高速度カメラによるハチドリの急旋回
ハチドリは鳥界の戦闘機パイロットです。 時速55キロのスピードで潜り、旋回し、蜜を補給するために羽を激しく打ちながら空中でホバリングする。 このたび、研究者たちの多大な努力により、このような軽快な動きを可能にする要因の解明に一歩近づくことができました。
生物学者は、ハチドリがどれだけ速く飛べるか、どれだけ長くホバリングできるかを記録してきました。しかし、操縦性、つまり前後にすばやく動くことは、「研究するのが難しいことで知られています」と、カリフォルニア大学デービス校の進化生物学者ピーター ウェインライトは言います。 それは、「起こりうる一連の複雑な動きを含み、非常に自発的である」からです。
それでも、カナダのバンクーバーにあるブリティッシュ・コロンビア大学の大学院生だったパオロ・セグレは止めませんでした。 彼は、飼育されている鳥よりも飛ぶことに抵抗のない野生のハチドリを撮影してみることにしたのです。 その準備のために、彼は1年の大半を費やして、高速撮影のための4台のカメラとコンピュータ制御のシステムを完成させ、小型化した。 2ヵ月後、セグレはペルーにいた。彼と彼のチームは山を登り、ジャングルを抜けて完璧な場所を見つけた。 キャンプを張ると、太陽電池で動くカメラシステムを取り付けた大きなケージを作り、ハチドリを一羽ずつテストし始めた。 ハチドリが止まり木の間を飛び回り、中の蜜を吸う場所を訪れる様子を約30分間撮影した。 その後、ハチドリを放し、同じことを繰り返した。 Segre氏と彼のチームは、エクアドルのアンデス山脈、コスタリカの標高の高い場所と低い場所の3か所にステーションを設置しました。 ペルーでは、チームの実験場に2日間ずっと軍隊アリが群がっていた。 コスタリカでは、雷雨の中、夜中にワニがいる海を渡らなければならなかった。 現在、カリフォルニア州パロアルトにあるスタンフォード大学の生態物理学者であるセグレは、「私たちはほとんど雷に怯えていました」と当時を振り返る。
データが揃うと、Segre の研究室の同僚で、現在はワシントン D.C. のスミソニアン渡り鳥センターにいる博士研究員の Roslyn Dakin が、同僚とともに高度なソフトウェアを開発して、データを解析しました。 カメラが4台あったので、加速、減速、旋回、回転、急上昇、急降下などの回数を測定し、各鳥の飛行パターンを3次元で再現することができた。 これらの単純な動作が繰り返され、予測可能なパターンに組み合わされたのだ。 「より複雑な操縦は、より単純な操縦の連続によって構成されている」とセグレは説明します。
研究者が種間の飛行パターンを比較したところ、それぞれが得意な操縦に固執する傾向があることがわかりました（特に旋回については顕著です）。 しかし、体重の重いハチドリの種が、一般に加速と急旋回に優れていることに驚きました。 鳥やコウモリの研究から、研究チームはまったく逆の結果を予想していたのだ。 「しかし、ハチドリの大型種は、実際にはより操縦性に優れていたのです」と、ダキンは言う。 その理由はこうだ。 その理由は、体重の重いハチドリは、小型の種よりも筋肉や翼が比較的大きいからです」と、彼女らは本日、サイエンス誌に報告しました。 種によって異なる操縦行動は、概して、翼のサイズ、翼の表面積、体重、筋肉量などの構造的および生理的な特徴に起因していました。 さらに、飛行パターンに基づいて鳥類をグループ分けしたところ、ハチドリの家系を反映したクラスターが形成されていることがわかった。 5931>
Dakin氏は、この新しい操縦性の「フレームワーク」は、ロボット工学者が、不器用で壊れやすい飛行体をより少なくするための調整方法を理解するのに役立つと述べています。 ハーバード大学のバイオメカニストの Andrew Biewener は、ハチドリが急速な翼の動きを生成する能力は、敏捷性に役立つと述べています。 その結果、現在では生物学者よりもエンジニアの方が動物の飛行を研究していると、カリフォルニア大学バークレー校の生物学者であるロバート・ダドリーは付け加えています
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