индии и Монголии, «оснащали» их аппаратурой и отпускали.

Горные гуси и раньше считались птицами весьма высокого полёта, но всё же они сумели преподнести учёным ещё пару сюрпризов: оказалось, что пернатые преодолевают растянувшиеся на тысячи километров горные хребты за один присест. Полёт, причём беспосадочный, на высоте в 6 000 метров занимает у них около восьми часов.

Готовясь к путешествию, гуси стараются минимизировать риск. Они не ждут восходящих потоков ветра, которые могли бы помочь. Наоборот, всё начинается ранним утром, в ещё холодном ночном воздухе, который спускается с гор. По словам орнитологов, утренний полёт, во-первых, позволяет избежать жары (а индийское пекло нельзя не принимать в расчёт), во-вторых, гуси летят в самое спокойное время, когда вероятность плохой погоды и штормовых ветров довольно низка. Наконец, холодный тяжёлый воздух служит хорошей опорой для крыльев и позволяет избежать лишних энергозатрат, что очень кстати в разреженном воздухе.

Результаты наблюдений за мигрирующими горными гусями готовятся к публикации в журнале PNAS.

Похожие исследования миграции чёрной казарки (Branta bernicla), близкой родственницы горного гуся, показали, что при перелёте из Ирландии в Канаду птицы переходят гренландские горы в буквальном смысле пешком, не имея сил преодолеть их по воздуху. Это делает лётные способности Anser indicus ещё более интригующими: к тому же птицы, как считается, не поднимаются на высоту, которая не отвечает их нуждам. В районе 7 км над землёй воздух до такой степени разреженный, что тут даже вертолёту делать нечего. Как гусям удаётся выживать на такой высоте — настоящая загадка.

Учёные уверены в одном: горные гуси менее чем за день способны покорить несколько серьёзных вершин, не тратя время на акклиматизацию, тренировки и отдых; как они это делают — тема для дальнейших исследований.

Даже не смотря на огромные достижения авиации за последние 60 лет, высота, которой достигают птицы во время перелетов, все еще производит внушительное впечатление, хотя бы только потому, что птицы держатся на ней в течение многих часов или даже дней исключительно благодаря работе мышц. Уже прежние наблюдения с земли показали, что птицы могут успешно летать на высотах, где в воздухе содержится значительно меньше кислорода, чем в привычных для нас нижних слоях атмосферы. Грачей, например, наблюдали на высоте 3300 метров, где содержание кислорода в воздухе составляет только 66% его концентрации на уровне моря, а уток и ржанок - на высоте 2200-2400 метров, причем летели они с обычной для них скоростью. Некоторые кулики, например кроншнепы, а также журавли были замечены альпинистами у Джомолунгмы на высоте более 6000 метров.

Гусей видели во время их перелета над Гималаями на высоте 8850 метров. Воздух здесь содержит всего лишь 30% того количества кислорода, которое отмечается на уровне моря.

При наблюдении за ночными мигрантами в телескоп невозможно с достаточной точностью определить высоту их полета. В то же время некоторые радиолокационные системы с исключительной точностью определяют высоту, которой достигают птичьи стаи. Разносторонний анализ радиоэхо от птиц, сфотографированных с экрана ИКО мощной радиолокационной установки на полуострове Кейп-Код включал и анализ записей радиовысотомера. В этом специализированном варианте индикаторный луч движется вверх и вниз в вертикальной плоскости, а воспринимаемое эхо автоматически фиксируется на экране в виде светового пятна, расстояние которого от горизонтальной линии соответствует в определенном масштабе высоте до цели. Наведение на цель в горизонтальной плоскости может осуществляться по желанию оператора. Один из недостатков этой системы заключается в том, что отражение импульсов от поверхности земли или воды сильно искажает запись сигналов на небольших высотах, так что только сравнительно высоко летящие птицы достоверно учитываются радиолокационными системами этого типа.

Самый тщательный анализ современных данных, полученных при непрерывной работе радиолокатора в течение 45 ночей в период массового пролета, показал, что наиболее обычная высота полета над океаном почти для всех видов птиц составляет от 450 до 750 метров. Только в 10% случаев эхо птиц приходит с высота более 1500 метров и менее 1% — с высоты более 3000 метров, причем разница между средними значениями высоты полета над морем и материком совершенно незначительна. Результаты других наблюдений, проведенных с помощью радиолокатора, а также случайные встречи самолетов со стаями мигрирующих птиц полностью согласуются с данными, полученными на полуострове Кейп-Код. По наблюдениям, проведенным в Англии с помощью радиолокационной установки несколько иного типа, высота полета для большинства видов птиц составляет 1500 метров, а для некоторых, особенно в ясные ночи‚--до 3900 метров. Хотя так высоко летит лишь относительно небольшое число мигрирующих птиц, они тем не менее представляют значительный интерес, так как успешно разрешают серьезную физиологическую проблему сохранения работоспособности мышц в условиях разреженного воздуха больших высот.

Наблюдения на полуострове Кейп-Код показали, что некоторые отраженные сигналы поступают иногда с высоты 6000 метров и более. По форме некоторых из них, а также по скорости их перемещения можно установить, что они отражаются от стай мелких певчих птиц. Но все-таки большинство истинно высотных летунов представлено куликами, особенно песочниками и ржанками.

В горных районах пока еще не удалось с помощью радиолокатора получить аналогичные сведения. Однако непосредственное наблюдение, подобное упомянутому выше, показывает, что массовые миграции происходят и над вершинами высочайших горных хребтов. Наибольшее впечатление производят птицы, которые дважды в год летят над Гималаями из центральных областей Европейской части СССР в Индию и обратно. Иногда перелет идет по ущельям, но в Гималаях даже эти проходы находятся на высоте около 3000 метров. Более того, в хорошую погоду видно, как многие пролетные стаи пренебрегают долинами и забираются на такую высоту‚ что могли бы пролететь над самыми высокими пиками.

На высоте около 5400 метров воздух содержит лишь половину того количества кислорода, которое находится на уровне моря. Альпинисты в зависимости от степени акклиматизации и физической выносливости начинают испытывать затруднения на высотах между 3000 и 6000 метров. Как известно каждому, восхождение на высочайшие вершины мира, в особенности на Джомолунгму, доступно лишь первоклассным альпинистам, снабженным сложным экспедиционным снаряжением, в том числе кислородными баллонами, которыми приходится пользоваться через короткие промежутки времени. Достаточно подсчитать подробные описания тех болезненных и мучительных, причиняющих боль усилий, которые требуются только для того, чтобы выползти из спального мешка и надеть ботинки, чтобы в полной мере оценить, например, путешествие гусей на собственных крыльях над Гималаями на высоте около 8850 метров. Сообщение о перелете гусей над вершиной Джомолунгмы единично, но многие гималайские экспедиции сообщали о пролетных и местных птицах, которые без видимых усилий летают на высотах. где даже хорошо подготовленный альпинист должен отдыхать через каждые несколько сот шагов. Никому не известно, каков уровень обмена веществ у гусей во время их перелета через Гималаи, но ясно, что такой перелет требует огромного напряжения. Альпинисты должны постепенно акклиматизироваться в течение нескольких недель, прежде чем они смогут (да и то с большим трудом) подняться выше 6000 метров. Мигрирующие же вероятно, в течение одного дня, взлетев с сибирских равнин, набирают максимальную высоту и спускаются на реки и озера Индии.

Этот биологический феномен еще недостаточно изучен‚ чтобы можно было хоть как-то объяснить, каким образом птицам удается избегать высотной болезни и сохранять достаточное количество мускул ной энергии для полета в воздухе, содержащем лишь 1/4 часть количества кислорода, отмечаемого на уровне моря. Объяснение этого удивительного совершенства ждет своего исследователя, который предложит специальные методы изучения энергетики полета птиц на больших высотах.

На сегодняшний день вершину пьедестала почета среди пернатых летчиков занимает гриф Рюппеля (Gyps rueppellii) – самая-самая высоко птица . Именно эти птицы, согласно утверждениям орнитологов, чаще всего являются причиной столкновений с летящими самолетами. Мировой рекорд по высоте полета грифа равен 12150 метров и пока еще не побит.

Грифы - это те же орлы, только с неоперенной головой и шеей. Они селятся парами, избегая общения с сородичами, и собираются вместе только для того, чтобы разделить трапезу. Обитает гриф Рюппеля на востоке и севере Африканского континента, за что и получил африканский сип.

Полеты этих пернатых вызывают восторг, но как птицы, летящие на такой высоте, справляются с низкими температурами, излучением солнца и разряженным воздухом, науке достоверно неизвестно.

Горный гусь

Поверить в то, что толстый и неповоротливый водоплавающий горный гусь (Eulabeia indica) может подняться на высоту в 10175 м невозможно! Тем не менее, это правда. Эта птица, вьющая гнезда на высоте до 5000м в горах Центральной Азии, способна пролететь над вершинами Гималаев всего за 8 часов. Хотя преодолеть очень большие расстояния без перерыва на отдых они не способны.

Горный гусь, как и все остальные виды , принадлежит к фауне северных широт. В теплые края они мигрируют только , собираясь в большие стаи и выстраиваясь в клин. В отличие от семейства утиных, у гусей представители различных полов имеют одинаковое оперение.

Лебедь-кликун

На севере Европы обитает еще один высоколетный представитель водоплавающих - лебедь-кликун (Cygnus cygnus) – крупная до 10 кг водоплавающая птица. Зимой 1967 года в небе Ирландии радары засекли небольшую стаю лебедей, пролетавшую на высоте 8230 метров. Стоит заметить, что способность этих птиц летать на высоте более 8 тыс метров была подтверждена еще неоднократно. Лебедь-кликун отличается от своих сородичей желтым с черным кончиком клювом и мощным, не лишенным гармоничности голосом.

Кряква

Самая узнаваемая птица из семейства утиных Anas platyrhynchos, а по простому – дикая утка. Но только единицам известно, что эта водоплавающая птица является также первоклассным летуном. Когда наступает сезон ежегодных миграций на места зимовки, кряква поднимается на высоту в 6900 м, что иногда приводило к столкновению с самолетами.

Осенней порой стаи птиц тянутся в тёплые края. По ним можно судить, когда заканчивается осень. Такими вестниками становятся гуси, так как они улетают в числе последних. Когда гуси летают, возвращаясь на родину, то предвещают наступление тепла весны.

Учёные, пытаясь установить, почему гуси улетают на зиму, сошлись во мнении, что причины заключаются в следующем:

Недостаток корма: из-за наступления холодов пропадает растительная пища, необходимая для природного выживания.
Замерзание водоёмов: гуси - водоплавающие птицы хоть и проводят в воде меньше времени, по сравнению с утками или лебедями, к примеру. Тем не менее, постоянное отсутствие водоёма для диких пернатых этой породы будет неприемлемым.

В пользу этих доводов можно привести обратный пример, связанный с Нильским гусем, обитающим в тёплом климате с достаточным количеством растительной пищи. Этот вид не нуждается в миграции, потому что круглый год обеспечен всем необходимым.

Ареал обитания

Ещё до наступления холодов птицы собираются стаями и готовятся к длительному перелёту. Наблюдая за летящими гусиными стаями, сравнивая их виды, где они проживают летом и куда улетают зимовать, можно проследить такую тенденцию:

Гусиная порода	Обитание	Зимовка
Гуменник	Тайга и тундра Евразии	Средиземноморское и Черноморское побережье, юго-восточные Китай и Япония, Средняя Азия
Белый	Арктические побережья, высокие широты Северной Америки, восток Евразии – Чукотка, острова Врангеля	Колумбия, Канада, Великобритания, Калифорния (США)
Серый	Умеренный климат, начиная с Евразии, завершая Лапландией, Причерноморье, Прикаспий, юг Сибири	Азия, юг Европы, север Африки
Белолобый, арктический	Тундра Евразии и Америки	Индия, Япония, Корея, Китай
Сухонос	Восток Азии	Восток Японии, Китая и Кореи
Белошей	Аляска	Командорские острова, Курилы
Пискулька	Лесотундра России	Азербайджан, Греция, Китай, Румыния, Болгария, Венгрия, Балканские острова, Черноморское и Каспийское побережье
Горный	Киргизия	Индия

Факты

Очевидно, что гуси, когда летают, преодолевают очень большие расстояния. Это подтверждается зафиксированным фактом: перелётом с преодолением расстояния до десяти тысяч километров.

Чтобы понять на какой высоте они летают обычно, нужно снова обратиться к фактам. Рекордной высотой зафиксировали одиннадцать с лишним тысяч метров при перелёте горных гусей через Гималаи. Гусям, когда они летают, привычна, как правило, восьмиметровая высота, так как на таком расстоянии от земной поверхности плотность атмосферы меньше и кислород в ней разрежен. Особенности перелётных птиц, как раз, и состоят в том, чтобы из разреженного атмосферного воздуха получать необходимую для полёта энергию. На высоту полёта влияет также погода. Замечено, что при ненастье летают стаи гусей гораздо ниже, чем тогда, когда ясно.

С какой быстротой перемещаются эти красивые птицы? Известно, что гуси обычно летают с очень высокой скоростью - до восьмидесяти километров за час.

Без отдыха эти птицы проводят порой до девяноста часов. К примеру, белые гуси, мигрируя, летают, преодолевая расстояние около трёх тысяч километров за шестьдесят часов, то есть за сутки они могут покрыть расстояние примерно пятьсот километров. Трудно даже представить себе, какие уникальные свойства организма должны у них быть!

Ограничения, связанные с лётными возможностями

Говоря о том, как летают дикие гуси, нельзя не упомянуть, что даже в этой природной способности есть некоторые ограничения:

Несмотря на то, что большую часть времени птицы проводят на суше, в воде они также чувствуют себя отлично, только взлететь с её поверхности им трудно, так как перед полетом нужен небольшой разбег.
Способность летать утрачивается, когда наступает время линьки пера, длящееся около шести недель. Из этого периода в среднем 20 дней гуси совсем не летают и стараются укрыться в спокойных, глухих местах. Такой период бывает два раза за год.
Днём гуси предпочитают отдыхать, лучшее время, когда они летают - ночь.
Самцы летают меньше в период, когда им необходимо охранять самок, высиживающих гусят.

Домашние сородичи

Существуют различные мнения о том, летают или нет домашние гуси. Некоторые люди считают, что эта порода - особо выращенная и откормленная так, что летать не может совсем. Другие утверждают, что дело лишь в отсутствии натренированности к полётам. Обе стороны частично правы, так как из-за изменения образа жизни у нового поколения постепенно стираются даже на генетическом уровне те способности, которыми они не пользуются. Домашние гуси получают больше корма, их корпус не такой летучий из-за тяжести тела.

Тем не менее, домашние гуси, пусть не так высоко и далеко, но всё же летают, и даже могут улететь из дома, как в сказке о путешествии Нильса с гусями. Поэтому птицеводы обычно делают домашним питомцам обрезку перьев, отвечающих за удержание птицы в воздухе на определённой высоте.

Совет: надо обрезать перья только у взрослых гусей, которые до этого трижды пережили линьку.

Разумные подробности

Гуси, как правило, летают клином или шеренгой в зависимости от породы. Это вовсе не случайно. Исследования, проводимые учёными, дали понять, что мах крыльев гуся помогает его летевшим рядом товарищам набирать нужную высоту. При таком способе волновой турбулентности и построении вся стая летает гораздо быстрее. В человеческом обществе такой подход можно сравнить с тем, что команда, устремлённая к общей цели, также достигает её быстрее и эффективнее. Кстати, авиационные изобретения самолётов братьями Райт были сделаны, как раз, в результате наблюдения за тем, как летают стаями гуси.

На какой высоте летят гуси при перелете

Белый аист

Белый аист (лат. Ciconia ciconia) – одна из самых красивых и грациозных птиц планеты. Этот длинношеий и длинноногий представитель пернатого мира во время дальних перелетов к местам зимовки преодолевает огромнейшие расстояния на высоте от 2 до 3 тысяч метров. Сразу хочется отметить, что размах крыльев белого аиста составляет 150-200 см.

Андский кондор

Андский кондор (лат. Vultur gryphus) – одна из самых крупных летающих хищных птиц Западного полушария. Кроме этого андский кондор является национальным символом таких латиноамериканских государств как Аргентина, Боливия, Чили, Колумбия, Эквадор и Перу, играя важнейшую роль в культуре всех этих стран. Эта уникальная птица, живя в более чем суровых местах Анд, ежедневно в поисках пищи совершает перелеты по несколько километров, подымаясь на высоту около 3-5 тысяч метров.

Черный стриж

Черные стрижи (лат. Apus apus) – эту небольшую птицу еще называют «бешеным стрижем» и это не удивительно, поскольку черный стриж считается рекордсменом среди пернатых по длительности пребывания в воздухе и вторым по скорости полета (более 120 км/час). Кроме того черный стриж – одна из самых высоко летающих птиц. Он поднимается в высоту до 3000 метров.

Беркут

Беркут (лат. Aquila chrysaetos) – еще одна крупная и наиболее известная хищная птица, с способная подниматься на большие высоты. Размах крыльев беркута может достигать двух метров. У этого хищника прекрасное зрение, поэтому ему не составляет труда подняться на высоту 4500 метров над землей и оттуда высматривать свою добычу.

Ржанки

Ржанки (лат. Pluvialis) – небольшая, но симпатичная птица из семейства ржанковых (лат. Charadriidae). Может летать как на совершенно низком расстоянии (едва не касаясь поверхности воды), так и на высоте более 6 тысяч метров. Представители этого семейства хорошо известны на ваттовых побережьях (Ваттовом море).

Кряква

Кряква (лат. Anas platyrhynchos) – птица принадлежащая семейству утиных (лат. Anatidae) и самая узнаваемая и распространенная дикая утка. Однако мало кто знает, что эта водоплавающая птица также является прекрасным летуном. Во время ежегодных перелетов на места зимовки эти птицы поднимаются в высоту до 6900 метров. Бывали случаи, когда утки на такой высоте сталкивались с летящим самолетом.

Серые гуси

Серые гуси (лат. Anser anser) – представитель из числа водоплавающих птиц. Селятся эти гуси по берегам озер, болт, прудов и других водоемов. Это очень умные, сильные и осторожные птицы. Они легко могут дать отпор даже хищнику, особенно если тот угрожает их потомству. Во время миграций серые гуси, собравшись в стаи, летят клином, врассыпную или шеренгой. Во время такого перелета птицы поднимаются на высоту до 8 тысяч метров.

Лебедь-кликун

Лебедь-кликун (лат. Cygnus cygnus) – крупная (от 7 до 10 кг) водоплавающая птица. В декабре 1967 года была замечена небольшая стая лебедей, пролетавшая на высоте 8230 метров над Ирландией. Высоту полета птиц зафиксировали радары. Стоит отметить, что это был не единственный зафиксированный полет лебедей-крикунов, и их способность летать на высоте более 8 тысяч метров была подтверждена не раз.

Горный гусь

Горный гусь (лат. Eulabeia indica) – водоплавающая птица, гнездящаяся в горах Центральной Азии (на высоте от 1000 до 5000 м). По словам ученых, эта птица способна пролететь над Гималаями всего за 8 часов, поднимаясь на высоту 10175 (!) метров. В то же время, они не способны преодолевать очень большие расстояния.

Гриф Рюппеля, или африканский сип

Гриф Рюппеля, или африканский сип (лат. Gyps rueppellii) – самые-самые высоко летающие птицы планеты. По утверждению ученых, именно грифы Рюппеля чаще всего сталкиваются с летящими самолетами. Самые большие зафиксированные высоты полета этого грифа – 11277 метров и 12150 метров. Обитает африканский сип в северных и восточных частях Африканского континента.

Сип 29 ноября 1973 г. над Абиджаном, Кот-д’Ивуар, сип (Gyps ruepellii) столкнулся с пассажирским самолетом на высоте 11 277 м. Оставшихся от птицы перьев было достаточно, чтобы в Американском музее естественной истории смогли твердо определить вид птицы.
Лебедь-кликун 9 декабря 1967 г. около 30 лебедей-кликунов (Cygnus cygnus) были замечены на высоте, немного превышающей 8230 м. Они летели из Исландии на зимовку к заливу Лох-фойл, на границе между Северной Ирландией и Ирландской Республикой. Пилот самолета обнаружил их над Внешними Гебридами, и высота их полета была подтверждена радаром.

