Гуси могут взлететь над вершиной Эвереста

Обновлено: 05.10.2024

В разреженном воздухе горные гуси охлаждают кровь и замедляют обмен веществ, экономя кислород для сердца и мышц.

Горные гуси - одни из самых высоколетающих птиц на свете. Те из них, которые проводят лето на территории Казахстана, Монголии или России, летят на зимовку в Южную Азию, и по пути перелетают через Гималайские горы. В 2014 году этих гусей отследили летящими вблизи Эвереста на 7290 метрах над уровнем моря; по неподтверждённым свидетельствам, они могут подниматься до 9000 м. На такой высоте кислорода в воздухе уже совсем мало, а крыльями махать надо. И как тогда у гусей получается не задыхаться над Гималаями?

Очевидно, у них есть для этого какие-то физиологические особенности. Но чтобы понять, какие именно, нужно поставить эксперимент, в котором можно было бы наблюдать за летящими гусями, и чтобы за этим не пришлось подниматься на Эверест.

Исследователи из Университета Британской Колумбии сумели поставить такой опыт в аэродинамической трубе, в которой можно было искусственно понижать уровень кислорода. Шесть горных гусей летали в трубе с содержанием кислорода, соответствовавшего примерно 5500 м над уровнем моря, то есть той высоте, на которой гуси обычно и стараются летать; трём птицам кислород понижали ещё сильнее, как если бы они, пусть и ненадолго, залетели на высоту 9000 м. Чтобы следить за физиологией птиц, им надевали на голову и на спину специальные датчики.

В статье в eLife говорится, что несмотря на недостаток кислорода, сердцебиение у гусей не учащалось, и крыльями они махали не чаще, чем при полёте близко над землёй. Но одновременно у них падала температура вен, и, очевидно, это помогало им удерживать в крови больше кислорода. То есть гуси замедляли обмен веществ (то есть замедляли, по крайней мере, какие-то из метаболических реакций), что позволяло сэкономить кислород для мышц и сердца.

Правда, в аэродинамической трубе гуси летали в целом недолго, и не очень понятно, достаточно ли такого замедления метаболизма для многочасового перелёта над Гималаями. Возможно, дальнейшие исследования обнаружат у гусей ещё какие-нибудь физиологические уловки - и, возможно, изучив гусей, мы сможем и в нашем теле включать такие же механизмы, чтобы спастись от гипоксии.

Воздух над вершиной высочайших гор Земли настолько разрежен, что свидетельства альпинистах о летящих птицах долгое время воспринимались как обман зрения. Однако ученые доказали, что некоторые особи и в самом деле способны летать даже в таких тяжелых условиях.

Команда ученых обучила выводок гусят летать в аэродинамической трубе с небольшими рюкзачками и масками на клюве, которые с помощью сенсоров регистрировали жизненные показатели птиц. К ним относились скорость сердечных сокращений, уровень кислорода в крови, температура и скорость метаболизма — то, сколько калорий каждый гусь сжигал за час полета. В трубе исследователи моделировали условия низкой, средней и большой высоты, изменяя также концентрацию кислорода в воздухе, который подавался в маски.

Каким-то образом птицам удалось буквально охладить свою кровь, так что она смогла потреблять больше кислорода. В новой статье, опубликованной на страницах eLife, ученые делают предположение, что это помогает компенсировать воздействие очень разреженного воздуха на огромной высоте.

Несмотря на впечатляющую подготовку, птицы могли оставаться на «больших» высотах лишь в течение нескольких минут. Таким образом, неясно, являются ли все эти эволюционные приспособления тем, что позволяет пролететь 8 часов, необходимых для восхождения на гору Эверест, или совершить 4000-километровые миграции через Центральную и Южную Азию, что гуси могут сделать и без обучения. Но факт остается фактом: эти несколько минут доказали, что птицы действительно могут пролетать над альпинистами на вершине Эвереста.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Глубокий Космос | Deep Space вернуться к странице

Глубокий Космос | Deep Space запись закреплена

Гуси умеют взлетать выше Эвереста

Воздух над вершинами гор Земли часто настолько разрежен(особенно ,если речь идет о Эвересте), что свидетельства альпинистов о летящих птицах в небе долгое время воспринимались учеными как обман зрения или глюки,например от нехватки в этом экстремальном месте кислорода.

Однако теперь научно доказано, что некоторые особи гусей и в самом деле способны летать даже в таких экстремальных для жизни условиях.

В 1953 году альпинист сообщил, что видел гусей Anser indicus, взлетающих над вершиной горы Эверест. Высота их полета составляла примерно 9 км — это на 2 км выше, чем максимум для любого другого известного науке существа на тот период, что считалось физиологически невозможным. Однако полвека спустя исследователи наконец доказали, что птицы способны на такие фантастические полеты.
Команда ученых обучила выводок гусят летать в аэродинамической трубе с небольшими рюкзачками и масками на клюве, которые с помощью сенсоров регистрировали жизненные показатели птиц. К ним относились скорость сердечных сокращений, уровень кислорода в крови, температура и скорость метаболизма — то, сколько калорий каждый гусь сжигал за час полета. В трубе исследователи моделировали условия низкой, средней и большой высоты, изменяя также концентрацию кислорода в воздухе, который подавался в маски.

