الفيزياء في عالم الحيوان: الطوقان ومنقاره

حتى هؤلاء الأشخاص الذين ليس لديهم توجه على الإطلاق في أنواع الطيور ، ولا يعرفون كيف يبدو الطيور ، يتعرفون بسهولة على ممثل عائلة الطوقان . يعيش الطوقان في السهول والغابات المطيرة الجبلية في أمريكا الشمالية والجنوبية ، وعادة في تجاويف الأشجار. معظم الطيور في هذه العائلة لديها منقار كبير بشكل غير متناسب. عادة ما تكون ملونة بألوان زاهية.

يصل منقار الطوقان إلى حوالي نصف طول جسم الطائر. تبدو هذه "الأداة" صعبة للغاية وغير مريحة ، ولكنها في الواقع ليست كذلك. يوجد داخل المنقار الضخم العديد من التجاويف الهوائية ، لذا فهو خفيف. لكن منقار الطوقان ليس خفيفًا فحسب ، بل قوي أيضًا. هذه المعجزة الحقيقية للطبيعة ، واحدة من أفضل "المشاريع" الهندسية في عالم الحيوان.

يبدو هذا المنقار حتى تهديدًا قليلاً. لكن الطائر نفسه لا يشكل أي تهديد لأي شخص (باستثناء الوحش الذي هاجم الفراخ). الطوقان هي طيور عاشبة تتغذى على التوت والفواكه. يحتاج الطوقان إلى منقار كبير من أجل انتزاع الثمار من الأغصان الرقيقة التي لن يتحملها وزن الطائر. بفضل المنقار الطويل ، يمكن أن يصل الطوقان إلى الفاكهة ، التي تتدلى بعيدًا عن متناول معظم الطيور العاشبة الأخرى. ينخرط الطوقان أيضًا في حقيقة أنه يتم طرحهم بالتوت - وهنا منقار كبير ومثابر مفيد.

لتسهيل الإمساك بالفاكهة وفتحها ، توجد الشقوق في نهاية المنقار. كما يساعد اللسان الطويل واللزج في هذا "العمل". يعتقد عدد من الخبراء أن منقار الطوقان الكبير والمشرق يساعده في العثور على الأقارب ، ويعلن عن وجودهم.

عندما يرى الشخص الطوقان ، غالباً ما يطرح السؤال عن كيفية نوم هذا الطائر. كيف يمكنك النوم بمثل هذا المنقار؟ الجواب بسيط. طائر يستريح في أجوف عميق ، يرمي المنقار على ظهره. تناسبها تماما هناك. يطوى الذيل فوق الصدر ، ويتحول الطوقان الكبير إلى كرة متوسطة الحجم ذات ريش.

منقار البناء

كما ذكر أعلاه ، منقار الطوقان ليس ثقيلًا على الإطلاق كما قد يبدو. المنقار متين للغاية ، ولكنه مصنوع من مادة خفيفة الوزن مع عدد كبير من التجاويف الهوائية. يتم دراسة منقار الطوقان ليس فقط من قبل علماء الطيور ، ولكن أيضًا من قبل علماء من تخصصات أخرى ، على سبيل المثال ، علماء المواد. درس مارك أ. مايرز ، أخصائي علوم المواد في جامعة كاليفورنيا ، أفضل المنقار.

وجد أن الجزء العلوي من المنقار يتكون من أنسجة العظام والأغشية. يمكن إنشاء شيء من هذا القبيل من الرغوة ، والتي يمكن أن تصلب بسرعة. تقع هذه "الرغوة" العظمية بين الطبقات الخارجية للكيراتين. هذه المادة ، على سبيل المثال ، هي جزء من أظافرنا. يضمن الهيكل "الرغوي" لمنقار الطوقان قوته وخفته. الطبقة الخارجية من أنسجة العظام عبارة عن مجموعة من عدد كبير من طبقات البلاط السداسي الصغير. عرض البلاط حوالي 50 ميكرون ، وسمك حوالي 1 ميكرون. يتم تغطية مادة العظام في الأعلى مع رقائق الكيراتين المرتبطة ببعضها البعض.


سطح منقار الطوقان مغطى بعدة طبقات من ألواح الكيراتين

أجرى المتخصص في علم المواد ، مارك مايرز ، محاكاة للكمبيوتر ، ووجد أن تصميم منقار الطوقان مثالي تقريبًا. "يبدو الأمر كما لو أن الطوقان لديه معرفة عميقة بالهندسة الميكانيكية " ، يقول مايرز. "المفاجأة الكبرى هي أن هيكل المنقار المكون من طبقتين يخلق نظام امتصاص طاقة عالي التأثير." هيكل المنقار يشبه إلى حد ما الهيكل الداخلي للعظام البشرية. لكن في العظام لا يوجد "رغوة عظمية" موجودة في منقار الطائر. كشفت



مؤخرا أيضاأن منقار الطوقان يساعد الطائر على تنظيم درجة حرارة جسمه. تعمل على مبدأ المبرد السيارة. عندما يسخن ، فإن منقار الطوقان يسخن بسرعة كبيرة ، مما يسخن حرارة الجسم. ثم تتبدد الطاقة الحرارية المفرطة في الهواء.

في منقار الطوقان عدد كبير من الأوعية الدموية. باستخدام آلية خاصة ، يمكن للطيور زيادة أو الحد من تدفق الدم. ونتيجة لذلك ، يبرد جسم الطائر في الحرارة ، وعندما يصبح باردًا ، يتم الاحتفاظ بحرارة الجسم.


بعد دراسة السمات الهيكلية لمناقير الطوقان ، بدأ الخبراء في تطوير مواد قوية وخفيفة الوزن ذات بنية مشابهة لهيكل مناقير الطوقان. يمكن تطبيق هذه المواد بنجاح في الصناعة. على سبيل المثال ، لإنشاء مصد فعال وموثوق لسيارة أو جزء خفيف ودائم للطائرة.

دراسة السمات الهيكلية لمنقار الطوقان لا تزال جارية. ومن يدري ، ربما سيتمكن العلماء من الكشف عن أكثر من سر لهذه الأداة الرائعة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397531/