Высота полета птиц зависит от географических и атмосферных условий. Воробьиные, например, могут лететь на высоте от 0,5 м над морем до 7000 м над горами.
h ttp://www.zoohall.com.ua/leftframes/ginnes/priroda6.htm

В среднем птицы при перелетах поднимаются на 1100—1600 м над уровнем моря, но многие предпочитают высоту 100—130 м. Если необходимо преодолеть горные массивы, то даже маленькие птицы могут подниматься на несколько тысяч метров. Безусловными рекордсменами признаны гуси, которые перелетают в Индию над Гималаями на высоте 8830 м.
Ласточки из Восточной Европы летят над Средиземным морем и Сахарой в Восточную Африку, преодолевая без остановки до 2500 км. Бурокрылые ржанки, мигрирующие с Аляски на Гавайи, пролетают над водными просторами 4000 км, не имея возможности сделать в пути остановку.

ЖУРНАЛ ОХОТНИКА НА ТАРАКАНОВ

Это летом они низко летают. А по осени, бывалоча, взлетят вот так с речной заводи, да и через полчаса влепятся в лобовуху какому нибудь Боингу* .
* https://img-fotki.yandex.ru/get/6814/414616.44d/0_d6d09_109888c4_orig.jpg
http://fotografersha.livejournal.com/656210.html

На какой высоте летают гуси?

Читал , что гуси были зарегистрированы на высоте 10- 11 км, где они представляли некоторую угрозу самолетам.
Непонятно зачем они поднимаются на такую большую высоту?

Там мало кислорода, разреженная атмосфера о которую трудно опирать крыло, мороз -60С, ураганные ветра, наконец надо затратить много энергии и времени чтобы подняться на высоту 10 км

Можно предположить, что они поднимаются столь высоко чтобы преодолеть Гималаи, либо исползуют воздушние потоки попутного направления.

И тем не менее вот эти неуклюжие с виду птицы, которых большинство сограждан рассматирвает как хороший наполнитель для шулюма, забираются туда, где винтомоторным самолетам нечего делать.

есть еще несколько второстепенных вопросов :

-какова средняя и максимальная продолжительность суточного перелета и беспосадочного перелета?

-сколько времени нужно гусю чтобы забраться на высоту 10 тыс метров (какая скроподъемность ?)) )
=============
уважаемые орнитологи, хотелось бы услышать ваше мнение, а если оно будет подтверждено ссылками на научные источники, то вообще хорошо.

=========
* это фото коллаж из двух кадров.
и как выяснилось так высоко белолобые гуси не летают . Нет у них на пути соль высоких гор.

** снято в Оренбургской области , р Сакмара, Саракташский рн.

ты и есть большинство сограждан. интерес один — пожрать!

Edited at 2014-10-28 11:22 am (UTC)

без посадки проходят 1-2 тыс км? это примерно сутки лету.
интересно как у них водный баланс это выдерживает — потери воды при дыхании на фоне такой мышечной работы должны быть колоссальны. или все же садятся попить?

трансокеанские перелеты есть?

Горные гуси одни из самых высоко летающих птиц. Зафиксирован случай полёта горных гусей на высоте 10175 м[2], во время их перелётов из Средней Азии над Гималаями. Воздух на таких высотах настолько разрежен, что вертолёты здесь не могут летать.

Горные гуси проигрывают только грифовым птицам. Известны случаи столкновения африканского грифа с самолётом на высоте 12 150 м и грифа Рюппеля на высоте 11 277 м.

=========
Высота, которой достигают горные гуси на перелете через высочайшие хребты Центральной Азии, просто изумительна. Мне однажды приходилось, стоя на гребне хребта на высоте 5000 метров над уровнем моря, наблюдать стаю, летевшую надо мной по крайней мере на километровой высоте, то есть на высоте 6000 метров над уровнем моря. Но это далеко не предел. Английский орнитолог Мейнертцхаген указывает, что на фотографии солнца, сделанной в обсерватории Дехра-Дун, у подножия северо-западных Гималаев, ясно видна стая из 17 гусей, пересекающая солнечный диск. Поэтому высота, на которой летели гуси, была определена довольно точно и оказалась поистине фантастической — 17,5 километра! Видимо, на этой высоте стая пересекла над облаками главный гребень хребта Каракорум, ледяную стену семикилометровой высоты, скрытую в это время года шапкой клубившихся снежных туч.

Edited at 2014-10-28 06:04 pm (UTC)

Гуси… летят. Полезные статьи об охоте, рыбалке, подводной охоте

Охота

Нет комментариев

Древняя японская притча рассказывает нам об учителе и его ученике, который, заметив стаю гусей, громко и радостно воскликнул: «Гуси летят!». Получив легкий удар бамбуковой палкой, ученик недоуменно воззрился на учителя: «За что?». Поднимая арбалет, учитель флегматично и тихо произнес: «Гуси… летят», подавая ученику пример подлинной невозмутимости и собранности – ключевых качеств, которые необходимы любому охотнику.

О том, как подготовиться к охоте на гуся
О том, как выбрать экипировку для охоты
О том, чем зарядить ружье, и о многом другом рассказывает наша статья

Но начнем мы с изучения модели поведения гусиной стаи. Без ее понимания на охоте можно только побродить, насмешив или рассердив ее более опытных участников.

Who is Mr. Гусь?

Противника необходимо знать в лицо! Гуси живут стаями, в которых… царит жесткий порядок и дисциплина. Сказать о том, что гуси сохраняют бдительность даже во сне — значит попасть в точку. Любой полет гусиной стаи контролируется группой сменяющих друг друга вожаков, отвечающих за безопасность «гусиного сообщества». Сделав «перерыв» и снизившись для кормления, гуси всегда остаются начеку, назначая «охранников стаи», мгновенно подающих в случае опасности сигнал тревоги.

Если Вам предстоит первая охота на гуся осенью или весной, знайте

СЛУЧАЙНОЙ ПОБЕДЫ НЕ БУДЕТ!

Кто сказал, что сова является олицетворением интеллекта и мудрости? Именно гусь, птица, предстающая перед нами в русском фольклоре несколько глуповатой, никогда не позволит Вам застать ее врасплох на охоте.

Вы «засели» в кустах с ружьем? Гусь уже видел эти кусты и (на всякий случай!) набрал безопасную высоту.

Увидев гуся, знайте, что его век не намного короче человеческого. Гуси живут до 50-ти лет! И возможно перед Вами вполне «стрелянный воробей»… простите, гусь, на которого безуспешно охотились еще в советские времена.

Только 5 % охотников могут подстрелить гуся!

Подготовка охоты на гуся этими людьми осуществляется на уровне подготовки хорошего разведчика, которому необходимо вычислить и нейтрализовать опытного диверсанта. Поэтому принцип «Что такое охота? Наливай и пей!» актуален только для кинокомедий и людей, которые просто приезжают погулять в лесу с ружьем на плече.

Настоящие охотники:

исследуют повадки этих птиц
тщательно готовят снаряжение и боеприпасы
покупают или мастерят чучела и профили
овладевают искусством создания скрадки
изучают местность, где планируется охота
собирают сведения у местных жителей

Что получается в итоге? Объективная картина, которая помогает в подготовке охоты, но еще не гарантирует успех.

Как найти гусей?

Об этом можно говорить бесконечно или написать трехтомный справочник, в который войдет и опыт профессиональных охотников, и рекомендации ученых. Если коротко, то принято считать, что гусей стоит искать там, где

посеяны озимые
раскинулись заливные луга
есть полоски зерновых или картофельных полей (картофель, образующий крахмал, — главная пища гусей)
расположены пашни — их излюбленное место, где гуси ищут червей, куколки насекомых и корешки

Склонившись над картой, помните, что лучшим районом осенней охоты является местность, вблизи которой находятся озера или обширные болота. Туда гуси направляются ночевать.

Время охоты

Во многих учебниках по охоте сказано, что на поле гуси прилетают в 4-5 утра, а покидают его лишь в 9-10 (так сказать, завтрак). Второй «заход» предполагается в 3 часа дня, и восвояси птицы отправляются уже затемно.

Гусь гусю рознь! Птица, все-таки, не самолет «Аэрофлота», прибывающий на поле по расписанию. Поэтому время охоты с точностью до минуты (и даже часа!) определить сложно.

На поведение стаи влияют многие факторы. Мы ждем птиц к трем часам дня, а начавшиеся в нескольких километрах сельскохозяйственные работы уже отпугнули их. Поэтому будет правильнее сказать, что стаи крутятся над полями, перелетая с одного на другое и осложняя задачу охотникам, ожидающим «подлета» в скрадках.

Как сделать скрадки?

Правильно сделать скрадок, в котором Вы проведете определенное время в ожидании «гусиного налета», — это целое искусство. Для начала нужно знать, где «залечь». На картинках охотников почему-то часто изображают в карикатурных оврагах, стоящими за деревьями или сидящими в кустах.

Для охоты эти места (как и всевозможные нагромождения – бочки, ящики, валуны) являются абсолютно непригодными. Гуси (умные птицы!) облетают их стороной или набирают высоту.

Трассы перелета гусей пролегают над лужистыми полями. Именно здесь гуси приземляются для того, чтобы глотнуть воды, вычистить после долгого перелета перья. Охотоведы знают, что, порой, именно здесь, убедившись в отсутствии помех, гуси могут остаться на ночевку.

Чтобы сделать скрадок необходимо аккуратно (по своему росту) выбрать землю лопатой. Затем следует уложить срезанный дерн на бруствер, тщательно замаскировав его травой. Притаиться в таком убежище Вы сможете, положив на дно ямы подстилку из нейлона, а поверх нее — полиуретановый коврик. Лучше, если он будет защитного цвета. Приняв горизонтальное положение, накрываемся маскировочным полотнищем. В таком убежище крылатый «объект охоты» может нас не заметить!

Правильно оборудованный скрадок для охоты — хорошая защита от ветра, дождя и снега, а также других неблагоприятных погодных условий.

А теперь о погоде!

Погода в огромной степени влияет на перелеты и пролеты птиц. Какова наиболее подходящая погода для охоты на гусей? Опытные охотники-«гусеведы» знают, что весенний циклон – вовсе не повод отменять охоту. Ведь именно в таких «предлагаемых обстоятельствах» гуси собираются огромными стаями на определенной местности. Осталось его вычислить и найти.

Снегопады, ветры и ливни часто не только перекрывают путь гусям, но поворачивают их перелет вспять. Искусство анализировать погодные условия и предугадывать поведение птиц дает возможность организовать отличную гусиную охоту.

Запомним! Наиболее благоприятствует охоте на гусей шквалистый ветер, снег, сырость и холод. Но как «выживать» в этой ситуации человеку, чтобы не стать жертвой собственной охоты?

Правильная экипировка для охоты – залог успеха и крепкого здоровья!

Специализированные магазины предлагают беспрецедентно широкий ассортимент экипировки для охоты. Покрасоваться в модном жилете, синтепоновой куртке хорошо, если на «декоративную» охоту Вы едете с представительницами прекрасной половины человечества.

Матерые профессионалы не всегда приобретают для охоты на гусей одежду, которая стоит баснословных денег. Достаточно двух свитеров и хорошей суконной куртки. Захватим с собой несколько пар шерстяных носков (те, кто служили, знают, какое чудо — шерстяные портянки!).

Поверх них обуем болотные сапоги из резины, в которые лучше вложить войлочные стельки. Сойдет шерстяная шапка. Верхняя одежда для охоты — камуфляжные куртка и брюки — пусть будет из синтетики.

Решив поохотиться на гуся, наденьте шерстяную одежду. Даже если она промокнет, то Вам будет легче просушить ее, чем одежду из других материалов… Или дождаться момента, когда успешный выстрел будет позади, и переодеться.

Каждый ли может стать хорошим охотником? Прислушайтесь к себе! Вы хотите походить с ружьем, изображая охоту на гусей, или желаете достичь серьезного результата? Склоняясь к последнему варианту развития событий, мы должны запастись терпением.

Не каждый способен часами «возлежать» пусть даже на трижды практичном коврике, сделав скрадок. Для бывшего снайпера, неделями пребывавшего в «снайперской лежке», конечно, проблем не возникнет. А для человека с подвижным типом нервной системы?

Уникальный тандем выносливости и быстрой реакции — человеческие качества, необходимые для хорошей гусиной охоты!

Словно в пьесе «Шанс, которого ждешь всю жизнь», мы замерли (а может быть, даже задремали!), отвлеклись на то, чтобы глотнуть горячего чая из термоса (или чего покрепче из фляжки) и тут — га-га! — над головой пронеслась стая (которая, впрочем, может лететь и без всякого шума, особенно, если речь идет о гуменниках)… Шанс упущен. А счастье было так возможно! Бац-бац – и мимо. Кстати!

Чем зарядить ружье, отправляясь на

гусиную охоту, и с какого расстояния производить выстрел?

Выстрел картечью по птицам – кощунство и браконьерство. Необходимо использовать дробь, помня о том, что надежное поражение гуся обеспечивается попаданием 4-5 дробин. Впрочем, часто бывает достаточно 1-2. Оптимальным считается номер дроби №№ 1,0,00.

Матерые «гусестрелы» знают, что для увеличения кучности дробь лучше пересыпать крахмалом. Оптимальной дистанцией для выстрела считаются 40 м. Птица окажется на этом расстоянии, если Вы смогли сделать скрадок правильно. Впрочем, многие охотники частенько попадают с 55-60 м!

Но иногда лучше НЕ СТРЕЛЯТЬ!

Закон и вправду позволяет стрелять далеко не во всех птиц, которые пролетают у нас над головой. Остерегайтесь от выстрела, заслышав писклявые голоса. Возможно это охраняемая законом пискулька. Запрещена пальба по птицам с черными шейками. Это казарки, за охоту на которых можно заплатить немалый штраф.

Узнать интересные подробности охотничье-рыболовных процессов Вы можете, прочитав другие статьи проекта «Nabazu.ru», благодаря которому многие смогли выбрать и забронировать рыболовную/охотничью базу, осуществив свои заветные желания и мечты!

Наш краткий обзор, сделанный для удачной охоты на гусей, подошел к концу! Что же пожелать настоящему охотнику? Мало кто знает, что охотникам непринято желать удачи. Согласно давнему поверью, хорошая добыча сама придет в руки, если пожелать неудачи, используя древнейшее выражение

Ни пуха, ни пера!

Е.Д.Краснова. О птичьих перелетах

Каждую весну миллиарды птиц летят к местам гнездования. Днем и ночью, стаями и поодиночке, они неудержимо тянутся к северу. Год за годом, век за веком, тысячелетиями. И даже миллионы лет назад, когда на Земле еще не было людей, и некому было восхищаться величием происходящего, птицы уже совершали свои миграции. Почему? За кажущейся простотой вопроса скрывается множество загадок, над которыми до сих пор ломают головы ученые всего мира.

Куда летим?

Жителям северных широт России не нужно объяснять, что зимой там птицам холодно и голодно. Все верно: регулярная перемена мест у птиц действительно связана с сезонными изменениями климата. Но все же, о том, почему птицы выбирают именно такие, а не другие направление и пункт назначения, мы знаем далеко не все.

Во-первых, общепринятое представление, что птицы перемещаются с севера на юг, не совсем верно. Большинство пернатых из высоких широт и средней полосы улетает в южные края, но направление полета далеко не всегда параллельно стрелке компаса. Более того, птицы летят не по прямой, и не кратчайшим путем, а по сложным траекториям, разным у каждого вида. Водоплавающие птицы нередко придерживаются водных магистралей - крупных рек, каскадов озер и болот меридионального направления, и их пути могут повторять изгибы этих естественных ориентиров. Мелкие певчие птицы прокладывают маршруты над лесными массивами, а в лесостепной зоне и в освоенных сельскохозяйственных районах над цепочками лесных островков. Не так давно проскользнуло сообщение, что птичьи стаи, летящие ночью, могут следовать вдоль залитых светом автострад. Крупные птицы с парящим полетом, чтобы набрать высоту, нуждаются в местах с восходящими воздушными потоками и планируют от одного такого участка к другому, описывая затейливую петляющую траекторию. Серьезные искривления маршрута могут быть связаны с естественными преградами. Птицы обычно избегают перелетов через широкие водные пространства, и, долетев до моря, поворачивают туда, где оно поуже. Места таких сужений могут служить для птичьего потока «бутылочными горлышками», через которые дважды в год пролетают все птицы с огромных гнездовых и зимовочных пространств. Для птичьего населения Европы, пересекающего Средиземное море, такими узкими местами служат проливы Гибралтар и Дарданеллы. Осенью возле Босфора собирается невероятное количество хищных птиц: здесь они набирают высоту для «прыжка» через море в Азию. Орнитологи, которые ведут учет пролетающих птиц, испытывают серьезные трудности: попробуйте пересчитать несколько тысяч парящих орлов, чье кружение напоминает комариный рой!

Кривизна траектории может быть связана с необходимостью обогнуть горный массив. Одна из таких преград – Кавказ, и мигранты вынуждены «жаться» к побережьям Черного и Каспийского морей, где тоже возникают своего рода «бутылочные горлышки» пролета.

Весенняя миграция канюков над Батуми - в узком коридоре между морем и горами.

Или другая загадка: у некоторых птиц маршруты «туда» и «обратно» не совпадают, орнитологи называют такие пути миграции петлеобразными или кольцевыми. При кольцевых миграциях у птиц, обитающих в Европе, весенний маршрут, как правило, пролегает восточнее, чем осенний, отклонение может достигать десятков и сотен километров. «Петля» есть у деревенской ласточки в средиземноморской части ее маршрута, а также у иволги, сизоворонки, сорокопута-жулана. Одни ученые объясняют их сезонными ветрами, другие – в осенней траектории видят повторение исторических путей вселения в гнездовые области, своего рода «память вида», а весенний перелет, когда птицы спешат к местам гнездовий, происходит по кратчайшему пути. Среди чемпионов по размерам миграционной петли – бурокрылая ржанка. Это небольшой кулик, американский родственник нашей золотистой ржанки, обитающей на севере России. Миграционный путь бурокрылой ржанки – впечатляющий тур вдоль всей оси Нового света. Из тундр Аляски и севера Канады эти кулики слетаются к востоку на Лабрадор, чтобы оттуда гигантским межконтинентальным броском достичь Бразилии и Аргентины. Птички весом всего около 150 граммов без посадки преодолевают над морем почти 3900 километров. На обратном пути таких подвигов они не совершают. Летя к северу, они придерживаются суши и пролетают над всей южной, центральной и Северной Америками, поскольку весной кормовые там условия несравненно лучше, чем осенью. Еще размашистее петля у тонкоклювого буревестника. Для гнездования эти птицы собираются в огромные колонии на побережьях Южной Австралии и Тасмании. Когда птенцы встают на крыло, буревестники отправляются в путешествие вокруг Тихого океана: сначала вдоль западного берега до Берингова моря, потом параллельно американскому берегу до южной Калифорнии, оттуда через океан к Новой Зеландии, после чего возвращаются к гнездовым участкам.

Миграционная

петля

бурокрылых

ржанок

Осенний и весенний пути перелета

средних кроншнепов

Петля миграции тонкоклювых

буревестников

Все перечисленные примеры, так или иначе, связаны с перемещениями в меридиональном направлении. Но бывают и широтные миграции. Один из самых насыщенных пролетных путей Европы, которым птицы из арктических тундр России следуют на зимовки Западной Европы, беломоро-балтийский, ориентирован с запада на восток. Любопытно, что с севера Западной Сибири одни виды птиц летят на запад, а другие огибают Урал с востока и движутся на юг к Каспию, зимовкам Ближнего Востока и Африки. Чем объясняется выбор направления? Одна из версий связана с историей послеледникового расселения птиц. По мере того, как отступал ледник, они постепенно осваивали новые земли. Одни виды вселялись с юга, а другие – с запада. Птенцы, рожденные на новой территории, запомнили образ своей Родины и место ее нахождения, чтобы после зимних «каникул» уверенно найти обратную дорогу, продолжить род и закрепить миграционные традиции.

