Más rápido, más fuerte, más brillante: la física del apareamiento de los colibríes "bailando"

Alguien necesita un príncipe en un caballo blanco que mató a todos los dragones en el área (Targaryen me perdona), alguien inteligente y divertido, alguien simplemente hermoso. Pero nos concierne a la gente. En el mundo animal, especialmente entre nuestros amigos emplumados, todo es un poco diferente. Para ganar favor, los machos de varios tipos hacen una variedad de cosas: bailar, cantar, pelear, construir nidos, robar nidos, pelear un poco más, dar regalos, etc. etc. Cada especie se distingue por sus "preludios matrimoniales" especiales. Y los colibríes no son la excepción. Estas criaturas pequeñas pero muy rápidas combinan velocidad, sonido y color para atraer la atención de una dama del corazón. Y entonces los científicos se preguntan: ¿en qué se diferencian las acciones de un hombre de las acciones similares de otro? ¿Cómo elige una mujer y en qué se basa? Hoy descubriremos cómo los científicos transformaron la danza del colibrí en fórmulas y gráficos, sazonándolo todo con términos físicos. Vamos

Protagonista



Los colibríes son criaturas verdaderamente únicas. Su familia tiene alrededor de 350 especies que difieren en hábitat, físico, dieta y hábitos. Una característica común de todas las especies es un tamaño de cuerpo pequeño (de 20 cm a 5,5 cm de longitud) y un peso muy bajo.


La longitud del pico de algunas especies de colibríes es más larga que la longitud de su cuerpo.

Entonces, la especie más grande, un colibrí gigantesco, pesa solo 20 gramos con una longitud corporal de ～ 20 cm. Es curioso, dada la presencia de la palabra "gigantesco" en el nombre de la especie. Pero la especie más pequeña, una abeja colibrí, pesa menos de 2 gramos con una longitud corporal de 5,7 cm.



El tamaño y el peso pequeños son una excelente herramienta para que los colibríes sean uno de los mejores voladores del planeta. Manteniendo la misma posición de la cabeza, los colibríes pueden cambiar la posición del cuerpo dependiendo de las condiciones de vuelo, es decir, de los flujos de aire. Los colibríes también tienen una visión extremadamente nítida, lo que les ayuda a reconocer el más mínimo movimiento.

Este artículo describe los resultados de las observaciones de colibríes en un túnel de viento.

Los colibríes usan sus habilidades de vuelo no solo para cazar insectos, colgar flores, que también se alimentan de néctar, o para evitar encuentros no deseados con depredadores, sino también para asuntos románticos.

Durante el período de anidación, el macho, para atraer la atención de la hembra, vuela hasta 35 metros y cae con una piedra. Durante este rápido descenso (aproximadamente 27 m / s, es decir, 97,2 km / h), las sobrecargas son muy grandes. Si comparamos el colibrí con un hombre, con tal aceleración incluso los pilotos más experimentados podrían perder el conocimiento. El colibrí es considerado el campeón en la velocidad del buceo aéreo, 2 veces por delante incluso del hábil depredador del halcón peregrino.

Cuando el colibrí realiza su truco, se escucha un sonido fuerte, que se genera por las corrientes de aire y el plumaje inusual de la cola.


Escucha el sonido que generan los colibríes con su plumaje.

Agregamos un color increíblemente brillante aquí e inmediatamente obtenemos tres factores principales que afectan el éxito de las mujeres: velocidad, sonido y color.

Queda por comprender cómo se combina todo esto, si hay algún criterio de evaluación y cómo un colibrí macho debe zambullirse para atraer claramente la atención.

Base de estudio

Para empezar, los científicos señalan que muchos animales usan combinaciones de diferentes tipos de señales para atraer la atención de un compañero. En otras palabras, vemos al hombre bailando o cantando, pero para la mujer esto es una combinación de vibración, sonido y otras señales. Si corresponden a algún "estándar", el hombre puede obtener lo que quiere.

La dificultad radica en el hecho de que hasta ahora se sabe muy poco cómo se perciben estas señales, cómo se sincronizan y en qué combinaciones, cuáles son los criterios de evaluación, etc. Hay muchas preguntas, porque los científicos decidieron realizar este estudio.

Los científicos lograron desarrollar una nueva metodología para analizar la estructura, las funciones y la dinámica de las señales multimodales (cuando hay una combinación de más de una modalidad sensorial). Esta técnica también le permite tener en cuenta la influencia del objeto señal (en este caso, la hembra del colibrí), porque sus procesos sensoriales y cognitivos afectan la estructura de la señal.

Desde un punto de vista sensorial, las señales multimodales son un excelente irritante. Las diferentes señales pueden amplificarse y cambiarse entre sí, lo que mejora su percepción por el objeto al que se dirigen.

Uno de los aspectos más importantes en la formación de una señal multimodal es el tiempo, más precisamente, la sincronización en un cierto orden de todas las señales participantes. Esto se puede comparar con cantar en las personas. Imagine que el cantante comienza a cantar el primer verso, cuando suene la melodía del coro, y así sucesivamente hasta el final de la canción. Es decir, su voz (señal) no se sincronizará con la música (también una señal). Es poco probable que a alguien le guste este canto.


Rana dardo

Como ejemplo, los científicos citan pájaros carpinteros machos que no atacarán a un macho (modelo) "artificial" si no hay sincronización de sonido (sonidos de invocación sintética) y señales visuales (pulsación del saco de la garganta). Haga una copia plástica al 100% de la rana arbórea, colóquela al lado del macho y no hará nada. Incluso si activa la grabación de sonidos de invocación a través de los altavoces, no se moverá. Pero si hay un componente visual junto con estos sonidos, habrá una pelea del milenio.


