Влияние ветра и других факторов погоды на строй летящих птиц

Обращаясь к условиям полета, следует отметить, что при образова­нии птицами определенного строя в полете из всего арсенала стайных построений, характерных каждому виду птиц, среди ряда факторов: ко­личество птиц в стае и высота полета, время суток и цель полета (местный полет в поисках корма, дальняя миграция и т.д.) — не последнюю роль играют погодные условия, главным образом сила и направление ветра относительно курса летящей стаи.

Хорошо известно, что если ночью при полной темноте птицы летят поодиночке или беспорядочной чаще всего сильно разреженной стаей, часто перекликаясь между собой, то днем — упорядоченными и более компактными, включая все скученные и линейные формы, т.к. ведущая роль в поддержании плотности и конфигурации стай в это время принадлежит исключительно зре­нию. К тому же даже при осу­ществлении посадки птиц в темноте и в сумерках на деревья или на землю и воду главную роль играет зрение.

Было отмечено, что при дневном полете формы скученных построений птиц, т.е. их "обтекаемость", как и угол, образованный сторонами (ветвями) угловых линейных стай, зависят, в первую очередь, от силы и направления ветра относительно его ориен­тации к оси летящей стаи. На примере утиных птиц - направле­ние и сила ветра, с одной стороны, и строй птиц — с другой, взаимосвязаны: строй птиц наиболее сужен (как бы "обтекаем") при встречном и встречно-боковом ветре большой силы и более развернут при попутном и попутно-боковом. В последнем случае должна повышаться "парусность" каждой отдельно летящей в стае птицы. Против ветра птицы летят более заостренным строем, а по ветру — тупым или развернутым. При строго боковом ветре строй птиц часто бывает вытянут вдоль ветра (полет шеренгой). При полете птиц угловым или скученным упорядоченным строем при попутно-боковом ветре длинная сторона (ветвь) угла чаще всего вытянута вдоль направ­ления движения воздуха, что значительно облегчает полет птиц. При полете по ветру направление оси туловища каждой птицы в любом стайном построении совпадает с направлением ветра, а при полете птиц при других направлениях ветра относительно движения птиц ось их туловища находится к ветру под определенным углом. На этот счет в орнитологической литературе есть сведения о том, что во время миграционного полета птиц наблюдается взаимосвязь между положением оси их тела в воздушном потоке, скоростью полета и направлением ветра, но не с его силой.

Усиление ветра от слабого до сильно­го (от 5 м/с до 10 м/с и выше) способствует формированию более упоря­доченных стай в полете. Кроме этого, птицы, летящие строгой стаей (линейной) и скученными упоря­доченными построениями, при прочих одинаковых условиях полета летят выше, чем птицы, образующие беспорядочные и рыхлые стаи. Сильный ветер (свыше 10-15 м/с, или 6 - 7 баллов по 12-балльной шкале Бофорта), главным образом встречный и встречно-боковой, снижает высоту их полета, делая хоро­шо видимой массовую миграцию стайных видов птиц. Поэтому во вре­мя хорошо наблюдаемого визуального массового пролета птиц обычно преобладают ветры встречных и встречно-боковых направлений слабой и умеренной силы (до 6 баллов, или до 10 м/с). При очень сильных и штормовых ветрах (свыше 7 баллов, или 15-30 м/с) пролет затухает. Это связано с частичным несовпадением направлений движения теплых и холодных воздушных масс в средних широтах Северного полушария Земли с направлением передвижения пролетных стай в период массо­вых сезонных миграций птиц. При попутном и попутно-боковом ветре стаи птиц, главным образом упорядоченных форм, летят выше. К этому следует добавить, что в ясную погоду лет стай выше, а в пасмурную (облачность, осадки) и в туман — ниже. Низкая облачность и сильный дождь, гроза и снегопад снижают высоту и скорость полета стай. В яс­ную погоду скученные неупорядоченные стаи имеют, как правило, меньшую скорость полета относительно поверхности земли, чем ску­ченные упорядоченные стаи, а линейные построения птиц при всех про­чих одинаковых условиях летят выше и с большей скоростью (напри­мер, утиные птицы превышают среднюю скорость в 60 км/ч).