Но разнообразием перелетных траекторий орнитологические загадки не ограничивается. Большинство птиц улетает гораздо дальше, чем необходимо, чтобы достичь теплых кормных мест. Деревенские ласточки, или касатки – привычные спутники сельских жителей, из Европейской части России на зиму улетают в южную Африку, минуя ласковое средиземноморье, где некоторые другие беженцы из Европы благополучно проводят зиму. Мало того, с риском для жизни они перелетают через знойную Сахару. Чем их так манят африканские дали? Еще труднее объяснить приверженность африканским зимовкам птиц из Сибири: ведь им гораздо ближе лететь в южные районы своего материка. И таких видов множество: из 80 видов дальних мигрантов, гнездящихся в Западной Сибири, 37 проводят зиму в Индии, а 33 – в Африке.

Птицы южного полушария по наступлении фенологической осени улетают в северном направлении симметрично тому, как это бывает в северном полушарии. Таких видов относительно немного, ведь и площадь суши в южной полусфере меньше. Живущие высоко в горах на время зимы спускаются ниже и в предгорья, эти миграции называют вертикальными. Мигрирующие птицы есть и среди тропических, только улетают они на меньшие расстояния. Но там, где условия среды относительно постоянны, большинство ведет оседлый образ жизни.

Выбор пути перелета нацелен на оптимизацию расходов птичьей энергии. Одним видам выгодно спрямить траекторию и сделать дальний бросок, другим приходится заложить крюк, обходя препятствия, третьим необходимо делать остановки для отдыха. Мелкие певчие птицы могут лететь несколько часов подряд, преодолевая за сутки до 500 км, а потом останавливаются на день или на несколько, чтобы подкрепиться. Подходящих для этого мест, как правило, много, и встретить их во время пролета можно почти везде. Околоводным птицам труднее, ведь им нужны водоемы с определенными параметрами: одним – глубокие, другим, наоборот, с отмелями, и главное – с подходящей пищей. У таких видов маршрут представляет собой серию длинных «прыжков». От одной остановки до следующей птицам, бывает, приходится лететь несколько дней. Участки, на которых собирается особенно много птиц, получают статус ключевых орнитологических территорий, которые учитывают при создании заказников, заповедников и при разработке хозяйственных планов.

Ключевая орнитологическая территория в заливе Робак на западном побережье Австралии.

Миграции разных видов птиц различаются не только маршрутами, но и пространственной организацией. Одни виды летят узкими потоками, в частности - птицы-парители, такие как орлы или аисты, поскольку восходящие воздушные потоки образуются далеко не везде. Мигранты с машущим полетом летят широким фронтом, но и для их перелетов одни места более удобны, а другие – менее, поэтому кое-где возникают сгущения потоков, которые могут сливаться и разветвляться. Самые удачные природные коридоры обычно используются сразу многими видами, и знать их очень важно для разработки мер по сохранению птиц.

А так ли хорошо мы понимаем, почему они весной возвращаются? Почему не хотят навеки поселиться в местах южных зимовок? Ссылка на исторические традиции, закрепленные инстинктом, мало что проясняет. Нужно понять, чем привлекательны для птиц северные края. У орнитологов есть для этого несколько ответов. Например, существует мнение, что движущий мотив всего миграционного цикла нужно искать не в осеннем бегстве к теплу и достатку, а в весеннем перемещении к северу, и основная причина миграции – стремление к сезонному изобилию корма. В сыром прохладном климате умеренных широт и Арктики в огромных количествах плодятся насекомые, у которых личинки развиваются в водной среде. Это замечательная белковая пища для вскармливания птенцов. Не хуже диетические свойства и у водных беспозвоночных которых легко добывать на мелководьях северных морей. Приливно-отливная зона, приморские марши и дельты крупных рек – а в Северный ледовитый океан их впадает много – раздолье для водоплавающих птиц, ориентированных на поедание зеленого корма и на рыбу. Но не только пища привлекает мигрантов. Северные широты замечательны также тем, что летом светлое время суток, когда родители могут собирать корм для птенцов, там длиннее, чем на юге. А в Заполярье летом и вовсе не темнеет.

Охранять всем миром

Птицы не знают границ. Их пролетные пути пролегают по территориям многих государств разных континентов. Усилия тех, кто охраняет птиц, окажутся напрасными, если в одной стране их будут беречь, а в другой истреблять. Охрана птиц немыслима без международной кооперации, и самый разумный путь – объединять усилия тех стран, которые находятся на одном пролетном пути. На основании данных о миграциях множества видов ученые выделили восемь обобщенных пролетных путей: восточно-атлантический, средиземноморско-черноморский, западноазиатско-африканский, центральноазиатсий, восточноазиатско-австралазийский и три пролетных пути через Америки: тихоокеанский, миссисипский и американский атлантический. Страны каждого пролетного пути подписывают международные конвенции, где закреплены их обязательства по охране мигрирующих птиц.

Главное соглашение – Боннская конвенция по охране наземных и морских мигрирующих животных, подписанная в 1979 году в городе Бонне в рамках Программы ООН по окружающей среде, и вступившая в силу в 1983 году. Конвенция утвердила два важных списка: перечень мигрирующих видов, которым угрожает исчезновение (это так называемое Приложение I), и список мигрирующих видов, которым нужно международное сотрудничество. Наша страна к этой конвенции, к сожалению, не присоединилась, хотя по ее просторам проходят все пять евразийских пролетных путей. 1. Восточно-атлантический путь тянется вдоль побережья Атлантики от Африки к северу Европы, вдоль побережья Северного Ледовитого океана до полуострова Таймыр, а на западе заходит в Северную Америку, охватывая Гренландию и Канадский Арктический архипелаг. Именно к этому пролетному пути относится западный поток каменок (подробнее об этой героической птице см. ниже). 2. Средиземноморско-черноморский пролетный путь, который используют живущие в Европе деревенские ласточки и белые аисты, объединяет гнездовые области птиц севера и центра Европы с африканскими зимовками. 3) Западноазиатско-африканский пролетный путь соединяет Арктику от Ямала до Новосибирских островов с востоком Африки и Ближним Востоком. Эти три пути входят в зону действия Соглашения по охране Афро-азиатских мигрирующим водно-болотных птиц (African Eurasian Migratory Waterbird Agreement, AEWA). 4. Центрально-азиатский - включает гнездовые области лаптевского сектора Арктики и прилегающих частей морей Карского и Восточно-сибирского и пролегает через весь азиатский континент в Индию. Этот миграционный путь обеспечивает существование горных гусей – экстремалов высотных полетов, перелетающих над Гималаями, и множества других редких птиц, например – черного журавля и кречетки. 5. Восточноазиатско-австралазийский путь простирается от российского Дальнего Востока и Аляски через Восточную и Южно-Восточную Азию до Австралии и Новой Зеландии. В числе самых известных представителей этого пролетного пути – кулик-лопатень, маленькая, забавного облика птичка, которая в последние годы оказалась в критическом состоянии из-за неконтролируемой добычи в странах Юго-восточной Азии. Для охраны птиц, мигрирующих по этому пролетному пути, в 2006 году было создано международное Партнерство, куда вошла и Российская Федерация.

Горные гуси над Гималаями. Фото: Lucy Hawkes.

Трудности скитаний

Жизнь перелетных птиц очень непроста. По данным секретариата Конвенции по мигрирующим птицам, за период с 1978 по 2000 год почти половина видов перелетных птиц сократилось в численности, а 4% вовсе исчезли. Дальние мигранты страдают больше, чем птицы с короткими маршрутами. Главная проблема, с которой сталкивается 80% всех мигрирующих видов – изменения на сельскохозяйственных землях. Это и распашка лугов, и фрагментация природных ландшафтов, и перевыпас скота. К трагическим последствиям может привести промышленный вылов кормовых беспозвоночных, как случилось с исландскими песочниками из Канады. Их поголовье уменьшилось впятеро из-за истребления мечехвостов, чьими икринками кулики подкреплялись во время передышек, и которые, на беду, слишком приглянулись рыболовам в качестве наживки. Аналогичная история произошла и с европейским подвидом исландского песочника, не выдержавшим конкуренции за кормовых моллюсков с фермерами. Строительство дамб, осушительные работы и спрямление речных русел могут кардинально изменить облик места обитания и сделать его непригодным для птиц. Как это бывает, мы знаем не понаслышке - вспомним трагедию Аральского моря, которое исчезло с лица Земли вместе с зимовками водоплавающих, когда впадающие реки разобрали на оросительные нужды. Особая проблема – высотные сооружения, возводимые человеком. В США подсчитали, что за год от столкновения с разного рода искусственными преградами погибает 4-5 миллионов птиц, особенно летящих ночью и нацеленных на дальние расстояния. Массовое строительство ветряных электростанций, казалось бы, очень прогрессивных с экологической точки зрения, может создавать негативный эффект, если их устанавливают в местах концентрированного пролета птиц. С такой проблемой недавно столкнулись как это происходит на черноморском побережье Болгарии. Для дневных хищных птиц есть еще одна серьезная опасность: линии электропередач, не оснащенные специальной защитой. Усталые птицы садятся на провода, а при взлете, коснувшись их крыльями, получают мощный электрический удар.

И, разумеется, охота, особенно на пути весенней миграции, которую защитники птиц расценивают как проедание семенного фонда. Вспоминая о видах, вымерших из-за охоты, обычно упоминают странствующего голубя. Но есть и другое. Эскимосский кроншнеп – небольшой кулик, гнездившийся в тундрах Северной Америки, некогда был одной из самых многочисленных птиц мира. Тем не менее, всего за два десятилетия на смене XIX и XX веков американские фермеры довели его до грани исчезновения. Себе на беду, эти птицы отличались невиданной отвагой: они не бросали подбитых собратьев и пытались защитить их от охотников. Что облегчало стрелкам их черную работу (о трагической истории эскимосского кроншнепа канадский писатель Фред Бодсворт в 1955 году написал роман “The last of the Curlews” или «Последний из кроншнепов». Позднее по нему был снят очень красивый и грустный мультфильм. К сожалению, на русский язык ни книга, ни фильм не переведены. Страдать от охоты могут даже те виды, на которые она запрещена, и не обязательно по вине браконьеров. Гусь под названием пискулька на свою беду очень похож на обычный охотничий вид – белолобого гуся, и попадает под выстрел случайно. Цена ошибок, сделанных охотниками, усугубленная беспокойством на гнездовьях от туристов и рыбаков, ужасает: за последние 30 лет от прежних сотен тысяч пискулек во всем мире остались лишь около 10 тысяч.

Миграционное состояние

Как ни опасна жизнь небесных странников, но они все равно совершают свои перелеты и не могут иначе. Миграция – не волевое решение одной птицы или стаи, а закрепленное эволюцией сезонное состояние организма. Попавшие в неволю, даже при идеальных условиях содержания, в перелетное время пернатые испытывают невероятное беспокойство, вынуждающее их биться о стенки клеток, порой насмерть. Орнитологи объясняют его миграционным состоянием, включая в это понятие целый комплекс изменений в птичьем организме: физиологических, гормональных, поведенческих.

Миграционное состояние – закономерная фаза годового цикла птиц, который состоит из периода размножения, линьки, перелета на зимовку, второй линьки и обратной миграции на гнездовья. Для каждой фазы характерен особый гормональный статус. При подготовке к весеннему перелету в результате усиленного синтеза гормонов гипофиза, в частности пролактина, у птиц повышается аппетит, обмен веществ настраивается на запасание жира; после зимнего перерыва начинают работать половые железы. Меняется и поведение: начинаются тренировочные полеты, все чаще звучат контактные сигналы, которыми птицы обмениваются в пути, а у многих еще и нарушается суточный ритм: они переходят с дневной активности на ночную.

У птиц одного вида, живущих в одном регионе, разные фазы годового цикла совершаются одновременно. Для синхронизации физиологических процессов из всех факторов среды самый важный – фотопериод. Когда световой день достигает определенной длины, происходит запуск каскада регуляторных перестроек, автоматически следующих одна за другой в течение всего годового цикла. Точкой отсчета служит начало подготовки к весенней миграции – так что эта фаза особенно ответственная.

По небу, по звездам и по магнитному полю

Говоря о миграциях, нельзя обойти вниманием загадку, как перелетные птицы ориентируются в пространстве. Человеку для решения подобной задачи понадобятся карта и компас или прибор спутникового позиционирования GPS. Но у птиц ничего этого нет. Опыты с птицами в миграционном состоянии, помещенными в круглую клетку с глухими стенками и прозрачным потолком, показали, что в солнечные дни у некоторых дневных мигрантов есть отчетливая направленность перемещений, ослабевающая в ненастную погоду. Значит, они умеют ориентироваться по солнцу. Но для большинства птиц и облака – не препятствие, потому что они одарены способностью различать поляризованный свет. Для них цвет неба оказывается разным по направлению к солнцу и в области над перпендикуляром к его лучам, даже если светило скрыто за горизонтом или тучами. Подобные опыты с ночными мигрантами в планетарии, где можно произвольно менять расположение созвездий, подтвердили умение птиц ориентироваться и по Полярной и нескольким соседним с нею звездам. А в принстонском университете успешно сбивали с толку дроздов, помещая клетку в искусственное магнитное поле. В разгадке тайны магнитного ориентирования в последние два года ученые достигли большого прогресса. Оказалось, что птицы способны «видеть» магнитное поле Земли: в опытах на птицах с поврежденными нервами ученые из Германии убедительно доказали, что птицы воспринимают его именно глазами. В биохимическом механизме, ответственном за восприятие поля, ведущая роль принадлежит пигменту криптохорому, воспринимающему синий цвет, а также супероксиду (О2-1), вступающему с ним в химическую реакцию. Рецептором магнитного поля в этой системе служит супероксид, поскольку его молекулы способны менять ориентацию в зависимости от направления силовых линий.

Умение находить дорогу к зимовкам и обратно дано птицам от рождения, а не приобретается с опытом. Известно, что у некоторых видов молодые особи улетают на зимовку отдельно от взрослых птиц, и даже раньше. Как бы они добирались туда без врожденной программы? Ее существование доказано и в экспериментах с мечеными птенцами аистов, которых вырастили в неволе а потом увезли в другую страну и выпустили после того как улетели местные аисты. Наблюдая за перемещениями новоселов, орнитологи обнаружили, что все они полетели в направлении, традиционном для своей популяции, будто они стартовали на родине. Зато скворцы, похоже, знают не азимут, а координаты места назначения. В подобных опытах они полетели прямиком к месту зимовки, на котором они еще никогда не бывали, хотя направление от родного гнезда к нему отличалось на 60º. Значит, врожденные программы бывают разные: гибкая у скворцов, и не гибкая у аистов.

Весна идет!

Длительность светового дня небезразлична и человеку. Когда удлиняется темное время суток, многие испытывают сезонную депрессию, но стоит дню хоть чуть-чуть прибавиться, и, несмотря на январскую стужу, мы ощущаем прилив оптимизма. А сколько радости приносит первая песня большой синицы – они начинают распеваться уже в январе, а в теплые зимы даже в конце декабря. Синицы живут оседло и чувствуют грядущую весну по нарастанию фотопериода. Птичье население средней полосы начинает пополняться возвращенцами с юга в конце марта: забегают по газонам белые трясогузки, оживают скворечники, к старым колониям возвращаются грачи. С приходом апреля небо наполняется чаячьими, утиными и гусиными косяки. И каждый день дарит встречи с новыми птицами.

Немного статистики

Из 9856 видов птиц мира 1855 относятся к перелетным. Скорость полета у мелких видов птиц во время миграции – порядка 30 км/ч, у крупных – около 80 км/ч. Птицы могут лететь без перерыва несколько суток и преодолевать до 4000 км. Средняя высота полета около 5 км, но большинство птиц летит гораздо ниже. Статистика столкновений самолетов с птицами говорит, что 75% от всех случаев произошло не выше 300 м, 20% – от 300 до 1500 м, и лишь 5% – выше 1500.

Галерея чемпионов

Среди перелетных птиц чемпион по высоте полета – горный гусь. Они гнездятся в центральных районах Азии, а на зиму улетают в Индию, для чего им приходится перелетать над Гималаями, так как обходной путь был бы для них слишком длинным. Им приходится лететь приходится на невероятной высоте. Есть сообщение о встрече стаи горных гусей на высоте более 10 километров. Воздух там настолько разрежен, что вертолеты летать не могут: им не хватает подъемной силы винтов. Для человеческого организма такое немыслимо: восхождение на вершины Гималаев требует долгой подготовки для наработки дополнительного гемоглобина в крови и кислородных масок при подъеме. Гуси делают это безо всякой подготовки. Какие физиологические механизмы при этом задействованы? И вообще, как им удается удерживаться в разреженном воздухе? Может быть, у этого вида гусей какая-нибудь особая форма крыла, или частота взмахов выше, чем у других гусей? Как показали исследования канадских орнитологов из университета в Ванкувере, размах крыльев действительно немного больше, но заметного влияния на аэродинамические свойства птицы он не оказывает. Гораздо важнее физиологические особенности. В экспериментах выяснили, что преодолевать высотную гипоксию горным гусям помогает уменьшение теплоотдачи и усиленная вентиляция легких. Однако, согласно теоретическим моделям, для эффективного дыхания на больших высотах этих факторов недостаточно. По данным китайских ученых у горных гусей несколько иная, чем у других птиц, структура гемоглобина, но как она влияет на эффективность связывания кислорода, пока неясно. Так что до решения этой загадки пока очень далеко.

Говоря о лидерах, нельзя обойти вниманием абсолютного чемпиона по дальности ежегодного перелета: полярную крачку. Гнездовья этого вида располагаются выше северного Полярного круга, а на зиму крачки перемещаются в Антарктику. Но недавно оказалось, что о миграциях этой птицы мы знаем еще далеко не все, и, даже возведя в ранг чемпиона, мы, тем не менее, недооценили ее способности. Прикрепив к нескольким полярным крачкам сверхминиатюрные геолокаторы весом всего по 1,4 грамма, которые записывают в карту памяти продолжительность светового дня и время восхода и заката, орнитологи смогли нанести на карту перемещения одиннадцати птиц из Гренландии и Исландии. Оказалось, что, долетев до южных пределов, крачки не останавливаются, а продолжают перемещение вдоль кромки антарктических льдов, кто на запад к южной Америке, а кто на восток к Австралии. Дополнительный «крюк» по длине соизмерим с протяженностью «основного» перелета, то есть суммарная длина годовой миграции вдвое больше, чем думали прежде. Таким образом, за год каждая птица пролетает не 40 тысяч километров, как считалось ранее, а от 80 до 80 тысяч! За всю свою жизнь – а живут эти птицы более 30 лет – полярная крачка «накручивает на спидометр» более двух миллионов километров – как три полета на луну и обратно.

Маршруты сезонного перелета 11 крачек. Зеленым цветом показан осенний перелет на юг
(август–ноябрь), красным — передвижения в районе зимовья (декабрь–март), желтым —
обратный путь (апрель–май). A — семь птиц, летевших на юг вдоль берега Африки,
B — четыре птицы, избравшие путь вдоль берегов Бразилии. Из статьи: Egevanga et al., 2010.

Но если искать абсолютного чемпиона по суммарной длине пути, проделанного за всю жизнь, то им окажется малый, или обыкновенный буревестник. Живет эта птица долго, до 50 лет, и за это время успевает пролететь около 8 миллионов километров. В числе лидеров по дальности перелетов – обыкновенная каменка. Эти птицы летят не с севера на юг, а с большим широтным смещением. Зимуют каменки в Африке к югу от Сахары, а для размножения улетают несколькими потоками. Один ведет в Гренландию и Канаду, для чего птицы пересекают Атлантический океан – это один из самых протяженных океанических перелетов, совершаемых воробьиными птицами. И при этом, в отличие от крачек, они не имеют возможности подкормиться. А другой – на север Евразии и Аляску. Птицам, летящим на восток ареала, на Аляску, необходимо перелететь через всю Сибирь, и суммарная протяженность маршрутов в оба конца составляет более 20 тысяч километров.

