«Летит, летит по небу клин усталый», – поется в известной песне о журавлях. Как известно, точное следование научно установленным фактам нельзя считать обязательным условием для поэзии, но в данном случае мы не может сказать, что поэт погрешил против истины: действительно, при дальних перелетах птицы имеют обыкновение выстраиваться в виде клинообразного косяка. В природе не бывает ничего случайного, и если такой способ пространственной организации стаи закрепился в ходе эволюции – причем у всех видов перелетных птиц – значит, какой-то практический смысл в этом имеется.

Начать следует с того, что клинообразный косяк не всегда оказывается правильным. Это бывает только в безветренную погоду. При таких обстоятельствах выстраивание в форме прямого угла создает стает обтекаемую форму, благодаря этому сопротивление воздушной среды значительно уменьшается.

Известно, что в косяк птицы выстраиваются не как попало. Впереди летит вожак – самый сильный из членов стаи, за ним следует тоже довольно сильные птицы, но чем ближе к концам клина, тем слабее, и наиболее слабые птицы замыкают колонну с двух концов. Это тоже позволяет пернатым в буквальном смысле «оседлать» некоторые законы аэродинамики.

Взмахи крыльев каждой из птиц порождают воздушную волну в виде восходящего потока. Эта волна «подхватывает» другую птицу, которая летит позади, в результате чего она затрачивает уже меньше усилий для взмаха – а следующая за ней птица получает уже боле мощную воздушную волну. Синхронная работы крыльев всех птиц позволяет связать единой волной всю стаю, причем чем ближе к концам клина, где находятся слабые птицы, тем сильнее волна.

Такая организация стаи позволяет пережить перелет всем птицам – в том числе и достаточно слабым. Правда, как показывает практика, некоторые птицы все равно погибают – все-таки законы естественного отбора остаются в силе всегда и при любых обстоятельствах – но все-таки потери оказываются значительно меньшими, чем могли бы быть при беспорядочном полете.

Самое удобное место – это даже не концы клина, а промежуток сторонами «угла». Там можно почти не махать крыльями, а просто «парить» в струе воздуха, но на создание общей волны птица при этом не работает. Находятся среди птиц и такие особи, которые пытаются встроиться в это место, но сородичи сразу же поднимают крик, заставляя «тунеядца» вернуться в строй – даже птицы не любят тех, кто стремится побездельничать за чужой счет.

Впрочем, вся эта замечательная система способна исправно работать лишь при отсутствии ветра. Если же ветер имеет место быть, он способен внести весьма серьезные помехи в организацию упомянутого воздушного потока. Что же делать птицам? Ведь они не могут прервать перелет из-за ветреной погоды.

Впрочем, пернатые и здесь находят выход из положения, ориентируясь на законы физики. Они соответствующим образом изменяют форму косяка, подстраиваясь к птице-вожаку с той стороны, с которой они ощущают максимальную силу воздушного потока.

Большинство видов перелётных птиц летает стаей в форме клина. Первой во главе клина летит самая опытная и сильная птица - вожак стаи. Когда он совершает мах крылом, позади образуются завихрения воздуха и восходящие потоки, и летящие за ним птицы могут воспользоваться этой подъёмной силой. Таким образом, каждая птица экономит до 25% энергии на перелёт, а общая мощность полёта всей стаи возрастает на 70%.

Самые слабые, больные и неопытные птицы всегда летят в конце. Большая часть нагрузки во время полёта достаётся вожаку, но когда он устаёт, то улетает в конец клина, а его место занимает птица, летевшая сразу за ним. Так птицы меняются местами на протяжении всего полёта, и каждая получает возможность отдохнуть. Если же какая-то птица случайно покинет общий строй, то сразу ощутит дополнительную нагрузку и будет вынуждена вернутся в общий поток.


Знакомый всем крик, который издаёт птичья стая - на самом деле звуковой стимулирующий сигнал от летящих в конце птиц: так они поддерживают вожаков и просят их не сбавлять скорость. Если же по каким-то причинам одна из птиц не может лететь дальше, то вместе с ней покидают стаю две птицы, летевшие рядом с ней, и на земле пытаются ей помочь, пока она либо не оправится, либо не умрёт, после чего или летят дальше самостоятельно или прибиваются к другой стае.

