Vysokorychlostní kamery odhalují, jak se kolibříci dokáží otočit na pětníku
Kolibříci jsou stíhací piloti ptačího světa, potápějí se a kličkují rychlostí až 55 kilometrů za hodinu – pak se na pětníku otočí a vznášejí se ve vzduchu, zběsile bijí křídly a tankují nektar. Nyní jsou vědci díky svému heroickému úsilí o krok blíže k tomu, aby zjistili, proč jsou tito živočichové tak mrštní. Nová práce nejenže pomáhá vysvětlit jejich složitou choreografii, ale může také vést k vytvoření obratnějších robotů a dronů.
Biologové zjistili, jak rychle kolibříci dokážou létat a jak dlouho se dokáží vznášet, ale manévrovací schopnosti – všechno to poletování sem a tam – je „notoricky obtížné studovat“, říká Peter Wainwright, evoluční biolog z Kalifornské univerzity (UC) v Davisu, který se na nové práci nepodílel. To proto, že „zahrnuje komplikovaný soubor možných pohybů a je velmi spontánní.“
To nezastavilo Paola Segreho, tehdy postgraduálního studenta na University of British Columbia v kanadském Vancouveru. Rozhodl se to zkusit tím, že natočil kolibříky ve volné přírodě, kteří mají při létání menší zábrany než jejich protějšky v zajetí. Aby se na to připravil, strávil větší část roku zdokonalováním a miniaturizací počítačem koordinovaného systému čtyř kamer pro vysokorychlostní natáčení.
O dva měsíce později byl Segre v Peru. Se svým týmem zdolával hory a prodíral se džunglí, aby našel ideální místo. Jakmile se utábořili, postavili velkou klec vybavenou kamerovým systémem na solární pohon a začali kolibříky jednoho po druhém testovat. Výzkumníci natáčeli každého ptáka po dobu asi 30 minut, když přelétával mezi bidýlky a navštěvoval nektarovou krmnou stanici uvnitř. Pak ptáka pustili a celý proces zopakovali. Segre a jeho tým zřídili stanice na dalších třech místech: v ekvádorských Andách a v táborech ve vysokých a nízkých nadmořských výškách v Kostarice.
Získání dat nebylo snadné. V Peru bylo testovací místo týmu dva dny v kuse zaplaveno armádními mravenci. V Kostarice se Segre a jeho kolegové museli brodit přes vodu zamořenou krokodýly – v noci uprostřed bleskové bouře. „Nejvíc nás vyděsily blesky,“ vzpomíná Segre, nyní ekofyziolog na Stanfordově univerzitě v kalifornském Palo Altu. Vědci nakonec pořídili videozáznamy 207 ptáků patřících k 25 druhům.
Když měli data k dispozici, Segreho kolegyně z laboratoře, postdoktorka Roslyn Dakinová, která nyní pracuje ve Smithsonově centru pro stěhovavé ptáky ve Washingtonu, D.C., vyvinula se svými kolegy sofistikovaný software pro jejich analýzu. Díky čtyřem kamerám mohli vědci rekonstruovat průběh letu každého ptáka ve třech rozměrech a změřit, kolikrát mimo jiné zrychlil, zpomalil, otočil se, zatočil, vznesl se nebo klesl. Každý z těchto jednoduchých pohybů se opakoval a kombinoval do předvídatelných vzorců. „Složitější manévry se skládaly ze sekvencí jednodušších manévrů,“ vysvětluje Segre.
Když vědci porovnávali letové vzory mezi jednotlivými druhy, zjistili, že každý z nich má tendenci držet se manévrů, které mu jdou nejlépe (což platí zejména pro zatáčky). S překvapením však zjistili, že těžší druhy kolibříků jsou obecně lepší ve zrychlování a provádění ostrých zatáček. Na základě studií ptáků a netopýrů tým očekával přesný opak. „Ale větší druhy kolibříků byly ve skutečnosti obratnější,“ říká Dakin. Důvod: Spolu se svými kolegy dnes v časopise Science uvádí:
Několik dalších trendů se ukázalo. Manévrovací chování, které se u jednotlivých druhů lišilo, se obecně odvíjelo od strukturálních a fyziologických znaků, jako je velikost křídel, plocha křídel, hmotnost a svalová hmota. Nakonec, když tým seskupil ptáky podle způsobu letu, zjistil, že shluky odrážejí rodokmen kolibříků:
Dakin říká, že tento nový „rámec“ manévrovatelnosti by mohl pomoci robotikům pochopit, jak upravit své letce, aby byli méně neohrabaní a křehcí. Zvláště užitečná je schopnost kolibříků vytvářet rychlé pohyby křídel, což pomáhá obratnosti, říká Andrew Biewener, biomechanik z Harvardovy univerzity. V důsledku toho, dodává Robert Dudley, organismolog z Kalifornské univerzity v Berkeley, studuje nyní let zvířat ještě více inženýrů než biologů.
.