Птицы при полете в виде сложных линейных построений перестраи­ваются в полете чаще, чем при полете в форме простых линейных стай, т.к. их более сложные построения в большей степени зависят от силы и направления ветра относительно курса их передвижения. По этой при­чине простые линейные построения, например, утиных птиц наблюдаются в полете в большем количестве, чем сложные линейные стаи, как при умеренных, так и сильных ветрах, главным образом при встречных и встречно-боковых направлениях. К этому следует доба­вить, что при полете птиц на большой высоте (свыше 300 м) в штиль или при слабом ветре любого направления относительно курса полета птиц линейный строй стай сложнее и стабильнее, чем в иных условиях. При благоприятных условиях полета (отсутствие облачности, попутный ветер и т.д.) транзитные стаи (пеликаны, бакланы, крупные виды уток, гуси, лебеди и др.) многочисленнее (до 500 и более особей) местных и летят они выше и более сложными линейными построениями. Частич­ной перестройке подвержена чаще всего периферийная часть сложных построений (сдвоенные или строенные клинья, углы, дуги, "лесенки" и т.д.), чем их "ядро", роль которого в большинстве случаев выполняет передняя или центральная часть стаи.

Таким образом, птицы используют аэродинамические преимущества формы стаи, как группового построения. При полете строем птицы вы­страиваются таким образом, чтобы ветер любого направления минимально затруднял их полет и максимально облегчал его по принятому ими курсу. С учетом частых смен фигур летящей стаей и места птицы в общем строю, все птицы имеют выгоду от полета строем перед одиноч­ным полетом в аналогичных условиях. На первый план выступают чис­то экологические и этологические факторы: помимо преимуществ определенных фигурных построений птиц в сложных погодных условиях полета (выигрыш строя птиц в ветер), стайная ориентация, эстафетная миграция стай и другие. Полет упорядоченной стаей облегчает средним и крупным птицам выбор пути пролета более благоприятного с аэродинамической точки зрения; в свою очередь, мелкие птицы, обладающие в основном лучшим зрением, летают рассеянно или рыхлыми неупорядоченными стаями.

Очевидно, что при прямолинейном построении или при полете це­почкой ("вереницей") максимальную нагрузку при любом ветре испытывает впереди летящая птица, что происходит из-за необходимости выбора дороги (напряжение внимания), из-за сопротивления воздуха, усиливающегося встречным ветром. Именно этим русские орнитологи (Мензбир, 1893 - 1895; Житков, Бутурлин, 1907; и др.) объясняли частую смену ведущей птицы ("вожака") при линейном построении стаи (углом, линией, цепочкой, скосом и т.д.) в полете у журавлей, пеликанов, колпиц, бакланов и других птиц, совершающих дальние перелеты.

При этом замена ведущей птицы происходит по-разному: у журавлей, пеликанов, колпиц и некоторых других видов по мере их передвижения впереди летящая птица через каждые 4-5 минут отстает и занимает место сзади стаи (линии, скоса, угла и других стреловидных форм стай), а ее место занимает следующая за ней птица, которая потом, в свою очередь, замещается следующей по порядку птицей и т.д.; в отличие от них, у бакланов, летящих над водой цепью, происходит смена места заднего" на "переднего" перелетом через весь ряд (точнее — цепочку),так что издали кажется, будто черный холст перекатывается по морю" (Мензбир, 1893-1895).