Главным ориентиром для птиц служит магнитное поле Земли, так что полёты над океаном не представляют для них никакой сложности. Дело в том, что глаза птицы содержат белок криптохром, под воздействием света и магнитного поля планеты меняющий свою форму. Мозг птиц распознаёт сигналы, и птица ориентируется по ним.

Клиновой строй используют гуси и утки, журавли и пеликаны


Самый красивый и строгий порядок у журавлей. Они летят клином (углом). Шеренгой, крылом к крылу летят цапли и гуси. Утки при дальних полётах выстраиваются в линию друг за другом. Но есть утки, строй которых напоминает пологую дугу. У скворцов, дроздов и других мелких птиц никакого порядка не заметно. Так и летят скученной
стаей. Только большие хищные птицы (орлы, ястребы) летят самостоятельно, в одиночку.

Энергию, которую птицы затрачивают на полёт, трудно зафиксировать. Однако в 2001 году французским учёным удалось замерить ритм сердца пеликанов, которых обучили лететь за судном или за самолётом. Результаты показали, что птицы, которые летели косяком, затрачивали приблизительно на 14% меньше энергии, потому что им не нужно было очень часто махать крыльями.

Воздух, огибая крылья птиц, образует за каждой птицей аэродинамический поток, который помогает летящей за ней птице тратить меньше энергии. Поэтому каждая последующая птица летит чуть-чуть выше предыдущей. Благодаря такому построению вся стая увеличивает скорость полета по меньшей мере на 71% по сравнению со скоростью, которую может развить каждая птица в отдельности.

Таким образом, чем дальше от начала косяка, тем легче лететь. Птица, которая выпадает из косяка, сразу же ощущает сопротивление воздуха и старается автоматически вернуться обратно в косяк - туда, где легче лететь. Даже молодые птицы, которые никогда раньше не летали в косяке, сразу же чувствуют преимущества такого полёта.

Если гусь, заболев или получив ранение, выпадает из стаи, два других гуся тоже покидают стаю и следуют за ним, чтобы оказать ему помощь и поддержку. Они остаются с этим гусем до тех пор, пока он не поправится или не умрет, а затем отправляются в путь сами или с другой стаей догонять своих.

Существует иерархия, строгий порядок, по которому можно определить положение каждой птицы в стае. Самым первым летит вожак стаи, который является самым сильным. В течение полёта птицы меняются местами , чтобы дать отдохнуть впереди летящим.

Между «крыльями» косяка тоже лететь легче, но тогда те, которые пытаются это делать, не помогают другим. Поэтому стая этого не позволяет. Оказывается, птицы тоже не любят «бесплатных пассажиров».

Когда птицы летят косяком, они очень громко кричат. Может быть, таким образом они подбадривают сзади летящих более слабых птиц или просто ругают тех, кто пытается схитрить и лететь внутри косяка , то есть между его «крыльями».

Почему журавли и некоторые другие крупные птицы во время своих миграций выбирают такую форму построения, как клин? Оказывается, этот строй позволяет им экономить энергию, поскольку птицы, выстроившись клином, так оптимизируют возникающие воздушные потоки, что те не мешают, а помогают им лететь. Но такое возможно только у крупных путешественников.

Когда речь заходит о перелетных птицах, почти сразу же вспоминается летящий по небу журавлиный клин. Впрочем, подобное построение используют не только журавли — многие другие крупные птицы, например, гуси, утки, ибисы также предпочитают путешествовать, построившись в виде клина. Таким образом, можно предположить, что этот строй является достаточно удобным для долгих перелетов. Однако сразу же возникает вопрос: почему?

Долгое время существовали две гипотезы, которые объясняли выгоду от подобного построения — одна из них, поведенческая, говорит о том, что птицы при путешествии просто следуют за лидером, то есть тем, кто летит перед ними, и из-за этого автоматически получается клин. Вторая гипотеза объясняет выгоду подобного построения законами аэродинамики — они благоприятствуют именно построению клином, поскольку при такой форме построения птицам легче лететь.

