Comparative ecological and morphological analysis of the Corvidae birds aircraft

Full Text

Введение

За последние годы в России существенно вырос интерес к исследованию экологических и морфологических особенностей массовых видов птиц семейства Врановые [1–6]. Возможно, это связано с существенным ростом численности популяций данных видов, которые составляют значительную долю населения птиц, особенно в антропогенных ландшафтах, а также с увеличением их биоценотического и хозяйственного значения.

В биологических науках большое значение имеет сравнение морфологических особенностей отдельных видов или популяций организмов, относимых к одной систематической категории [7; 8]. При изучении вариабельности морфологических признаков у отдельных видов можно получить довольно подробное представление о биологических особенностях исследуемой группы организмов. При этом на основе эколого-морфологических различий между популяциями одного вида или отдельными видами можно определить характер влияния условий среды обитания на организмы [9; 10]. Мускулатура птиц отличается сложной структурой, которая зависит от силовых, скоростных показателей и выполняемых функций. Физиологические нагрузки на разные отделы летательной мускулатуры птиц влияют на форму мышц, их архитектонику [11, с. 202].

В современных эколого-морфологических исследованиях изучению полета птиц, морфологическим особенностям летательного аппарата и их влиянию на характер полета уделено мало внимания. Основные результаты исследования летательного аппарата птиц описаны в работах Н.А. Гладкова; В.Ф. Сыча; Л.В. Фоменко; I.C. George, A.I. Berger; B. Jenner, T. Tomek, Z. Bocheński [7; 11–14]. Описаны исследования роста отделов скелета крыла у птенцов врановых в гнездовой период [15, с. 122–125]. В то же время в условиях Чувашии эколого-морфологические исследования летательного аппарата врановых птиц не проводились.

Целью исследования явилось выявление особенностей летательного аппарата грача, галки, серой вороны и сороки на территории Чувашской Республики.

Объектами исследований послужили массовые виды птиц семейства Врановые: грач, галка, серая ворона, сорока.

Материалы и методика исследований

Изучение эколого-морфологических особенностей летательного аппарата врановых птиц проводили в 2014–2018 гг. на территории Чувашской Республики. Для исследований выбраны следующие морфологические параметры птиц: масса тела, длина тела, длина хвоста, длина крыла, размах крыльев, ширина крыла. Данные показатели использовались для вычисления следующих индексов [16, с. 20–21]:

– весовая нагрузка на крылья – величина, равная отношению массы птицы к площади двух крыльев, г/см²;

– весовая нагрузка на крылья и сложенный хвост – величина, равная отношению массы птицы к площади двух крыльев и площади сложенного хвоста, г/см²;

– весовая нагрузка на крылья и расправленный хвост – величина, равная отношению массы птицы к площади двух крыльев и площади расправленного хвоста, г/см²;

– индекс размаха крыльев – величина, равная отношению расстояния между концами растянутых крыльев к длине тела птицы;

– индекс отношения ширины крыла к длине тела птицы – величина, равная отношению расстояния от кистевого сгиба до вершины первого второстепенного махового пера к длине тела птицы, %;

– удлинение – величина, равная отношению длины крыла к ширине крыла, %;

– индекс квадрата размаха крыльев к площади крыльев – величина, равная отношению величины размаха крыльев в квадрате к площади двух крыльев;

– индекс длины хвоста к длине тела – величина, равная отношению длины хвоста к длине тела;

– индекс массы грудной мышцы к массе тела – величина, равная отношению массы грудной мышцы к массе тела, %;

– индекс массы подключичной мышцы к массе тела – величина, равная отношению массы подключичной мышцы к массе тела, %;

– индекс отношения масс подключичной и грудной мышц – величина, равная отношению массы подключичной мышцы к массе грудной мышцы, %.

Исследования проводились в весенний и осенний периоды года. Для изучения использовались взрослые половозрелые особи с нормальным телосложением. Для определения морфометрических параметров птиц использовалось по 30 особей каждого вида. Цифровой материал, полученный в результате проведенных исследований, статистически обработан с помощью программы Microsoft Excel.

Результаты исследований и их обсуждение

При определении масса тела птицы самые низкие показатели отмечены у галки (от 190 до 239 г), затем у сороки (225–268 г), грача (386–462 г) и серой вороны (490–538 г).

Индекс весовой нагрузки на крылья является хорошим показателем величины подъемной силы птицы, которая прямо пропорциональна площади несущей поверхности. В результате этого у близких по массе птиц увеличение весовой нагрузки служит хорошим показателем особенностей полета. Н.А. Гладков отмечает, что высокие значения рассматриваемого параметра характерны для летательного аппарата птиц с более стремительным и быстрым полетом, но менее легким и маневренным. В то же время у птиц с одинаковыми пропорциями, но разными размерами показатели весовой нагрузки на крылья различны: чем больше птица, тем выше данный параметр [7, с. 89–91].