И, наконец, абсолютный чемпион по дальности беспосадочного броска – кулик малый веретенник. С Чукотки и Аляски стаи малых веретенников летят на зиму в Австралию и даже Новую Зеландию, и, как показало спутниковое наблюдение за птицами, помеченными радиопередатчиками, прямо через океан. Одна самка долетела с Чукотки до новозеландских берегов за восемь дней, преодолев без отдыха 11680 км! Не удивительно, что перед миграцией их тело на 55% состоит из жира, необходимого, чтобы обеспечить перелет без дозаправки топливом.

Путь перелета малых веретенников,

радиопередатчиков.

отслеженный с помощью спутниковых

Из статьи: Gill et al., 2009.

Краснова Елена Дмитриевна, канд. биол. наук, научный сотрудник Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Горные гуси летят над Гималаями так же, как мы ездим по «американским горкам»

В журнале Science опубликовано новое исследование, в котором рассматривается, каким образом эти птицы строят стратегию полета в разреженном воздухе высочайших горных массивов.

Каждый год стаи летящих горных гусей (Anser indicus) преодолевают тысячи миль и перелетают через высочайшие на планете горные цепи Гималаев, мигрируя от своих гнездовых угодий в Монголии к зимовкам, которые находятся в юго-западном Тибете и Индии. Бытуют представления о том, что горные гуси являются одними из самых высоко летающих птиц и совершают свои миграции на высоте, превышающей 6000 метров, однако никто реально не измерял физиологических параметров этих птиц во время полета. В журнале Science опубликовано новое исследование, в котором рассматривается, каким образом этим отчаянным «авиаторам» удается полет в разреженном воздухе высочайших горных массивов. Об этом рассказывает портал LiveScience.

Исследователи из университета Бангора (Bangor University in the U.K) имплантировали семи горным гусям в брюшную полость особые сенсоры, не наносящие ущерба птицам и подлежащие снятию через год после установки. Эти датчики отслеживают сердечный ритм, высоту полета и некоторые другие параметры.

«Принято считать, горные гуси проводят много времени в полете на большой высоте, — сказал Чарлз Бишоп, зоолог из Bangor University in the U.K, соавтор опубликованного исследования. — Но когда мы приступили к реальным измерениям, мы обнаружили, что эти птицы редко поднимались очень высоко над реальным рельефом земной поверхности. Птицы не остаются на определенной высоте над уровнем моря все время полета. Они то снижаются, то поднимаются выше, как бы "повторяя" высотные контуры горных хребтов и вершин. Полет по такой траектории подобен катанию на "американских горках" и может служить способом сохранения энергии во время полета».

Такая стратегия полета гусей, казалось бы, напротив, должна бы быть более энергетически затратной. Однако по факту, низкая плотность воздуха на большой высоте над Гималаями требует от птиц гораздо больше энергии. Данные отслеживания показали, что на большей высоте, где воздух менее плотный, птицы взмахивают крыльями чаще. Что особенно важно, датчики показали, что даже небольшое увеличение частоты взмахов крыльев сильно коррелирует со значительным увеличением частоты сердечных сокращений. Например, если частота взмахов крыльями увеличивается всего на 5%, то это приводит к увеличению частоты птичьего сердцебиения на 19%. Соответственно, набор высоты птицами также требует учащения взмахов крыльями, что в свою очередь вызывает учащение сердечного ритма.

Поэтому птицы выбирают энергетически наиболее оптимальную стратегию полета, прокладывая маршрут таким образом, чтобы во многих местах оставаться на небольшой высоте над горами. Как предполагают исследователи, такое «катание на американских горках» может быть выгодно для птиц также и с точки зрения ориентирования на местности или коротких остановок для того, чтобы утолить жажду, — считает Чарлз Бишоп.

Тем не менее, не все птицы, преодолевающие горные цепи, летают, используя стратегию «американских горок». Некоторые виды летают на большой высоте, чтобы воспользоваться попутным ветром, другие — например, журавли — отдыхают, используя планирующий полет. «Было бы крайне интересно подобным образом исследовать стратегии других птиц — «высотных мигрантов», сказал Чарлз Бишоп.

Летят перелетные птицы - Статьи

Содержание скрыть

Летят перелетные птицы

Сколько бы ни радовал нас октябрь солнышком и теплом «бабьего лета», но настоящая осень постепенно и настойчиво вступает в свои права. И как скоро наступят холода, знают не только синоптики, но и дикие животные и, прежде всего, перелетные птицы.

Как птицы узнают, что им пора улетать? Первым сигналом к отлету служит уменьшение светового дня. Это открытие еще много лет назад сделал канадский исследователь Уильям Роуэн.

Еще вчера возле нашего Центра держалась и ловила мышей одна из выпущенных нами пустельг, летали осоеды и канюки, а сегодня – только за один день! – над нашим Центром с печальными прощальными криками пролетели четыре стаи серых гусей общей численностью более 600 птиц и две стаи гусей таежных гуменников. Тут стаи поменьше – всего по 12 и 13 птиц.

Готовясь к миграциям, белые аисты, журавли, гуси, лебеди образуют большие скопления. Беспокойство в группе птиц нарастает, пока вожак не подаст сигнал к отлету. После нескольких пробных кругов стая перестраивается в правильном порядке и пускается в путь, при этом каждая птица занимает определенное место.

И вот, провожая пернатых в теплые края, желая им удачного полете, невольно задумываешься, а почему во время перелета такие крупные птицы, как журавли, гуси или лебеди, летят клином, а, например, белые аисты, хотя и образуют большие стаи, иногда доходящие до 500 особей, клином не летят, а растягиваются в линию, протяженностью до километра. Кулики летят зигзагообразным строем, скворцы – четкой линией, а мелкие певчие птички и вовсе беспорядочной толпой… Видимо, тут играют роль способы перелета, возможности крыльев птиц и пути миграции.

Так, например, маршруты белых аистов весьма извилистые, а потому очень длинные. Они максимально используют воздушные потоки, формирующиеся на разогретой солнцем поверхностью земли, и на протяжении сотен километров могут планировать, не двигая крыльями. Поэтому они предпочитают лететь над сушей, а не над водой. И их пути туда и обратно различаются. Направляясь на зимовку в Африку, они пролетают над Гибралтарским проливом, а возвращаясь домой в Европу – над Босфором и Грецией.

Журавли, гуси, лебеди и пеликаны образуют при полете клинья, причем наиболее правильные они у первых. Эти птицы при полете используют нисходящие и восходящие потоки воздуха, образующиеся при синхронных взмахах их крыльев. Во главе клина летят самые опытные и сильные птицы. Первая птица, совершая мах крылом, образует позади себя завихрения воздуха, срывающиеся с концов крыльев, и восходящие потоки, а летящие за ними птицы могут воспользоваться подъемной силой. Правильно выстроившись относительно друг друга, стая достигает наиболее экономичной и выгодной системы расходования энергии, уменьшая сопротивление. Таким образом каждая летящая птица экономит до 25% энергии при перелете, а общая мощность полета всей стаи возрастает на 70%.

Легче всего приходится тем, кто следует сразу за лидирующей птицей. Впрочем, даже лидер получает некоторые преимущества перелета в стае. Сопротивления воздуха уменьшается благодаря тому, что следующие за ним две соседние птицы махами крыльев разрушают его нисходящий поток. Точно так же две следующе птицы помогают предыдущим. И, конечно, в полете сильные птицы не раз меняются, давая отдых летящим во главе стаи.

Слабые и больные особи всегда летят позади клина, и крики, слышимые от летящих стай, издают именно они. Возможно, эти птицы таким образом оповещают сильных о своем состоянии, а возможно, и поддерживают их. Не зря же бурлаки, тянущие бечеву барж, всегда поддерживали себя монотонными звуками.

Интересно и то, что если одна из птиц ослабеет настолько, что не сможет продолжать путь, то ее партнер, а иногда и несколько птиц, летящих рядом, остаются с ней, пока она не оправится и не сможет двигаться дальше или не погибнет. Потом они продолжают путь самостоятельно или прибиваются к другой пролетающей стае.

Существует еще и мнение, что помимо использования воздушных потоков такая постановка формы стаи помогает птицам быстрее обмениваться сигналами и держать друг друга в поле видимости. Это сводит к минимуму возможность потеряться во время долгой миграции.

Почему же другие птицы не используют это выгодное для себя построение стаи, которая весьма облегчает их путешествие? Построив модель передвижения подобным образом группы птиц с незначительным весом, ученые пришли к выводу, что на мелких птиц не распространяются эти законы аэродинамики. Им приходится иметь дело с другими аэродинамическими закономерностями, и они не могут выбрать строй и взмах крыльев, чтобы ловить восходящие потоки воздуха и избегать нисходящих.

И все же еще остаются неразгаданные вопросы. Например, каким образом птицам удается добиться такого правильного построения в стае? Руководствуются ли они при этом прикидкой «на глаз» или действуют методом проб и ошибок, находя правильное для себя положение с наименьшим сопротивлением воздуха? И кто и как становится вожаком при перелете, ведь стая собирает далеко не родственных птиц? С одной стороны, при выборе вожака важны навигационные способности птицы и ее аэродинамические умения, но как при этом пернатые договариваются между собой? И как долетают до зимовки стаи, в которых летят только молодые птицы? Ведь бывает и такое.

Как ориентируются птицы в ночное время? По звездам? Ученые пришли к выводу, что птицы могут долго удерживать электроны своих фоторецепторов в состоянии квантовой запутанности, что и помогает видеть им линии магнитного поля Земли.

И еще сам перелет у разных видов птиц весьма изменчив. Некоторые виды птиц летят практически без отдыха, покрывая огромные расстояния. Другие летят только ночью, а кто-то – только днем. Какие-то птицы часто устраивают себе отдых у водоемов, чтобы подкрепиться и утолить жажду, на что у них уходит немало времени. И на сам перелет у пернатых остаётся часа два-три в сутки.

Две быстролетные птицы стриж и сокол-чеглок достигают место своих зимовок в Южной Африке за разное время. Стрижу достаточно всего лишь несколько дней, а чеглок добирается до зимовки около месяца. При этом первые летят на очень большой высоте, где низкая плотность воздуха, что и помогает им при столь быстром полете.

А у белых аистов, например, самцы и самки одной гнездящейся пары летят на зимовки разными путями. Самка может полететь через Гибралтар, а самец – через Сирию и Египет. Кстати, при этом они совсем не торопятся долететь до конечного места своей миграции, например, озера Танганьика. Их дети и вовсе летят третьи маршрутом. Достигнув места зимовки, аисты пребывают там очень недолго, не более двух недель, и медленным темпом отправляются в обратный путь, добираясь до мест гнездовья как раз к началу весны в Европе. Так что представления людей о том, что птицы, как люди, долго отдыхают и загорают «на югах» вовсе не верно.

Как бы и какими бы путями ни летели птицы, всем им хочется пожелать одного: не только благополучно добраться до зимовки, но и вернуться весной домой. А охотники пусть не поднимают ружья вслед летящим птицам. Заниматься фотоохотой гораздо благороднее!

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора.

На какой максимальной высоте летают гуси. Какие птицы летают выше всех. Способы передвижения птиц

Белый аист

Андский кондор

Черный стриж

Беркут

Ржанки

Кряква

Серые гуси

Лебедь-кликун

Горный гусь

Гриф Рюппеля, или африканский сип

Белый аист

Андский кондор

Черный стриж

Беркут

Ржанки

Кряква

Серые гуси

Лебедь-кликун

Горный гусь

Гриф Рюппеля, или африканский сип

Завоевавшие воздух

Скорость, дальность, высота полета птиц

Относительно скорости полета птиц исследователи придерживаются различных мнений. На нее очень сильно влияют атмосферные явления, поэтому при дальних перемещениях птицы то летят быстрее, то медленнее, то делают длительные перерывы для отдыха.

Выпустив птицу в каком-то месте, очень трудно сказать, когда она прилетит в "пункт назначения", ведь она может лететь далеко не все время своего отсутствия. Скорость, вычисленная путем простого деления расстояния на время перелета птицы, часто бывает заниженной. В особенно "ответственные" моменты - преследуя добычу или спасаясь от опасности - птицы могут развивать и очень большие скорости, но, конечно, долго их не выдерживают. Крупные соколы во время ставки - преследования птицы в воздухе - достигают скоростей в 280-360 км/ч. Обычные, "повседневные" скорости птиц средней величины гораздо меньше - 50-90 км/ч.

Все сказанное выше касалось машущего полета. Скорость скользящего полета также трудно поддается измерению. Считают, что чеглок планирует со скоростью 150 км/ч, бородач-ягнятник - 140, а гриф - даже 250 км/ч.

Дальность беспосадочных перелетов птиц обсуждается уже давно. Так же как и скорость, ее очень трудно измерить. Сокол, выпущенный под Парижем, через день был обнаружен на острове Мальта за 1400 км. Задерживался он в пути или летел все время, неизвестно. Вообще птицы останавливаются в пути довольно часто, и отрезки беспосадочных перелетов у них невелики. Этого нельзя сказать о перелетах через водные преграды, где птицам негде сесть. Рекорд на дальность беспосадочного перелета принадлежит куликам - бурокрылым ржанкам, ежегодно пролетающим над океаном с Аляски на Гавайи и обратно 3000 км. Птицы перелетают без посадки через Мексиканский залив (1300 км), Средиземное море (600-750 км), Северное море (600 км), Черное море (300 км). Значит, средняя дальность беспосадочного перелета птиц составляет около 1000 км.

Как правило, высота полета птиц не достигает 1000 м. Но отдельные крупные хищники, гуси, утки могут подниматься и на значительно большие высоты. В сентябре 1973 г. африканский гриф столкнулся с гражданским самолетом на высоте 12 150 м над Берегом Слоновой Кости. Гриф вывел из строя один из моторов, но самолет благополучно приземлился. Это, видимо, абсолютный рекорд высоты полета птиц. До этого бородач был отмечен в Гималаях на высоте 7900 м, пролетные гуси там же на высоте 9500 м, кряква столкнулась с самолетом над Невадой на высоте 6900 м.

При обзоре направлений пролета уже указывалось, что перелеты над высокими горными хребтами встречаются не так редко, как можно было бы ожидать на основании отклонений в перелете многочисленных видов на границах больших возвышенностей. Кольцеванием и наблюдениями удалось во многих случаях точно доказать наличие регулярного, хотя и не очень интенсивного пролета над Альпами, Кавказом и даже над мощными горными цепями Гималаев. Следует особенно подчеркнуть, что птицы далеко не всегда предпочитают долины и перевалы, а пролетают и над горными хребтами (например, в Тянь-Шане), на высоте 6000 м . В сравнении с ними высоты, преодолеваемые в Альпах, кажутся незначительными (Наибольшей высоты 9500 м , на которую когда-либо поднимались птицы, достигла стая гусей над Эверестом. Высоту удалось точно определить, стая гусей была сфотографирована с самолета (Гаррисон, 1931).).

Гейр впервые указал на необходимость различать относительную и абсолютную высоту пролета. Поэтому очень важно, из какой точки наблюдатель ее регистрирует. В дальнейшем речь будет идти большей частью об относительной высоте, т. е. о расстоянии от поверхности земли, независимо от того, будет ли это берег моря, холмистая -или гористая местности. Во всяком случае, абсолютная высота сама по себе как будто не оказывает на высоту пролета птиц существенного влияния. Одни и те же виды птиц летят на равнине на такой же высоте, как и в горах, если условия ветра и погоды существенно не различаются.

Долгое время считали, что перелеты птиц проходят преимущественно на большой высоте и поэтому мало доступны человеческому глазу. Предполагали, что на большом расстоянии от поверхности земли полет облегчают воздушные течения, а также лучшая ориентация. По данным Гэтке для Гельголанда, пролет обычно проходит на высоте приблизительно 2000 м , а у некоторых видов - даже 3000 м и выше (у грачей на высоте приблизительно 4500 м !). Против этих взглядов в начале XX в. выступил Луканус. Он поставил опыты о пределах видимости для человека различных птиц, поднимая на аэростатах набитые чучела с распростертыми крыльями. Оказалось, что на высоте 800 м грачи имели вид точек, а на высоте 1000 м они исчезали. Для перепелятников эти высоты составляли соответственно 640 и 850 м , а такие крупные птицы, как канюк и бородач, на высоте 1500-2000 м были еле заметны.

Предположительная оценка высоты пролета обычно ошибочна и дает преувеличенные результаты, так как для сравнения нет никаких вспомогательных средств, аналогичных тем, которые мы имеем на земле. Основной источник ошибок заключается в различной прозрачности воздуха при безоблачном небе, небольшой и сплошной облачности. В настоящее время точные данные о высоте пролета птиц можно получить при помощи совершенных приборов, созданных техникой для военных целей. В тех случаях, когда необходимо доказать наличие пролетных птиц на больших высотах, могут оказаться полезными наблюдения летчиков и воздухоплавателей. Такие наблюдения собирали Вейгольд и Луканус. В последние годы к ним прибавился еще ряд наблюдений, проведенных во время полетов на планерах, и некоторые другие данные (до сих пор не опубликованные, но уже общеизвестные «тайны»). При помощи современных авиационных измерительных приборов во время второй мировой войны часто удавалось установить перелеты птиц на больших высотах, например вяхиря на высоте 2500 м . Подводя итог, можно, однако, утверждать, что пролеты птиц на высоте более 1000 м сравнительно редки. В норме пролеты проходят на высоте нескольких сот метров, а часто, особенно у мелких птиц, ниже 100 м . При благоприятной погоде и хорошей видимости и не слишком сильном ветре птицы летят значительно выше, чем при низкой облачности, дожде, тумане или более сильном встречном ветре. Чем сильнее ветер, тем ниже летят птицы, используя каждую возвышенность, опушки лесов и долины рек, где сила ветра несколько слабее. Над морем птицы также летят большей частью над поверхностью воды. Они по возможности избегают туманов и полетов в облаках. Над сплошным слоем облаков редко можно встретить пролетных птиц, но иногда над густой облачностью летят крупные птицы, например гуси и журавли. Необходимо, однако, упомянуть о недавнем сообщении Липпенса (1943), который у побережья Бельгии над двумя слоями облаков на высоте 150 и 500 м , где было чистое небо, наблюдал оживленный перелет ржанок, цапель, бакланов, гусей, скворцов, ворон, дроздов и вьюрков. Но вообще птицы, безусловно, стремятся при пролете не терять из вида землю.

Предположения о том, что высота облегчает птицам ориентацию, не подтвердились. Воздух редко бывает настолько прозрачен, чтобы птицы, находящиеся на высоте более 1000 м , могли воспользоваться расширением поля зрения; их зрительные возможности далеко не безграничны. В этой области наши знания еще недостаточны, и можно только предположить, что зрению птиц благодаря особенностям строения их глаза и, в частности, сетчатки туманы мешают меньше, чем зрению человека. В этой связи имеют значение сравнительные данные Триба (1939), который обратил внимание на включенные в сетчатку птиц желтые и красные маслянистые шарики, функция которых до сих пор еще недостаточно выяснена. Триб указывал на улучшение видимости на дальние расстояния при закате солнца, а также на хорошую видимость красных сигнальных огней в туманную погоду. Это явление объясняется тем, что длинноволновые желтые и красные лучи лучше проникают через туманную атмосферу, чем коротковолновые зеленые, синие и фиолетовые. При этом безразлично, рассматривается ли местность при красноватом свете или же так, чтобы желтые и красные лучи оказывались особенно действенными. Так, например, поступает фотограф, который при съемке ландшафта с затуманенной далью экспонирует светочувствительную пластинку через оранжевый светофильтр. Если исключить все лучи, кроме наиболее длинных в инфракрасной части спектра, то можно фотографировать даже на расстоянии сотен километров. Подобное действие оказывают и красно-желтые шарики в глазах птиц. Таким образом, перелетные птицы могут даже при туманной погоде из Сицилии видеть берега Африки. Тем не менее создается впечатление, что птицы ориентируются главным образом по особым признакам ландшафта, а не по общим очертаниям поверхности земли. Если бы это было иначе, то некоторые острова не играли бы роли направляющих линий и направляющих пунктов, исчезли бы массовые пролетные пути, а многочисленные обходные пути сократились бы. Однако все указанные условия существуют и оказывают влияние на перелеты птиц, являясь доказательством того, что перелеты проходят в среднем на небольшой высоте. Часто птицам достаточно подняться лишь немного выше, чтобы найти ориентиры, которые, казалось бы, делают излишним следование по направляющим линиям. Дункер (1905) составил сводку дальности видимости (вне зависимости от атмосферных условий) с различных высот. На основании формулы r = КОРЕНЬ 2Rk = 113 КОРЕНЬ h получены следующие цифры.

