Lot nietoperzy - Bat flight

Skrzydło nietoperza, które jest mocno zmodyfikowaną przednią kończyną

Nietoperze są jedynymi ssakami zdolnymi do prawdziwego lotu . Nietoperze wykorzystują lot do chwytania zdobyczy, rozmnażania się, unikania drapieżników i migracji na duże odległości. Morfologia skrzydeł nietoperza jest często wysoce wyspecjalizowana w potrzebach gatunku.

Ewolucja

Charles Darwin przewidział problem ze swoją teorią ewolucji przez dobór naturalny w ewolucji złożonych cech, takich jak oczy lub „struktura i nawyki nietoperza”. Rzeczywiście, najstarsze skamieniałości nietoperzy są bardzo podobne pod względem morfologii skrzydeł do dzisiejszych nietoperzy, mimo że żyły i umierały 52,5 miliona lat temu. Przypuszcza się, że wspólny przodek wszystkich nietoperzy był nadrzewnym czworonogiem z półkuli północnej . Przewiduje się, że przodek ten żył 64 miliony lat temu na pograniczu kredy i paleogenu , na podstawie danych molekularnych i paleontologicznych. Istnieje luka w zapisie kopalnym i nie istnieją żadne skamieliny przejściowe od tego czworonożnego przodka do pojawienia się współczesnego nietoperza. Nie jest jasne, jak długo trwało przejście od czworonożności do lotu z napędem. Po ewolucji lotu z napędem nietoperze przeszły ogromne promieniowanie adaptacyjne , stając się drugim po gryzoniach najbardziej gatunkowym rzędem ssaków .

W badaniu z 2011 r. postawiono hipotezę, że zamiast ewoluować z szybowców, przodkowie nietoperzy byli trzepotami, chociaż naukowcy nie znaleźli żadnych rzeczywistych dowodów na tę teorię. W badaniu z 2020 r. sugerowano, że lot nietoperzy mógł powstać niezależnie co najmniej trzy razy, w grupach Yangochiroptera , Pteropodidae i Rhinolophoidea .

Adaptacje do lotu

Aby umożliwić lot z napędem, nietoperze musiały wyewoluować kilka cech. Lot nietoperzy wymagał zwiększenia powierzchni błony między palcami kończyn przednich, między kończynami przednimi i tylnymi oraz między kończynami tylnymi. Nietoperze musiały również wyewoluować cieńszą kość korową, aby zredukować naprężenia skręcające wytwarzane przez napędzające ruchy w dół. Nietoperze musiały przekierować unerwienie do mięśni skrzydeł, aby umożliwić kontrolę lotu z napędem. Siła i masa mięśni kończyn przednich również musiały zostać zwiększone, aby umożliwić mocne uderzenia w górę i w dół.

Kształt skrzydła

Skrzydło akord

Cięciwy długość skrzydła nietoperza jest odległość od krawędzi natarcia do krawędzi spływu , mierzony równolegle do kierunku lotu. Średnia długość cięciwy jest znormalizowaną miarą, która oddaje reprezentatywną długość cięciwy w całym cyklu klapy. Mając powierzchnię skrzydeł S i rozpiętość b , cięciwę średnią można obliczyć ze wzoru: ${\displaystyle {\bar {c}}}$

${\ Displaystyle {\ bar {c}} = {\ Frac {S} {b}}}$

Współczynnik proporcji

Format obrazu został obliczony z różnymi definicjami. Dwie opisane tutaj metody dają różne, nieporównywalne wartości. Pierwsza metoda obliczania wykorzystuje rozpiętość skrzydeł b oraz powierzchnię skrzydeł S i jest wyrażona wzorem,

${\ Displaystyle {\ tekst {AR}} \ równoważnik {\ Frac {b ^ {2}} {S}} = {\ Frac {b} {\ bar {c}}}}$

Stosując tę ​​definicję, typowe wartości współczynnika kształtu mieszczą się w zakresie od 5 do 11 w zależności od morfologii skrzydeł danego gatunku. Szybsza prędkość lotu jest znacząco skorelowana z wyższymi proporcjami. Wyższe współczynniki kształtu zmniejszają energetyczne koszty lotu, co jest korzystne dla gatunków wędrownych.

Innym sposobem obliczenia współczynnika kształtu skrzydła jest pobranie długości nadgarstka do czubka trzeciego palca, dodanie długości przedramienia, a następnie podzielenie tej sumy przez odległość od nadgarstka do piątego palca.

Ładowanie skrzydła

Obciążenie skrzydła to waga nietoperza podzielona przez powierzchnię skrzydła i wyrażona w jednostce N/m ² (niutony na metr kwadratowy). Dla nietoperza o masie m obciążenie skrzydła Q wynosi:

${\ Displaystyle Q = {\ Frac {mg} {S}}}$

W przypadku nietoperzy wartości obciążenia skrzydeł zwykle wahają się od 4 do 35 N/m ^{2 w} zależności od gatunku nietoperzy. Obciążenie masowe różni się jedynie stałą g i wyraża się w kg/m ² .

W metaanalizie obejmującej 257 gatunków nietoperzy zaobserwowano wyższe względne wartości obciążenia skrzydeł u nietoperzy latających z większymi prędkościami, podczas gdy niższe wartości obciążenia skrzydeł były skorelowane z lepszą manewrowością lotu. Ponadto zaobserwowano, że nietoperze z mniejszym obciążeniem skrzydeł miały lepszą zdolność przenoszenia masy i były w stanie przenosić większą zdobycz podczas lotu.

