Економіка планування

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 58

Лісові ссавці, які живуть на деревах, регулярно перебираються з одного дерева на інше. Роблять вони це по-різному. Кажани, зрозуміло, перелітають, інші види стрибають з гілки на гілку або долають цю відстань по землі. Але є й такі, які планують, розкинувши лапи, поєднані широкою шкіряною перепонкою. Тварини планують зверху вниз, тому, щоб потрапити в намічене місце, їм нерідко доводиться раніше видертися вище по стовбуру і звідти вже кидатися. Чим далі потрібно пролетіти, тим вище доводиться забиратися. Можливо, комусь цей метод здасться занадто клопітким, проте відомо більше 60 сучасних плануючих видів ссавців, а також не менше трьох вимерлих груп, найдавніша мешкала близько 130 млн років тому. І якщо планування регулярно виникає в ході еволюції в різних систематичних групах, значить, тварини, які практикують подібний спосіб переміщення, отримують від нього якусь вигоду. Біологи припускають, що ссавці таким чином вислизають від наземних хижаків або економлять енергію. Втім, одне не виключає іншого.

В енергетичній гіпотезі засумнівалися фахівці Каліфорнійського університету і Королівського ветеринарного коледжу в Норт Мімз, Великобританія (The Journal of Experimental Biology, 2011, 214, 2690-2696, doi: 10.1242/jeb.052993). Для її перевірки потрібно порівняти енергію, яку тварина витрачає, щоб забратися на висоту, з якої можна спланувати на потрібну відстань, і витрати на подолання тієї ж дистанції по гілках на чотирьох лапах (рис. 1). Такі розрахунки проводили неодноразово, але при цьому їх автори використовували математичні моделі та усереднені фізіологічні показники. Експериментальних даних про енергетичну вартість лазання по деревах взагалі вкрай мало.

Ріс. 1. Тварина переміщається з дерева на дерево. Дослідники порівняли енергію, необхідну, щоб забратися на потрібну для планування висоту, і витрати на подолання такої ж відстані по гілках

Щоб заповнити цю прогалину, англо-американська команда спостерігала в природних умовах за поведінкою малайських шерстокрилів Galeopterus variegatus (фото на початку статті). Цей звір належить до загону шерстокрилів, в якому всього два види, малайський і філіппінський. Довжина його тіла становить 33-42 см, і ще 17-22 см припадає на хвіст, розмах кінцівок 70-120 см, вага 1-1,75 кг. Це мешканець вологих джунглів, а також кокосових і бананових плантацій Південно-Східної Азії. Шерстокрили проводять життя на деревах і з доброї волі на землю не спускаються. Шкіряна складка шерстокрила велика настільки, наскільки можливо, вона доходить до самого кінчика хвоста, навіть проміжки між пальцями нею затягнуті, що робить цю тварину кращим планеристом серед ссавців.

Малайський шерстокрив Galeopterus variegatus (самка з дитинчат)

Дослідники працювали в Сінгапурі, де зловили шість самців шерстокрилів і прикріпили їм на спини акселерометри, які вимірюють прискорення в трьох напрямках і записують свідчення протягом 304 годин. Прилад важить всього 29 г, для спостережень відбирали тварин важче 700 г, так що вага акселерометра не перевищувала 4% від маси тіла. Оскільки самки планують навіть з 400-грамовими дитинчатами, маленький приладчик не повинен істотно впливати на аеродинамічні властивості шерстокрилів. Акселерометр приклеювали на вибриту ділянку спини (рис. 2). Відпустивши тварину, дослідники спостерігали за нею, поки це було можливо, вимірюючи горизонтальні відстані лазерним далекоміром. Кожен прилад був забезпечений радіопередавачем, який дозволяв стежити за шерстокрилами, а коли акселерометр природним чином відвалиться, відшукати його. Отримані дані обробили за допомогою комп’ютерної програми.

Рис, 2. Малайський шерстокрив з акселерометром на спині. Прилад закріплювали в такому місці, де він не порушував рівноваги при плануванні

Коли тварина лізе по стовбуру, вона обхоплює дерево і переміщує попарно передні і задні лапи. На записі легко відрізнити поривчасте карабкання, переповзання на гілки, що відходять під кутом, і ковзання з дерева на дерево. Можна також обчислити швидкість руху та подолану відстань.