Таким образом, изменение нагрузки, приходящейся на конкретную птицу, летящую в стае, зависит лишь от ее места в строю относительно других птиц, от изменения силы и направления ветра. Других аэроди­намических выигрышей от стайного построения птиц, предполагаемых некоторыми орнитологами за счет так называемых восходящих воздушных "вихревых шнуров", просто нет, т.к. при полете птиц любым строем не сохраняется строго выдержанного места каждой птицей относительно соседних птиц стаи в течение сколько-нибудь продолжительного периода времени, исчисляе­мого минутами, и тем более не сохраняется строгого расстояния между летящими в строю птицами, как и оптимального в аэродинамическом отношении угла. В стреловидной стае журавлей этот угол должен со­ставлять 54°40', а у скворцов, летающих только скученными стаями, между рядом летящими птицами он должен быть равен 54°7'. Однако этот угол, практически, при по­лете птиц линейной угловой стаей изменяется в больших пределах: от очень острого (< 10°) до развернутого (180°), т.е. до шеренги или фрон­та.

Американские розовые пеликаны (Pelecanus erythrorhynchos) в полете в различных угловых линейных по­строениях образуют углы от 24° до 122° (в среднем 69,40 ±4,45°, при г = 0,15, р > 0,30), постоянно изменяя пятикратно интервал между рядом летящими птицами от 1,3 до 6,2 м (в среднем 3,40 ± 0,25 м) и совершая полет без синхронизации работы крыльев. В свою очередь, в угловых построениях канадских казарок (Branta canadensis) по данным одних авторов (Gould, Heppner, 1974) угловые показатели изменяются незна­чительно (34,20 ± 2,86°), а согласно сообщению других канадских ис­следователей (Williams et al., 1976) углы в построениях этих птиц изменяются в пределах 38 - 124° (в среднем 71,5013,10°). В то же время интервал между рядом летящими канадскими казарками в стае в среднем равнялся 4,10 ± 0,14 м, колеблясь в общих пределах от 2,5 м до 12,8м (Gould, Heppner, 1974). При исследовании полета строем короткоклювых гуменников (Anserfabalis brachyrhynchus) с целью выяснения возможной экономии энергии было установлено, что птицами совершенно не выполняются два условия, необхо­димых для получения экономии энергии при полете строем, каковыми являются, во-первых, постоянное расстояние между ближайшими вер­шинами крыльев двух соседствующих в стае птиц (отмеренное перпен­дикулярно к направлению полета), которое должно быть с перекрыванием их проекций (порядка 6,0 ± 1,0 см), и, во-вторых, расстояние меж­ду центрами тела птиц (отмеренное параллельно направлению полета) должно составлять 46,2 см, а на самом деле равняется 80 ± 10 см. Из этого авторы сделали, на наш взгляд, правильное заключение, что, оче­видно, размещение короткоклювых гуменников в стае определяется не столько экономией энергии, сколько удобством поддержания визуаль­ного контакта птиц в стае. Кроме этого, у птиц, летящих в составе ли­нейной или скученной стаи, частота взмахов крыльев даже в одновидовой (чистой) стае постоянно меняется, не говоря уже о полете разных видов птиц с их столь различной частотой взмахов крыльев в совместной (смешанной) стае, как нет и синхронности взмахов крыльев у птиц даже в одновидовых стаях, т.е. нет согласованности по фазе взмахов крыльев птиц. К тому же при дальних перелетах на большой высоте большого числа птиц — раз­ных видов гусеобразных (лебеди, гуси, крупные утки), голенастых (каравайка, колпица и др.), куликов (кроншнепы), журавлеобразных, — как и при дальних и местных перелетах стай веслоногих (пеликаны, бакла­ны), фламинго и других птиц в форме клина, углов, вереницы, шеренги, скоса или косяка наблюдается сильное волнообразное колебание птиц относительно друг друга в сторону или сверху вниз. Это происходит не от усталости птиц, как считал М.А. Мензбир (1893 - 1895), а, очевидно, от сильного поры­вистого высотного ветра у гусеобразных и фламинго и от несбалансиро­ванности чередования машущего полета с планированием у веслоногих, голенастых, журавлеобразных и ржанкообразных птиц. Поэтому теоре­тические предположения о том, что полет птиц угловым строем имеет аэродинамическую выгоду для большинства ее членов по сравнению с отдельно летящей птицей за счет восходящих "вихревых шнуров", не­состоятельны.