Końcówki skrzydeł

Nietoperze z większymi końcówkami skrzydeł mają mniejszą prędkość lotu. Skrzydła z zaokrąglonymi końcówkami mają mniejsze wydłużenie i wiążą się z wolniejszym, bardziej zwrotnym lotem.

Morfologia skrzydeł w odniesieniu do ekologii

Szybkie jastrzębie

Nietoperze, które zjadają owady przez sokolnictwo (pogoń z powietrza i chwytanie) muszą być zdolne do poruszania się z dużą prędkością i muszą odznaczać się dużą zwrotnością. Adaptacje morfologiczne, które sprzyjają temu stylowi lotu, obejmują wysokie obciążenie skrzydeł, długie i spiczaste końcówki skrzydeł oraz skrzydła o wysokim współczynniku wydłużenia. Rodzina nietoperzy Molossidae jest uważana za wysoce wyspecjalizowaną w sokolnictwie, z niezwykle wysokimi wydłużeniami i obciążeniem skrzydeł. Te cechy sprawiają, że są zdolne do niewiarygodnie dużych prędkości. Nietoperze meksykańskie są uważane za najszybsze ssaki na ziemi, zdolne do lotu poziomego z prędkością do 160 km/h po płaskiej powierzchni.

pokłosie

Nietoperze zbierające owady chwytają stacjonarną zdobycz na twardym podłożu. Ta metoda żerowania wymaga, aby nietoperze unosiły się nad podłożem i nasłuchiwały odgłosów owadów. Krótkie, zaokrąglone końcówki skrzydeł nietoperzy pokłosianych mogą być korzystne, aby umożliwić manewrowość lotu w zagraconej przestrzeni powietrznej. Spiczaste końcówki skrzydeł mogą być szkodliwe dla zdolności nietoperza do zbierania owadów.

Trałowanie

Nietoperze w tym stylu żerowania zrywają owady z powierzchni akwenu. Rybożercy stosują ten sam styl lotu, aby łowić ryby tuż pod powierzchnią wody. Nietoperze trałujące poruszają się z mniejszą prędkością, co oznacza, że ​​wymagają niskiego obciążenia skrzydeł.

Frugivory

Frugivores mają poniżej przeciętnej proporcje. Nietoperze owocożerne charakteryzują się zmiennym obciążeniem skrzydeł, co odpowiada pionowej stratyfikacji lasów deszczowych. Nietoperze owocożerne, które przemieszczają się pod baldachimem, mają większe obciążenie skrzydeł; nietoperze poruszające się nad baldachimem mają pośrednie obciążenie skrzydeł; nietoperze, które podróżują po podszyciu, mają niskie obciążenie skrzydeł. Ten wzorzec zmniejszania obciążenia skrzydeł, gdy przestrzeń powietrzna staje się bardziej zaśmiecona, jest zgodny z danymi, które sugerują, że mniejsze obciążenie skrzydeł wiąże się z większą zwrotnością.

nektaroryba

Zwierzęta nektarożerne , podobnie jak pokłosie, często wykorzystują zawisanie podczas żerowania. Unoszące się w powietrzu nektarożercy częściej mają zaokrąglone końcówki skrzydeł, co pomaga w manewrowaniu. Nektaryjki, które lądują na kwiatach przed żerowaniem, mają gorszą zwrotność. Na ogół nektarożerne mają niższe współczynniki kształtu, co czyni je bardziej przystosowanymi do latania w zagraconym środowisku. Zwierzęta nektarożerne, które migrują do sezonowych zasobów pokarmowych, takich jak rodzaj Leptonycteris , mają mniejsze obciążenie skrzydeł niż gatunki nektarożerne o małym zasięgu występowania.

mięsożerność

Nietoperze, które zjadają zdobycz zwierząt innych niż owady, korzystają z niskiego obciążenia skrzydeł, co pozwala im podnosić i przenosić większe ofiary. Ta zwiększona zdolność do podnoszenia pozwala nawet na wznoszenie się z ziemi, niosąc zdobycz, która stanowi połowę ich masy ciała.

Sanguinivory

Trzy gatunki nietoperzy sanguinivore należą do podrodziny Desmodontinae . Nietoperze te charakteryzują się stosunkowo dużym obciążeniem skrzydeł oraz małą lub średnią rozpiętością skrzydeł. Duże obciążenie skrzydeł umożliwia im szybszą prędkość lotu, co jest korzystne, gdy muszą dojeżdżać na duże odległości ze swoich kryjówek, aby znaleźć zdobycz. Wampir zwyczajny ma średni współczynnik proporcji i bardzo krótki, lekko zaokrąglone końcówki skrzydeł. Owłosione nogami wampira BAT ma najmniejszy współczynnik proporcji trzech gatunków; ma również stosunkowo długie i zaokrąglone końcówki skrzydeł. Wampirzyce o włochatych nogach są bardziej przystosowane do lotów zwrotnych niż pozostałe dwa gatunki. Białoskrzydła wampira BAT ma najwyższy proporcje tych trzech gatunków, co oznacza, że najbardziej przystosowanych do długich lotów.

Bibliografia