Tolllyukak és repülési teljesítmény az istállóban fecske Hirundo rustica

Piotr Matyjasiak

a biológiai és környezettudományi kar, a lengyel Varsói Stefan Wyszyński bíboros egyetem Varsóban

Paweł Boniecki

b Keresztény filozófia kar, Stefan Wyszyński bíboros egyetem, Varsó, Varsó, Lengyelország

Maciej Fuszara

a biológiai és környezettudományi kar, a lengyel Varsói Stefan Wyszyński bíboros egyetem Varsóban

Mateusz Okołowski

c Múzeum és Állattani Intézet, Lengyel Tudományos Akadémia, Varsó, Lengyelország

Izabela Olejniczak

b Keresztény filozófia kar, Stefan Wyszyński bíboros egyetem, Varsó, Varsó, Lengyelország

ABSZTRAKT

Bevezetés

Tolllyukak a fecskefecske szárnyának (a) és farka (b) repüléstollaiban.

Jelen tanulmány a szárnyak és a farok repüléstollaiban lévő furatok száma és a rövid távú repülési teljesítmény (légi manőverezhetőség, maximális gyorsulás és maximális sebesség) közötti összefüggés vizsgálatára irányult. A fecskefecskék kicsi (kb. 20 g), légi rovarevő, távolsági vonuló madarak, amelyek a déli féltekén telelnek (Møller 1994; Turner 2006). A fecskefecskék repülési teljesítményjellemzőit standardizált módon mértük a repülési alagutakban (Rowe és mtsai 2001; Bowlin és Winkler 2004; Bro-Jørgensen és mtsai 2007; Matyjasiak és mtsai 2009; Matyjasiak 2013). A manőverezhetőség, a gyorsulás és a sebesség csökkenésére számítottunk a tollfuratok számának növekedésével.

Mód

Tanulmányozási hely és általános módszerek

A vizsgálatot két fecskefecske telepen (egyenként kb. 20–30 tenyészpár) végezték, amelyek a Varsó melletti Łomianki község két közeli lóistállójában helyezkedtek el (ÉSZ 52 ° 22 ′, K 20 ° 53 ′, 75 m magas), Közép-Lengyelország, a 2010-es és 2014-es tenyészidőszakban. A vizsgálati területről és a vizsgált populációról további részletek találhatók Matyjasiak (2013) és Matyjasiak et al. (2013, 2016).

A madarakat kora tavasztól kezdve ködhálóval fogták el, amikor visszatértek Afrikából, Svensson (1984) szerint ivartartva, számozott alumínium lábgyűrűvel gyűrűzték és külön-külön színes lábgyűrűk kombinációjával jelölték őket. Mivel a tenyészpárokat és a párosítatlan hímeket 2006 óta intenzíven gyűrűzték, a megjelölt madarakat a második év (ASY) után lehet besorolni - a madarak legalább a második tenyészidőszakban, míg a jelöletlen madarak vagy az előző évben fióka gyűrűs madarak a második év (SY) - a madarak kikeltek az előző évben és az első tenyészidőszakban. Mivel ennek a fajnak a tenyésztési filopátriája nagyon magas (Møller 1994; befogási – visszafogási adatok nem publikáltak) ez a megközelítés indokolt.

Repülési teljesítmény mérések

A légi manőverezhetőséget úgy tesztelték, hogy a madarakat 18 m × 4 m × 1,6 m (hossz × szélesség × magasság) repülési labirintuson keresztül engedték szabadon. Az útvesztő egy fémvázból állt, amelyet dupla réteg finom hálós kerti napernyőháló borított. A labirintus nyugati vége zárva volt, és tartalmazta a kioldódobozt (ahol a madarat tartották, mielőtt a labirintusba engedték), míg a keleti vég nyitva volt. Az útvesztő első 9 m-es szakasza (a kioldódoboz oldalán) akadálymentes volt, és gyorsulási zónaként működött. A fennmaradó 9 m-es szakasz a kijárat felé tesztzóna volt. 16 egymást követő, függőleges fehér pamut húrból álló panelt tartalmazott, amelyek a labirintus tetejére voltak függesztve és lemértek. Mind a panelen belüli húrok, mind az egymást követő panelek közötti távolság csökkent a kijárat felé. A harc labirintus vizsgálati zónájának e tanulmányban alkalmazott elrendezéséről további részletek találhatók Matyjasiak (2013).