Результаты собственных исследований подтверждают данные Н.А. Гладкова. Так, полученные значения весовой нагрузки на крылья уменьшаются в ряду: серая ворона ˃ грач ˃ сорока ˃ галка. Следует отметить, что масса тела отмеченных видов уменьшается в той же последовательности. В то же время у особей одного и того же вида установлены достоверные межсезонные различия весовой нагрузки на крылья. Так, у грача данный показатель в весенний период составил 0,450±0,015 г/см², а в осенний – 0,494±0,020; у серой вороны – 0,475±0,010 и 0,502±0,014; у сороки – 0,400±0,010 и 0,421±±0,010; у галки – 0,378±0,008 и 0,399±0,012 г/см². По нашему мнению, выявленные межсезонные различия связаны с колебаниями массы тела птиц в весенний и осенний периоды, а также с изменением летной активности в разное время года. Данный вывод подтверждается наибольшими различиями данного параметра у грача (4,7%) – единственного перелетного вида из представленных.

Достоверные различия в весенний и осенний период установлены и для весовой нагрузки на крылья и сложенный хвост: 0,372±0,012 против 0,402±0,018 г/см² (грач), 0,380±0,010 против 0,400±0,009 г/см² (серая ворона), 0,287±0,011 против 0,316±0,012 г/см² (сорока), 0,335±0,014 против 0,362±0,012 г/см² (галка). Результаты, полученные при расчете весовой нагрузки на крылья и расправленный хвост, были аналогичны. Так, величина данного параметра уменьшалась в ряду: сорока ˃ галка ˃ серая ворона ˃ грач. При этом различия между значениями рассматриваемых данных в весенний и осенний периоды составили в среднем 5,7% у грача, 2,2% у серой вороны и по 3,4% у сороки и галки.

Большую роль в полете птиц играют форма и размеры хвоста. При рассмотрении данного показателя у массовых видов врановых птиц Чувашской Республики наиболее длинный и заостренный хвост обнаружен у сороки. Благодаря этому у данного вида происходит увеличение несущей поверхности и улучшение маневренности, так как хвост у нее является рулем при полете. Данная особенность облегчает полет сороки среди древесно-кустарниковой растительности. У грача, напротив, отмечен более короткий и закругленный хвост, что наряду с меньшей шириной крыльев увеличивает аэродинамичность птицы.

При расчете индекса отношения длины хвоста к длине тела птицы наибольшее значение параметра выявлено у сороки, меньшее – у серой вороны, грача и галки. Следует отметить, что достоверных различий данного параметра в весенний и осенний периоды не выявлено. При определении индекса размаха крыльев также не выявлено достоверных межсезонных различий. В то же время величина данного параметра увеличивалась в ряду: сорока (6,1–6,6) < галка (6,9–7,5) < ворона (7,3–8,0) < грач (7,5–8,4).

Важную роль в полете птиц играют форма и размер крыла. Среди изученных птиц грач и галка имеют более узкие крылья, а серая ворона и сорока – более широкие и закругленные. Следует отметить, что значения индекса отношения ширины крыла к длине тела птицы увеличивались в ряду галка < грач < серая ворона < сорока и имели недостоверные различия в весенний и осенний периоды.

В результате исследований у сороки выявлено наименьшее удлинение крыла (210–213%), а у грача – наибольшее (245–250%). Таким образом, среди рассматриваемых представителей врановых грач характеризуется более узкими крыльями, что увеличивает его приспособленность к длительному полету с большой скоростью, так как вершинная часть широкого крыла не может дать такой силы тяги, как узкого крыла. Полученные результаты полностью согласуются с данными Б.К. Штегмана о том, что летательный аппарат грача приспособлен к относительно скоростному, но энергетически неэкономному полету [8].

Межсезонные различия квадрата размаха крыльев к площади крыльев были недостоверны. При этом значения данного параметра у грача лежали в интервале 6,95–9,22; у серой вороны – 8,42–10,12; у сороки – 6,52–7,44; у галки – 6,04–6,92. Таким образом, у галки отмечены самые низкие значения площади несущих поверхностей. Крылья у данного вида короткие, узкие и заостренные. Данная особенность летательного аппарата галки повышает ее аэродинамические качества [17]. В полевых условиях нами отмечена большая скорость полета галки по сравнению с серой вороной, сорокой и грачом. Следует отметить, что большая скорость полета уменьшает его экономичность. Это дает основание предположить наличие у галки более мощной летательной мускулатуры. Согласно полученным данным, серая ворона, наоборот, должна иметь менее развитые летательные мышцы, так как обладает более экономным полетом. Для проверки данного предположения у исследованных видов была определена масса наиболее крупных летательных мышц [17].

