Дятлы знают, как выжать максимум из своих возможностей. Эти лесные птицы могут атаковать дерево со скоростью около 15 миль в час с помощью своих мощных клювов. Чтобы достичь этого, дятлы по сути превращают себя в молотки, напрягая мышцы головы, шеи, живота и хвоста, чтобы удерживать своё тело в полной неподвижности во время ударов по дереву.
Каждый удар осуществляется с помощью мышц бедра и передней части шеи, но биологи выяснили, что здесь задействована и другая сила. Подобно тому как теннисисты кряхтят, чтобы синхронизировать и стабилизировать своё тело и ударить по мячу, дятлы также синхронизируют своё дыхание с движениями при ударе по дереву. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Experimental Biology.
«Что интересно в дятлах, так это то, что они доводят до крайности то клевание, которое мы наблюдаем у всех птиц. Эти экстремальные действия — отличный объект для изучения в биологии, потому что они помогают нам лучше понять, как обычные движения организуются и координируются при выполнении задач высокой интенсивности», — рассказывает Николас Антонофф, соавтор исследования, научный сотрудник Национального научного фонда при Брауновском университете и биолог, изучающий интегративные организмы.
Мир дятлов
Дятлы хорошо приспособлены к жизни среди деревьев — от клюва до лап. Два их пальца смотрят внутрь, а два — назад, с острыми когтями. С помощью таких лап они могут взбираться по стволам деревьев, чтобы найти пищу и укрытие.
Большинство видов птиц используют клевание, чтобы найти пищу. Однако дятлы также используют своё характерное клевание, чтобы пробраться в гнёзда, а барабанная дробь даёт возможность другим животным понять, к какому виду они принадлежат, и что они готовы защищать свою территорию.
«Эти барабанные взаимодействия похожи на то, как другие птицы поют, и дятлы могут оценивать качество друг друга на основе своего умения как барабанщиков», — говорит Антонофф. «Они также создают очень высокие ударные силы, когда выполняют эти действия, что делает их особенно сложными для воспроизведения».
Лучшие барабанщики
Чтобы узнать больше о том, как дятлы используют эти мышцы при сверлении дерева, Антонофф и его команда поймали восемь диких пушистых дятлов (Picoides pubescens). В течение трёх дней они снимали птиц на высокоскоростное видео, записывая, когда они сверлили и стучали по куску твёрдой древесины. Во время записи команда измеряла электрические сигналы в мышцах, которые контролируют голову, шею, живот, хвост и ноги птиц, чтобы увидеть, когда они сокращаются, когда птицы стучат клювами.
Кроме того, они зафиксировали давление воздуха в одном участке дыхательных путей шести птиц и количество воздуха, которое две из них выдыхали через голосовые связки. Это помогло им отследить дыхание птиц перед возвращением в дикую природу.
Команда обнаружила, что мышцы бедра и передней части шеи играют важную роль. Они толкают птиц вперёд, когда они вонзают клювы в дерево. Другие мышцы, по-видимому, играют более вспомогательную роль. Антонофф говорит, что птицы наклоняют головы назад и напрягают три мышцы, которые находятся у основания черепа и задней части шеи. Они также, по-видимому, напрягают всё своё тело, чтобы превратиться в молоток. И дыхание помогает.
«Дятлы выдыхают при каждом ударе», — объясняет Антонофф. «Мы показали, что они выдыхают как раз в тот момент, когда касаются дерева, подобно тому как теннисист кряхтит при ударе по мячу. Вероятно, это потому, что такая спортивная стратегия стабилизирует их тело и может увеличить силу удара в обоих случаях».
Птицы также идеально синхронизировали своё дыхание с каждым ударом, делая до 13 ударов в секунду. Они вдыхали мини-вдохи (около 40 миллисекунд) между каждым быстрым ударом. Однако это немного сложно услышать, так как кряканье заглушается барабанной дробью.
Дятлы также могут точно регулировать силу ударов в зависимости от того, нужно ли им постучать потише, чтобы отправить сообщение, или просверлить дерево. Когда команда сравнила силу сокращения мышц, пока дятлы клевали, они обнаружили, что передняя мышца бедра сокращалась сильнее, когда птицы сверлили дерево. Это сокращение помогало птицам усилить удар. Затем мышцы расслаблялись, когда птицы стучали потише.
«Это работа всего тела, требующая чёткой координации мышц от хвоста до бёдер, живота, шеи и головы с точным согласованием дыхания, что делает их природными молотками и делает эти удары такими эффективными», — говорит Антонофф.
Барабанная дробь продолжается
В будущих исследованиях команда надеется увидеть, как эта барабанная дробь варьируется у других видов дятлов. Некоторые из них могут стучать даже быстрее, чем пушистые дятлы в этом исследовании.
«Один вид способен стучать со скоростью до 40 ударов в секунду», — говорит Антонофф. «Было бы интересно узнать, сохраняется ли в этом ещё большем пределе координация мышц и выдох на каждый удар, которые мы наблюдали в нашем исследовании, или этот вид потенциально использует другую физиологическую стратегию».