A madarakat szabadon engedték (2 perc akklimatizáció után) a kioldódobozból a repülési labirintus zárt végén, és az útvesztőn keresztül repültek, hogy elmeneküljenek a nyitott vég elől. A doboz elülső oldalát egy húr segítségével távolról kinyitották. Megmértük, hogy egy madárnak mennyi ideje szükséges az útvesztő tesztzónájának tárgyalására, amelyet a madár képességének mérésére használtak fel az akadálypályán. A gyorsabb repülési idő nagyobb manőverezhetőséget jelez (Rowe és mtsai 2001; Bro-Jørgensen és mtsai 2007; Matyjasiak 2013). A labirintus teszt zóna megbeszéléséhez szükséges időt videoképek alapján (HDV videokamera SONY HDR-HC1; filmezés 25 képkocka mellett s –1) mértük, amelyeket a húrok első és utolsó paneljével összhangban elhelyezett szögletes tükrök alkalmazásával kaptunk. Egy madár képe az első tükörben tükröződött, amikor belépett a teszt szakaszba, a második kép pedig a másik tükörben tükröződött, amikor elhagyta az útvesztőt. A repülési időt úgy határoztuk meg, hogy megszámoltuk a két kép közötti képkockák számát, és az eredményt másodpercekké alakítottuk (0,04 s pontosság). A videókat elemeztük, képkockánként megtekintve őket az Edius Pro 3-ban (Canopus, Reading, Egyesült Királyság).

A repülési teszteket júniusban hajtották végre abban az időszakban, amikor a fecskefecskék etették első 6–15 napos fészkelő fiókaikat. A repülési tesztekhez tiszta napokat választottunk, szél és eső nélkül (kb. 20–25 ° C hőmérséklet). A madarakat hajnalban, 0430 és 0530 óra között fogták el. A repülési tesztek előtt elvégezték a toll lyukszámát és megmérték a testtömegét. Repülési tesztekre olyan madarakat választottunk, amelyek nem szenvedtek repülési toll töréstől. Repülési teszteket ugyanazon a reggel hajtottak végre 0700–1000 órakor. Először a madarak légi manőverezhetőségét tesztelték a repülési labirintusban, és a labirintus kijáratánál elhelyezett ködhálóban rögzítették őket (az utolsó húrpanel és a ködháló közötti távolság kb. 50 cm volt). Közvetlenül a manőverezhetőség próbája után a madarakat elengedték a második alagúton a gyorsulás és a sebesség érdekében, ami után azonnal visszanyerték szabadságukat. A repülési teljesítmény ezen mérései jelentősen megismételhetők, ezért kellően pontosak ahhoz, hogy statisztikai elemzésekben is felhasználhatók legyenek (Matyjasiak 2013).

Statisztikai analízis

A vizsgálati minta 143 felnőtt fecskefecskét tartalmazott - 72-et 2010-ben és 71-et 2014-ben, amelyek közül 38, illetve 36 férfi volt. A mintában egyetlen madarat sem vizsgáltak mindkét évben. Mivel nem minden madár teljesítette mindkét repülési alagút-kísérletet, vagy mert a radarfelvételek nem mindig voltak megbízhatóak, az egyes repülési teljesítmény-változók elemzéséhez használt mintaméretek a fenti értékhez képest változtak. Hat madár nem tudta befejezni a repülési labirintus próbáját - ezek a madarak lebegtek és/vagy körbejártak a tesztzónában, vagy húrokon ültek, ahelyett, hogy átrepültek volna az útvesztőben. Nem sikerült beszerezni 44 fecske repülési sebességének adatait és 46 fecske repülési gyorsulási adatait - ezek a madarak lebegtek és körbejártak az alagútban, mielőtt kirepültek (44 eset), vagy a kezdeti szakaszban nem tudták megkülönböztetni őket a radar háttérzajától (kb. 0,5 s) repülési szakasz (2 eset).