Смешанные стаи. "Вожаки" стай

В природе наравне с чистыми или одновидовыми (моновидовыми) стаями в полете, хотя и не так часто, наблюдаются и смешанные или многовидовые стаи, в состав которых входят два или большее (до 4 - 5) число видов птиц, чаще всего относящихся к одному роду, чем к нескольким родам или даже семействам и отрядам птиц.

Проведенный на примере куликов сравнительный анализ морфофункциональных особенностей строения глаз птиц, их размера и количества особей в стае с характером стайного построения птиц в по­лете позволяет понять природу образования смешанных стай. Их чаще всего образуют экологически близкие птицы, хотя порой из разных сис­тематических групп. Самое главное то, что смешанные стаи, как прави­ло, бывают с одним доминирующим видом, а примкнувшие к нему ви­дь! птиц, хотя даже и из других отрядов, обладают близкими с ним особенностями зрения, а часто и близкой массой, близким типом и ско­ростью полета. Эти птицы бывают часто близкими и по способу добы­вания корма. Поэтому и формы смешанных стай обычно не отличаются от построений, которыми летают составляющие их виды птиц при полете чистыми стаями. Так, среди куликов смешанные стаи образуются различными ржанками и песочниками, с которыми встре­чаются плавунчики. Смешиваются между собой и улиты разных видов. У пластинчатоклювых смешанные стаи образуются гусями и казарками, речными утками и нырками; лебеди, как правило, с другими птицами (гусями, утками, веслоногими, голенастыми и др.) соединяются редко. Между собой смешиваются разные виды гаг, чистиков и поморников. Часто смешанные стаи в полете наблюдаются у чайковых птиц, хотя чайки и крачки между собой смешиваются редко. Смешиваются между собой разные виды аистов и цапель. Намного реже наблюдаются смешанные стаи из птиц отдаленных систематических групп из числа бакланов, цапель, караваек, колпиц, выпей, гусей, каза­рок, уток, куликов, кайр, журавлей и других. Кроме этого, смешанные стаи в полете часто образуют стайные виды птиц внутри отдельных се­мейств отряда воробьиных, относящихся к жаворонковым, ласточковым, трясогузковым, дроздовым, синицевым, овсянковым, вьюрковым, ткачиковым и скворцовым. Реже встречаются вместе вьюрки с овсянка­ми или жаворонками, жаворонки с коньками или овсянками, корольки с синицами, а последние с пеночками и крайне редко жаворонки с галками. Это не исключает еще более отдаленного смешения птиц, хотя только в основном во время сбора корма, где наблюдается «разделение труда» между видами, составляющими смешанную стаю.

Таким образом, более узкоспециализированные в сборе корма и про­чих отношениях птицы, а часто и более архаичные их формы (т.е. видь: птиц из более древних отрядов), летают чаще чистыми стаями. Это от­носится, прежде всего, к гагарам, поганкам, пеликанам, бакланам, фла­минго, журавлям и чистикам, где смешение происходит, как правило, на уровне внутриродовом. Очевидно, по той же причине у древних групп птиц (бакланы, пеликаны, фламинго, пластинчатоклювые) и некоторых других видов (например, большой кроншнеп) с их узкоспециализиро­ванными кормовыми поведенческими адаптациями к массовым видам пищи (рыба, беспозвоночные), а следовательно, и со строго ограничен­ными адаптивными зрительными возможностями, намного чаще, чем у других птиц, образуются в полете сложные формы стай, когда наблю­даются очень большие вереницы или "шнуры" в виде пересекающихся нитевидных цепочек, скосов, "лесенок" и других сложных линейных построений, хотя состоящих и из элементов простых стайных форм, но тянущихся при относительно тихой погоде на многие сотни метров, а иногда и на километры. Причем у этих птиц линейный строй образуется сразу же после их подъема в воздух, на что у других видов требуется некоторое время.