Однако обе этих версии совершенно не объясняют того факта, что клин не является единственной формой построения птичьей стаи. Например, кулики летят зигзагообразным строем, напоминающим змейку, скворцы — четкой линией, а чайки — вообще беспорядочной толпой. Почему же в таком случае эти птицы позволяют себе так наплевательский относиться к законам термодинамики — ведь они могли бы, изменив построение, весьма облегчить себе путешествие? Кроме того, необходимость видеть лидера, указывающего направление движения, есть и у этих пернатых, и, более того, судя по всему им это удается и при других формах построения.

И вот недавно ученые из Международной группы зоологов под руководством Джеймса Ашервуда из Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета (Великобритания) решила разгадать загадку птичьего клина. Для этого исследователи снабдили 14 молодых лесных ибисов (Geronticus eremita ) GPS-датчиками, которые фиксировали положение птицы с точностью до 30 см, и акселерометрами, которые регистрировавали движения крыльев. После чего прошлой осенью вернули этих выращенных в неволе птиц в естественную среду обитания — как раз накануне их традиционного путешествия из Австрии в Италию (оно прошло под руководством приемных "родителей", то есть людей на параплане). Во время полета эти "родители" получили уникальную возможность исследовать полет ибисов, находясь вблизи самих птиц.

В итоге, когда ибисы благополучно долетели до приготовленного им места зимовки, а ученые проанализировали данные приборов и результаты собственных наблюдений, выяснилось, что аэродинамическая гипотеза была абсолютно корректной. В статье, которая была опубликована в журнале Nature , ученые пишут про то, что ибисы старались лететь сзади и слегка сбоку впереди летящего товарища, чтобы поймать крылом поднимающиеся вверх вихревые потоки, которые тот оставлял позади себя. Если же ведомый оказывался строго позади ведущего, то характер взмахов менялся — так, чтобы минимизировать влияние нисходящих потоков от тела того, кто летел впереди.

Таким образом было выяснено, что построение при полете определяется в основном двумя факторами: птицам нужно поймать восходящие потоки от лидера и избежать нисходящих, которые тоже тянутся за тем, кто движется впереди. Также орнитологи выяснили, что при этом птицы специально синхронизируют друг с другом движения крыльев — опять же для лучшей настройки на воздушные потоки. В результате получается, что во время полета ибисы как бы тянут друг друга за собой. Без сомнения, подобное дает немалый энергетический выигрыш, хотя сами авторы работы не проводили измерения расходов калорий путешествующих ибисов, ссылаясь на то, что это сильно повредило бы этим редким птицам, которые и так находятся на грани исчезновения.

Любопытно, что результаты исследования группы Ашервуда подтверждают одну закономерность, которая давно уже известна всем военным летчикам — если эскадрилья построена клином, то каждый самолет расходует меньше топлива. Прежде ученые считали подобную аналогию неуместной, поскольку воздушные потоки, которые создает самолет, достаточно стабильны (ведь аэропланы крыльями не машут), а вот вихри от крыльев летящей птицы гораздо более непредсказуемы и непостоянны. Но оказалось, что и птицам подобное построение помогает минимизировать энергетические затраты, вызванные воздушными вихрями.

Однако все-таки, почему же далеко не все птицы летают клином, если это таит в себе огромную энергетическую выгоду? Построив модель передвижения подобным строем группы птиц с более и менее большим весом, нежели у ибисов, ученые обнаружили, что такая выгода возникает только у крупных птиц — вроде тех же ибисов, аистов, пеликанов, гусей и т. п. А вот их более мелким пернатым сородичам из-за меньшего веса, а также размера тела и крыльев приходится иметь дело с другими аэродинамическими закономерностями, и они уже не могут вот так просто выбрать строй и ритм взмахов крыльями, чтобы ловить одни потоки и избегать другие. Наверное, именно поэтому у перелетных птиц малого размерного класса и наблюдается такое разнообразие построений для путешествий, тогда как почти все крупные птицы летают клином.

Итак, почти все загадки, связанные с тем, почему крупные перелетные птицы летают клином, ученые вроде бы разгадали. Впрочем, кое-что пока осталось неясным — например то, каким образом птицам удается найти оптимальное построение. Могут ли они преднамеренно образовывать клин, корректируя построение на глаз или же просто действуют методом проб и ошибок, ощущая воздушные потоки и находя положение с наименьшим сопротивлением воздуха?