Я очень люблю наблюдать за птицами. Они так завораживающе парят в воздухе. Но далеко не всех пернатых можно увидеть в небе невооруженным глазом. Есть птицы, которые способны набирать невероятную высоту. Вот про них сейчас я и расскажу.

Кто из птиц выше всех поднимается в небо

Человек может очень высоко подняться в небо. Для этого и были изобретены самолеты. Обычный пассажирский самолет, как правило, совершает полет на высоте 9000–12500 м. Казалось бы, что на таком расстоянии от земли точно уже нельзя встретить никаких птиц, но это не так.

Итак, в пятерку птиц, которые способны покорить небесное пространство на огромной высоте, входят:

Белоголовый гриф Рюппеля.
Серый журавль.
Горный гусь.
Лебедь-кликун.
Альпийская галка.

Лидером среди всех пернатых становится гриф Рюппеля. Его можно встретить на высоте свыше 11 000 м. На втором месте уверенно разместился Серый журавль.

Разница в максимальной высоте примерно 1 км. Журавль перелетает через Гималаи, поднимаясь на 10 050 м. Все знают известную гору Эверест, так вот Горный гусь запросто поднимется на большую высоту. Свои перелеты он совершает, находясь на расстоянии от земли в 8 850 м.

Высота полета лебедя-кликуна составляет 8300 м. Это его максимальная высота, в основном эти птицы перелетают, поднимаясь на 2500 м. Альпийская галка замыкает пятерку лидеров. Эта птичка способна подняться в воздух на высоту 7500 м. А ниже всего на 1 км галка обычно обустраивает свои гнезда в горах.

Гриф Рюппеля - уникальная птица

Из-за того, что гриф Рюппеля способен подниматься на огромную высоту, эта птица часто встречается на пути у самолетов. Такие ситуации могут стать причиной настоящей катастрофы. Но птица эта обитает только в определенных частях света, поэтому маршруты воздушных рейсов можно построить в обход.

Птица имеет очень красивый внешний вид. Оперение у нее темное со светлыми пятнами. Со стороны кажется, будто на крыльях нарисованы чешуйки. Летать на такой высоте они могут благодаря особенному гемоглобину в их крови. Крылья в размахе имеют длину около 2,5 м.

найденных самых высоких летающих птиц; Can Scale Himalaya

Примечание редактора: исследование, проведенное в октябре 2012 года в Proceedings of the Royal Society B, показало, что гуси с гусиными головами движутся по долинам через горы, что почти все время удерживает их ниже 18 000 футов. Однако, согласно исследованию, птицы иногда совершают набеги на более высокие высоты, что до сих пор не может быть объяснено.

Согласно новому исследованию, самая высокая летающая птица в мире - азиатский гусь, который может взлететь и над Гималаями всего за восемь часов.

Гусь с головой бара «очень красивый, но я думаю, он не похож на суператлета», - сказала соавтор исследования Люси Хоукс, биолог из Бангорского университета в Соединенном Королевстве. (См. Изображения птиц.)

В 2009 году Хоукс и международная группа исследователей пометили 25 гусей в Индии с помощью GPS-передатчиков. Вскоре после этого птицы отправились на ежегодную весеннюю миграцию в Монголию и прилегающие районы для размножения.

Чтобы попасть туда, гуси должны пролететь над Гималаями - самым высоким горным массивом в мире и домом для самой высокой горы на Земле, горы Эверест, которая поднимается на высоту 29 035 футов (8850 метров).

Исследователи, которые обнаружили, что птицы достигли пика высоты почти 21 120 футов (6 437 метров) во время своих путешествий. Миграция заняла около двух месяцев и покрыла расстояние до 5000 миль (8000 километров).

(Связано: «Самая быстрая птица в мире? Пухлый бекас устанавливает непрерывный рекорд»)

Птицы часто останавливались для отдыха во время миграции, но, похоже, они пролетели над Гималайской частью своего путешествия одним усилием, на которое потребовалось около в среднем восемь часов, и это включало либо небольшой отдых, либо его отсутствие.По словам Хоукса, подобное интенсивное восхождение может убить человека без надлежащей акклиматизации.

«Если вы когда-нибудь видели гуся, сидящего на озере, взлет - это довольно энергичная вещь, поэтому может быть [энергетически] дешевле продолжать движение, чем продолжать сидеть и снова взлетать - а они могут и не делать этого. хочу отложить переход через горы », - сказал Хоукс.

(Прочтите об исследовании National Geographic, отслеживающем модели миграции животных по всему миру.)

Тела птиц, созданные для высоких полетов

Еще более впечатляюще то, что птицы завершили восхождение благодаря своей собственной мускульной силе, почти без помощи хвоста ветры или восходящие потоки.

«Большинство других видов, которых мы определили как высотных летунов, обычно добираются туда, паря и планируя», - сказал руководитель исследования Чарльз Бишоп, также биолог из Бангорского университета.

Напротив, гусь с головой достигает таких высоких высот, если сильно, если не грациозно, взмахивать руками.

«Гуси часто сигналят во время полета», - сказал соавтор Хоукс. «Мы не думаем о них как о самых элегантных из мигрантов».

Птицы развили множество физиологических приспособлений, многие из которых не столь очевидны, чтобы помочь им завершить миграцию.

«У них есть все эти внутренние морфологические изменения, которые делают это возможным», - сказал Бишоп.

Например, прошлые исследования показали, что у гусей больше капилляров и более эффективных красных кровяных телец, чем у других птиц, а это означает, что их тела могут быстрее доставлять больше кислорода к мышечным клеткам.

В летных мышцах гусей также больше митохондрий - структур, производящих энергию внутри клеток, - чем у их собратьев-птиц.

Еще одна хитрость в арсенале птиц: гипервентиляция.В отличие от людей, гуси с головой могут очень быстро вдыхать и выдыхать, не испытывая головокружения и потери сознания.

«Путем гипервентиляции [птицы] увеличивают чистое количество кислорода, которое они получают в свою кровь», - объяснил Хоукс.

(См. Также «Самые быстрые мышцы в горле певчих птиц».)

Гуси старше холмов?

До нового исследования многие ученые полагали, что гуси пользуются дневным ветром, дующим с вершин гор.Но команда показала, что птицы избегают ветра и предпочитают летать ночью, когда условия относительно спокойнее.

«Они потенциально избегают сильных ветров во второй половине дня, которые могут сделать полеты более неудобными или более рискованными», - сказал Бишоп, чье исследование было опубликовано 31 мая в Трудах Национальной академии наук.

Птицы потенциально могут направиться на восток или запад и облететь горный хребет, а не над ним, но это добавит несколько дней к их путешествию и фактически потребует больше энергии.

(Связано: «Найдена самая длинная миграция в мире - в два раза дольше, чем предполагалось»)

«Я думаю, это как когда вы пытаетесь попасть в продуктовый магазин, а там крутая лестница и очень длинная [инвалидная коляска ]. Вы должны решить, какой из них вы можете потрудиться сделать в конкретный день », - сказал Хоукс.

Другая гипотеза о том, почему гуси предпочитают летать над Гималаями, а не вокруг Гималаев, заключается в том, что птицы летали так в течение миллионов лет - задолго до того, как горы достигли своих нынешних высот.

«Гуси - относительно старая группа птиц, и возможно, что, когда гуси впервые развились как вид, горы были не такими высокими, как сегодня», - сказал Хоукс.

Гусиная кровь холодеет, чтобы переносить больше кислорода при полетах на большой высоте

Челси Уайт

Гуси умеют летать на большой высоте

John Downer / Getty

Бархатные гуси мигрируют через Гималаи дважды в год, достигая высоты 7270 метров, где разреженный воздух содержит от 30 до 50 процентов кислорода, который есть в воздухе на уровне моря.

Чтобы понять, как они справляются с этим подвигом, астронавт и физиолог Джессика Меир из Космического центра имени Джонсона НАСА в Техасе и ее коллеги вырастили гусей из яиц, чтобы запечатлеть их на исследователях. Затем они приучили птиц летать на велосипеде или в 30-метровой аэродинамической трубе.

После этого они заставили гусей летать в аэродинамической трубе в дыхательной маске, имитирующей ограниченное количество кислорода на высотах 5500 и 9000 метров, что имитирует условия, в которых гуси мигрируют.Маска также измеряла кислород, который использовали птицы, и выделяемый ими углекислый газ.

Команда обнаружила, что у гусей снизился метаболизм во время этих сложных перелетов, и их частота сердечных сокращений не увеличилась. Они также обнаружили, что кровь в венах птиц охлаждалась, когда они летели в аэродинамической трубе с имитацией условий с низким содержанием кислорода. Холодная кровь может нести больше кислорода, чем теплая, что помогает гусям подпитывать мышцы, помогающие им летать.

Эти испытательные полеты были намного короче, чем полеты диких миграций - в среднем гуси летали в аэродинамической трубе до 45 минут, но когда они были полностью оснащены датчиками и дыхательной маской, экспериментальные полеты длились всего несколько минут.

Гусь с головой в полете со своим запечатленным приемным родителем

Меир, Йорк и др.

«Наши результаты имеют отношение ко всем физиологическим и биомедицинским областям, в которых участвуют животные и люди в среде с низким содержанием кислорода, такие как медицинские условия, включая сердечные приступы и инсульты, или процедуры, такие как трансплантация органов», - сказал Меир в своем заявлении.

Ссылка на журнал: eLIFE , DOI: 10.7554 / eLife.44986

Еще по этим темам:

Как гуси с упорными головами преодолевают Гималаи

Альпинисты, преодолевая последние несколько шагов к вершине Макалу в Гималаях, давно восхищались видом гусей с головами, летающих высоко над своим зимним убежищем в Индии.Птицы летают на высоте 29 500 футов, почти такой же, как коммерческий самолет.

В течение многих лет ученые полагали, что сильный попутный ветер и восходящие потоки помогают гусям в их путешествии. Группа исследователей во главе с Чарльзом Бишопом из Университета Бангора в Северном Уэльсе проверила эту теорию, выследив более дюжины гусей с прутоголовыми головами, запряженных небольшими рюкзаками со спутниковыми передатчиками, которые определяли их местоположение, скорость и высоту.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что вместо того, чтобы летать ранним днем, когда тепло от земли может создавать восходящие потоки со скоростью 12 миль в час, гуси с пиками постоянно летают ночью или в ранние утренние часы, когда есть на самом деле небольшой нисходящий поток.В статье, опубликованной недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences USA , команда теоретически выдвигает гипотезу о том, что, поскольку воздух в это время холоднее и плотнее, он позволяет гусям создавать большую подъемную силу. Более прохладный воздух также помогает регулировать тепло тела и содержит больше кислорода, что позволяет гусям летать, даже когда воздух становится разреженным на более высоких уровнях.

Бишоп и его коллеги также были поражены, обнаружив, что гуси пересекают Гималаи за один день. Чтобы пролететь так далеко на такой большой высоте, гуси с головой должны выдержать 10-20-кратное увеличение потребления кислорода.Для сравнения, птицы, обитающие на более низкой высоте, такие как канадский гусь, не могут поддерживать уровень метаболизма в состоянии покоя на высоте 30 000 футов. Большие крылья, большие легкие, плотная сеть капилляров, окружающих летательную мышцу, и гемоглобин, который более плотно связывает кислород с легкими, работают вместе, чтобы поддерживать поток кислорода через кровеносную систему птицы, включая ее летную мышцу. Улучшение понимания того, почему ткани бархатных гусей так хорошо поглощают кислород, может также пролить свет на дыхание человека.

Как упрямые гуси летают над Гималаями

Физиология (Bethesda). 2015 Март; 30 (2): 107–115.

, ¹, ², ³, ⁴, ⁵ и ⁶

Грэм Р. Скотт

¹ Департамент биологии, Университет Макмастера, Гамильтон, Онтарио, Канада;

Люси А. Хоукс

² Центр экологии и охраны окружающей среды, Университет Эксетера, Корнуолл, Соединенное Королевство;

Питер Б.Frappell

³ Офис декана аспирантуры Университета Тасмании, кампус Сэнди-Бэй, Тасмания, Австралия;

Патрик Дж. Батлер

⁴ Школа биологических наук, Университет Бирмингема, Бирмингем, Соединенное Королевство;

Чарльз М. Бишоп

⁵ Школа биологических наук, Бангорский университет, Бангор, Соединенное Королевство; и

Уильям К. Милсом

⁶ Зоологический факультет Университета Британской Колумбии, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада

¹ Биологический факультет Университета Макмастера, Гамильтон, Онтарио, Канада;

² Центр экологии и охраны окружающей среды, Университет Эксетера, Корнуолл, Соединенное Королевство;

³ Офис декана аспирантуры Университета Тасмании, кампус Сэнди-Бэй, Тасмания, Австралия;

⁴ Школа биологических наук, Бирмингемский университет, Бирмингем, Соединенное Королевство;

⁵ Школа биологических наук, Бангорский университет, Бангор, Соединенное Королевство; и

⁶ Департамент зоологии, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада

Abstract

Бархатные гуси пересекают Гималаи во время одного из самых знаковых высотных миграций в мире. Частота сердечных сокращений и метаболические издержки полета увеличиваются с увеличением высоты и могут быть близкими к максимальным во время крутых подъемов. Их способность выдерживать высокие потребности в кислороде во время полета в воздухе, который чрезвычайно тонок по кислороду, зависит от уникальной кардиореспираторной физиологии птиц в целом, а также от нескольких эволюционировавших специализаций в транспортном каскаде O ₂.

«Одной холодной и тихой ночью в начале апреля я стоял у ледника Барун [недалеко от горы Макалу, пятой по высоте горы в мире на высоте 8 463 м над уровнем моря]. . . Доносящийся с юга далекий гул превратился в зов. Затем, как будто из-за звезд надо мной, я услышал гудок гусей с головами в форме бара ». –Лоуренс Свон (46)

С тех пор, как первые альпинисты и естествоиспытатели впервые увидели мигрирующих среди Гималайских гор полосатых гусей, миграция этого вида стала увлекательной как для ученых, так и для широкой публики.Летом гуси с полосатыми головами можно встретить где угодно от Монголии до Тибетского плато, где они выращивают птенцов до того, как осенью большинство из них отправятся в длительные перелеты на юг, на Индийский субконтинент, и вернутся снова следующей весной (24, 47). Как наиболее метаболически интенсивная форма передвижения позвоночных, полет требует чрезвычайно высокого уровня потребления кислорода (51), однако воздух на больших высотах в Гималаях содержит от одной трети до половины кислорода, доступного в воздухе на уровень моря.В этом заключается очевидный парадокс, который заинтриговал так много ученых: гуси с головой должны быть способны выдерживать высокие потребности в кислороде во время полета в воздухе, который чрезвычайно тонок по кислороду. Каковы доказательства того, что гуси с пиками на самом деле могут совершать этот парадоксальный подвиг? Какие физиологические механизмы лежат в основе полета на большой высоте? Недавние попытки ответить на эти вопросы, от характеристики физиологической экологии естественной миграции до выяснения лежащей в ее основе уникальной респираторной и метаболической физиологии, проливают новый взгляд на парадокс высотного полета этого вида.

Проблемы высокогорного полета

Гуси с пиками летают на высотах, которые чрезвычайно опасны для людей и животных на равнинах. Гуси, мигрирующие между Индией и Монголией, отслеживались с помощью спутниковой телеметрии, пересекая Гималаи по широкому фронту (47) ( ). Большинство птиц достигают высоты 5000–6000 м во время миграции, где Po ₂ составляет примерно половину от уровня моря, а иногда они летают еще выше (например, одна зарегистрированная птица достигла отметки 7290 м) (16, 24, 47 ).Хотя точность слуховых и визуальных наблюдений сомнительна (16), есть отдельные сообщения о полетах гусей с пиками еще выше, над самыми высокими пиками в Гималаях (из них 14 выше 8000 м), где Po ₂ составляет лишь одну треть от значения уровня моря (46). Уровень гипоксии на этих высотах, даже самый низкий, на котором полосатые гуси пересекают горы, достаточен для существенного снижения максимальной скорости поглощения O ₂ у людей (53).Фактически считается, что в атмосфере на высочайших вершинах Гималаев едва ли достаточно кислорода для поддержания основного метаболизма у людей (53). Таким образом, гуси с прутоголовыми головами сталкиваются с проблемой поддержания высоких показателей потребления O ₂, необходимых для взмахивания крыльев, которое в 10-15 раз превышает уровни покоя во время устойчивого полета в аэродинамической трубе на уровне моря (51) , в воздухе, который может серьезно ограничить аэробный метаболизм у многих низинных животных (49). В то же время температуры на больших высотах могут быть очень низкими, значительно ниже нуля круглый год в высоких Гималаях (56), что может потребовать дополнительной метаболической энергии для термогенеза, если выработка тепла от упражнений недостаточна для поддержания температуры тела.Поддержание водного баланса во время полета также должно быть серьезной проблемой в сухом воздухе на больших высотах, учитывая, что потеря воды может ограничивать продолжительность полета на уровне моря у некоторых видов (11).

Высотная миграция полосатых казарок

A : спутниковое отслеживание мигрирующих полосатых казарок (цветные линии - отдельные гуси) показывает, где представители монгольской популяции пересекают Гималаи во время их миграции на юг в Индию. Цветная заливка фона указывает на высоту, а белые кресты - самые высокие горы в мире (на высоте более 8000 м). B : во время их миграции на север из Индии подъем через горы очень крутой (минимальная скорость подъема 0,8–2,2 км / ч) и происходит очень быстро (<1 дня) (17). Изображение было изменено и воспроизведено из Ref. 16 с разрешения.

По мере того, как гуси с пиками летят на более высокие высоты, становится все труднее создавать подъемную силу при уменьшении плотности воздуха. Регистрация физиологических переменных во время миграции показала, что средняя частота пульса во время полета увеличивается с увеличением высоты ( ), и гуси проводят большую часть времени в полете с почти максимальной частотой пульса, когда высота превышает 4800 м (4).Когда это возможно, гуси будут компенсировать метаболическую мощность, необходимую для полета на большой высоте (как оценивается по зарегистрированной частоте сердечных сокращений), выбирая маршруты на более низкой высоте, например, через речные долины, или используя орографический подъемник или катабатические ветры у гор (4 , 16) ( ). Тем не менее, гуси-гуси - летающие летающие птицы, которые очень редко летают, даже во время крутых спусков (4).

Метаболические затраты на высокогорный полет могут быть значительными, о чем свидетельствует частота сердечных сокращений, зарегистрированная во время естественной миграции.

A : высота и частота пульса отдельного гуся с головой, летящего через Тибетское плато, с отображением изменений. в частоте сердечных сокращений при спуске и подъеме. B : средняя частота пульса во время полета увеличивается с увеличением высоты. C : помощь окружающей среды (например, поднимающий ветер) может снизить частоту сердечных сокращений и, предположительно, метаболические затраты на выполнение полета при наборе высоты, если таковая имеется. Отдельный гусь показан в качестве примера, с синими линиями, указывающими последовательные точки данных (пронумерованные в минутах) для события вспомогательного подъема, которое находится за пределами типичной взаимосвязи между скоростью всплытия и частотой сердечных сокращений (интенсивность красного цвета отражает общую плотность наблюдений) .Изображение изменено и воспроизведено из Ref. 4 с разрешения.