A tollfuratok száma nem volt szignifikáns összefüggésben a morfológiai prediktor változókkal (r együtthatók alacsonyabbak, mint 0,15, minden ps> 0,05), ideértve a farokhosszat is, amely a hím fecskefecskék minőségének mutatója (a hím farokhossza és a szám közötti összefüggés) lyukak a szárny tollaiban: r = −0,10, t = −0,87, n = 73, p = 0,39; vagy a farktollak lyukainak száma: r = −0,15, t = −1,34, n = 73, p = 0,18 ). Ezen túlmenően ezek a változók nem voltak társítva az egyes fecskefecskék testállapot-indexével (általános lineáris modell, amely vagy a szárnytollak lyukainak számát, vagy a faroktollak lyukainak számát függő változóként, valamint a testtömeget a repülési tesztek napján a nyelv hossza mint független változó; a szárnyas tollak furatainak száma: R adj. 2 = 0,003, df = 2, 140, F = 0,22, p> 0,1; a faroktollak lyukainak száma: R adj. 2 = 0,01, df = 2, 140, F = 0,80, p> 0,1). A nemek nem különböztek egymástól a szárny vagy a farok toll lyukainak számában (szárny toll lyukak: F = 0,68, df = 1, 141, p> 0,1; farok toll furatok: F = 0,33, df = 1, 141, p > 0,1). A morfológiai, repülési teljesítmény és a toll lyukszám változókat elemzés előtt log transzformáltuk.

Általános lineáris modell segítségével teszteltük, hogy a repülési tolllyukak száma megjósolta-e a repülési teljesítmény jellemzőit. A három repülési teljesítménytulajdonság (légi manőverezhetőség, maximális gyorsulás és maximális sebesség) modelljét futtattuk a szárnyas tollak furatainak és a farok tollaiban lévő furatok számának függvényében, mint előrejelző változók. A kezdeti modell olyan változókat is tartalmazott - életkor, nem, év, telep, szárnyterület, képarány, farokhossz, vastagság és testtömeg a repülési tesztek napján. A jelentéktelen változókat eltávolították a modellekből, amelyeket aztán újra futtattak. Azonban azokat a változókat, amelyek szignifikánsan kölcsönhatásba léptek a modell többi változójával, szignifikanciauktól függetlenül nem távolítottuk el. A modell redukciójának minden egyes lépésében ellenőriztük a maradványokat a normalitás és a homoszkedaszticitás szempontjából. A statisztikai elemzéseket a STATISTICA ver. 12 (Statsoft Inc., Tulsa, USA).

Eredmények

SS - négyzetek összege; * p 1. táblázat, 2. ábra (b)). A végső modell a maximális sebesség változásának 15% -át tette ki, a tollfuratok száma magyarázta a variáció 8,1% -át. Sőt, ez a repülési tulajdonság szignifikánsan pozitívan kapcsolódott a szárny területéhez (a szárny méretének proxyja) és a gerinc hosszához (1. táblázat). A maximális sebesség nem volt szignifikánsan összefüggésben a faroktollak lyukainak számával.

Vita

A fecskefecskék jelen vizsgálatában azt találtuk, hogy két rövid távú repülési teljesítményvonás - a maximális gyorsulás és a maximális sebesség - szignifikánsan negatívan kapcsolódott a szárnyas repüléstollakban lévő furatok számához. A faroktollakban lévő furatok száma nem volt szignifikánsan társítva egyik repülési változóhoz sem. Gyorsulás esetén a tollfuratok száma és a repülési teljesítmény közötti negatív kapcsolat nemre volt jellemző. Míg a nőstényekben a gyorsulás jelentősen csökkent a szárnyas toll lyukak számának növekedésével, a hímeknél nem volt ilyen jelentős összefüggés. Tudomásunk szerint ez az első olyan tanulmány, amely megmutatja a repülési teljesítmény és a tollfuratok számának összefüggését. Továbbá azt tapasztaltuk, hogy a légi manőverezhetőség nincs szignifikánsan összefüggésben a lyukak számával, akár a szárny repülési tollában, akár a farok tollában.

Vizsgálatunk nem kísérleti jellegű, és nem zárható ki az eredmények alternatív magyarázata. Egy alternatív forgatókönyv szerint a szárnyas tollakban lévő tollfuratok száma, valamint a gyorsulás és a sebesség összefüggése abból adódhat, hogy a rossz minőségű, alacsony minőségű tollazatú egyedek rosszabbak, és a tönkremenetel miatt veszélyeztetettebbek a szerkezeti károsodásokra repülési toll. Következésképpen nem lehet ok-okozati összefüggés a tolllyukak száma és a repülési teljesítmény között. Úgy tűnik, hogy ezt a forgatókönyvet nem támasztják alá a tanulmányban elért eredmények. Először is, nem találtunk szignifikáns kapcsolatot a tollfuratok száma és a hím és nőstény állapotindexei, illetve a férfi fecskefecske farokhossza között. Másodszor, nem találtunk szignifikáns kapcsolatot a tollfuratok száma és a szárnyak mérete vagy képaránya között. Ez utóbbi eredmény arra utalhat, hogy nincs kapcsolat a repüléstollak minősége és az ezeken a tollakban lévő furatok száma között. Azt javasoljuk azonban, hogy a jövőbeni tanulmányoknak figyelembe kell venniük a tollak mikrostruktúrájának intézkedéseit (pl. Pap és mtsai. 2015) a lyukas tollak repülési teljesítményre gyakorolt hatásának elemzése során.

