Určitě jste si všimli ptáků stojících na jedné noze: kachny divoké na rybníku, skalní holubi na hranici, plameňáci v zoo, andulky v kleci. Ptáci mohou stát na jedné noze s druhou zastrčenou po mnoho minut, zatímco odpočívají, peří se nebo spí. A možná to dělají častěji než ostatní suchozemští obratlovci. Jak si myslíte, že, který Slouží tato pozice adaptační roli?
Nápověda 1
Postoj na jedné noze je častější u semivodních ptáků, stejně jako u dlouhonohých.
Nápověda 2
Plameňáci stojí na jedné noze častěji ve vodě než na souši.
Nápověda 3
Přemýšlejte o tom, proč ptáci spí stojící na jedné noze.
rozhodnutí
Existují různé hypotézy týkající se výhod držení jedné nohy, ale bylo provedeno jen málo experimentálních studií nebo kvantitativních pozorování chování. V tuto chvíli jsou nejvíce podložené dvě hypotézy.
První je hypotéza termoregulace. Ptačí nohy nejsou opeřené, a proto jsou důležité pro výměnu tepla. Vědci je nazývají „tepelná okna“: v horkém počasí se přebytečné teplo odvádí nohama a v chladném počasí se jejich krevní zásobení snižuje, aby se udrželo teplo (to je možné díky protiproudému systému tepen a žil v nohách , viz doslov k problému Royal Incubator ).
Pozorování ukazují, že v chladném počasí ptáci stojí na jedné noze častěji než v teplém počasí, zatímco unesená noha je často skryta v opeření hrudníku. To pomáhá snížit tepelné ztráty a množství energie vynaložené na termoregulaci na polovinu. Na ledu ptáci také často stojí na jedné noze a druhou skrývají: v zimě pozorují kachny divoké nebo racky. Neopeřeným zobákem se také ztrácí teplo, takže ho ptáci schovávají pod ramenní peří (a ne pod křídlo, jak se pozorovateli zdá).
Stoj na jedné noze je navíc typičtější pro vodní ptactvo (kachny, husy, plameňáci, brodiví ptáci, volavky). Pozorování plameňáků ukázala, že podíl ptáků stojících na jedné noze je vyšší mezi těmi, kteří odpočívají ve vodě než na souši. Což je celkem logické, protože tělo ve vodě se ochlazuje rychleji než ve vzduchu o stejné teplotě (součinitel tepelné vodivosti vody je 0,6, vzduchu – asi 0,022). Kromě toho jsou prostředí v blízkosti vody obvykle otevřená, takže ptáci tam mohou být náchylnější ke ztrátě tepla prouděním větrem.
Červení plameňáci, Zoo Duisburg, Německo. Foto Julia Mikhnevich, 2019
Co se týče ptáků, jako jsou potápky a potápky (viz obrázky dne, Potápky, které zapomněly létat a Potápka Úžasná), stavba jejich končetin jim neumožňuje stát na jedné noze – na souši se téměř nemohou pohybovat. Ve studené vodě však zvednou jednu nohu a posunou ji na stranu nebo ji schovají do peří.
Je také známo, že dlouhonozí ptáci (jako čápi, plameňáci a volavky) stojí na jedné noze častěji než krátkonozí, protože mají větší plochu pro přenos tepla (podobně se ptáci s delšími zobáky častěji schovávají jejich zobáky pod peřím při nízkých teplotách než u ptáků s krátkými zobáky). Studie několika druhů pobřežních ptáků tedy ukázala, že ptáci s delší relativní délkou nohou (například avocet australský a chůdařský) používají tuto polohu častěji než ptáci s kratšími nohami (například jespák rubínový).
Často můžete pozorovat, že ptáci, kteří spočívají na jedné noze, zvedají druhou nohu pouze částečně, aniž by ji schovali do opeření. A v této poloze stojí nejen v chladu, ale i v teplém počasí. Takže samotná termoregulace nemůže vysvětlit chování ptáků.
Druhá logická hypotéza zní snížení svalové únavy. Pamatujte, že stojíte v dlouhé řadě a přecházíte z nohy na nohu. Přesunutí váhy na jednu nohu pomáhá odpočívat druhé. Zástupci některých národů, například San (správnější název pro Křováky) v Jižní Africe nebo domorodí Australané, odpočívají a dokonce dřímají, stojí na jedné noze a přehazují pokrčenou druhou nohu přes stehno opěrné nohy. Pro další podporu se používá hůl nebo luk. Ptáci také někdy používají tento trik, protože svalové úsilí vyžaduje také přitažení nohy k tělu a držení v ohnuté poloze.
Čáp bělokrký odpočívá tak, že se postaví na jednu nohu a druhou nohu si opře o holeň té první. Fotografie z reinhold-necker.de
Američtí vědci provedli velmi zajímavé studie, aby tuto hypotézu ověřili. Nejprve umístili mláďata plameňáků v zoo na platformu, kterou bylo možné použít k měření těžiště ptáka. A viděli, že pták ve snu stál na jedné noze a zůstal úžasně nehybný. Totéž se nedá říci o období bdělosti, kdy se mládě předvádí nebo se rozhlíží. Tento vzorec může naznačovat přítomnost pasivních mechanismů pro udržení rovnováhy, zvláště důležitých během spánku.