Пересечение Гималаев из Индии на Тибетское плато также требует, чтобы гуси с густыми головами поднимались в течение многих часов, выдерживая самые длительные устойчивые скорости полета, зарегистрированные на сегодняшний день, и, возможно, даже при встречном ветре (17). Восхождение представляет собой гораздо более сложную метаболическую проблему, чем горизонтальный полет, и, как правило, требует более высокой средней частоты сердечных сокращений и частоты взмахов крыльев (4). Действительно, было показано, что частота сердечных сокращений отдельных гусей увеличивается при подъеме и уменьшается при спуске ( ), и существует положительная взаимосвязь между скоростью всплытия и частотой сердечных сокращений ( ) (4).Таким образом, для гусей с полосатой головой было бы выгодно использовать попутный ветер, направленный вверх по склону, во время восхождения (7, 9). Однако попутный ветер, поднимающийся по склону, преобладает только в дневное время в горных районах, а гуси с головой часто мигрируют ночью и ранним утром, когда преобладающие ветры идут вниз по склону (17). Хотя эти ночные полеты, вероятно, влекут за собой более высокие метаболические затраты, чем полеты позже днем, когда преобладают восходящие потоки, темнота должна уменьшить риск нападения хищников (например, от хищных птиц), ветровые потоки более стабильны и менее турбулентны, а воздух прохладнее и будет иметь немного более высокую плотность и Po ₂.Эти преимущества могут перевесить метаболические издержки, связанные с более тяжелым взмахом крыльев для подъема на большую высоту.

Экофизиологические исследования естественной миграции полосатых гусей подчеркивают проблемы высокогорного полета. Хотя бархатным гусям может понадобиться помощь ветра, чтобы снизить метаболические потребности во время полета, когда это возможно, как и у низинных гусей (9), они также испытывают длительные периоды относительно высокой частоты сердечных сокращений и интенсивной метаболической активности (4). То, что эти периоды интенсивной активности происходят в гипоксическом воздухе (Po ₂ ≤50% от уровня на уровне моря), делает этот физиологический подвиг еще более впечатляющим.Способность гусей с головами-прутками транспортировать достаточное количество O ₂ к мускулам полета и другим тканям для поддержания высоких метаболических требований полета, по-видимому, требует множества физиологических свойств, некоторые из которых являются общими чертами всех птиц (т. Е. высотные экзаптации, развитые черты, которые важны на больших высотах, но не считаются адаптациями) и некоторые дополнительные черты, которые, вероятно, развились в процессе эволюционной адаптации к большой высоте ( ).

Полету на большую высоту способствуют несколько общих черт птиц

A : полет на большой высоте облегчается несколькими общими чертами птиц (синий), а также многими развитыми специализациями гусей с полосатой головой (оранжевый). B : качественные эффекты развитой специализации увеличивают кислородное напряжение (Po ₂) через каскад переноса кислорода (показан на слева ) по сравнению с низинными гусями (с буквами, добавленными для сравнения между гусями с пиками и низинными гусями. ).Капиллярный Po ₂, управляющий диффузией, уменьшается по длине капилляров, поскольку кровь теряет O ₂ тканям. Снижение капиллярного Po ₂ и уменьшение Po ₂ с удалением от капилляров приводит к ряду потенциальных клеточных Po ₂. Каскад переноса кислорода адаптирован из работ. 21, 48.

Птичья физиология как высотные экзаптации

Исключительная толерантность птиц к гипоксии в целом, которая, возможно, возникла с развитием повышенной кардиореспираторной способности для поддержки полета, вероятно, является важным фактором, способствующим способности бархатных мышц. возглавили гуси, чтобы летать на больших высотах (12, 38).Ранние исследования показали, что даже низинные воробьи могут летать в аэродинамической трубе, вдыхая воздух, имитирующий Po ₂ на высоте 6 100 м, который был достаточно гипоксичным, чтобы вызвать у домашних мышей коматозное состояние (50). Птицы, как правило, более терпимы к гипоксии, чем млекопитающие, а гуси с головой и некоторые другие устойчивые к гипоксии птицы могут выжить при более низких значениях Po ₂ (самый низкий уровень выживаемости Po ₂, ∼2,7 кПа), чем у наиболее устойчивых к гипоксии эвтермических млекопитающих ( например, слепыши, ∼4,7 кПа) (49). Несколько уникальных особенностей респираторной и сердечно-сосудистой физиологии птиц, распределенных по кислородному каскаду (21, 48) (показано в ), вероятно, ответственны за эту повышенную устойчивость птиц к гипоксии.Эти уникальные черты, вероятно, действуют как важные особенности, облегчающие полет на большой высоте.

Считается, что птицы способны к более высокой скорости вентиляции, чем млекопитающие при гипоксии. Снижение артериального Po ₂ («гипоксемия») вызывает учащение дыхания в ответ на гипоксию окружающей среды, но экскреция CO ₂ увеличивается как вторичное последствие (42). В результате возникает низкий Pco ₂ в крови («гипокапния»), который сдерживает гипоксический респираторный ответ и может привести к алкалозу крови.На основании чрезвычайно низкого артериального Pco ₂ (<1 кПа), зарегистрированного у птиц, тяжело дышащих при тяжелой гипоксии, было высказано предположение, что птицы могут вентилировать больше, чем млекопитающие при тяжелой гипоксии, поскольку они могут переносить большее истощение крови CO ₂ до нарушения нормальной клеточной функции (35). Это может быть результатом повышенной способности быстро восстанавливать pH крови при изменении Pco ₂ в крови (10) или потому, что сосудистая сеть головного мозга нечувствительна к гипокапнии (как более подробно обсуждается ниже).В результате транспорт O ₂ к поверхности газообмена при гипоксии может быть усилен у птиц по сравнению с млекопитающими.

Структура и функция легкого птиц по своей природе обеспечивает большую способность к газообмену, чем легкое млекопитающих. Птицы обладают системой однонаправленного воздушного потока в легких, которая возникла у рептилий (14) и позже превратилась в высокоэффективный газообменник (36). Кровь в легочных капиллярах течет перпендикулярно воздуху, проходящему через парабронхи, поэтому легкие птицы функционируют как перекрестно-текущий газообменник (28).Перекрестный газообмен по своей природе более эффективен, чем механизм альвеолярного обмена в легких млекопитающих, так что птицы в состоянии гипоксии могут иметь артериальный Po ₂, который превышает таковой в выдыхаемом газе (33, 35). Способность к диффузии O ₂ в легких также очень высока у птиц, поскольку газообменная ткань исключительно тонкая (0,1–0,2 мкм по сравнению с 0,4–0,8 мкм или более у млекопитающих) и обычно имеет большую площадь поверхности ( 40–100 см ² / г по сравнению с 15–40 см ² / г у нелетающих млекопитающих) (52, 54).

Уникальная физиология легочных сосудов у птиц может также способствовать устойчивости к высокогорному отеку легких, который является одним из основных факторов острой горной болезни у млекопитающих (37). Легочные сосуды млекопитающих сужаются в ответ на гипоксию, что может привести к легочной гипертензии, нарушению газообмена и отеку легких (26, 37). Напротив, легочная сосудистая сеть не сжимается в ответ на гипоксию у птиц, а давление в легочной артерии повышается при гипоксии только при повышении сердечного выброса (6, 13, 55).Также считается, что барьер между кровью и газами птиц механически прочнее и устойчивее к стрессовым нарушениям, чем барьер млекопитающих (54).

Есть несколько отличий в сердцах птиц от млекопитающих, которые должны способствовать поддержанию более высокого сердечного выброса и большей конвективной доставки O ₂ во время гипоксии. У птиц сердце и ударный объем сердца на ~ 50% больше, чем у млекопитающих с таким же размером тела, и птицы могут поддерживать частоту сердечных сокращений во время свободного полета, аналогичную или более высокую, чем у млекопитающих при максимальной нагрузке (3, 15).Плотность капилляров в сердечной мышце также, по-видимому, выше у птиц по сравнению с млекопитающими (12), что может быть связано с более высокой способностью к диффузии кислорода и, предположительно, должно сделать сердца птиц более устойчивыми к ограничению сердечного кислорода при гипоксии.

Способность к диффузии O ₂ в периферические ткани у птиц, по-видимому, выше, чем у млекопитающих и других позвоночных. Емкость капиллярного обмена выше у летучих мышц птиц (длина капилляров на объем волокна составляет 6015 и ∼13,910 мм ⁻² у голубей и колибри) по сравнению с двигательными мышцами нелетающих млекопитающих (5700 и 1890 мм ⁻² в задних конечностях мышей и собак оленей) (29).Это различие существует в основном потому, что существует сеть ветвящихся капилляров, которая окружает мышечные волокна птиц, которые сами по себе меньше по размеру по сравнению с нелетающими млекопитающими аналогичного размера (диаметр волокон 20 и 14 мкм у голубей и колибри и 29 и 45 мкм). мкм в задних конечностях мышей и собак оленей) (29).

Некоторые различия в физиологии мозга птиц по сравнению с млекопитающими могут защитить от церебральной дисфункции при гипоксии. У птиц, в отличие от млекопитающих (1), церебральный кровоток не подавляется дыхательной гипокапнией (12).Это должно улучшить оксигенацию мозга во время экологической гипоксии, хотя это еще не подтверждено прямыми измерениями. Нейроны птиц также обладают более высокой толерантностью к низким клеточным уровням O ₂ (что отражается в большей выживаемости срезов мозжечка уток и цыплят, чем у крыс, через 60 минут аноксии) (25), и поэтому они, по-видимому, хорошо защищены от клеточного повреждения, вызванного ограничением O ₂. Интересный вопрос, который еще предстоит решить, заключается в том, страдают ли птицы от гипоксического отека мозга, одного из самых опасных последствий воздействия на человека на большой высоте (19).

Уникальная респираторная и сердечно-сосудистая физиология птиц повышает толерантность к гипоксии и физическую работоспособность за счет улучшения общей способности переносить O ₂, но большинство птиц, вероятно, не могут летать на очень большой высоте. Многие виды не переносят уровней гипоксии, существующих на вершинах самых высоких гор в мире (5), а некоторые птицы во время миграции летают на исключительно большие расстояния, чтобы избежать горных преград (20). Неясно, почему гуси с полосатыми головами не делают того же, но предполагается, что этот вид (или его предок), возможно, начал мигрировать между Южной и Центральной Азией в позднем плиоцене или раннем плейстоцене в то время в геологической истории, когда Гималаи были не так высоки (46).Поскольку маршруты миграции могут быть генетически запрограммированы, вид, возможно, медленно эволюционировал, чтобы летать все выше и выше, продолжая следовать одному и тому же маршруту миграции в течение тысяч лет. Каким бы ни был эволюционный путь, который привел к появлению современных гусей с прутоголовыми головами, он привел к развитию нескольких специализированных черт, которые отличают этот вид от большинства других птиц и позволяют им выдерживать высокие требования O ₂ для полета в воздухе. разреженный кислородом воздух на больших высотах.

Специализированная физиология бархатных гусей

Способность бархатных гусей переносить и потреблять кислород с высокой скоростью при гипоксии отличает этот вид от аналогичных низинных водоплавающих птиц. Бархатные гуси могут переносить крайнюю гипоксию в состоянии покоя (вызванное Po ₂ напряжение до ∼2,7 кПа, приблизительно ∼12000 м), что намного превышает переносимость многих низинных водоплавающих птиц (5, 41). Бархатные гуси также поддерживают температуру тела при гипоксии до более низкого уровня вдыхаемого Po ₂ (∼9 кПа), чем низменные водоплавающие птицы (∼12 кПа), и они меньше понижают температуру тела (39).Фактически, они повышают скорость метаболизма в два-три раза при гипоксии (вдыхаемый Po ₂ от ∼4 до 9 кПа) в состоянии покоя, предположительно для поддержки требований O ₂ респираторных и сердечно-сосудистых реакций на гипоксию ( ) (5, 41). Гуси с пиками также способны достигать высоких показателей метаболизма, необходимых для полета в нормобарической аэродинамической трубе и максимального бега на беговой дорожке при уровне гипоксии, сопоставимом с таковыми на вершине Эвереста (∼7 кПа) (18, 31a). ).Как обсуждается ниже, эта впечатляющая способность поддерживать высокую скорость метаболизма при гипоксии, по-видимому, возникает из-за увеличения емкости нескольких ступеней транспортного пути O ₂, которые увеличивают клеточный Po ₂ ( ).

Кардиореспираторный и метаболический ответ на гипоксию в состоянии покоя у гусей с головой в покое усилен по сравнению с водоплавающими птицами в низинах

Общая вентиляция (V̇ _Tot) и сердечный выброс (Q̇) увеличиваются при гипоксии ниже артериального давления O ₂ кровь начинает обесцвечиваться, но это увеличение намного больше у гусей с прутковой головой, чем у серых гусей.С этой повышенной кардиореспираторной реакцией на гипоксию у бархатных гусей связано гораздо большее увеличение уровня потребления O ₂ (V̇o ₂), что отражается площадью полос на правой панели для каждого вида. при нормоксии и во вдыхаемом 5% фракции O ₂. Данные взяты из Ref. 41, за исключением сердечного выброса, который был рассчитан по уравнению Фика (V̇o ₂ = Q̇ [Ca _{O ₂} - Cv _{V̄o ₂}]) по данным в работе.41. Ca _{O ₂}, артериальное содержание O ₂; Cv _{V̄o ₂}, смешанная венозная O ₂ содержание; а - артериальный; V, смешанный венозный.

Контроль дыхания эволюционировал у гусей с прутоголовыми головами, чтобы улучшить поглощение O ₂ дыхательной системой при гипоксии. Было показано, что у гусей с пиками наблюдается большее увеличение общей вентиляции в ответ на тяжелую гипоксию (вдыхаемый Po ₂ ≤6 кПа), чем у любых других видов птиц, изученных на сегодняшний день (5, 41, 42).Например, общая вентиляция у полосатых гусей во время тяжелой гипоксии примерно вдвое больше, чем у серых гусей, близкородственных видов, которые обычно не летают на больших высотах ( ). Кроме того, гуси с головами в форме прутка дышат глубже (с более высоким дыхательным объемом) и реже, чем птицы, обитающие на малой высоте, при заданном уровне общей вентиляции (39, 41), паттерн дыхания, который более эффективен для газообмена, поскольку сокращает количество погибших. вентиляции пространства и производит более высокое Po ₂ на поверхности газообмена в легких (сравните ).Кроме того, у гусей с пиками легкие на ~ 25% больше, чем у равнинных водоплавающих птиц с сопоставимой массой тела (45), что должно увеличивать площадь и диффузионную способность легочной газообменной поверхности. Эти специализации позволяют бархатным гусям поддерживать более высокий уровень Po ₂ в артериальной крови, чем их низинные собратья во время гипоксии (сравните ; ).

Кровообращение O ₂ Доставка при гипоксии улучшается у гусей с прутковой головой за счет эволюционных изменений физиологии крови.Гемоглобин бархатных гусей имеет более высокое сродство к O ₂ (P ₅₀ цельной крови 4,0 кПа при pH 7,4 и напряжении CO ₂ ∼5 кПа), чем у близкородственных низинных гусей (5,3 кПа у серых гусей при тех же условиях) (32), что увеличивает легочную нагрузку O ₂ и периферическую доставку O ₂ при гипоксии за счет увеличения насыщения гемоглобином при заданном Po ₂ в крови (43). Генетическая основа этого увеличения аффинности может включать несколько аминокислотных замен в α-субъединице белка гемоглобина.Птицы обладают основной (HbA) и минорной (HbD) формами гемоглобина, а у гусей с полосатой головой α-субъединицы этих форм содержат четыре (α ^A) и две (α ^D) производные замены соответственно (30 ). Сайт-направленный мутагенез показал, что одна из замен в α ^A (пролин-119 → аланин) может составлять большую часть увеличения сродства к O ₂ (23), вероятно, за счет изменения взаимодействия между α- и β -субъединицы и дестабилизирует деоксигенированное состояние белка (57).Связывание гемоглобина-O ₂ также более чувствительно к температуре у гусей с полосатыми головами, чем у других птиц и млекопитающих (31). Это может иметь серьезные последствия для транспорта O ₂, если существует тепловая неоднородность между легкими и летательной мышцей во время полета (27, 43). Например, нагревание крови в активной летательной мышце (8) временно снизит аффинность гемоглобина O ₂ и будет способствовать разгрузке O ₂. Преимущество этого механизма для переноса O ₂ зависит от величины тепловой неоднородности, которая в настоящее время неизвестна.Теоретический анализ показывает, что разница температур в 10 ° C между легкими и летной мышцей увеличит транспорт O ₂ при гипоксии на ∼40–60%, и этот потенциальный эффект будет усилен повышенной термочувствительностью гемоглобина гусиного гуся. (43).

Циркуляционная доставка O ₂ при гипоксии также может быть улучшена у гусей с прутковой головой за счет эволюционных изменений функции сердца. Плотность капилляров левого желудочка сердца у бархатных гусей на 30-40% выше, чем у близкородственных низинных гусей, но схожая концентрация миоглобина и максимальная активность нескольких метаболических ферментов (например.д., цитратсинтаза, гидроксиацил-коА дегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, пируваткиназа) (34, 45). Это должно увеличить Po ₂ в сердечных миоцитах, улучшить толерантность сердца к гипоксемии и позволить гусям с прутоголовыми головами увеличивать сердечный выброс во время гипоксии ( ).

Капиллярность лётной мышцы также выше у гусей с пиками, чем у водоплавающих птиц (40), что увеличивает способность к диффузии O ₂ из крови при гипоксии.Кроме того, большая доля митохондрий в окислительных мышечных волокнах находится в субарколеммальном месте (расположенном рядом с клеточной мембраной) у гусей с решетчатой головой (~ 50%) по сравнению с гусями с низменности (~ 35%) (40), что снижает внутриклеточный O ₂ расстояния диффузии. Каждая из этих эволюционирующих специализаций будет увеличивать способность извлекать O ₂ из крови (сравните ) и поддерживать высокий уровень Po ₂ в митохондриях (сравните ) во время полета на больших высотах.

Повышение способности бархатных гусей транспортировать O ₂ во время гипоксии ( ) сопровождается различными эволюционными изменениями в свойствах метаболического использования O ₂ в летательных мышцах и сердце. Пропорциональное изобилие окислительных волокон в летучей мышце выше у гусей с пиками, чем у водоплавающих птиц (~ 70% против ~ 60% по площади в поверхностной грудной мышце) (40). Напротив, дыхательная способность митохондрий и кинетика O ₂ (т.е.е., чувствительность к низкому натяжению O ₂), а также обилие митохондрий в окислительных волокнах сходны у гусей с пиками и низинных гусей (40). Сродство цитохром-с-оксидазы (ЦОГ; фермент, который потребляет O ₂ при окислительном фосфорилировании) к цитохрому с также выше у бархатных гусей, чем у низинных водоплавающих птиц (45). Это изменение могло возникнуть из-за единственной мутации в субъединице 3 ЦОГ в сайте, который в остальном консервативен у позвоночных (триптофан-116 → аргинин) и, по-видимому, изменяет межсубъединичные взаимодействия (45).Физиологическое значение этой уникальной особенности полностью не изучено, но она может снижать склонность митохондрий к производству активных форм кислорода (АФК), позволяя цепи переноса электронов работать в менее восстановленном состоянии. Если это так, то эта черта может снизить склонность гусей с прутковой головой к окислительному стрессу - недооцененному стрессору, связанному с длительной миграцией (22).

Также, похоже, существуют механизмы, которые лучше соответствуют предложению и спросу на клеточный АТФ в летных мышцах гусей с прутковой головой.Митохондриальное дыхание in situ в проницаемых мышечных волокнах более сильно регулируется креатином у гусей с полосатыми головами, чем у водоплавающих птиц на малых высотах (44). Эти результаты предполагают, что спрос и предложение на АТФ лучше связаны через шаттл креатинкиназы, систему, важную для перемещения эквивалентов АТФ по клетке (2). Эта уникальная черта может быть даже связана с субарколеммальной локализацией митохондрий в летучей мышце (см. Выше), компенсируя большее расстояние между этими органеллами и сократительными элементами.