Метаболічні витрати шерстокрилів ніхто не вимірював. Щоб знайти можливу витрату енергії на горизонтальне переміщення по кронах, дослідники скористалися даними фізіологів Гарвардського університету під керівництвом Чарльза Тейлора, які розрахували енергетичну ціну наземного руху ссавців і птахів з урахуванням швидкості і розмірів тіла (Journal of Experimental Biology, 1982, 97, 1-21). Про енергію, яка йде на підйом, судили за експериментальними даними фахівців Університету Дьюка, які вимірювали витрату кисню біля приматів з масою тіла від 167 г до 1,4 кг: тварин змушували з максимальною швидкістю дертися по рухомій вертикальній мотузці (Science, 2008, 320, 898, doi: 10.1126/science.1155504). Примат разом з мотузкою був укладений в тісний плексигласовий погляд, так що вибору у нього не було — тільки вгору.

В результаті дослідники зібрали дані про 382 години життя чотирьох шерстокрилів. Тварини активні виключно між заходом і сходом. За цей час прилади зафіксували 258 випадків планування з дерева на дерево, перед якими вовни карабкалися вгору по стовбуру. Один політ довжиною 1-145 метрів займав від 0,64 до 15,14 секунди. Щоб спланувати на сусіднє дерево, шерстокрили забиралися на висоту до 36 метрів. За ніч окремі тварини долали відстань від 38 до 320 метрів по стовбуру і 130-1342 метри по горизонталі. На подолання такої дистанції по кронах тварини витратили б від 2,37 до 21,5 кДж, на лазання перед плануванням у них йде 3,83-33,75 кДж. Виходить, що підйом і планування коштують приблизно в півтора рази дорожче, ніж переміщення гілками на ту ж відстань.

Енергетичну ціну карабкання за стволом вчені розраховували на підставі чужих експериментів, які проводили тільки при одній швидкості руху мотузки. Тому дослідники вирахували енергію лазанья і іншим способом, помноживши масу тіла тварини на прискорення вільного падіння і висоту підйому. Результати вийшли навіть трохи вище: 4,7-37,4 кДж, так що планування ніякої економічної вигоди шерстокрилам не приносить. Вчені зазначають, що переміщення вузькими і тонкими гілочками вимагає додаткових зусиль для підтримки рівноваги, тому за енерговитратами можна порівняти з бігом по землі. Але цією обставиною можна знехтувати, оскільки ціна лазанья незрівнянно вище витрат на будь-яке горизонтальне переміщення.

Малайський шерстокрив проводить життя на деревах

Ще один аргумент проти «енергетичної» гіпотези — мала рухливість шерстокрилів. Вони витрачають на карабкання менше відсотка добового часу, на планування — менше 0,25%, витрачаючи на все це 1,5% добової енергії. У інших тварин, гігантського летючого шматкуса Petauroides volans і великої сумчастої літяги Petaurus australis, розклад часу приблизно такий же — 6 і 4%. На цьому не заощадиш.

Шерстокрили — неперевершені планеристи, середній кут спуску становить у них 15 градусів, це менше, ніж у інших тварин, що планують, включаючи летяг і сумчастих, які, отже, долають меншу горизонтальну відстань. Виходить, що для них планування з енергетичної точки зору ще менш вигідно, ніж для шерстокрилів. Однак такий спосіб переміщення має місце, він привабливий чимось ще.

Перш за все — це швидко. Невідомо, з якою швидкістю пробирається шерстокрил у кроні дерева, але інші лісові тварини на вузьких тонких гілках не розганяються швидше метра за секунду. Швидкість планування шерстокрила перевищує 10 м/с, перевага очевидно. Таким чином, шерстокрил може вислизнути від хижака і звільняє багато часу для годування. Шерстокрили харчуються листям і плодами, травлення у них відбувається швидко, є доводиться багато, і невигідно від цього процесу відволікатися. Планування також дозволяє потрапити у важкодоступне місце, куди іншим шляхом не дістатися.

І нарешті, є ситуації, в яких планування все-таки дозволяє заощадити енергію. Коли дерева не стикаються кронами, тварини не можуть подолати таку відстань по гілках. Якби шерстокрилу довелося злазити на землю, топати пішки до сусіднього дерева і на нього забиратися, це обійшлося б йому куди дорожче.

Але все-таки головний виграш шерстокрилів при плануванні — це час. За нього не шкода і заплатити.