Schneller, lauter, heller: Physik der Paarung von Kolibris "tanzen"

Jemand braucht einen Prinzen auf einem weißen Pferd, der alle Drachen in der Gegend getötet hat (Targaryen vergib mir), jemanden, der klug und lustig ist, jemanden, der einfach nur schön ist. Aber es geht uns Menschen an. In der Tierwelt, besonders unter unseren gefiederten Freunden, ist alles etwas anders. Um Gunst zu erlangen, tun Männer verschiedener Arten eine Vielzahl von Dingen: tanzen, singen, kämpfen, Nester bauen, Nester stehlen, ein bisschen mehr kämpfen, Geschenke geben usw. usw. Jede Art zeichnet sich durch besondere „Ehevorspiele“ aus. Und Kolibris sind keine Ausnahme. Diese kleinen, aber sehr schnellen Kreaturen kombinieren Geschwindigkeit, Klang und Farbe, um die Aufmerksamkeit einer Dame des Herzens auf sich zu ziehen. Und so fragen sich Wissenschaftler: Wie unterscheiden sich die Handlungen eines Mannes von ähnlichen Handlungen eines anderen? Wie trifft eine Frau eine Wahl und worauf basiert sie? Heute werden wir herausfinden, wie Wissenschaftler Kolibri-Tanz in Formeln und Grafiken verwandelten und alles mit physikalischen Begriffen würzen. Lass uns gehen.

Protagonist



Kolibris sind wirklich einzigartige Kreaturen. Ihre Familie hat ungefähr 350 Arten, die sich in Lebensraum, Körperbau, Ernährung und Gewohnheiten unterscheiden. Allen Arten gemeinsam ist eine geringe Körpergröße (von 20 cm bis 5,5 cm Länge) und ein sehr geringes Gewicht.


Die Schnabellänge einiger Kolibriarten ist länger als die Länge ihres Körpers.

Die größte Art, ein gigantischer Kolibri, wiegt nur 20 Gramm bei einer Körperlänge von cm 20 cm. Angesichts des Wortes "gigantisch" im Namen der Art ist das lustig. Aber die kleinste Art, eine Kolibri-Biene, wiegt weniger als 2 Gramm bei einer Körperlänge von 5,7 cm.



Kleine Größe und geringes Gewicht sind ein hervorragendes Werkzeug für Kolibris, um einer der besten Flieger der Welt zu sein. Kolibris behalten die gleiche Position des Kopfes bei und können die Position des Körpers abhängig von den Flugbedingungen, dh den Luftströmungen, ändern. Kolibris haben auch eine extrem scharfe Sicht, die ihnen hilft, die geringste Bewegung zu erkennen.

Dieses Papier beschreibt die Ergebnisse von Beobachtungen von Kolibris in einem Windkanal.

Kolibris nutzen ihre Flugfähigkeiten nicht nur zur Jagd auf Insekten, zum Aufhängen von Blumen, die sie auch mit Nektar füttern, oder um unerwünschte Begegnungen mit Raubtieren zu vermeiden, sondern auch für romantische Angelegenheiten.

Während der Brutzeit fliegt das Männchen, um die Aufmerksamkeit des Weibchens auf sich zu ziehen, bis zu 35 Meter hoch und fällt mit einem Stein herunter. Während dieses raschen Rückgangs (etwa 27 m / s, d. H. 97,2 km / h) sind die Überlastungen sehr groß. Wenn wir den Kolibri mit einem Mann vergleichen, könnten bei einer solchen Beschleunigung selbst die erfahrensten Piloten das Bewusstsein verlieren. Kolibri gilt als der Champion in der Geschwindigkeit des Lufttauchens, 2 Mal sogar vor dem geschickten Raubtier des Wanderfalken.

Wenn der Kolibri seinen Trick ausführt, ist ein lautes Geräusch zu hören, das durch Luftströmungen und ungewöhnliches Schwanzgefieder erzeugt wird.


Hören Sie sich das Geräusch an, das Kolibris mit ihrem Gefieder erzeugen.

Wir fügen hier eine unglaublich helle Farbe hinzu und erhalten sofort drei Hauptfaktoren, die den Erfolg von Frauen beeinflussen: Geschwindigkeit, Klang und Farbe.

Es bleibt zu verstehen, wie all dies kombiniert wird, ob es Bewertungskriterien gibt und wie ein männlicher Kolibri tauchen sollte, um deutlich Aufmerksamkeit zu erregen.

Studienbasis

Zunächst stellen Wissenschaftler fest, dass viele Tiere Kombinationen verschiedener Arten von Signalen verwenden, um die Aufmerksamkeit eines Partners auf sich zu ziehen. Mit anderen Worten, wir sehen den Mann tanzen oder singen, aber für die Frau ist dies eine Kombination aus Schwingung, Klang und anderen Signalen. Wenn sie einem „Standard“ entsprechen, kann der Mann bekommen, was er will.