Выводы

Полет на большой высоте - это чрезвычайно сложный подвиг, основанный на ряде специализированных физиологических особенностей. Бархатные гуси могут достигать больших высот во время миграции через Гималаи и Тибетское плато, потому что они могут продолжать поддерживать метаболические издержки полета, поскольку воздух становится чрезвычайно гипоксичным. Как и другие перелетные птицы, они могут иногда использовать помощь восходящего ветра, чтобы компенсировать расходы на полет.Однако они также испытывают периоды интенсивного взмахивающего полета, который требует чрезвычайно высокой частоты сердечных сокращений, частоты взмахов крыльев и метаболической мощности, например, во время горизонтального полета на большой высоте или во время набора высоты, которому не помогает ветер. Физиологические специализации развились на всех этапах каскада O ₂ гусей с прутковой головой, которые помогают им совершать этот подвиг, улучшая транспорт O ₂ при гипоксии. Однако большая часть того, что известно о физиологии полосатых гусей, получено в результате сравнения этого вида с птицами, обитающими в низинах, в обычной среде на уровне моря.Вероятно, что уже обнаруженные эволюционирующие специализации не полностью объясняют полет на большой высоте. Например, мы знаем гораздо больше о том, как бархатные гуси справляются с гипоксией, чем о том, как они справляются с низким барометрическим давлением, холодным и сухим воздухом на больших высотах. Мы также относительно мало знаем о влиянии фенотипической пластичности (т. Е. Акклиматизации) и пластичности развития на физиологию этого вида. Поэтому нам еще многое предстоит узнать о миграции этого удивительного вида, который, несомненно, продолжит проливать свет на впечатляющие природные решения проблемы кислородного голодания.

Сноски

Мы благодарны всем членам полевой группы и за дополнительную поддержку полевых работ со стороны Академии наук Монголии, Центра науки и охраны дикой природы, Института орнитологии Макса Планка, Геологической службы США, Западных экологических и Патаксентских исследований дикой природы. Центры и Программа по птичьему гриппу, Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций и Beaumaris Instruments.

Исследования поддерживаются грантами Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC) на открытие G.Р. Скотт и В. К. Милсом, а также награда Британского совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (BBSRC) К. М. Бишопу и П. Дж. Батлеру (грант № BB / FO15615 / 1).

Автор (ы) не заявляет о конфликте интересов, финансовом или ином.

Предоставлено

Авторы: G.R.S., L.A.H. и C.M.B. подготовленные фигурки; G.R.S. составленная рукопись; G.R.S., L.A.H., P.B.F., P.J.B., C.M.B. и W.K.M. отредактированная и исправленная рукопись; G.R.S., L.A.H., P.B.F., P.J.B., C.M.B., и W.K.M. утверждена окончательная версия рукописи.

Ссылки

1. Эйнсли П.Н., Огох С. Регуляция мозгового кровотока у млекопитающих при хронической гипоксии: вопрос баланса. Exp Physiol 95: 251–262, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 2. Андриенко Т., Кузнецов А.В., Каамбре Т., Уссон Ю., Ороско А., Аппейкс Ф, Тиивел Т., Сикк П., Венделин М., Маргрейтер Р., Сакс В.А. Метаболические последствия функциональных комплексов митохондрий, миофибрилл и саркоплазматического ретикулума в мышечных клетках. J Exp Biol 206: 2059–2072, 2003.[PubMed] [Google Scholar] 3. Епископ СМ. Масса сердца и максимальный сердечный выброс птиц и млекопитающих: значение для оценки максимальной потребляемой аэробной мощности летающих животных. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 352: 447–456, 1997. [Google Scholar] 4. Бишоп К.М., Спайви Р.Дж., Хоукс Л.А., Батбаяр Н., Чуа Б., Фрапелл П.Б., Милсом В.К., Нацагдорж Т., Ньюман С.Х., Скотт Г.Р., Такекава Дж.Й., Викельски М., Батлер П. Стратегия полета гусей с головами на американских горках экономит энергию во время гималайских миграций.Science 347: 250–254, 2015. [PubMed] [Google Scholar] 5. Черный CP, Тенни С.М. Транспорт кислорода при прогрессирующей гипоксии у водоплавающих птиц на большой высоте и на уровне моря. Respir Physiol 39: 217–239, 1980. [PubMed] [Google Scholar] 6. Черный CP, Тенни С.М. Реакции легочной гемодинамики на острую и хроническую гипоксию у 2 видов водоплавающих птиц. Comp Biochem Physiol A 67: 291–293, 1980. [Google Scholar] 7. Батлер П.Дж. Высоколетники: физиология бархатных гусей. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 156: 325–329, 2010.[PubMed] [Google Scholar] 8. Батлер П.Дж., Вест NH, Джонс ДР. Респираторные и сердечно-сосудистые реакции голубя на продолжительный горизонтальный полет в аэродинамической трубе. J Exp Biol 71: 7–26, 1977. [Google Scholar] 9. Батлер П.Дж., Вукс А.Дж. Частота сердечных сокращений, частота дыхания и частота ударов крыльев свободно летающих белых казарок Branta leucopsis . J Exp Biol 85: 213–226, 1980. [Google Scholar] 10. Додд ГАА, Скотт Г.Р., Милсом В.К. Отклонение дыхания во время устойчивой гиперкапнии у пекинских уток зависит от пола.Respir Physiol Neurobiol 156: 47–60, 2007. [PubMed] [Google Scholar] 11. Энгель С., Бибах Х, Виссер Г. Х. Водно-тепловой баланс во время полета у розового скворца ( Sturnus roseus ). Physiol Biochem Zool 79: 763–774, 2006. [PubMed] [Google Scholar] 12. Фарачи FM. Адаптации к гипоксии у птиц: как высоко летать. Annu Rev Physiol 53: 59–70, 1991. [PubMed] [Google Scholar] 13. Фарачи FM, Килгор DL, Fedde MR. Ослабленный легочный прессорный ответ на гипоксию у бархатных гусей. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 247: R402 – R403, 1984.[PubMed] [Google Scholar] 14. Фермер К.Г., Сандерс К. Однонаправленный поток воздуха в легких аллигаторов. Science 327: 338–340, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 15. Grubb BR. Аллометрические отношения сердечно-сосудистой функции у птиц. Am J Physiol Heart Circ Physiol 245: H567 – H572, 1983. [PubMed] [Google Scholar] 16. Хоукс Л.А., Балачандран С., Батбаяр Н., Батлер П.Дж., Чуа Б., Дуглас Д.К., Фраппелл П.Б., Хоу Й., Милсом В.К., Ньюман С.Х., Проссер Д.Дж., Сатиясельвам П., Скотт Г.Р., Такекава Д.Ю., Нацагдорж Т., Викельски М., Витт М.Дж. , Ян Б., епископ СМ.Парадокс экстремально высотной миграции полосатых гусей Anser indicus . Proc R Soc B 280: 2013. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Хоукс Л.А., Балачандран С., Батбаяр Н., Батлер П.Дж., Фрапелл П.Б., Милсом В.К., Цэвенмядаг Н., Ньюман С.Х., Скотт Г.Р., Сатиясельвам П., Такекава Дж.Й., Викельски М., епископ С.М. Трансгималайские стаи полосатых гусей ( Anser indicus ). Proc Natl Acad Sci USA 108: 9516–9519, 2011. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18.Хоукс Л.А., Батлер П.Дж., Фраппелл П.Б., Меир Дж.Ю., Милсом В.К., Скотт Г.Р., Бишоп С.М. Максимальная скорость бега гусей с головами в неволе не подвержена сильной гипоксии. PLos One 9: e94015, 2014. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 19. Имрей К., Райт А., Субудхи А., Роуч Р. Острая горная болезнь: патофизиология, профилактика и лечение. Prog Cardiovasc Dis 52: 467–484, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 20. Ирвин Д.Е., Ирвин Дж. Х. Сибирские миграционные водоразделы: роль сезонных миграций в видообразовании.В: Птицы двух миров: экология и эволюция миграции, под редакцией Гринберга Р., Марры П.П. Балтимор, Мэриленд: Johns Hopkins Univ. Press, 2005. с. 27–40. [Google Scholar] 21. Айви С.М., Скотт Г.Р. Контроль дыхания и кровообращения у высокогорных млекопитающих и птиц. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. В прессе. [PubMed] [Google Scholar] 22. Дженни-Эйерманн С., Дженни Л., Смит С., Костантини Д. Окислительный стресс при длительном полете: неучтенный фактор миграции птиц. PLos One 9: e97650, 2014.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 23. Jessen TH, Weber RE, Fermi G, Tame J, Braunitzer G. Адаптация гемоглобинов птиц к большим высотам: демонстрация молекулярного механизма с помощью белковой инженерии. Proc Natl Acad Sci USA 88: 6519–6522, 1991. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. Кеппен Ю., Яковлев А., Барт Р., Каатц М., Бертольд П. Сезонные миграции четырех особей полосатых казарок Anser indicus из Кыргызстана с последующей спутниковой телеметрией. Дж. Орнитол 151: 703–712, 2010.[Google Scholar] 25. Людвигсен S, Folkow LP. Различия в ответах нейронов мозжечка in vitro на гипоксию у гаг, кур и крыс. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol 195: 1021–1030, 2009. [PubMed] [Google Scholar] 26. Maggiorini M, Melot C, Pierre S, Pfeiffer F, Greve I, Sartori C, Lepori M, Hauser M, Scherrer U, Naeije R. Первоначально высокогорный отек легких вызывается повышением капиллярного давления. Тираж 103: 2078–2083, 2001. [PubMed] [Google Scholar] 27.Магиннисс Л.А., Бернштейн М.Х., Дейч М.А., Пиншоу Б. Влияние хронической гипобарической гипоксии на связывание кислорода в крови голубей. J Exp Zool 277: 293–300, 1997. [Google Scholar] 28. Maina JN. Развитие, структура и функция нового респираторного органа, системы легких и воздушного мешка птиц: идти туда, где не было других позвоночных. Biol Rev 81: 545–579, 2006. [PubMed] [Google Scholar] 29. Матьё-Костелло О. Гистология полета: тканевой и мышечный газообмен. В: Hypoxia: The Adaptations, под редакцией Sutton JR, Coates G, Remmers JE.Торонто, Канада: Б. К. Деккер, 1990, стр. 13–19. [Google Scholar] 30. Маккракен К.Г., Баргер С.П., Соренсон, доктор медицины. Филогенетический и структурный анализ генов гемоглобина HbA (α ^A / β ^A) и HbD (α ^D / β ^A) у двух высокогорных водоплавающих птиц из Гималаев и Анд: гусь ( Anser indicus ) и Андский гусь ( Chloephaga melanoptera ). Mol Phylogenet Evol 56: 649–658, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 31. Меир Ю.Ю., Милсом В.К.Высокая термочувствительность крови увеличивает доставку кислорода у высоко летящего гуся с головой бара. J Exp Biol 216: 2172–2175, 2013. [PubMed] [Google Scholar] 31a. Меир Дж. Ю, Джардин В., Йорк Дж., Чуа Б., Милсом В. К.. Частота сердечных сокращений и скорость метаболизма бархатных гусей, летающих в условиях гипоксии (Резюме). FASEB J 27: 1149.16, 2013. [Google Scholar] 32. Петшов Д., Вюрдингер И., Бауманн Р., Дам Дж., Браунитцер Г., Бауэр К. Причины высокой крови O ₂ близость животных, обитающих на большой высоте. J Appl Physiol 42: 139–143, 1977.[PubMed] [Google Scholar] 33. Пийпер Дж., Шайд П. Максимальная эффективность переноса газа в моделях для жабр рыб, легких птиц и легких млекопитающих. Respir Physiol 14: 115–124, 1972. [PubMed] [Google Scholar] 34. Сондерс Д.К., Федде МР. Физическая подготовка: влияние на концентрацию миоглобина в скелетных и сердечных мышцах гусей с пиками. Comp Biochem Physiol A 100: 349–352, 1991. [Google Scholar] 35. Шайд П. Дыхательная система птиц и газообмен. В: Hypoxia: The Adaptations, под редакцией Sutton JR, Coates G, Remmers JE.Торонто, Канада: Б. К. Деккер, 1990, стр. 4–7. [Google Scholar] 36. Scheid P, Slama H, Piiper J. Механизмы однонаправленного потока в парабронхах легких птиц: измерения на препаратах легкого утки. Respir Physiol 14: 83–95, 1972. [PubMed] [Google Scholar] 37. Шеррер Ю., Рексхадж Э., Джайет П.Й., Аллеманн Ю., Сартори К. Новые взгляды на патогенез высотного отека легких. Prog Cardiovasc Dis 52: 485–492, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 38. Скотт ГР. Повышенная производительность: уникальная физиология птиц, летающих на больших высотах.J Exp Biol 214: 2455–2462, 2011. [PubMed] [Google Scholar] 39. Скотт Г.Р., Кадена В., Таттерсолл Г.Дж., Милсом В.К. Снижение температуры тела и периферическая потеря тепла сопровождают метаболические и дыхательные реакции на гипоксию у птиц, обитающих на малых и больших высотах. J Exp Biol 211: 1326–1335, 2008. [PubMed] [Google Scholar] 40. Скотт Г. Р., Эггинтон С., Ричардс Дж. Г., Милсом В. К.. Эволюция мышечного фенотипа для полета на очень большой высоте у бархатного гуся. Proc R Soc Lond B Biol Sci 276: 3645–3653, 2009.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41. Скотт Г.Р., Милсом В.К. Контроль дыхания и адаптация к большой высоте у бархатного гуся. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 293: R379 – R391, 2007. [PubMed] [Google Scholar] 42. Скотт Г.Р., Милсом В.К. Контроль дыхания у птиц: значение для полета на большой высоте. В: Кардио-респираторный контроль у позвоночных: сравнительные и эволюционные аспекты, под редакцией Glass ML, Wood SC. Берлин: Springer-Verlag, 2009, стр. 429–448. [Google Scholar] 43.Скотт Г.Р., Милсом В.К. Полет на высоте: теоретический анализ факторов, ограничивающих выполнение упражнений у птиц на высоте. Respir Physiol Neurobiol 154: 284–301, 2006. [PubMed] [Google Scholar] 44. Скотт Г. Р., Ричардс Дж. Г., Милсом В. К.. Контроль дыхания в летной мышце у высокоголовых гусей и у низкорослых птиц. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 297: R1066 – R1074, 2009. [PubMed] [Google Scholar] 45. Скотт Г.Р., Шульте П.М., Эггинтон С., Скотт А.Л.М., Ричардс Дж. Г., Милсом В.К. Молекулярная эволюция цитохром-с-оксидазы лежит в основе высотной адаптации бархатного гуся.Mol Biol Evol 28: 351–363, 2011. [PubMed] [Google Scholar] 46. Лебедь LW. Гусь Гималаев. Nat Hist 70: 68–75, 1970. [Google Scholar] 47. Takekawa JY, Heath SR, Douglas DC, Perry WM, Javed S, Newman SH, Suwal RN, Rahmani AR, Choudhury BC, Prosser DJ, Yan B, Hou Y, Batbayar N, Natsagdorj T, Bishop CM, Butler PJ, Frappell PB , Милсом В.К., Скотт Г.Р., Хоукс Л.А., Викельски М. Географическая изменчивость полосатых казарок Anser indicus : связь мест зимовки и нерестилищ на широком фронте.Wildfowl 59: 100–123, 2009. [Google Scholar] 48. Тейлор CR, Weibel ER. Дизайн дыхательной системы млекопитающих. I. Проблема и стратегия. Respir Physiol 44: 1–10, 1981. [PubMed] [Google Scholar] 49. Томас С.П., Фоллетт Д.Б., Томас Г.С. Метаболические и вентиляционные изменения и толерантность летучей мыши Pteropus poliocephalus к острому гипоксическому стрессу. Comp Biochem Physiol A 112: 43–54, 1995. [PubMed] [Google Scholar] 50. Такер В.А. Физиология дыхания домашних воробьев применительно к высотному полету.J Exp Biol 48: 55–66, 1968. [PubMed] [Google Scholar] 51. Уорд С., Епископ С.М., Вукс А.Дж., Батлер П.Дж. Частота сердечных сокращений и скорость потребления кислорода летучими и ходячими белоголовыми казарками ( Branta leucopsis ) и гусями с пиками ( Anser indicus ). J Exp Biol 205: 3347–3356, 2002. [PubMed] [Google Scholar] 52. Уотсон Р.Р., Фу З., Вест Дж. Б. Морфометрия чрезвычайно тонкого легочного газового барьера в легком цыпленка. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 292: L769 – L777, 2007. [PubMed] [Google Scholar] 53.West JB. Американская медицинская исследовательская экспедиция на Эверест. High Alt Med Biol 11: 103–110, 2010. [PubMed] [Google Scholar] 54. West JB. Сравнительная физиология газового барьера легких: уникальное решение для птиц. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 297: R1625 – R1634, 2009. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 55. Вест Дж. Б., Уотсон Р. Р., Фу З. Основные различия в малом круге кровообращения у птиц и млекопитающих. Respir Physiol Neurobiol 157: 382–390, 2007. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 56.Ян Х, Чжан Т, Цинь Д, Кан С, Цинь Х. Характеристики и изменения температуры воздуха и реакции ледника на северном склоне горы. Джомолангма (гора Эверест). Arct Antarct Alp Res 43: 147–160, 2011. [Google Scholar] 57. Чжан Дж, Хуа ЦК, Тейм ДжРХ, Лу Джи, Чжан Р.Дж., Гу ХС. Кристаллическая структура гемоглобина с высоким сродством к кислороду (гемоглобин гусиного гуся в кислородной форме). J Mol Biol 255: 484–493, 1996. [PubMed] [Google Scholar]

Снижение метаболизма поддерживает гипоксический полет высоко летящего гуся с головой прута (Anser indicus)

Существенные изменения:
Основные проблемы, поднятые в обзорах, которые необходимо решить:
1) Пояснение, что нет никаких доказательств того, что кислород, доставляемый за одно сердечное сокращение (кислородный импульс), увеличивается, если сравнивать стационарный полет во время гипоксии с нормоксией у гусей с прутоголовыми головами.Этот вопрос был поднят двумя рецензентами.

Мы переформулировали этот момент на протяжении всей рукописи как «поддержание увеличения пульса O ₂, также измеренного в нормоксии», что более точно отражает данные. Приносим извинения за то, что этот момент не был ясен в исходном сообщении.

2) Обеспечение доступности данных и устранение статистических проблем (систематическая ошибка выжившего).

Приносим извинения за отсутствие данных.Мы неправильно поняли систему Data Dryad и не предоставили временную ссылку DOI, а не сам DOI (данные были доступны в Dryad на момент отправки).

Мы добавили к результатам обсуждение систематической ошибки выжившего, которая, по нашему мнению, может искажать результаты тяжелой гипоксии, но не искажает сравнения нормоксии / умеренной гипоксии, поскольку одна птица, для которой у нас нет данных умеренной гипоксии, не искажает данные нормоксии.

3) Следует обсудить вопрос о минимальной стоимости полета и возможности того, что гипоксические птицы «обманули», чтобы оставаться в воздухе, так как главный вывод заключался в том, что скорость метаболизма снижалась во время прямого полета в условиях гипоксии.

Мы добавили некоторое обсуждение возможности того, что птицы просто используют наиболее эффективную (с минимальными затратами) схему полета, предложенную авторами обзора (подраздел «Эффекты гипоксии», последний абзац).

4) Следует обсудить возможность анаэробного метаболизма, происходящего в экспериментах по гипоксии, что нельзя сбрасывать со счетов с данными, представленными на сегодняшний день.

Это обсуждение было включено в исходную рукопись, но было дополнительно отредактировано для уточнения (подраздел «Эффекты гипоксии», последний абзац).

