Lebih cepat, lebih keras, lebih cerah: fisika perkawinan kolibri “menari”

Seseorang membutuhkan pangeran di atas kuda putih yang membunuh semua naga di daerah itu (Targaryen memaafkanku), seseorang yang cerdas dan lucu, seseorang yang cantik. Tapi itu menyangkut kita semua. Di dunia hewan, terutama di antara teman-teman berbulu kita, semuanya sedikit berbeda. Untuk mendapatkan bantuan, laki-laki dari berbagai jenis melakukan berbagai hal: menari, bernyanyi, bertarung, membangun sarang, mencuri sarang, berkelahi sedikit lagi, memberikan hadiah, dll. dll. Setiap spesies dibedakan oleh "pendahuluan pernikahan" khusus. Dan burung kolibri tidak terkecuali. Makhluk kecil namun sangat cepat ini memadukan kecepatan, suara, dan warna untuk menarik perhatian nyonya jantung. Maka para ilmuwan bertanya pada diri mereka sendiri - bagaimana tindakan satu laki-laki berbeda dari tindakan serupa yang lain? Bagaimana seorang wanita membuat pilihan, dan berdasarkan apa itu? Hari ini kita akan mengetahui bagaimana para ilmuwan mengubah tarian burung kolibri menjadi formula dan grafik, membumbui semuanya dengan istilah fisik. Ayo pergi.

Protagonis



Kolibri adalah makhluk yang benar-benar unik. Keluarga mereka memiliki sekitar 350 spesies yang berbeda dalam habitat, fisik, pola makan dan kebiasaan. Fitur umum dari semua spesies adalah ukuran tubuh kecil (dari 20 cm hingga 5,5 cm) dan berat sangat rendah.


Panjang paruh beberapa spesies burung kolibri lebih panjang daripada panjang tubuh mereka.

Jadi spesies terbesar, burung kolibri raksasa, beratnya hanya 20 gram dengan panjang tubuh ～ 20 cm. Lucu, mengingat kehadiran kata "raksasa" atas nama spesies. Tetapi spesies terkecil, lebah-kolibri, beratnya kurang dari 2 gram dengan panjang tubuh 5,7 cm.



Ukuran dan berat yang kecil adalah alat yang sangat baik untuk burung kolibri untuk menjadi salah satu selebaran terbaik di planet ini. Mempertahankan posisi kepala yang sama, kolibri dapat mengubah posisi tubuh tergantung pada kondisi penerbangan, yaitu pada arus udara. Burung kolibri juga memiliki penglihatan yang sangat tajam, membantu mereka mengenali gerakan sekecil apa pun.

Makalah ini menjelaskan hasil pengamatan kolibri di terowongan angin.

Burung kolibri menggunakan keterampilan terbang mereka tidak hanya untuk berburu serangga, menggantung di bunga, yang juga mereka makan nektar, atau untuk menghindari pertemuan yang tidak diinginkan dengan predator, tetapi juga untuk urusan romantis.

Selama periode bersarang, jantan, untuk menarik perhatian betina, terbang hingga 35 meter dan jatuh dengan batu. Selama penurunan cepat ini (sekitar 27 m / s, yaitu 97,2 km / jam), kelebihan muatan sangat besar. Jika kita membandingkan burung kolibri dengan manusia, maka dengan percepatan seperti itu bahkan pilot yang paling berpengalaman pun bisa kehilangan kesadaran. Hummingbird dianggap sebagai juara dalam kecepatan penyelaman udara, 2 kali lebih cepat dari predator terampil elang peregrine.

Ketika burung kolibri melakukan triknya, suara keras terdengar, yang dihasilkan oleh arus udara dan bulu ekor yang tidak biasa.


Dengarkan suara yang dihasilkan burung kolibri dengan bulu mereka.

Kami menambahkan warna yang sangat cerah di sini dan segera mendapatkan tiga faktor utama yang memengaruhi keberhasilan wanita: kecepatan, suara, dan warna.

Masih harus dipahami bagaimana semua ini digabungkan, apakah ada kriteria evaluasi, dan bagaimana burung kolibri jantan harus menyelam untuk menarik perhatian dengan jelas.

Dasar studi

Sebagai permulaan, para ilmuwan mencatat bahwa banyak hewan menggunakan kombinasi berbagai jenis sinyal untuk menarik perhatian pasangan. Dengan kata lain, kita melihat laki-laki menari atau bernyanyi, tetapi bagi perempuan ini adalah kombinasi dari getaran, suara dan sinyal lainnya. Jika mereka sesuai dengan beberapa "standar", pria bisa mendapatkan apa yang diinginkannya.