Flamingo mládě spočívající na jedné noze
Za druhé, vynalézaví vědci získali přístup ke dvěma mrtvolám dospělých plameňáků a začali se zesnulému posmívat, měnili polohu jejich nohou a kývali jejich těly různými směry. Ukázalo se, že tělesná hmotnost může být podepřena na jedné noze, když je posunuta pod úhlem přibližně 20 stupňů od vertikály. A přesně tak stojí živý pták: noha je umístěna přísně pod těžištěm (a nachází se v oblasti prsních svalů). Klouby mrtvých plameňáků jsou ve stejné poloze jako klouby živých. Pokud je noha orientována svisle, jako v postoji na dvou nohách, dochází ke ztrátě stability a ke kolapsu těla. Z čehož vědci usoudili, že stát na jedné noze vyžaduje menší svalové úsilí než stát na dvou. To znamená stabilizovat postoj na dvou nohách, bоvětší svalové úsilí.
Navzdory skromnému množství experimentálních dat se zdá, že obě hypotézy fungují, protože řada ptáků raději stojí na jedné noze: dlouhonozí i krátkonozí, žijící v chladném a horkém klimatu, a dělají to za každého počasí. I když ve skutečnosti lze obě výše popsané hypotézy spojit v jednu – úsporu energie. A rozšířenost držení jedné nohy ve světě ptáků ukazuje na její mimořádný význam. Ptáci přece musí udělat kompromis – buď zmrznou, nebo spadnou do drápů či zubů predátora. Vzlétnout nebo utéct s jednou nohou totiž zabere více času než začít se dvěma.
Doslov
Otázka “proč?” Diskutovali jsme o tom, zbývá jen pochopit “jak?” Jak přesně se ptákovi podaří stát na jedné noze a nepřepadnout na bok? Navíc někteří ptáci jsou vynikající ve skákání na jedné noze, jako jsou jespáci, avoceti a chůdaři. A jednou na ostrově Kolguev jsme s kolegou pozorovali husu jednonohou a ta nám velmi chytře a rychle utekla.
Hejno jespáků poskakujících na jedné noze
Takže jaké je to tajemství? Těžiště ptáků je posunuto dopředu, protože si vyvinuli velkou masu prsních svalů potřebných k letu a také přišli o dlouhý ocas, na který se jejich předkové archosauři spoléhali. Proto, aby udržely rovnováhu, končetiny změnily svou strukturu. Když pták stojí na dvou nohách a nehýbe se, jeho stehenní kost je umístěna téměř vodorovně, v úhlu asi 90 stupňů ke kolennímu kloubu, a je posunuta zpět. Aby pomohli udržet rovnováhu, vyvinuli ptáci jedinečnou adaptaci – protipliv (antitrochanter), proces nad acetabulem (je v něm uložena hlavice stehenní kosti). Ukazuje se, že u ptáků tvoří hlava stehenní kosti kloub nejen s acetabulem pánve, ale také s kontratrochanterem. Kontratrochanter slouží jako svorka, která omezuje pohyb stehenní kosti, zabraňuje jejímu převrácení při pohybu a kontratrochanter také absorbuje zátěže, které by jinak dopadly na hlavici stehenní kosti.
Kostra ptáků. levý je zobrazeno těžiště, vpravo – trochanter, antitrochanter, femur, fibula, tibiotarsus, intertarzální kloub a tarsometatarsus. Kresba z článku R. Neckera, 2010. Stehen der Vögel auf einem Bein: Mechanismen und mögliche Funktionen – eine Übersicht
V pozici na jedné noze je opěrná noha umístěna přesně pod těžištěm. To umožňuje ptákovi udržet rovnováhu bez potíží. Bylo také navrženo, že dlouhonozí ptáci mají v kloubech nějaký mechanismus, který pomáhá stabilizovat polohu těla.
levý — diagram ptáka stojícího na jedné noze s vyznačením zatížení každého kloubu. Kresba z článku M. Stolpe, 1932. Physiologisch-anatomische Untersuchungen fiber die hintere Extremiflit der Vögel. Vpravo — šedá husa stojící na jedné noze. Foto z článku R. Neckera, 2010. Stehen der Vögel auf einem Bein: Mechanismen und mögliche Funktionen – eine Übersicht
Anatomie je dobrá, ale musí se rozvíjet i orgán rovnováhy. Ptáci mají dva z nich – vestibulární aparát ve vnitřním uchu (jako vy a já) a v lumbosakrální páteři. Jedná se o tzv. lumbosakrální orgán. Podílí se na řízení pohybu na zemi a vestibulární aparát se podílí na řízení letu.
Lumbosakrální orgán je strukturován přibližně takto: uprostřed složité křížové kosti ptáků se mícha rozštěpí a vytvoří sinus kosočtvercového tvaru (viz obrázek). Uvnitř je velké glykogenové tělo, sestávající z velkých buněk obsahujících glykogen, které pocházejí z astrocytů. Mezi sousedními obratli v lumbosakrální oblasti jsou patrné hranice ve formě rýh, tvoří lumbosakrální kanálky, zevně podobné polokruhovým kanálkům vnitřního ucha. Pohyby těla mají za následek pohyb mozkomíšního moku, který stimuluje projekce mechanosenzitivních neuronů spojených s motorickým systémem a mozečkem.
Model lumbosakrálního rovnovážného orgánu. Pohyby těla vedou k pohybu mozkomíšního moku v míšním kanálu (zobrazeno žlutá), který stimuluje přídatné laloky (AL), které obsahují mechanosenzitivní neurony spojené s motorickým systémem a mozečkem. Kresba z reinhold-necker.de
Zajímavé je také zjištění, že nemocní skalní holubi nikdy neodpočívají v poloze na jedné noze. A o zdraví své andulky byste se měli začít bát poté, co začne odpočívat výhradně ve stoje na dvou nohách. S čím to souvisí, není jasné. Předpokládám, že v tomto případě je narušena funkce lumbosakrálního orgánu rovnováhy. Protože nemocní ptáci mohou létat.