5) Реферат отсутствует в биологическом контексте и слишком ориентирован на специализированного читателя. Напротив, сопроводительное письмо ясно объясняет (удивительную) естественную историю, в которой действие происходит, и почему это важно. Непрофессиональному читателю было бы полезно, если бы это и причина этого исследования были объяснены в аннотации. Вдобавок (по желанию) авторам может быть полезно изменить название статьи, чтобы дать контекст, в котором происходит гипоксический полет (т.е. почему это актуально для этого гуся?).

Мы значительно изменили реферат, как было предложено, а также изменили заголовок.

Основные точки:
В то время как в предыдущей статье измерялись метаболизм и частота сердечных сокращений во время полета в условиях, близких к уровню моря, это первая работа, в которой исследовались эти аспекты физиологии полета в условиях гипоксии, аналогичных тем, которые имели место во время их высотных миграций. Есть несколько ярких и интересных результатов. Во-первых, гипоксия значительно снизила скорость метаболизма в полете.Это удивительно, потому что обычно считается, что во время полета преобладает использование энергии летательными мышцами. Вторым важным открытием было то, что во время гипоксии частота сердечных сокращений не менялась. Наконец, венозная температура снизилась, потенциально увеличивая кислородную нагрузку на легкие. Насколько мне известно, последнее открытие является новым. Методы четко описаны и выглядят хорошо выполненными. Единственное исключение состоит в том, что метод создания гипоксии (смешивание N ₂ и воздуха в маске) не смог создать стабильного фона, поэтому V _O2 не измеряли в условиях гипоксии.Другой недостаток заключается в том, что размер выборки был довольно низким, особенно при гипоксии, когда было трудно заставить птиц летать. Тем не менее, я думаю, что результаты в целом ясны и самосогласованы, что убеждает меня в правильности большинства выводов. Однако последнее предложение аннотации сбивает с толку и может быть неправильным. Это означает, что полету в условиях гипоксии способствует учащение кислородного импульса. Но этот параметр фактически уменьшается при гипоксическом полете по сравнению с нормоксическим полетом (таблица 1, нижняя строка).И хотя венозный P _O2 уменьшается при гипоксическом полете, так же уменьшается артериальный P _O2 (на самом деле больше, по крайней мере, для одной зарегистрированной птицы, подраздел «Газы крови», третий абзац), что соответствует снижению пульса кислорода при гипоксии. полет против нормоксического полета. Сравнивая гипоксический стационарный полет с нормоксическим, кажется, что снижение скорости метаболизма было похоже на уменьшение кислородного пульса. Это наводит на мысль, что единственный продемонстрированный механизм гипоксического полета - это способность летать с более низким уровнем метаболизма.Я действительно задаюсь вопросом, снизилась ли механическая работа на один ход крыла, учитывая, что частота биений крыла была постоянной.

Спасибо за эти комментарии. Мы изменили формулировку Обсуждения относительно кислородного пульса при нормоксии и гипоксии, чтобы внести ясность (см. Существенные изменения, пункт 1). Мы также попытались подчеркнуть указанные здесь сильные стороны.

Одна моя проблема, которая появлялась неоднократно, - это своего рода предвзятость выживаемости в представлении результатов, где сводные данные по лечению умеренной и тяжелой гипоксии показаны вместе.Это вызывает беспокойство, потому что мы знаем, что 3 птицы в группе умеренной гипоксии не хотели / не могли летать в условиях тяжелой гипоксии, и поэтому их нельзя напрямую сравнивать с птицами, которые хотели и могли. Основываясь на вашем описании в подразделе «Расчеты и статистический анализ», ваши статистические тесты могут избежать этой проблемы, но также не могут, потому что птицы, которые не летали в условиях тяжелой гипоксии, не просто «потеряли данные», они не могли / не хотели летать, и эта информация не может быть эффективно включена в тесты.Я был бы счастлив продолжить расследование, просмотрев исходные данные, но пакет данных Dryad (указанный как doi: 10.5061 / dryad.fg80hp6), похоже, в настоящее время недоступен. Рисунки и таблицы, где на представление влияет систематическая ошибка выжившего: Рисунок 2, Рисунок 3A, Рисунок 4, Таблица 1, Дополнительный файл 2. Я предлагаю вам A) обсудить эту возможную проблему в тексте и B) добавить несколько дополнительных рисунков и таблицы, которые показывают только напрямую сопоставимые данные.

Мы добавили обсуждение этого вопроса в Результаты, а также в условные обозначения к указанным рисункам.Мы хотели, чтобы в дополнительном файле 1 отображались напрямую сопоставимые данные, как на рисунке 2 - приложение к рисунку 1, где данные нанесены на график по отдельным птицам для прямого сравнения. Мы еще раз приносим свои извинения за отсутствие данных (см. Комментарий в разделе «Существенные изменения»).

Из ваших результатов (рис. 2) следует, что минимальная стоимость полета одинакова для всех трех уровней кислорода. Поддерживается ли это статистически? Если так, я думаю, это поможет прояснить ваше объяснение в последнем абзаце подраздела «Эффекты гипоксии» - о том, как птицы справляются с метаболическими проблемами - они «становятся более эффективными», потому что им запрещено летать только с самыми эффективными манера; один, который они иногда использовали в нормоксических условиях во время эксперимента и, вероятно, так, как они летали во время реальной миграции.В качестве альтернативы, они могут повысить эффективность за счет «обмана» и использования турбулентности или областей с низкой скоростью, созданных оператором и экспериментальной установкой, возможность, которую вы также должны учитывать.
Whale (2012) цитируется несколько раз, но, насколько я могу судить, не является общедоступным. Пожалуйста, воспроизведите любые соответствующие рисунки или таблицы из этой статьи в приложении к рукописи. Если он общедоступен, укажите URL-адрес в ссылке.

Спасибо за проницательное наблюдение.Мы добавили обсуждение этой возможности в текст и добавили дополнительный файл 4 (который содержит данные кинематики полета из справочника Whale).

Техническая работа по подготовке этого исследования достойна восхищения и, должно быть, была исключительно сложной. Об этом также свидетельствует низкая вероятность успешных полетов птиц с инструментами в условиях гипоксии. Это также самая большая слабость исследования. Важные выводы основаны на данных, полученных лишь от небольшого числа (например,грамм. умеренная гипоксия) или одного человека (тяжелая гипоксия), который постоянно выполнял упражнения. Кроме того, методологические проблемы, связанные с непостоянным смешиванием азота и воздуха в маске, означают, что трудно принять предположение, что данные V _O2 могут быть просто рассчитаны на основе данных V _CO2 (т. Е. Предположение, что RER остается равным 1,0. через перелеты и лечения трудно принять).

Мы согласны с тем, что наш набор данных был бы значительно улучшен, если бы стабильные записи V _O2 были получены в условиях гипоксии.К сожалению, этому помешали методологические ограничения исследования, как и в других опубликованных исследованиях (см. Подраздел «Методологические соображения», последний абзац). Мы очень откровенно разъяснили эти ограничения и полностью описали выводы, которые мы сделали в ходе исследования. Мы предполагаем, что RER остается близким к 1,0 при гипоксии (при измерении в нормоксии), поскольку продолжительность между полетами при нормоксии и умеренной гипоксии существенно не различалась (мы также добавили этот момент в этот раздел в рукописи).Мы действительно ожидаем, что RER упадет на более длинных рейсах (см. Вышеупомянутый параграф).

Авторы заявляют, что они вливали азот прямо в маску со скоростью, которая довела уровни O ₂ приблизительно до F _i O ₂, равных 0,105 и 0,07. Это позволяет смешивать окружающий воздух и азот в маске… что, вероятно, является очень нестабильной средой смешивания (и может привести к невозможности получения «надежных, стабильных» базовых уровней O ₂ в маске).Почему авторы не смешали азот с окружающим воздухом перед доставкой в маску? Конечно, это привело бы к более последовательному и стабильному F _i O ₂.

Нам не удалось этого сделать из-за метода, в котором мы вводили окружающий воздух в маску (окружающий воздух из аэродинамической трубы втягивался в маску и над ноздрями через пространство в верхней части маски) - подраздел «Физиологические измерения. ", первый параграф. Таким образом, не было возможности смешать азот с окружающим воздухом до ввода макс.Во время тестирования для калибровки уровней гипоксии (с использованием слепка головы гуся из гипса в маске) мы получили стабильные уровни O ₂ для обоих уровней гипоксии с использованием этого метода, поэтому мы полагали, что он будет адекватным и приведет к стабильному исходный уровень при любых условиях. К сожалению, с добавлением настоящего гуся в установку (возможно, из-за движения во время полета, см. Обсуждение, третий абзац), мы не смогли получить надежные измерения V _O2 во время полета в условиях гипоксии.

Авторы отклоняют потенциальную критику, о которой я упоминаю ниже, в отношении возможности использования анаэробного метаболизма для поддержки полета в условиях гипоксии (или индуцированного метаболического ацидоза), делая вывод об отсутствии очевидного кислородного долга, подлежащего погашению после завершения полетов. Но они не получили данные V _O2 из гипоксических полетов (и не представляют такие данные для периода восстановления). Так что, похоже, это остается отдельной проблемой.

Мы уточнили формулировки, касающиеся анаэробного метаболизма (см. Предыдущий комментарий).Кроме того, дополнительные файлы 2 и 3 включают данные восстановления V _O2 из полетов, в которых птицы были оснащены электродами P _O2.

Неясно, были ли у отдельных птиц имплантированы как венозные , так и артериальные датчики P _O2. В итоге удалось зарегистрировать только одну артериальную птицу P _O2. Таким образом, трудно судить, насколько эти данные репрезентативны для других людей.

Мы уточнили здесь формулировку, но в Материалах и методах было четко указано, что «только одно место, артериальное или венозное, было нацелено на операцию».

https://doi.org/10.7554/eLife.44986.023

Высоколетящих гусей - Новости науки

Фото: Лип Ки [CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], через Wikimedia Commons

Чемпион мира по высотным перелетным птицам использует уникальную стратегию полета «американских горок» для экономии энергии.

Выписка

Как высоко летают гуси. Я Боб Хиршон, и это "Новости науки".

Бархатные гуси мигрируют через Гималаи дважды в год. Чтобы узнать, как они совершают это высотное путешествие, биолог из Университета Бангора Чарльз Бишоп и его команда оснастили птиц мониторами сердечного ритма и акселерометрами.

Bishop
Проблема с высокими полетами в том, что воздух стал менее плотным, и летать становится все труднее и труднее. Если бы они взлетели и просто полетели на этом уровне, они бы потратили очень много времени на очень сложный и энергичный полет.На самом деле мы обнаружили, что вместо этого эти птицы регулярно поднимаются, затем снова опускаются, затем снова и снова поднимаются, а затем снова опускаются в одном и том же полете. Мы назвали это стратегией американских горок, и это было неожиданно.

Команда Бишопа сообщает в журнале Science , что даже с учетом затрат на повторное восхождение, эта стратегия полета в целом экономит энергию птиц. Я Боб Хиршон из AAAS, научного сообщества.

Осмысление исследований

Гусиный гусь, бледно-серая птица с оранжевым клювом и ногами и двумя яркими черными полосами на голове, обитает в Центральной Азии.Широко распространено мнение, что этот гусь, обитающий в районе, включающем три очень высоких горных хребта, совершает самую большую миграцию на Земле.

На больших высотах в атмосфере меньше кислорода, а разреженный воздух обеспечивает меньшую подъемную силу, что способствует полету птиц. Итак, как же гусь с головой совершает эту трудную миграцию? Именно это и пытаются выяснить Чарльз Бишоп и его команда исследователей.

«Мы хотели знать, как высоко они летели, каковы были их траектории полета и стратегия в отношении погодных условий, насколько трудными они считали эти путешествия и сколько энергии для этого требовалось», - говорит Чарльз Бишоп, зоолог из Бангора. Университет Великобритании.

Старое предположение заключалось в том, что гуси с прутоголовыми головами относительно легко летят на большие высоты, а затем остаются там во время своих полетов, возможно, с попутным ветром. Но, отслеживая стаю гусей с головами из Монголии в Индию, исследователи обнаружили, что птицы спускаются на более низкую высоту, прежде чем взлететь на новую высоту. Их исследование, опубликованное в журнале Science от 16 января 2015 года, показывает, что гуси совершают своего рода поездку на американских горках по горам, по сути отслеживая лежащую под ними местность, даже если это означает, что они постоянно отказываются от высоты только для того, чтобы возвращать ее позже.

Как эта стратегия полета вверх и вниз помогает птицам? Полет на все более высоких высотах очень труден, поскольку уменьшение плотности воздуха снижает способность птицы создавать подъемную силу и тягу, необходимые для поддержания полета. Птицы также сталкиваются с проблемой снижения доступности кислорода, поскольку атмосферное давление и уровень кислорода падают на возвышенностях.

Профессор Пэт Батлер из Университета Бирмингема сказал, что гуси будут искать сторону долин, чтобы повернуть выше - так же, как американские горки могут прыгать за угол и вверх.Образец американских горок помогает птицам экономить энергию при перелетах через Гималаи.

«В такие моменты, - говорит Батлер, - кажется вероятным, что гуси с прутоголовыми головами летают по наветренной стороне стены долины. Это дало бы им лучшую возможность получить помощь от ветра, который отклоняется вверх землей, обеспечивая дополнительные скорости подъема либо с уменьшением их энергетических затрат, либо, по крайней мере, без увеличения ».

Как это возможно? «Физиология прутоголовых гусей эволюционировала несколькими способами, чтобы извлекать кислород из разреженного воздуха на больших высотах», - сказал д-р.Грэм Скотт, еще один член исследовательской группы. «В результате они могут делать то, что невозможно для большинства других птиц».

Теперь попробуйте ответить на эти вопросы:

Почему летать на большой высоте труднее, чем на малой?
Что сделали ученые, чтобы отследить схему полета птиц?
До этого исследования, как ученые думали, что гуси с пиками могут летать на такой высоте?
Почему стратегия, используемая птицами, описывается как маневр на американских горках?
Как эта стратегия помогает птицам экономить энергию для напряженного полета?
Помимо этой уникальной стратегии полета, что еще помогает гусям летать на такие большие расстояния на больших высотах?

Прочтите «Биология перьев», чтобы узнать больше о том, как летают птицы.

Посмотрите анимацию "Как летают птицы", чтобы узнать больше о различных техниках полета, которые птицы используют.

Дальше

Отправьте нам отзыв об этом научном обновлении>

Информация о физиологии и биомеханике полета птиц на больших высотах - ScienceDaily

Мигрирующие полеты гусей на американских горках дают уникальные сведения о физиологии и биомеханике птиц на больших высотах.

Международная группа ученых, изучающих миграционную биологию полосатых гусей ( Anser indicus ) во время их высокогорных полетов через Тибетское плато и Гималаи, выяснила, как эти птицы справляются с полетом в горах с относительно низкой плотностью населения. Атмосфера.

Доктор Чарльз Бишоп из Университета Бангора руководил исследованием вместе с коллегами Робином Спайви и доктором Люси Хоукс (сейчас работает в Университете Эксетера), профессором Пэт Батлер из Университета Бирмингема, доктором Ньямбаяром Батбаяром (Центр науки и охраны дикой природы г. Монголия), доктором Грэмом Скоттом (Университет Макмастера) и международной командой из Канады, Австралии, Германии и США. В исследовании использовались специально разработанные регистраторы данных для отслеживания высоты, ускорения тела и частоты сердечных сокращений гусей на основе давления во время их миграции на юг из мест размножения в Монголии к местам зимовки в юго-восточном Тибете или Индии.

Исторически сложилось так, что гуси с прутковой головой относительно легко взлетают на большую высоту, а затем остаются там во время полета, возможно, пользуясь попутным ветром. Вместо этого новое исследование (опубликованное в Science 16 января 2015 г.) показывает, что гуси совершают своего рода поездку на американских горках по горам, по сути отслеживая подстилающую местность, даже если это означает неоднократное снижение с трудом завоеванной высоты только для того, чтобы снова набирать высоту. высота позже в том же или последующем полете.

Почему они это делают?

Птицы применяют эту стратегию американских горок, поскольку полет на все более высоких высотах становится все труднее, так как уменьшение плотности воздуха снижает способность птицы создавать подъемную силу и тягу, необходимые для поддержания полета. Птицы также сталкиваются с проблемой снижения доступности кислорода, поскольку атмосферное давление падает со 100% на уровне моря (при содержании кислорода 21%) до примерно 50% на высоте 5500 м (эквивалент 10,5% кислорода на уровне моря) и около 33 % на вершине Mt.Эверест (эквивалент 7% кислорода на уровне моря).

«Мы разработали две независимые модели для оценки изменений энергозатрат птиц во время полета», - сказал Робин Спайви (научный сотрудник проекта и разработчик оборудования для регистрации данных). "Один основан на изменениях частоты сердечных сокращений, а другой - на вертикальных движениях тела птицы. Это указывает на то, что, поскольку даже горизонтальный взмах руки на больших высотах относительно дорого обходится, как правило, более эффективно снизить общие затраты на полет путем поиска. воздух с более высокой плотностью на более низких высотах.«

Команда была удивлена, обнаружив, что изредка гуси с прутоголовыми головами летают в относительно сильных восходящих потоках воздуха. «В такие моменты кажется вероятным, что гуси с головами в виде прутьев летают по наветренной стороне стены долины», - сказал профессор Пэт Батлер. "Это дало бы им наилучшую возможность получить помощь от ветра, который отклоняется вверх землей (известный как орографический подъем), таким образом, обеспечивая дополнительные скорости подъема с уменьшением их энергетических затрат или, по крайней мере, без увеличения.«

Новое исследование показало, что частота взмахов крыльев полосатых гусей постепенно увеличивалась с высотой и уменьшалась плотность воздуха, но очень точно регулировалась во время каждого полета и обычно составляла всего 0,6 закрылков в секунду. Примечательно, что частота сердечных сокращений очень сильно коррелировала с частотой взмахов крыльев, но есть очень крутая экспоненциальная зависимость. Например, небольшое изменение частоты взмахов крыльев на + 5% приведет к значительному увеличению частоты пульса на 19% и значительному увеличению расчетной мощности полета на 41%.

Доктор Чарльз Бишоп сказал: «Кажется, что гуси должны очень точно контролировать свои циклы взмахов крыльев. Поскольку они взмахивают быстрее, они также перемещают крыло дальше, то есть с большей амплитудой. Они спроектированы с очень высокой передачей связи между движением. крыла и сердечного выброса или кровотока из сердца. Это похоже на езду на велосипеде с увеличивающимся зубцом для педалей по мере того, как вы двигаетесь быстрее, и с относительно небольшим зубцом на заднем колесе. Для движения требуется все большее усилие. педаль велосипеда (или птичье крыло) с той же частотой или даже немного быстрее на каждом обороте, но заднее колесо (или птичье сердце) быстро увеличивает свою активность, и общая скорость увеличивается.«

В то время как предыдущие исследования показывают, что эти птицы могут летать на высоте более 7000 м, 98% наблюдений показывают, что они летают ниже 6000 м. Д-р Люси Хоукс сказала: «Наши самые высокие единичные рекорды были зафиксированы при кратковременных полетах птиц на высоте 7290 м и 6540 м, и 7 из 8 самых высоких наблюдений произошли ночью. Интересно, что полеты ночью означают, что воздух холоднее и плотнее, и, опять же, снизит стоимость полета по сравнению с дневным ».

Используя стратегию полетов на американских горках, наряду со случайными преимуществами орографического подъема и полета в ночное время, эти птицы могут минимизировать общие энергетические затраты на их миграцию и принять стратегию предотвращения риска.«Гуси с пиками тяжелее большинства других видов птиц, но их средняя частота сердечных сокращений во время путешествия из Монголии в Индию составляла всего 328 ударов в минуту», - сказал д-р Ньямбаяр Батбаяр, «по сравнению со значениями около 450 ударов в минуту, зафиксированными на ветру. туннели или, в редких случаях, в дикой природе. Гуси с головой нашли способ пересечь самый высокий в мире массив суши, оставаясь при этом в пределах своих физиологических возможностей ».