Plus rapide, plus fort, plus brillant: la physique de l'accouplement des colibris «dansant»

Quelqu'un a besoin d'un prince sur un cheval blanc qui a tué tous les dragons de la région (Targaryen pardonne-moi), quelqu'un intelligent et drôle, quelqu'un tout simplement magnifique. Mais cela nous concerne, nous les gens. Dans le monde animal, surtout chez nos amis à plumes, tout est un peu différent. Afin de gagner la faveur, les hommes de différents types font une variété de choses: danser, chanter, se battre, construire des nids, voler des nids, se battre un peu plus, donner des cadeaux, etc. etc. Chaque espèce se distingue par ses «préludes de mariage» spéciaux. Et les colibris ne font pas exception. Ces petites créatures, mais très rapides, combinent vitesse, son et couleur pour attirer l'attention d'une dame du cœur. Et donc les scientifiques se demandent - en quoi les actions d'un homme diffèrent-elles des actions similaires d'un autre? Comment une femme fait-elle un choix et sur quoi se base-t-elle? Aujourd'hui, nous découvrirons comment les scientifiques ont transformé la danse des colibris en formules et en graphiques, assaisonnant le tout avec des termes physiques. Allons-y.

Protagoniste



Les colibris sont des créatures vraiment uniques. Leur famille compte environ 350 espèces qui diffèrent par leur habitat, leur physique, leur alimentation et leurs habitudes. Une caractéristique commune à toutes les espèces est une petite taille (de 20 cm à 5,5 cm de long) et un poids très faible.


La longueur du bec de certaines espèces de colibris est plus longue que la longueur de leur corps.

Ainsi, la plus grande espèce, un colibri gigantesque, ne pèse que 20 grammes pour une longueur corporelle de ～ 20 cm, c'est drôle vu la présence du mot "gigantesque" au nom de l'espèce. Mais la plus petite espèce, un colibri-abeille, pèse moins de 2 grammes avec une longueur de 5,7 cm.



La petite taille et le poids sont un excellent outil pour que les colibris soient l'un des meilleurs flyers de la planète. En conservant la même position de la tête, les colibris sont capables de changer la position du corps en fonction des conditions de vol, c'est-à-dire des courants d'air. Les colibris ont également une vision extrêmement nette, ce qui les aide à reconnaître le moindre mouvement.

Cet article décrit les résultats des observations de colibris dans une soufflerie.

Les colibris utilisent leurs compétences de vol non seulement pour chasser les insectes, accrochés aux fleurs, qu'ils se nourrissent également de nectar, ou pour éviter les rencontres indésirables avec les prédateurs, mais aussi pour les affaires romantiques.

Pendant la période de nidification, le mâle, afin d'attirer l'attention de la femelle, vole jusqu'à 35 mètres et tombe avec une pierre. Lors de ce déclin rapide (environ 27 m / s, soit 97,2 km / h), les surcharges sont très importantes. Si nous comparons le colibri avec un homme, avec une telle accélération, même les pilotes les plus expérimentés pourraient perdre conscience. Le colibri est considéré comme le champion de la vitesse de la plongée aérienne, 2 fois devant même l'habile prédateur du faucon pèlerin.

Lorsque le colibri effectue son tour, un son fort est entendu, qui est généré par les courants d'air et le plumage inhabituel de la queue.


Écoutez le son généré par les colibris avec leur plumage.

Nous ajoutons ici une couleur incroyablement brillante et obtenons immédiatement trois facteurs principaux qui affectent le succès des femmes: la vitesse, le son et la couleur.

Il reste à comprendre comment tout cela est combiné, existe-t-il des critères d'évaluation et comment un colibri mâle devrait plonger afin d'attirer clairement l'attention.

Base d'étude

Pour commencer, les scientifiques notent que de nombreux animaux utilisent des combinaisons de différents types de signaux pour attirer l'attention d'un partenaire. En d'autres termes, nous voyons le mâle danser ou chanter, mais pour la femelle, c'est une combinaison de signaux vibratoires, sonores et autres. S'ils correspondent à une «norme», le mâle peut obtenir ce qu'il veut.