Kesulitannya terletak pada kenyataan bahwa sampai sekarang sangat sedikit yang diketahui bagaimana sinyal-sinyal ini dirasakan, bagaimana mereka disinkronkan dan dalam kombinasi apa, apa kriteria evaluasi, dll. Ada banyak pertanyaan, karena para ilmuwan memutuskan untuk melakukan penelitian ini.

Para ilmuwan berhasil mengembangkan metodologi baru untuk menganalisis struktur, fungsi dan dinamika sinyal multimodal (ketika ada kombinasi lebih dari satu modalitas sensorik). Teknik ini juga memungkinkan Anda untuk memperhitungkan pengaruh objek sinyal (dalam hal ini, burung kolibri), karena proses sensorik dan kognitifnya memengaruhi struktur sinyal.

Dari sudut pandang sensorik, sinyal multimodal adalah iritasi yang sangat baik. Sinyal yang berbeda dapat memperkuat dan mengubah satu sama lain, yang meningkatkan persepsi mereka dengan objek yang diarahkan.

Salah satu aspek terpenting dalam pembentukan sinyal multimoda adalah waktu, lebih tepatnya, sinkronisasi dalam urutan tertentu dari semua sinyal yang berpartisipasi. Ini bisa dibandingkan dengan bernyanyi pada orang. Bayangkan penyanyi itu mulai menyanyikan bait pertama, ketika melodi chorus akan dimainkan, dan seterusnya hingga akhir lagu. Artinya, suaranya (sinyal) tidak akan disinkronkan dengan musik (juga sinyal). Tidak mungkin ada orang yang menyukai nyanyian ini.


Katak panah

Sebagai contoh, para ilmuwan mengutip burung pelatuk jantan yang tidak akan menyerang jantan (model) jantan jika tidak ada sinkronisasi suara (suara doa sintetis) dan sinyal visual (denyut kantung tenggorokan). Buat salinan plastik 100% katak pohon, letakkan di sebelah jantan, dan dia tidak akan melakukan apa pun. Bahkan jika Anda menghidupkan rekaman suara doa melalui speaker, itu tidak akan bergerak. Tetapi jika ada komponen visual dalam hubungannya dengan suara-suara ini, akan ada pertarungan milenium.


Tri-warna Selasforus

Untuk memahami sinkronisasi sinyal, para ilmuwan melakukan pengamatan dan analisis perilaku laki-laki tricolor selasforus (Selasphorus platycercus). Jantan jenis burung kolibri ini membuat "jatuh" (menyelam) di udara dan lepas landas lagi, sehingga membentuk jalur penerbangan berbentuk U. Selama gerakan, jantan membuat suara berdengung yang dihasilkan oleh ekor. Selain itu, payudara pria dilukis dalam warna merah cerah, yang juga merupakan sinyal visual. Semua ini dalam agregat tidak lebih dari sinyal multimodal.

Peneliti menghitung 48 penyelaman. Selama pengamatan, perangkat lunak digunakan untuk pelacakan gambar dan analisis akustik. Para ilmuwan juga mengevaluasi tanda tangan yang diterima dari posisi perempuan, dengan mempertimbangkan efek Doppler. Selain itu, kami menggunakan model komputasi untuk persepsi warna kolibri untuk menilai pentingnya pewarnaan jantan sebagai sinyal visual.

Hasil Pengamatan

Setelah mengamati trik gila dari burung kolibri, para ilmuwan menghitung kecepatan jatuh rata-rata - 23,25 m / s, yang kira-kira sama dengan 83,7 km / jam. Waktu dari take-off hingga penyelesaian puncak adalah sekitar 6,4 detik.


Gambar No. 1: data setelah pengamatan (lintasan, kecepatan / suara, frekuensi sinyal suara, perubahan warna payudara).

Analisis suara menunjukkan bahwa suara yang dihasilkan oleh sayap dan ekor dapat dibagi menjadi tiga komponen, yang ditunjukkan pada gambar 1b . Bagian pertama (A, garis ungu) dari suara muncul karena sayap selama arah ke bawah dan horizontal. Di antara arah ini, di mana jantan memulai take-off kembali, ada dengungan khas yang dibuat oleh ekor. Setelah lepas landas, kesenjangan suara pendek (B dan C) terjadi, yang merupakan karakteristik dari jenis burung ini saat lepas landas.