Selasforus tricolor

Para comprender la sincronización de las señales, los científicos realizaron observaciones y análisis del comportamiento de los machos del selasforus tricolor (Selasphorus platycercus). Los machos de este tipo de colibrí hacen "caídas" (inmersiones) en el aire y despegan nuevamente, formando así una trayectoria de vuelo en forma de U. Durante el movimiento, los machos emiten un zumbido generado por la cola. Además, el pecho de los machos está pintado en un color rojo brillante, que también es una señal visual. Todo esto en conjunto no es más que una señal multimodal.

Los investigadores cuantificaron 48 inmersiones. Durante las observaciones, se utilizó software para el seguimiento de imágenes y el análisis acústico. Los científicos también evaluaron la firma recibida desde la posición de una mujer, teniendo en cuenta el efecto Doppler. Además, utilizamos un modelo computacional para la percepción del color de los colibríes para evaluar la importancia de la coloración masculina como señal visual.

Resultados de observación

Después de observar los trucos locos de los machos del colibrí, los científicos calcularon la velocidad de caída promedio: 23.25 m / s, que es aproximadamente igual a 83.7 km / h. El tiempo desde el despegue hasta la finalización del pico fue de aproximadamente 6,4 s.


Imagen No. 1: datos después de las observaciones (trayectoria, velocidad / sonido, frecuencia de las señales de sonido, cambios en el color de los senos).

El análisis de sonido mostró que los sonidos generados por las alas y la cola se pueden dividir en tres componentes, que se muestran en la imagen 1b . La primera parte (A, línea violeta) del sonido surge debido a las alas durante las direcciones hacia abajo y horizontal. Entre estas direcciones, donde el macho comienza el despegue de regreso, hay un zumbido característico creado por la cola. Después del despegue, se producen brechas breves de sonido (B y C), que son características de este tipo de ave durante el despegue.

Dada la naturaleza multicomponente, la señal de sonido es dinámica, se amplifica en otoño y disminuye durante el despegue. Debido al efecto Doppler, la percepción femenina de esta señal aumenta en ~ 6.5% cuando el hombre se acerca, y disminuye en ~ 4% cuando se elimina.


Imagen No. 2

Para comprender cómo las mujeres perciben los cambios de color en el seno de los hombres, los científicos utilizaron fotografías de exhibiciones de museos en el espectro ultravioleta tomadas desde diferentes ángulos. La información obtenida se combinó con datos sobre la posición del cuerpo del macho en diferentes momentos de la inmersión. Como conclusión, el seno del macho será visible solo cuando su cuerpo esté en cierto ángulo con respecto a la hembra inamovible. Para los cálculos, se propuso que un ángulo de visión de 0 ° corresponde a la posición ortogonal del cuerpo masculino en relación con la hembra ( 1e ). Por lo tanto, el pecho del macho será visible para la hembra solo en el rango de −80 ° (cuando su pico se dirige hacia la hembra cuando se acerca) a 60 ° (cuando su pico se dirige desde la hembra cuando se aleja). Fuera de este rango, el pecho del macho está bloqueado por su propio cuerpo y es inocente para la hembra.

Usando un modelo computacional del sistema de percepción del color de la hembra, los científicos descubrieron que el color del seno del macho cambia dramáticamente durante el proceso de inmersión (en la percepción de la hembra). El color cambia de rojo brillante a verde oscuro ( 1e y 2s ). Todo el proceso de cambio de colores dura unos 120 ms.

La observación más significativa no es un cambio visual de color o incluso la generación de sonidos por la cola, sino la sincronización de todas las señales en una sola estructura ( 2a ).

Cuando el macho alcanza la parte superior del eje horizontal de la trayectoria, extiende su cola, lo que conduce a la generación de un zumbido ( 2d y 2e ). Al mismo tiempo, durante 300 ms, demuestra su colorido collar (cofre). En este período de tiempo increíblemente corto, la frecuencia de zumbido percibida aumenta y el macho está lo más cerca posible de la hembra. En otras palabras, el macho se aleja del objeto de los deseos (la hembra), acelera, enciende la música y, al estar junto a él, muestra efectivamente su disfraz acompañado de su plumaje de cola, que se ha intensificado debido al efecto Doppler.

Para un conocimiento más detallado de los detalles del estudio, recomiendo leer el informe de los científicos y materiales adicionales .

Epílogo

Los científicos son conscientes de que todavía saben muy poco acerca de cómo las señales son percibidas por diferentes animales durante su comunicación. Sin embargo, en este estudio, pudieron confirmar la importancia de dos aspectos: sincronización y multimodalidad, que son importantes para mejorar la percepción de las señales individuales y su combinación.

Al final resultó que, los machos del colibrí no solo se exhiben frente a las hembras, sino que intentan verificar la mejor trayectoria para capturar más efectivamente la atención hacia su persona.

El mundo de la vida salvaje continúa asombrándonos y tocándonos. Lo que consideramos una danza o vuelo ordinario en aras de la atención, de hecho, es un conjunto complejo de señales que acechan en sí muchos fenómenos físicos y procesos biológicos. Como dicen, no todo es tan simple como parece a primera vista.

PS

Queridos amigos, una vez más quiero felicitarlos sinceramente por el próximo año nuevo. El año pasado nos ha brindado muchos descubrimientos nuevos, investigaciones asombrosas y observaciones muy divertidas. El mundo se repone con nuevos conocimientos todos los días, y espero que este año estemos convencidos de esto más de una vez.

Sigue siendo curioso, ama la ciencia, descubre el mundo en toda su belleza inimaginable y diversa. ¡Feliz año nuevo chicos! :)



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