Кен Диал (Ken Dial) и его коллеги из лаборатории полёта университета Монтаны (Flight Laboratory) обнаружили удивительную общую закономерность в движении крыльев современных пернатых, которая, быть может, наконец раскрывает секрет появления у древних птиц способности к полёту.
Биологи, занимающиеся проблемами полёта, делятся на две группы. Одна считает, что способность к машущему полёту возникла у первых птиц уже после появления планирования. Соответственно летать они учились, прыгая со скал или деревьев, стараясь крыльями замедлить падение.
Вторая группа полагает верным противоположный путь. Мол, птицы возникли от двуногих динозавров, которые, махая передними конечностями, помогали себе при преодолении различных препятствий. Значит, летать они научились, бегая по земле и подпрыгивая.
Теперь в давней дискуссии о появлении полёта появилась новая точка опоры — исследование Диала и его коллег. Они отсняли на скоростные камеры движение крыльев разных птиц (всего 21 вида) в разных ситуациях. При этом крылья были маркированы в нескольких точках, чтобы высчитать параметры взмахов.
Так учёные узнали что, несмотря на разнообразие «фигур пилотажа», на которые способна птица, угол, под которым происходит движение крыла сверху вниз, остаётся практически одним и тем же.
Причём он одинаков у птиц разных видов и возрастов (птенцы, ещё не умеющие летать, сбегая со склона, помогают себе крыльями так же, как взрослые птицы). И также угол этот остаётся почти тем же самым, даже если птица не летит, а машет крыльями при «лазании» и ходьбе по сильно наклонной поверхности (карнизам, склонам скал), беге вниз по склону и так далее (на эту черту в поведении пернатых ранее не обращали должного внимания, говорит Диал).
Весь диапазон действий, которые птица предпринимает, пользуясь крыльями, как оказалось, укладывается в очень узкий сектор «махания». При этом аэродинамическая тяга оказывается направлена под углом примерно 40 градусов к горизонту, а все её отклонения в зависимости от ситуации умещаются в диапазон всего 19 градусов.
Аналогично угол атаки самого крыла на разных фазах взмаха оказался одинаковым как для горизонтального полёта, так и для других режимов, в частности, в ситуации когда птица шагает, цепляясь коготками за отвесную стену, подталкивая себя вверх и вперёд — к стене.
Эти движения обеспечивают высокую подъёмную силу при минимальных затратах, что могло играть важную роль для первых существ с недоразвитыми крыльями и перьями.
Авторы этого исследования считают, что столь общая закономерность в биомеханике полёта, проявляющаяся для самых разных современных птиц, является древней унаследованной чертой, которая закреплена в их анатомии.
Соответственно нужные изменения в плечевом поясе можно проследить по окаменелостям древних существ — первых птиц (живших примерно 150 миллионов лет назад) и их предшественников, динозавров-тероподов, чтобы уточнить, когда и как произошёл их переход к полёту.
Что касается «изобретения» полёта, то оно вероятнее произошло всё же при преодолении препятствий, возможно, даже при убегании от хищников: когда «протокрылья» помогали этим «промежуточным» существам заскакивать на камни и перескакивать через разные коряги.
Ключом к машущему полёту явилось, по версии данной группы биологов, нахождение правильного угла махания, ну а постепенно развивающиеся мышцы и рост размеров самих крыльев помогли первым птицам, в конце концов, полностью перенести на крылья вес тела, поднявшись над землёй.
Подробности данной работы изложены в материале в журнале Nature.