Mengingat sifatnya yang multikomponen, sinyal suara bersifat dinamis, menguat pada musim gugur dan menurun selama take-off. Karena efek Doppler, persepsi wanita tentang sinyal ini meningkat ~ 6,5% ketika pria mendekati, dan berkurang ~ 4% ketika itu dihapus.


Gambar No. 2

Untuk memahami bagaimana perempuan melihat perubahan warna pada payudara laki-laki, para ilmuwan menggunakan foto-foto pameran museum dalam spektrum ultraviolet yang diambil dari berbagai sudut. Informasi yang diperoleh digabungkan dengan data tentang posisi tubuh jantan di berbagai momen penyelaman. Sebagai kesimpulan, payudara pria akan terlihat hanya ketika tubuhnya berada pada sudut tertentu relatif terhadap wanita yang tidak bergerak. Untuk perhitungan, diusulkan bahwa sudut pandang 0 ° sesuai dengan posisi ortogonal tubuh laki-laki relatif terhadap perempuan ( 1e ). Dengan demikian, payudara jantan akan terlihat oleh wanita hanya dalam kisaran dari −80 ° (ketika paruhnya diarahkan ke arah wanita saat mendekati) hingga 60 ° (ketika paruhnya diarahkan dari betina ketika bergerak menjauh). Di luar kisaran ini, payudara pria terhalang oleh tubuhnya sendiri dan tidak bersalah untuk wanita.

Menggunakan model komputasi dari sistem persepsi warna wanita, para ilmuwan menemukan bahwa warna payudara pria berubah secara dramatis selama proses menyelam (dalam persepsi wanita). Warna berubah dari merah terang ke hijau gelap ( 1e dan 2s ). Seluruh proses perubahan warna membutuhkan waktu sekitar 120 ms.

Pengamatan yang paling signifikan bukanlah perubahan warna visual atau bahkan generasi bunyi oleh ekor, tetapi sinkronisasi semua sinyal menjadi satu struktur tunggal ( 2a ).

Ketika jantan mencapai bagian atas sumbu horizontal lintasan, ia menyebar ekornya, yang mengarah ke generasi suara berdengung ( 2d dan 2e ). Pada saat yang sama, selama 300 ms, ia menunjukkan kerahnya yang berwarna-warni (dada). Dalam periode waktu yang sangat singkat ini, frekuensi dengung yang dirasakan meningkat, dan pria jantan sedekat mungkin dengan wanita. Dengan kata lain, jantan bergerak menjauh dari objek hasrat (betina), berakselerasi, menyalakan musik, dan berada di sebelahnya, secara efektif menunjukkan kostumnya dengan iringan bulu ekornya, yang semakin meningkat karena efek Doppler.

Untuk seorang kenalan yang lebih terperinci dengan perincian studi ini, saya sarankan membaca laporan para ilmuwan dan materi tambahan untuk itu.

Epilog

Para ilmuwan sangat menyadari bahwa mereka masih tahu sedikit tentang bagaimana sinyal dipersepsikan oleh hewan yang berbeda selama komunikasi mereka. Namun, dalam penelitian ini, mereka dapat mengkonfirmasi pentingnya dua aspek - sinkronisasi dan multimodality, yang penting untuk meningkatkan persepsi sinyal individu dan kombinasi mereka.

Ternyata, burung kolibri jantan tidak hanya pamer di depan betina, tetapi mencoba memverifikasi lintasan terbaik agar lebih efektif menarik perhatian orang mereka.

Dunia satwa liar terus memukau dan menyentuh kami. Apa yang kita anggap sebagai tarian atau pelarian biasa demi perhatian, pada kenyataannya, adalah serangkaian sinyal kompleks yang menyembunyikan banyak fenomena fisik dan proses biologis. Seperti yang mereka katakan, tidak semuanya sesederhana seperti yang terlihat pada pandangan pertama.

PS

Teman-teman yang terkasih, saya ingin sekali lagi dengan sepenuh hati memberi selamat kepada Anda pada tahun baru yang akan datang. Setahun terakhir telah memberi kami banyak penemuan baru, penelitian luar biasa dan pengamatan yang sangat lucu. Dunia diisi kembali dengan pengetahuan baru setiap hari, dan saya berharap tahun ini kita akan diyakinkan lebih dari satu kali.

Tetap penasaran, cintai sains, temukan dunia dengan segala keindahannya yang tak terbayangkan dan beragam. Selamat Tahun Baru, teman-teman! :)



Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami temukan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps hingga musim semi gratis ketika membayar untuk jangka waktu enam bulan, Anda dapat memesan di sini .

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?