Sötét szárnyak segítik a repülést

 

Fiatal szula (Morus bassanus) 

A legtöbb tengeri madárnak sötét a szárnya, ám eddig fogalmunk se volt arról, hogy miért. Nemrégiben egy belga–amerikai kutatócsoport azonban rájött az okra: a sötét tollak jobban felmelegednek, és extra felhajtóerővel járulnak hozzá a repülés energiamérlegéhez, s ennek köszönhetően tovább, s gyorsabban képesek repülni e madarak.

A korábbi vizsgálatokban általában olyan tényezőket mértek fel, mint a párzásban betöltött szerep, a ragadozóik elöli rejtőzködés, vagy épp az élelemkeresés, és tudtuk, hogy a melaninnak köszönhetően az érintett tollak ellenállóbbak az UV-sugárzásnak, és a mikrobáknak is. Voltak ugyan vizsgálatok a tollak repülési hatékonyságával is, ám a használt 3D nyomtatott tollminták ellentmondásos eredményt adtak. A szárnyak alakjának, illetve az alak változásainak vizsgálatai jelentették a legfőbb kutatási területet, ebből a légi járművek tervezése is profitált.

Repülőgépszárnyakkal végzett kísérletek alapján feltételezhető volt, hogy a szárny színe a madarak esetében is befolyásolja a repülés hatékonyságát. Most a kutatócsoport tengeri madárfajokat hasonlított össze, felmérve az egyes fajok rokoni viszonyait, a szárnyaik pontos színét (múzeumi példányokon végzett standard mérésekkel), illetve a testfelépítésük alapján, megfigyelései adatok felhasználásával számítógépes modell segítségével ellenőrizték a repülési képességeiket. A madarakat csoportosították a repülési jellemzőik alapján: szárnycsapással, szárnycsapás + vitorlázással, vitorlázás + szárnycsapással, illetve vitorlázással repülők. Amikor a szárnyak színeit és a repülési teljesítményüket vetették össze, kiderült, hogy azok, amelyeknek a szárnyfelülete több mint 50%-át sötét szín jellemezte, jobb repülők, ezzel beigazolódott a kiinduláskor feltételezett összefüggés. A sötétebb szárnyfelület azokra a madarakra volt jellemző inkább, amelyek eleve több időt töltenek a levegőben, és nagyobb távolságokat tesznek meg.

Felnőtt szula, már csak a szárnyvégek sötét színűek.

Eztán kísérletileg is igyekeztek igazolni a talált összefüggést, ehhez két valódi szula szárnyat egy szélcsatornában teszteltek. Az egyik szárnynak csak a vége volt sötét (ilyen a felnőtt szuláé), a másik viszont teljesen sötét színű volt (ez a fiatal szula szárnyszíne). Nemcsak a légáramlást változtatták, hanem a napfény melegét szimuláló infravörös megvilágítást, és a szárny állását is.
Természetesen a sötét szárny jobban felmelegedett, azonban emellett a felhajtóerő és a légellenállás aránya 20%-kal jobb volt, a szárnyfelszín felső részének magasabb hőmérséklete ugyanis javítja ezt az arányt, és nagyobb repülési sebességnél ez az arány kicsit még ennél jobb is lehet. Ennek köszönhetően a madarak tovább tudnak vitorlázni, lassabban csökken a repülési magasságuk, s így kevesebb szárnycsapásra van szükség a repüléshez, vagyis nő a repülés hatékonysága. A hatékonyság egyértelműen hőmérsékletfüggőnek bizonyult.

A kutatók most csupán 15 Kelvin-fokos különbséget állítottak be a szárnyfelszín és a környezeti levegő hőmérséklete közt, de természetes körülmények közt ennél nagyobb is kialakulhat. Úgy vélik, hogy érdemes volna több fajjal, s persze élő madarakkal is tesztelni az összefüggést, és pontosan kimérni, hogy mikor milyen változások következnek be repülés közben.

A tengeri madarak folyamatosan nagy távolságokat tesznek meg, forróságban, szélben, egyes albatroszfajok akár évi 120 ezer kilométert is repülnek, s hónapokon át a levegőben maradhatnak, ezek esetében a hatékonyabb repülés hatalmas energia-megtakarítást jelent. A fiatal madarak sötétebb színéhez számos előnyt kötöttek eddig is, most az is bekerülhet ezek közé, hogy a tapasztalatlan repülő madarakat a szín miatti extra felhajtó erő is segíti a repülésben.
A filogenetikai elemzésekből az is kiderült, hogy a szárnyak sötétebbé válása az evolúció során számos különböző alkalommal is megtörtént az eltérő csoportoknál. A sötétedés legtöbb esetben  abban nyilvánult meg, hogy egyre több melanint halmoztak fel a tollaikban a madarak, néhány esetben az eleve sötét területek nagysága nőtt. Voltak azonban olyan madárfajok is, amelyekről kiderült, hogy elveszítették a szárnyuk korábban már kialakult sötétségét, feltehetően a melanintermelés túlzott többletköltségeinek vagy evolúciós hátrányainak köszönhetően.