Die Schwierigkeit liegt in der Tatsache, dass bisher nur sehr wenig bekannt ist, wie diese Signale wahrgenommen werden, wie sie synchronisiert werden und in welchen Kombinationen, welchen Bewertungskriterien usw. Es gibt viele Fragen, weil Wissenschaftler beschlossen haben, diese Studie durchzuführen.

Den Wissenschaftlern gelang es, eine neue Methode zur Analyse der Struktur, Funktionen und Dynamik multimodaler Signale zu entwickeln (wenn es eine Kombination von mehr als einer sensorischen Modalität gibt). Mit dieser Technik können Sie auch den Einfluss des Signalobjekts (in diesem Fall des Kolibri-Weibchens) berücksichtigen, da seine sensorischen und kognitiven Prozesse die Signalstruktur beeinflussen.

Aus sensorischer Sicht sind multimodale Signale ein ausgezeichneter Reizstoff. Verschiedene Signale können sich gegenseitig verstärken und verändern, was ihre Wahrnehmung durch das Objekt verbessert, auf das sie gerichtet sind.

Einer der wichtigsten Aspekte bei der Bildung eines multimodalen Signals ist die zeitliche, genauer gesagt die Synchronisation aller beteiligten Signale in einer bestimmten Reihenfolge. Dies kann mit dem Singen in Menschen verglichen werden. Stellen Sie sich vor, der Sänger beginnt den ersten Vers zu singen, wenn die Melodie des Chors gespielt wird, und so weiter bis zum Ende des Songs. Das heißt, seine Stimme (Signal) wird nicht mit der Musik synchronisiert (auch ein Signal). Es ist unwahrscheinlich, dass jemand diesen Gesang mögen wird.


Pfeilfrosch

Als Beispiel zitieren Wissenschaftler männliche Spechte, die ein „künstliches“ Männchen (Modell) nicht angreifen, wenn keine Synchronisation von Tonsignalen (synthetische Anrufgeräusche) und visuellen Signalen (Pulsation des Halssacks) vorliegt. Machen Sie eine 100% ige Plastikkopie des Laubfrosches, legen Sie sie neben das Männchen, und er wird nichts tun. Selbst wenn Sie die Aufzeichnung von Anrufgeräuschen über die Lautsprecher aktivieren, bewegt sie sich nicht. Aber wenn es eine visuelle Komponente in Verbindung mit diesen Klängen gibt, wird es einen Millenniumskampf geben.


Dreifarbiger Selasforus

Um die Synchronisation von Signalen zu verstehen, führten die Wissenschaftler Beobachtungen und Analysen des Verhaltens von dreifarbigen Selasforus-Männchen (Selasphorus platycercus) durch. Männchen dieser Art von Kolibri „fallen“ (tauchen) in die Luft und heben wieder ab, wodurch sich eine U-förmige Flugbahn bildet. Während der Bewegung machen die Männchen ein summendes Geräusch, das vom Schwanz erzeugt wird. Darüber hinaus ist die Brust von Männern in einer leuchtend roten Farbe bemalt, was auch ein visuelles Signal ist. All dies ist insgesamt nichts anderes als ein multimodales Signal.

Die Forscher quantifizierten 48 Tauchgänge. Während der Beobachtungen wurde Software zur Bildverfolgung und akustischen Analyse verwendet. Die Wissenschaftler bewerteten auch die erhaltene Unterschrift von der Position einer Frau unter Berücksichtigung des Doppler-Effekts. Zusätzlich verwendeten wir ein Rechenmodell für die Farbwahrnehmung von Kolibris, um die Bedeutung der männlichen Färbung als visuelles Signal zu bewerten.

Beobachtungsergebnisse

Nach Beobachtung der verrückten Tricks der Kolibri-Männchen berechneten die Wissenschaftler die durchschnittliche Fallgeschwindigkeit von 23,25 m / s, was ungefähr 83,7 km / h entspricht. Die Zeit vom Start bis zur Fertigstellung des Peaks betrug ca. 6,4 s.


Bild Nr. 1: Daten nach Beobachtungen (Flugbahn, Geschwindigkeit / Schall, Frequenz der Schallsignale, Veränderungen der Brustfarbe).

Die Schallanalyse zeigte, dass die von den Flügeln und dem Heck erzeugten Geräusche in drei Komponenten unterteilt werden können, die in Bild 1b dargestellt sind . Der erste Teil (A, violette Linie) des Schalls entsteht aufgrund der Flügel in Abwärts- und Horizontalrichtung. Zwischen diesen Richtungen, in denen das Männchen mit dem Rückflug beginnt, gibt es ein charakteristisches Summen, das vom Schwanz erzeugt wird. Nach dem Start treten kurze Schalllücken (B und C) auf, die für diesen Vogeltyp beim Start charakteristisch sind.