Эксперименты в аэродинамической трубе показали, что когда концентрация кислорода была на самом низком уровне — например, 7% на вершине горы Эверест против 21% на уровне моря — частота сердечных сокращений у гусей и частота ударов крыльев оставались такими же, как и скорость их метаболизма. Каким-то образом птицам удалось буквально охладить свою кровь, так что она смогла потреблять больше кислорода. В новой статье, опубликованной на страницах eLife, ученые делают предположение, что это помогает компенсировать воздействие очень разреженного воздуха на огромной высоте.

Виктор Заика перейти к странице

Виктор Заика запись закреплена

Глубокий Космос | Deep Space

Гуси умеют взлетать выше Эвереста

Доказано, что гуси могут взлететь над вершиной Эвереста

Это азиатские гуси, которые способны пролететь над Гималаями всего за восемь часов. В то же время они не могут преодолевать большие расстояния, так как не обладают подходящей для этого скелетно-мышечной системой.

В 2009 году группа орнитологов оснастила 25 горных азиатских гусей GPS-передатчиками, чтобы следить за перелетами птиц. Весной 2009 и 2010 годов, когда у гусей начинается период весенней миграции, в Монголии и прилегающих регионах, птицам предстоит преодолевать Гималаи, причем пути перелетов птиц лежат через Эверест — высочайшую гору мира, которая достигает 8850 метров.

До сих пор считалось, что азиатские гуси огибают самые высокие горы, однако благодаря навигации, было установлено что птицы летят напрямую, поднимаясь на высоту до 6500 метров. Ученые установили, что птицы делают небольшие перерывы во время миграции, но в целом пиковые гималайские вершины они преодолевают примерно за 8 часов.

Удивительным ученые называют то, что на высоте более 6 километров птицы сталкиваются с нехваткой кислорода, холодными ветрами и жестким солнечным светом. Людям для достижения высоты к 6 километров по горам необходима акклиматизация.

Также исследователи говорят, что манера полета гусей также отличается от других птиц: если различные виды птиц, которые достигают больших высот, например ласточки или стрижи делают это за счет восходящих потоков воздуха, то гуси — только за счет собственных крыльев и их мышц. Более подробные исследования показали, что «птицы высокого полета» обладают несколько иной структурой крови: у азиатских гусей, в частности, в крови очень много красных кровяных клеток, позволяющих переносить больше кислорода, кроме того в мышцах, управляющих крыльями было обнаружено чрезвычайно много капилляров, улучшающих кровоснабжение.

Новость

Автор

Редактор

Авторы недавно опубликованной в Science статьи исследовали метаболизм горных гусей, пролетающих над Гималаями. Функционирование организма, работающего практически на пределе своих возможностей, а также стратегии, применяемые животными для оптимизации усилий очень интересны биологам. Оказалось, что с высотой энергетические потребности птиц растут быстрее, чем можно было предположить на основании аэродинамических расчетов. Поэтому гусям выгоднее применять стратегию «американских горок», взлетая над горным пиком, и сбрасывая высоту сразу после него и до следующей возвышенности. Кроме того, как оказалось, гуси прибегают к дополнительным возможностям сэкономить силы, используя орографический лифт.

Математическое описание биологических процессов даже на низших уровнях — сложная задача, что уж говорить о моделировании поведения целого организма. Особенно непредсказуемые результаты живые организмы могут показывать в экстремальных условиях. Интернациональная команда ученых провела исследование горных гусей, летящих над горным массивом Гималаев, чтобы сопоставить реальные характеристики их полета с результатами аэродинамических расчетов. Напоминаем, что Гималаи — высочайшая горная система Земли, включающая 10 вершин высотой более 8 000 метров, в числе которых Эверест. При полете над этими горами гуси оказываются в разреженном воздухе, что и понижает парциальное давление кислорода в их крови, и создает трудности с самим полетом (ведь в полете птицам необходимо «отталкиваться от воздуха», чтобы создавать тягу). В этих условиях птицам очень важна стратегия полета, минимизирующая энергетические затраты тяжело работающего организма.

Чтобы подробно исследовать физиологические параметры птиц, летящих через горный массив, а также проанализировать их траектории в объеме, горным гусям вживили капсулы, содержащие набор датчиков [1]. Эти датчики измеряли температуру птиц, по которой можно было судить об интенсивности обмена веществ, а также каждые две минуты фиксировали проекции ускорения птиц в трех направлениях. Кроме того, записывались кардиограммы гусей — чтобы восстановить потом частоту их сердечных сокращений. Помимо этого, приборы измеряли атмосферное давление и характеристики магнитного поля Земли для того, чтобы восстановить впоследствии координаты птиц (эти параметры измерялись дважды в минуту). Капсулы были снабжены блоками питания и картами памяти, и все устройство могло автономно функционировать в течение 10 месяцев [2]. Капсула весила 32 грамма, что составляет не более 2% массы взрослого горного гуся.