La difficulté réside dans le fait que l'on sait jusqu'à présent très peu comment ces signaux sont perçus, comment ils sont synchronisés et dans quelles combinaisons, quels sont les critères d'évaluation, etc. Il y a beaucoup de questions, car les scientifiques ont décidé de mener cette étude.

Les scientifiques ont réussi à développer une nouvelle méthodologie pour analyser la structure, les fonctions et la dynamique des signaux multimodaux (lorsqu'il existe une combinaison de plus d'une modalité sensorielle). Cette technique vous permet également de prendre en compte l'influence de l'objet signal (dans ce cas, la femelle colibri), car ses processus sensoriels et cognitifs affectent la structure du signal.

D'un point de vue sensoriel, les signaux multimodaux sont un excellent irritant. Différents signaux peuvent s'amplifier et se changer, ce qui améliore leur perception par l'objet vers lequel ils sont dirigés.

L'un des aspects les plus importants dans la formation d'un signal multimodal est le temps, plus précisément, la synchronisation dans un certain ordre de tous les signaux participants. Cela peut être comparé au chant chez les gens. Imaginez que le chanteur commence à chanter le premier couplet, quand la mélodie du refrain sera jouée, et ainsi de suite jusqu'à la fin de la chanson. Autrement dit, sa voix (signal) ne sera pas synchronisée avec la musique (également un signal). Il est peu probable que quelqu'un aime ce chant.


Grenouille fléchette

À titre d'exemple, les scientifiques citent des pics masculins qui n'attaqueront pas un mâle «artificiel» (modèle) s'il n'y a pas de synchronisation des signaux sonores (sons d'invocation synthétiques) et visuels (pulsation du sac de gorge). Faites une copie en plastique à 100% de la grenouille d'arbre, placez-la à côté du mâle, et il ne fera rien. Même si vous activez l'enregistrement des sons d'invocation via les haut-parleurs, il ne bougera pas. Mais s'il y a une composante visuelle en conjonction avec ces sons, il y aura un combat du millénaire.


Selasforus tricolore

Afin de comprendre la synchronisation des signaux, les scientifiques ont effectué des observations et une analyse du comportement des mâles de selasforus tricolore (Selasphorus platycercus). Les mâles de ce type de colibri font des «chutes» (plongée) dans les airs et décollent de nouveau, formant ainsi une trajectoire de vol en forme de U. Pendant le mouvement, les mâles émettent un bourdonnement généré par la queue. De plus, la poitrine des hommes est peinte dans une couleur rouge vif, qui est également un signal visuel. Tout cela dans son ensemble n'est rien de plus qu'un signal multimodal.

Les chercheurs ont quantifié 48 plongées. Pendant les observations, un logiciel a été utilisé pour le suivi des images et l'analyse acoustique. Les scientifiques ont également évalué la signature reçue de la position d'une femme, en tenant compte de l'effet Doppler. De plus, nous avons utilisé un modèle informatique pour la perception des couleurs des colibris afin d'évaluer l'importance de la coloration masculine comme signal visuel.

Résultats d'observation

Après avoir observé les trucs fous des mâles colibris, les scientifiques ont calculé la vitesse de chute moyenne - 23,25 m / s, ce qui équivaut approximativement à 83,7 km / h. Le temps écoulé entre le décollage et l'achèvement du pic était d'environ 6,4 s.


Image n ° 1: données après observations (trajectoire, vitesse / son, fréquence des signaux sonores, changements de couleur de poitrine).

L'analyse sonore a montré que les sons générés par les ailes et la queue peuvent être divisés en trois composants, qui sont illustrés dans l'image 1b . La première partie (A, ligne violette) du son est due aux ailes pendant les directions descendante et horizontale. Entre ces directions, où le mâle commence le décollage de retour, il y a un bourdonnement caractéristique créé par la queue. Après le décollage, de courtes lacunes sonores (B et C) se produisent, qui sont caractéristiques de ce type d'oiseau pendant le décollage.