Полет птиц смешанными стаями вносит ясность и в вопрос о роли ведущих или головных птиц (т.е. о "вожаках" стай), которые время от времени сменяются. Ими бывают любые (в том числе молодые) птицы, а при полете смешанными стаями — и птицы разных видов, зрение ко­торых позволяет им лететь в общей стае. Так, линейную стаю гусей мо­жет возглавлять кряква, шилохвость или баклан, стаю крупных речных уток — чирок-свистунок или чирок-трескунок, а в конце линейного уг­лового построения лебедей-кликунов могут лететь красноголовые ныр­ки, замыкая одну из ветвей его строя. Следует оговориться о том, что угол разворота сторон (ветвей) линейных построений смешанных стай в полете во всех случаях не превышает показатель угла расхождения оп­тических осей глаз каждого из видов, входящих в смешанную стаю, т.к. он обеспечивает необходимый постоянный зрительный контакт между летящими в стае птицами. Смена ведущих птиц происходит чаще всего при смене форм стай или режима их полета (т.е. при смене высоты, скорости и направления. Ведущий стаю определяет (выдерживает) высоту и скорость полета, выбирает направление полета, что часто совпадает со складками местности и другими особенностями рельефа (русла рек, до­лины, ущелья, морские и другие побережья и т.п.), являющимися в то же время экологическими руслами пролета птиц. Вместе с тем ведущая пти­ца в ряде стайных построений (шеренга, овал, шар и др.) может отсутст­вовать. Однако наблюдаемое непостоянство и час­тая смена ведущих птиц не исключает полностью использование стаей опыта старых птиц, выполняющих часто роль ее лидера ("вожака"). На­пример, в перелетных стаях журавлей, лебедей, гусей и некоторых других видов птиц, образованных обычно семьями, включая молодежь, стаю ча­ще всего возглавляют старые птицы. Это хорошо видно по отличительной окраске оперения взрослых и молодых птиц, особенно в период осенней миграции. Но у некоторых видов птиц (кулики, чайки, скворцы и др.) мо­лодые особи отлетают на зимовку и возвращаются обратно отдельно от взрослых, т.е. мигрируют самостоятельно, что само собой отрицает нали­чие в стаях этих птиц "опытных" вожаков, ведущих стаю.

Интересно, что роль "вожака" при движении стайных видов рыб также вы­полняют часто сменяющиеся "случайные" особи стаи, которые "лидируют" от доли секунды (0,25 - 0,5) до нескольких секунд. Это свидетельствует о том, что явление "лидера" при движении стай у разных групп позвоночных животных имеет общее правило — его "случайность" и непостоянство как "вожака" стаи.

В заключение следует отметить, что вслед за общеизве­стным фактом прямой связи (зависимости) времени суток (т.е. разной освещенности) и возможности сбора корма различными видами птиц с разной светочувствительностью и светосилой их глаз, у птиц разных видов выяв­ляется четкая связь самого способа добывания корма при помощи зри­тельного анализатора ("визуализации") с его возможностями, т.е. с оп­ределенными морфологическими показателями (характеристиками) их глаз — углами зрения (монокулярным, бинокулярным, общим и т.д.) и наличием и расположением в области острого зрения (ареа) сетчатки высокочувствительных участков — горизонтальных полосок и ямок или фовеа, что, в свою очередь, ограничивает зрительные возможности птиц при фиксированном положении головы. Эти видоспецифические адап­тивные зрительные особенности птиц, приобретенные ими в ходе эво­люционного процесса и играющие положительную роль при поиске и схватывании добычи, т.е. при добывании пищи, и являются, как показа­ли наши многолетние наблюдения, основой возможных зрительных контактов птиц в их стайном построении как при коллективном сборе корма, так и в полете.