Почему птицы летают клином?

Осень… Стаи птиц Тютчева уже улетели за синее море и скоро наступит зима… А вы когда-нибудь задумывались, почему птицы летают именно клином? Вожак впереди, остальные позади?

Пилоты тратят долгие годы, чтобы научиться летать клинообразной эскадрильей, а птицы наделены этой способностью с рождения. Однако до сих пор оставалось загадкой, почему птицы предпочитают летать именно клином. Сегодня на этот счет существует две конкурирующих теории.

Есть две гипотезы, касающиеся выбора пернатыми именно этого воздушного построения. Первая — поведенческая: птицы просто следуют за лидером, за тем, кто летит перед ними, и из-за этого автоматически получается клин. Вторая гипотеза затрагивает вопросы аэродинамики: им так проще лететь.  Дело в том, что на конце крыльев каждой птицы образуется воздушный вихрь, а это обеспечивает собрату, летящему на полкорпуса позади, дополнительную подъемную силу. Таким образом, сопротивление воздуха снижается для всей стаи, за исключением вожака. Кроме того, птицы получают возможность чаще парить, чем тоже экономят энергию.

Это может показаться странным, но учёные долгое время не могли выбрать из этих двух объяснений верное. Если говорить, например, о самолётах, то в эскадрилье построение клином действительно экономит топливо. Но птицы не самолёты: воздушные потоки, которые создаёт самолёт, стабильны, а воздушные вихри от летящей птицы гораздо более непредсказуемы и непостоянны, ибо те же самолёты крыльями не машут.

Ответить на вопрос, почему птицы выбирают V-образную формацию стаи, попытались ученые Валмир Барбоса и Андре Натан из Федерального университета Рио-де-Жанейро в Бразилии. Они построили компьютерные модели стай из 15-35 птиц, приняв в расчет обе теории. Результат эксперимента показал, что верны оба предположения. Полет клином позволяет птицам расположиться относительно соседа таким образом, чтобы иметь максимальный обзор. А затем пернатые путешественники регулируют свое положение, чтобы попасть в восходящую часть воздушного вихря, образуемого крыльями впереди летящей птицы. Барбоса и Натан отмечают, что стая принимала V-образную форму независимо от того, как изначально были выстроены птицы. Забавно, что в ходе эксперимента компьютерные пернатые даже создавали стаи более сложной формы, в частности, летали W-образным строем.

Еще одно исследование провела  Международная команда зоологов под руководством Джеймса Ашервуда (James Usherwood) из Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета (Великобритания) увешала 14 молодых лесных ибисов GPS-датчиками, которые фиксировали положение птицы с точностью до 30 см, и акселерометрами, регистрировавшими движения крыльев. Молодым ибисам, выращенным в неволе, предстояло вернуться в естественную среду обитания, проделав путь из Австрии в Италию под руководством «родителей» — людей на параплане. Вот исследователи и решили воспользоваться счастливой возможностью понаблюдать за птичьим клином, так сказать, вплотную.

Аэродинамическая гипотеза в итоге полностью подтвердилась: как пишут авторы работы в журнале Nature, ибисы старались лететь сзади и слегка сбоку впереди летящего товарища, чтобы поймать крылом поднимающиеся вверх вихревые потоки, которые тот оставлял позади себя. Если же ведомый оказывался строго позади ведущего, то характер взмахов менялся так, чтобы минимизировать влияние нисходящих потоков от тела того, кто летел впереди.

В общем, построение при полёте определяется тем, что птицам нужно поймать восходящие потоки от лидера и избежать нисходящих, которые тоже тянутся за тем, кто движется впереди. Кроме того, птицы специально синхронизируют друг с другом движения крыльев — опять же для лучшей настройки на воздушные потоки. В итоге получается, что в полёте они тянут друг друга за собой. Тут должен быть выигрыш в энергии, но таких замеров авторы работы не проводили, ссылаясь на то, что это сильно повредило бы ибисам, которые и так находятся на грани исчезновения.

Авторы подчёркивают, что эти соображения играют роль только для крупных птиц вроде ибисов, аистов, пеликанов, гусей и т. п. Мелким пернатым в силу меньшего размера тела и крыльев приходится иметь дело с иной аэродинамикой, и они уже не могут вот так просто выбрать строй и ритм взмахов крыльями, чтобы ловить одни потоки и избегать других.