Aufgrund der Mehrkomponentennatur ist das Tonsignal dynamisch, verstärkt sich im Herbst und nimmt während des Starts ab. Aufgrund des Doppler-Effekts steigt die Wahrnehmung dieses Signals durch die Frau um ~ 6,5%, wenn sich das Männchen nähert, und um ~ 4%, wenn es entfernt wird.


Bild Nr. 2

Um zu verstehen, wie Frauen Farbveränderungen in der Brust von Männern wahrnehmen, verwendeten die Wissenschaftler Fotografien von Museumsausstellungen im ultravioletten Spektrum, die aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wurden. Die erhaltenen Informationen wurden mit Daten über die Position des männlichen Körpers zu verschiedenen Zeitpunkten des Tauchgangs kombiniert. Zusammenfassend ist die Brust des Mannes nur sichtbar, wenn sich sein Körper in einem bestimmten Winkel zur unbeweglichen Frau befindet. Für Berechnungen wurde vorgeschlagen, dass ein Betrachtungswinkel von 0 ° der orthogonalen Position des männlichen Körpers relativ zum weiblichen Körper entspricht ( 1e ). Somit ist die Brust des Mannes für das Weibchen nur im Bereich von –80 ° (wenn sein Schnabel bei Annäherung auf das Weibchen gerichtet ist) bis 60 ° (wenn sein Schnabel beim Wegbewegen vom Weibchen gerichtet ist) sichtbar. Außerhalb dieses Bereichs ist die Brust des Mannes durch seinen eigenen Körper blockiert und für die Frau unschuldig.

Mithilfe eines Rechenmodells des Farbwahrnehmungssystems der Frau stellten die Wissenschaftler fest, dass sich die Farbe der Brust des Mannes während des Tauchprozesses (in der Wahrnehmung der Frau) dramatisch ändert. Die Farbe wechselt von hellrot nach dunkelgrün ( 1e und 2s ). Der gesamte Farbwechsel dauert ca. 120 ms.

Die wichtigste Beobachtung ist nicht eine visuelle Farbänderung oder gar die Erzeugung von Geräuschen durch den Schwanz, sondern die Synchronisation aller Signale zu einer einzigen Struktur ( 2a ).

Wenn das Männchen die Spitze der horizontalen Achse der Flugbahn erreicht, spreizt es seinen Schwanz, was zur Erzeugung eines summenden Geräusches führt ( 2d und 2e ). Gleichzeitig demonstriert er 300 ms lang seinen bunten Kragen (Brust). In dieser unglaublich kurzen Zeitspanne nimmt die wahrgenommene Summfrequenz zu und das Männchen ist dem Weibchen so nahe wie möglich. Mit anderen Worten, das Männchen entfernt sich vom Objekt der Wünsche (dem Weibchen), beschleunigt, schaltet die Musik ein und zeigt daneben sein Kostüm effektiv zur Begleitung seines Schwanzgefieders, das sich aufgrund des Doppler-Effekts verstärkt hat.

Für eine detailliertere Kenntnis der Details der Studie empfehle ich, den Bericht von Wissenschaftlern und zusätzliche Materialien zu lesen.

Nachwort

Wissenschaftler sind sich bewusst, dass sie noch sehr wenig darüber wissen, wie Signale von verschiedenen Tieren während ihrer Kommunikation wahrgenommen werden. In dieser Studie konnten sie jedoch die Bedeutung zweier Aspekte bestätigen - Synchronisation und Multimodalität, die für die Verbesserung der Wahrnehmung sowohl einzelner Signale als auch ihrer Kombination wichtig sind.

Wie sich herausstellte, zeigen sich die Kolibri-Männchen nicht nur vor den Weibchen, sondern versuchen, die beste Flugbahn zu überprüfen, um die Aufmerksamkeit noch effektiver auf ihre Person zu lenken.

Die Welt der Wildtiere überrascht und berührt uns immer wieder. Was wir aus Gründen der Aufmerksamkeit als gewöhnlichen Tanz oder Flug betrachten, ist eine komplexe Reihe von Signalen, die in sich viele physikalische Phänomene und biologische Prozesse lauern. Wie sie sagen, ist nicht alles so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint.

PS

Liebe Freunde, ich möchte Ihnen noch einmal ganz herzlich zum kommenden neuen Jahr gratulieren. Das vergangene Jahr hat uns viele neue Entdeckungen, erstaunliche Forschungen und sehr lustige Beobachtungen beschert. Die Welt wird jeden Tag mit neuem Wissen aufgefüllt, und ich hoffe, dass wir dieses Jahr mehr als einmal davon überzeugt sind.

Bleiben Sie neugierig, lieben Sie die Wissenschaft, entdecken Sie die Welt in all ihrer unvorstellbaren und vielfältigen Schönheit. Frohes Neues Jahr, Leute! :) :)



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