У всех изученных видов мышцы верхней конечности развиты хорошо. В.Ф. Сыч указывает, что повышение энергетических затрат при полете вызывает увеличение относительной массы летательных мышц [12, с. 83–100]. А.Н. Цвелых отмечает, что изменения частоты взмахов крыльями при изменениях скорости полета отражают изменения энергетических затрат на полет [18, с. 77–79].

Для изучения развития летательной мускулатуры птиц определялись доли масс подключичной и грудной мышц по отношению к массе тела птицы, а также массовые отношения этих мышц между собой. Самой развитой мышцей птицы является большая грудная мышца. Она обеспечивает подъемную силу и тягу птицы при полете. При сокращении грудной мышцы крыло опускается вниз, совершая большую работу по предотвращению сопротивления аэродинамических сил при полете.

В.Э. Якоби установил, что птицы, имеющие большую несущую поверхность, имеют менее развитую грудную мышцу. В противоположность этому, птицы с небольшой поверхностью крыльев и хвоста имеют большую массу грудной мышцы [19]. Близкие результаты получены Л.В. Фоменко при изучении строения мышц верхней конечности у соколообразных, совообразных, гусеобразных и курообразных. В ее исследованиях наиболее мощное развитие грудной мышцы наблюдалось у хороших летунов с планирующим полетом. А у сов, имеющих маневренный, машущий полет, меньшее развитие мышечной массы [11, с. 201].

Результаты наших исследований, полученные при изучении массовых видов врановых птиц, полностью согласуются с данными утверждениями. Так, из всех исследованных видов наиболее развитая грудная мышца обнаружена у галки, которая имеет и большую скорость полета. По расчетам индекс отношения массы грудной мышцы к массе тела галки составил от 15,7% до 16,3%. А у серой вороны, полет которой более экономичен, данный параметр составил от 13,7% до 14,2%.

Самые высокие показатели индекса отношения массы подключичной мышцы к массе тела выявлены у сороки (в среднем 2,9%), меньше – у галки (2,6%), грача (2,4%) и серой вороны (2,3%). При этом межсезонные различия относительной доли как подключичной, так и грудной мышц были незначительны. При расчете индекса отношения массы подъемной мускулатуры к массе опускающей наибольшие значения обнаружены у сороки (в среднем 19,4%), а наименьшие – у грача (15,0%).

Выводы

1. У массовых видов врановых птиц Чувашской Республики установлены различия в строении летательного аппарата, связанные со спецификой их полета и длительностью миграции.
2. В строении летательного аппарата грача (единственного перелетного вида) выявлены такие приспособления к длительному и скоростному полету, как узкое длинное крыло, короткий и сильно закругленный хвост, большой размах крыльев и низкая весовая нагрузка на крылья и расправленный хвост.
3. У галки обнаружены более мощные летательные мышцы и при этом меньшие несущие поверхности (крылья уже, короче и острее), чем у остальных рассмотренных видов. Это улучшает ее аэродинамические свойства. Согласно проведенным полевым наблюдениям, для галки характерны более частые взмахи крыльев, нежели у вороны, грача и сороки. Это повышает маневренность полета и помогает увеличить или уменьшить скорость машущего полета.
4. Менее развитая летательная мускулатура наблюдалась у серой вороны, по сравнению с грачом, сорокой и галкой, что приводит к наличию у нее наиболее экономичного, но менее скоростного полета.
5. Из всех изученных видов врановых на территории Чувашской Республики более длинный и заостренный хвост выявлен у сороки. Он является рулем при полете и увеличивает несущую несущей поверхность птицы. Данная особенность позволяет ей легко маневрировать в древесно-кустарниковых зарослях.
6. У грача, серой вороны, галки, сороки в весенний период выявлены меньшие значения весовой нагрузки на крылья – на 1,5–4,7%, весовой нагрузки на крылья и сложенный хвост – на 2,6–4,8%, весовой нагрузки на крылья и расправленный хвост – на 2,2–5,7%, нежели в осенний период.
7. При расчете индексов отношения длины хвоста к длине тела, размаха крыльев, ширины крыла к длине тела, удлинения крыла, квадрата размаха крыльев к площади крыльев, массы грудной и подключичной мышц к массе тела птицы и массы подключичной мышцы к массе грудной у исследованных видов птиц на территории Чувашской Республики достоверных межсезонных различий не обнаружено.

About the authors

Denis Vladimirovich Repin

Email: repindv@list.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Bioecology and Chemistry Department

Nadezhda Vasilyevna Repina

Author for correspondence.
Email: anv_7@list.ru

candidate of biological sciences, lecturer

References

Supplementary files