Compte tenu de la nature à plusieurs composants, le signal sonore est dynamique, s’amplifie à l’automne et diminue au décollage. En raison de l'effet Doppler, la perception de ce signal par la femelle augmente de ~ 6,5% lorsque le mâle s'approche et diminue de ~ 4% lorsqu'il est retiré.


Image n ° 2

Afin de comprendre comment les femelles perçoivent les changements de couleur dans le sein des mâles, les scientifiques ont utilisé des photographies d'expositions de musée dans le spectre ultraviolet prises sous différents angles. Les informations obtenues ont été combinées avec des données sur la position du corps masculin à différents moments de la plongée. En conclusion, le sein du mâle ne sera visible que lorsque son corps sera à un certain angle par rapport à la femelle inamovible. Pour les calculs, il a été proposé qu'un angle de vue de 0 ° correspond à la position orthogonale du corps masculin par rapport à la femelle ( 1e ). Ainsi, le sein du mâle ne sera visible par la femelle que dans la plage de -80 ° (lorsque son bec est dirigé vers la femelle à l'approche) à 60 ° (lorsque son bec est dirigé vers la femelle en s'éloignant). En dehors de cette plage, le sein du mâle est bloqué par son propre corps et est innocent pour la femelle.

À l'aide d'un modèle de calcul du système de perception des couleurs de la femelle, les scientifiques ont constaté que la couleur du sein de l'homme change considérablement au cours du processus de plongée (dans la perception de la femelle). La couleur passe du rouge vif au vert foncé ( 1e et 2s ). L'ensemble du processus de changement de couleur prend environ 120 ms.

L'observation la plus significative n'est pas un changement de couleur visuel ou même la génération de sons par la queue, mais la synchronisation de tous les signaux en une seule structure ( 2a ).

Lorsque le mâle atteint le haut de l'axe horizontal de la trajectoire, il écarte sa queue, ce qui conduit à la génération d'un bourdonnement ( 2d et 2e ). Dans le même temps, pendant 300 ms, il démontre son col coloré (poitrine). Au cours de cette période incroyablement courte, la fréquence de bourdonnement perçue augmente et le mâle est aussi proche que possible de la femelle. En d'autres termes, le mâle s'éloigne de l'objet des désirs (la femelle), accélère, allume la musique et, à côté de lui, montre efficacement son costume à l'accompagnement de son plumage de queue, qui s'est intensifié en raison de l'effet Doppler.

Pour une connaissance plus détaillée des détails de l'étude, je recommande de lire le rapport des scientifiques et des documents supplémentaires .

Épilogue

Les scientifiques savent très bien qu'ils en savent encore très peu sur la façon dont les signaux sont perçus par les différents animaux lors de leur communication. Cependant, dans cette étude, ils ont pu confirmer l'importance de deux aspects - la synchronisation et la multimodalité, qui sont importants pour améliorer la perception des signaux individuels et de leur combinaison.

Il s'est avéré que les mâles colibris ne se présentent pas seulement devant les femelles, mais essaient de vérifier la meilleure trajectoire afin de capter encore plus efficacement l'attention sur leur personne.

Le monde de la faune continue de nous étonner et de nous toucher. Ce que nous considérons comme une danse ou un vol ordinaire pour le plaisir de l'attention, en fait, est un ensemble complexe de signaux qui se cachent en eux-mêmes dans de nombreux phénomènes physiques et processus biologiques. Comme on dit, tout n'est pas aussi simple qu'il y paraît à première vue.

PS

Chers amis, je tiens encore une fois à vous féliciter chaleureusement pour la nouvelle année à venir. L'année dernière nous a donné de nombreuses découvertes, des recherches incroyables et des observations très amusantes. Le monde est renouvelé chaque jour avec de nouvelles connaissances et j'espère que cette année, nous en serons convaincus plus d'une fois.

Restez curieux, aimez la science, découvrez le monde dans toute sa beauté inimaginable et diversifiée. Bonne année, les gars! :)



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