Ученые собрали данные о 391 часе полета горных гусей над Гималаями. Исходя из этих данных, птицы, набрав высоту, чтобы перелететь пик, немедленно сбрасывали ее, преодолев вершину. И хотя перед следующей возвышенностью высоту приходилось набирать заново, и траектория получалась более длинной, чем если бы гуси не теряли высоту, птицы явно избегали находиться на большой высоте дольше, чем это необходимо. Предположение, что на такой высоте в крови птиц парциальное давление кислорода оказывается слишком низким, не подтверждается, так как в более ранних исследованиях было показано, что горные гуси могут продолжительное время двигаться с высокой скоростью, в том числе и при более низких атмосферных давлениях [3]. Кроме того, зафиксирован случай, когда горный гусь пролетал на высоте 7 290 метров [4]. Таким образом, эти птицы способны летать на больших высотах, но, как правило, избегают этого. Поэтому авторы выдвинули предположение, что энергетические затраты на полет в разреженном воздухе слишком велики, и птицы предпочитают значительно более протяженный маршрут, но проходящий в не таком разреженном воздухе.

Чтобы понять, насколько «дорого» птицам обходятся разные участки пути, ученым нужно было вычислить, сколько кислорода потребляет горный гусь в зависимости от частоты его сердечных сокращений. Уравнения, связывающие эти величины, уже были получены ранее для 12 других видов птиц, и было известно, что потребление кислорода пропорционально массе тела в степени 0,24, а также массе сердца и квадрату частоты сердечных сокращений [5]. Чтобы найти коэффициент пропорциональности и получить формулу для расчета потребления кислорода гусями, авторы использовали данные другого исследования, в котором горные гуси летали в аэродинамической трубе [6] и измерялась зависимость потребления ими кислорода от числа сердечных сокращений. Совместив эти данные, ученые вывели уравнение, которое связывает частоту сердечных сокращений горного гуся с потреблением кислорода при полете. Из кардиограмм птиц они узнали частоту их сердечных сокращений и вычислили потребление кислорода. А зная потребление кислорода, можно вычислить мощность метаболизма, характеризующую энергетические затраты птиц в любой момент полета.

Исходя из полученных данных, частота сердечных сокращений птиц, а следовательно, и мощность метаболизма увеличивались с уменьшением плотности воздуха быстрее, чем предсказывает аэродинамическая теория. Почему итоговые величины разошлись с ожиданиями? Оказалось, что птицы очень чувствительны к увеличению частоты взмахов крыльями — увеличение частоты взмахов крыльями на 5% повышало частоту сердечных сокращений на 19%, а мощность метаболизма — на целых 42%. В таком случае понятно, что даже относительно небольшое разрежение воздуха, из-за которого птицам приходится чаще махать крыльями, чтобы лететь, обходится им очень дорого.

В своих данных исследователи обнаружили необычные интервалы времени, длящиеся до получаса, в течение которых подъем животных выше не сопровождался обычными увеличениями частоты сердечных сокращений (рис. 1). Эти загадочные эпизоды авторы объяснили использованием птицами орографических лифтов — восходящих потоков воздуха, возникающих при обтекании ветром рельефа. При встрече такого попутного «лифта» птицам почти не приходится расходовать энергию на набор высоты.

Рисунок 1. Зависимость скорости подъема от частоты сердечных сокращений для двух птиц (графики А и В). Цвет от желтого до красного обозначает плотность точек, соответствующих разным наблюдениям. Черным выделены наблюдения, следовавшие одно за другим (числа соответствуют времени в минутах) — вся их последовательность соответствует участку пути, когда частота сердечных сокращений птиц не увеличивалась при подъеме. Авторы предполагают, что в это время гуси пользовались орографическим лифтом.

Итак, горных гусей стимулирует «держаться земли» понятное желание избежать разреженного воздуха (который неудобен не столько по причине недостатка кислорода, сколько из-за высокой «стоимости» полета в нем). Хотя из-за этого им и приходится пролетать значительно большие расстояния, все же, стратегия «американских горок» оказывается выгоднее, чем более долгий полет на большой высоте. Помимо преимущества менее разреженного воздуха, гуси получают дополнительные бонусы в виде шанса встретить попутный орографический лифт, а также уменьшения риска встречного ветра, большей безопасности благодаря видимости земли и более легкому приземлению. Учитывая, что аэродинамические затраты растут с увеличением массы тела, а также то, что горные гуси — одни из самых тяжелых птиц (тяжелее 98% всех прочих видов), их путешествие через Гималаи кажется настоящим чудом, возможным, по-видимому, благодаря их разумной стратегии.

Читайте также: