Piotr Matyjasiak

факултет по биология и науки за околната среда, Университет "Кардинал Стефан Вишински" във Варшава, Варшава, Полша

Павел Бонецки

b Факултет по християнска филизофия, Университет "Кардинал Стефан Вишински" във Варшава, Варшава, Полша

Мацей Фузара

факултет по биология и науки за околната среда, Университет "Кардинал Стефан Вишински" във Варшава, Варшава, Полша

Матеуш Околовски

c Музей и Институт по зоология, Полска академия на науките, Варшава, Полша

Изабела Олейничак

b Факултет по християнска филизофия, Университет "Кардинал Стефан Вишински" във Варшава, Варшава, Полша

РЕЗЮМЕ

Въведение

полетни

Дупки от пера в полетните пера на крилото (а) и опашката (б) на плевнята на плевнята.

В настоящото проучване ние имахме за цел да изследваме връзката между броя на дупките в перата на крилата и опашката и краткосрочните полетни характеристики (въздушна маневреност, максимално ускорение и максимална скорост) в лястовицата. Лявните лястовици са малки (около 20 g), въздушно насекомоядни далечни мигриращи птици, които зимуват в южното полукълбо (Møller 1994; Turner 2006). Измерихме характеристиките на полетните характеристики на лястовичните лястовици по стандартизиран начин в полетни тунели (Rowe et al. 2001; Bowlin and Winkler 2004; Bro-Jørgensen et al. 2007; Matyjasiak et al. 2009; Matyjasiak 2013). Очаквахме намаляване на маневреността, ускорението и скоростта с увеличаване на броя на дупките за пера.

Методи

Място за обучение и общи методи

Изследването е проведено в две колонии за лястовици (около 20–30 гнездящи двойки), разположени в две близки конюшни в конюшнята Ломянки близо до Варшава (52 ° 22 ′ с.ш., 20 ° 53 ′ изток, кота 75 m), централна Полша, през размножителните сезони 2010 и 2014 г. Допълнителни подробности за района на изследване и изследваната популация са дадени в Matyjasiak (2013) и Matyjasiak et al. (2013, 2016).

Птиците са били уловени чрез мрежи от мъгла, проведени от ранната пролет, когато се завръщат от Африка, сексирани според Svensson (1984), оградени с номериран алуминиев пръстен за крака и индивидуално маркирани с комбинация от цветни пръстени за крака. Тъй като размножителните двойки и мъжете от мъжки пол бяха интензивно пръстенирани от 2006 г. насам, маркираните птици могат да бъдат класифицирани като след втората година (ASY) - птици поне през втория им размножителен сезон, докато немаркираните птици или птици, опръстенени като птенца през предходната година, са класифицирани като втори година (SY) - птици се излюпиха през предходната година и в първия си размножителен сезон. Тъй като филопатрията на този вид е много висока (Møller 1994; нашите данни за улавяне и възстановяване на непубликувани данни), този подход е оправдан.

Измервания на летателните характеристики

Въздушната маневреност беше тествана чрез пускане на птици през полет в лабиринт с размери 18 m × 4 m × 1,6 m (дължина × широчина × височина). Лабиринтът се състоеше от метална рамка, покрита с двоен слой градинска мрежа от сенници с фини мрежи. Западният край на лабиринта беше затворен и съдържаше кутията за освобождаване (където птицата беше държана преди да бъде пусната в лабиринта), докато източният край беше отворен. Първият 9-метров участък от лабиринта (от страната на освобождаващата кутия) беше без препятствия и действаше като зона за ускорение. Останалите 9 м участък към изхода действаха като тестова зона. Той съдържа 16 последователни панела от вертикални бели памучни струни, окачени на покрива на лабиринта и претеглени. Както разстоянието между струните в панела, така и разстоянията между последователните панели намаляват към изхода. Допълнителни подробности за подреждането на тестовата зона на боен лабиринт, използвана в това проучване, са дадени в Matyjasiak (2013).

Птиците бяха освободени (след 2 минути аклиматизация) от освобождаващата кутия в затворения край на полетния лабиринт и прелетяха през лабиринта, за да избягат от отворения край. Предната страна на кутията се отваряше дистанционно с връв. Измерихме времето, необходимо на птицата да преодолее тестовата зона на лабиринта, което беше използвано като измерване на способността на птицата да се справи с препятствието. По-бързото време на полет показва по-голяма маневреност (Rowe et al. 2001; Bro-Jørgensen et al. 2007; Matyjasiak 2013). Времето, необходимо за договаряне на тестовата зона на лабиринта, беше измерено въз основа на видео изображения (HDV видеокамера SONY HDR-HC1; заснемане при 25 кадъра s -1), получени с помощта на ъглови огледала, позиционирани в съответствие с първия и последния панел на струните. Изображение на птица е отразено в първото огледало, когато е влязло в тестовата секция, а второто изображение е отразено в другото огледало, когато е напуснало лабиринта. Времето за полет се определя чрез преброяване на броя на кадрите между двете изображения и преобразуване на резултата в секунди (точност от 0,04 s). Видеоклиповете бяха анализирани чрез преглед по кадър в Edius Pro 3 (Canopus, Reading, UK).

Полетните тестове бяха проведени през юни през периода, в който лястовичните лястовици хранят първите си птенци на възраст от 6 до 15 дни. За полетни тестове избрахме ясни дни без вятър или дъжд (температури от около 20–25 ° C). Птиците бяха уловени призори, между 0430 и 0530 часа. Преди полетни тестове беше направено броенето на дупчици и беше измерено телесното тегло. Избрахме за полетни тестове птици, които не са страдали от счупване на пера на полета. Летните тестове бяха проведени същата сутрин в 0700–1000 ч. Първо, птиците бяха тествани за въздушна маневреност в полетния лабиринт и бяха уловени в мрежа от мъгла, разположена на изхода от лабиринта (разстоянието между последния панел от струни и мрежата от мъгла беше около 50 см). Веднага след теста за маневреност птиците бяха пуснати през втория тунел за ускорение и скорост, след което незабавно си възвърнаха свободата. Тези измервания на полетните характеристики са значително повторими и следователно са достатъчно точни, за да позволят използването при статистически анализи (Matyjasiak 2013).

Статистически анализ

Изследваната проба съдържа 143 възрастни лястовични лястовици - 72 през 2010 г. и 71 през 2014 г., сред които съответно 38 и 36 са мъже. И през двете години не са изследвани птици в пробата. Тъй като не всички птици са завършили и двете опити за полетни тунели или защото записите от радарите не винаги са били надеждни, размерите на пробите за анализи на конкретни променливи полетни характеристики варират в сравнение с горната стойност. Шест птици не успяха да завършат изпитанието на полетния лабиринт - тези птици витаеха и/или обикаляха в тестовата зона или кацнаха на струни, вместо да летят през лабиринта. Не успяхме да получим данни за скоростта на полета за 44 лястовици и данни за ускорението на полета за 46 лястовици - тези птици витаеха и обикаляха в тунела, преди да излязат (44 случая), или не бяха различими от фоновия шум на радара по време на първоначалното (около 0,5 s) фаза на полета (2 случая).

Броят на дупчиците на пера не е корелиран значително с морфологичните променливи прогностици (r коефициенти по-ниски от 0,15, всички ps> 0,05), включително дължината на опашката, което е показател за качеството на лястовиците при мъжките плевни (корелацията между дължината на мъжката опашка и броя на дупките в перата на крилата: r = −0.10, t = −0.87, n = 73, p = 0.39; или броя на дупките в перата на опашката: r = −0.15, t = −1.34, n = 73, p = 0.18 ). Освен това тези променливи не са свързани с индекса на състоянието на тялото на отделните лястовици (обобщен линеен модел с броя на дупките в перата на крилата или броя на дупките в перата на опашката като зависими променливи и телесната маса в деня на полетните тестове и дължина на кила като независими променливи; броят на дупките в перата на крилата: R adj.2 = 0.003, df = 2, 140, F = 0.22, p> 0.1; броят на дупките в перата на опашката: R adj.2 = 0.01, df = 2, 140, F = 0,80, p> 0,1). Половете не се различават по отношение на броя на дупките на крилото или опашката (дупки на крилото: F = 0,68, df = 1, 141, p> 0,1; дупки на перата на опашката: F = 0,33, df = 1, 141, p > 0,1). Морфологичните, полетните показатели и променливите на броя на дупките на пера са били трансформирани преди анализ.

Тествахме дали броят на дупките на полетните пера предсказваше характеристиките на летателните характеристики, използвайки общ линеен модел. Изпълнихме модели на всяка от трите характеристики на летателните характеристики (маневреност от въздуха, максимално ускорение и максимална скорост) като функция от броя на дупките в перата на крилата и броя на дупките в перата на опашката като прогностични променливи. Първоначалният модел съдържаше също променливи - възраст, пол, година, колония, площ на крилата, пропорции, дължина на опашката, дължина на кила и телесно тегло в деня на полетните тестове. От моделите бяха премахнати незначителни променливи, които след това бяха повторени. Обаче онези променливи, които значително взаимодействат с други променливи в модела, не бяха премахнати, независимо от тяхната значимост. Проверихме остатъците за нормалност и хомосцедастичност на всяка стъпка от намаляването на модела. Статистически анализи бяха направени в STATISTICA ver. 12 (Statsoft Inc., Tulsa, САЩ).

Резултати

SS - суми на квадрати; * p Таблица 1, Фигура 2 (b)). Окончателният модел отчита 15% от вариацията в максималната скорост, като броят на дупките за пера обяснява 8.1% от вариацията. Нещо повече, тази черта на полета беше значително положително свързана с площта на крилото (прокси за размера на крилото) и дължината на кила (Таблица 1). Максималната скорост не е свързана значително с броя на дупките в перата на опашката.

Дискусия

В настоящото изследване на лястовичните лястовици установихме, че две краткосрочни характеристики на летателните характеристики - максимално ускорение и максимална скорост - са били значително отрицателно свързани с броя на дупките в крилата на летните пера. Броят на дупките в перата на опашката не е свързан значително с нито една от тези променливи на полета. В случай на ускорение, отрицателната връзка между броя на дупките за пера и ефективността на полета е специфична за пола. Докато ускорението значително намалява с увеличаването на броя на дупките на крилата при жените, няма такава значима връзка при мъжете. Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което показва съществуването на връзка между летателните характеристики и броя на дупките за пера. Освен това установихме, че маневреността от въздуха не е свързана значително с броя на дупките, независимо дали в перата на крилото или в опашката на перата.

Нашето проучване е не експериментално и алтернативни обяснения на резултатите не могат да бъдат изключени. Според алтернативен сценарий, корелацията между броя на дупките за пера в крилата и ускорението и скоростта може да се дължи на факта, че некачествените индивиди с нискокачествено оперение са по-лоши летци и поради компрометираното оперение са по-податливи на структурни повреди от полетни пера. Следователно може да няма причинно-следствена връзка между броя на дупките за пера и ефективността на полета. Изглежда, че този сценарий не се подкрепя от резултатите, получени в това проучване. Първо, не открихме значителна връзка между броя на дупките за пера и индексите на състоянието на мъжките и женските или дължината на опашката на мъжките лястовици. Второ, не открихме значителна връзка между броя на дупките за пера и размера на крилото или съотношението. Последният резултат може да предполага, че няма връзка между качеството на летните пера и броя на дупките в тези пера. Бихме искали обаче да предложим, че бъдещите проучвания трябва да вземат предвид мерките на микроструктурата на перата (напр. Pap et al. 2015) при анализи на ефекта на дупчивите пера върху летателните характеристики.

Резултатите, получени в това проучване, са в съответствие с резултатите от други проучвания върху лястни гълтачи, които показват, че дупките от пера имат значителен ефект върху ефективността и пригодността на миграцията, тъй като мъжете и жените с повече дупки от пера забавят пристигането от пролетната миграция и степента на оцеляване на жените е значително намален (Møller et al. 2004a; Pap et al. 2005). Трябва обаче да се отбележи, че скорошно проучване върху друг вид лястовица, дървото поглъщане Tachycineta bicolor, не съобщава за ефект на дупките от пера върху ефективността на миграцията или годишната преживяемост (Lombardo et al. 2015).

Механизмът, който стои зад отрицателната връзка между интензивността на дупчицата и ефективността на полета, е неясен. Едно от възможните обяснения е, че дупките могат да влошат въздухонепроницаемостта на летните пера, което от своя страна може да повлияе на аеродинамичните характеристики на тези пера (Videler 2005). Бъдещо проучване може да тества за ефекта на светостта на перата върху трансмисивността и аеродинамичните характеристики на крилата и крилата на крилата (Müller and Patone 1998; Heers et al. 2011). Изненадващ е фактът, че броят на дупките за пера показва значително отрицателни връзки с летателните характеристики при тестове за ускорение и скорост и няма такива асоциации при тестове за въздушна маневреност. Възможно обяснение за това несъответствие е, че по време на опитите за маневреност крилата на тестваните птици не са работили в максималната си аеродинамична способност. Докато измерванията на ускорението и скоростта се извършват, когато птиците се ускоряват, измерванията на маневреността се извършват, когато птиците напуснат зоната на ускорение на лабиринта.

В заключение, две краткосрочни характеристики на полетната характеристика при лястовиците - максимално ускорение и максимална скорост - бяха значително отрицателно свързани с броя на дупките за пера в крилата на летните пера. Открихме по-силен негативен ефект на ускорените дупки при жените, отколкото при мъжете. Тези взаимоотношения са в съответствие с хипотезата, че дупките за пера са скъпи по отношение на нарушен полет. Бъдещо проучване по този въпрос може да вземе предвид независимото въздействие на микроструктурата на перата върху полетните характеристики. Също така остава да се проучи точният механизъм зад отрицателната връзка между броя на дупките за пера и чертите на полета.

Отчет за финансиране

Тази работа беше подкрепена от Министерството на науката и висшето образование Република Полша [грант номер 2PO4F07030] и Университета "Кардинал Стефан Вишински" [програма за вътрешни грантове] на PM.

Етично изявление

Всички процедури, следвани в това проучване, са в съответствие с действащото полско законодателство за хуманно отношение към животните. Съгласно този закон за настоящото проучване не се изисква разрешение от Етичния комитет. Улавянето на птици е направено по лиценз за звънене, издаден на PM от Орнитологичната станция, Музей и Институт по зоология, Полска академия на науките (№ 360/2010 и 211/2014).

Благодарности

Благодарни сме на Krzysztof и Cezary Skarbek, че ни позволиха да работим на тяхната земя, и на администрацията на Полската академия на науките, че ни позволи да проведем полетни тестове на имота в Dziekanów Leśny. Ръкописът се възползва от полезни коментари от 2 анонимни рецензенти.

Декларация за оповестяване

Авторите не съобщават за потенциален конфликт на интереси.