Az ebben a tanulmányban elért eredmények összhangban vannak a fecskefecskékre vonatkozó egyéb vizsgálatok eredményeivel, amelyek azt mutatták, hogy a tolllyukak jelentős hatással voltak a migráció hatékonyságára és a fitneszre, mivel a több tolllyukkal rendelkező hímek és nőstények késleltették a tavaszi vándorlást és a nők túlélési arányát jelentősen csökkent (Møller és mtsai 2004a; Pap és mtsai 2005). Meg kell azonban jegyezni, hogy egy másik fecskefajon, a Tachycineta bicolor fanyelegen végzett nemrégiben végzett tanulmány szerint a tollfuratoknak nincs hatása a vándorlási teljesítményre vagy az éves túlélésre (Lombardo és mtsai 2015).

A tollfuratok intenzitása és a repülési teljesítmény közötti negatív összefüggés mögött álló mechanizmus nem világos. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy a lyukak ronthatják a repülõtollak légzárását, ami viszont befolyásolhatja e tollak aerodinamikai teljesítményét (Videler 2005). Egy későbbi tanulmány tesztelheti a tollszentség hatását a szárnyrepülő tollak és szárnyak áteresztőképességére és aerodinamikai teljesítményére (Müller és Patone 1998; Heers et al. 2011). Meglepő, hogy a tollfuratok száma szignifikánsan negatív összefüggéseket mutatott a repülési teljesítménnyel a gyorsulás és a sebesség tesztjeinél, és a légi manőverezhetőség tesztjeinél nem volt ilyen összefüggés. Ennek az eltérésnek a lehetséges magyarázata, hogy a manőverezhetőségi vizsgálatok során a tesztelt madarak szárnyai nem működtek maximálisan aerodinamikai kapacitásukban. Míg a gyorsulás és a sebesség mérését a madarak gyorsulásakor végezték, manőverezhetőségi mérésekre akkor került sor, amikor a madarak elhagyták a labirintus gyorsulási zónáját.

Összegzésképpen elmondható, hogy két rövid távú repülési teljesítményvonás a fecskefecskéknél - a maximális gyorsulás és a maximális sebesség - szignifikánsan negatívan kapcsolódott a szárnyas repülési tollakban előforduló tolllyukak számához. A tollak gyorsulási lyukainak erősebb negatív hatását találtuk a nőknél, mint a hímeknél. Ezek a kapcsolatok összhangban állnak azzal a hipotézissel, hogy a tolllyukak költségesek a csökkent repülés szempontjából. A kérdéssel kapcsolatos jövőbeni tanulmány figyelembe veheti a tollak mikrostruktúrájának a repülési teljesítményre gyakorolt független hatását. Továbbá meg kell vizsgálni a tollfuratok száma és a repülési tulajdonságok közötti negatív összefüggés pontos mechanizmusát.

Finanszírozási nyilatkozat

Ezt a munkát a Lengyel Köztársaság Tudományos és Felsőoktatási Minisztériuma [támogatás száma 2PO4F07030] és a Stefan Wyszynski Bíboros Egyetem [belső támogatási program] támogatta a miniszterelnöknek.

Etikai megállapítás

Az ebben a vizsgálatban követett összes eljárás megfelel Lengyelország jelenlegi állatjóléti törvényeinek. E törvény értelmében az Etikai Bizottság engedélyéhez nem volt szükség a jelen tanulmányhoz. A madárfogást a Lengyel Tudományos Akadémia Madártani Állomás, Múzeum és Zoológiai Intézet által PM-nek kiadott gyűrűzési engedély alapján végezték (360/2010. És 211/2014. Sz.).

Köszönetnyilvánítás

Hálásak vagyunk Krzysztofnak és Cezary Skarbeknek, hogy lehetővé tették számunkra, hogy a földjükön dolgozhassunk, és a Lengyel Tudományos Akadémia adminisztrációjának, hogy lehetővé tették nekünk repülési tesztek elvégzését a dziekanów leśnyi ingatlanon. A kézirat 2 anonim bíráló hasznos megjegyzéséből származott.

Közzétételi nyilatkozat

Potenciális összeférhetetlenségről a szerzők nem számoltak be.