Flygförmåga hos djur

Flygande grågäss.

Flygförmåga hos djur, antingen aktiv flykt eller olika former av glidflykt, har utvecklats separat flera gånger genom konvergent evolution hos flera olika djurgrupper. Aktiv flykt har utvecklats hos minst fyra separata djurgrupper, insekter, flygödlor, fåglar och fladdermöss, och glidflykt har utvecklats hos ännu fler djurgrupper som fiskar, ormar och flera däggdjur som flygekorrar, ringsvanspungråttor och taggsvansekorrar.

Typer av förflyttning i luften

Dessa olika typer tekniker för att förflytta sig i luften utesluter inte varandra utan många djur nyttjar två eller fler av dessa tekniker. I djurriket förekommer inte helikopterflykt eller aerostatisk flykt, det vill säga flygning genom att vara lättare än luft. Det finns däremot indikationer på att vissa bläckfiskar utnyttjar en form av jetdrift.

För de olika teknikerna för att "stå still i luften", se Att stå still i luften

Anpassningar för förflyttning i luften

Trots att bara fyra djurgrupper har utvecklat aktiv flykt, så är alla förekommande grupper mycket framgångsrika, vilket indikerar att aktiv flykt är en lyckad strategi. Aktiv flykt kan ha utvecklats ur glidflykt men glidflykt behöver inte nödvändigtvis vara en evolutionär väg till aktiv flykt utan har flera egna fördelar. Glidflygning är ett mycket energieffektivt sätt att färdas från träd till träd. Glidflygande djur lever oftare av föda med låg energi, som blad, medan djur anpassade för aktiv flykt lever av föda med hög energi som nektar, frukt, insekter och kött. En mindre tätting kan utveckla en muskeleffekt av cirka 100 W per kg kroppsvikt och en mås ungefär 25 W/kg.

Vissa mycket små insekter som nyttjar fallskärmsliknande flykt har inga vingar i egentlig mening utan simmar i luften med borstliknande extremiteter.

Merparten glidflygande djur förekommer i Sydostasien, och vissa i Afrika, men det finns inga glidflygande ryggradsdjur i Sydamerika. I Sydamerika finns det istället många fler arter som har en svans anpassad för att gripa och hålla med, än i Afrika och Sydostasien. Det har anförts att Sydostasiens dominans vad gäller glidflygande djur beror på att deras skogar är glesare än i Sydamerika. I täta skogar finns det inte utrymme för glidflygning, medan en gripsvans är desto mer användbar när man flyttar från träd till träd. I Sydamerikanska regnskogar tenderar det även att finnas fler lianer eftersom det finns färre stora djur som äter dem i jämförelse med Afrika och Asien, och dessa lianer är till hjälp för klättrande djur medan de hindrar glidflygande djur. I Australien finns det många däggdjur med gripsvans men även däggdjur som kan glidflyga, och alla dessa glidflygande däggdjur har även en svans som de kan gripa med i olika utsträckning.

Bara ett fåtal djur har anpassats för en svävande glidflykt: de större arterna inom de utdöda flygödlorna, ett antal grupper med större fåglar och ett fåtal flygfiskar. Aktiv flykt är mycket energikrävande för stora djur, medan en större storlek är till fördel vid svävande glidflykt, eftersom det ger djuret en låg vingbelastning, då dessa har en stor vingyta i förhållande till sin vikt, vilket maximerar lyftkraften. Svävande glidflykt är mycket energieffektivt.

Lyftkraft

Lyftkraften hos djur följer samma fysikaliska lagar som lyftkraften hos flygplan, det vill säga lyftkraften (och dragkraften) genereras genom acceleration av luft, till vilket även vingarnas oscillerande rörelser starkt bidrar, utom i glidflykt då vingytan hålls stilla. De små insekter som "simmar i luften" med borstliknande extremiteter kan göra detta då luften i denna skala upplevs ha betydligt högre viskositet än i mänsklig skala, se Reynoldstal. Borsten på extremiteterna fälls omväxlande ut, vilket ger ökat motstånd för dragläge (acceleration av luft, vilket ger dragkraft och lyftkraft) och in, vilket ger minskat motstånd för återföring. Hos vingförsedda djur kan motsvarande effekt åstadkommas genom vridning av vingarna. Vingslaget nedåt med relativt låg framkant ger både dragkraft och lyftkraft. Vid återföringen av vingen uppåt vrids vingen så att framkanten leder den uppåtgående rörelsen, vilket minskar motståndet och reducerar den negativa lyftkraft som uppstår eller kan uppstå. Vridningen varierar med farten. Lägre fart kräver större vridning.

Andra sätt att minska motståndet vid återföringen är att delvis dra ihop vingarna, som görs av stora fåglar, eller genom att föra tillbaka vingarna med lägre hastighet. Eftersom lyftkraften ökar med kvadraten på hastigheten (samtidigt som luften accelereras mera i samma mån) blir nettoeffekten av det senare fallet att lyftkraften över tid blir större än den negativa lyftkraft som erhålls vid återföringen, trots att återföringen tar längre tid. Detta torde vara en princip som används av fjärilar i kombination med måttlig vingvridning. Stora fåglar torde vid återföring efter ett vingslag nedåt utnyttja såväl viss vingvridning som förhållandevis långsam återföring i kombination med hopdragning av vingarna för att minska motståndet vid återföringen. De flesta flygande insekter däremot använder vingslagens båda riktningar till att alstra lyftkraft och dragkraft (och bromskraft) genom kraftig vingvridning.

"Att stå still i luften"

En ryttlande fiskgjuse.

Det finns flera olika tekniker i naturen för att hålla sig stillastående i luften. Detta genomförs antingen genom aktiv flykt eller genom svävande glidflykt. Exempelvis ryttlar många fåglar vilket innebär att de kraftfullt, men inte nödvändigtvis snabbt, flaxar upp och ned med vingarna samtidigt som de reser upp kroppen något, för att mer eller mindre effektiv "stå still i luften", vilket innebär att deras huvud på ett ungefär befinner sig över samma punkt jämfört med marken. Denna teknik kräver lyftkraft via vind och nyttjas exempelvis av flera tärnor, kungsfiskare och rovfåglar vid födosök. Vissa fåglar, exempelvis rovfåglar och havsfåglar, kan också vid kraftig motvind med ytterst små parerande vingrörelser hålla sig stillastående, nästan svävande, och balanserar på vinden. En annan teknik som nyttjas av många insekter är att föra vingarna fram och tillbaka så att lyftkraft genereras både vid framåtsvep och bakåtsvep. Från sidan sett beskriver vingrörelsen en liggande åtta. Insektens vingyta antas vara S och den totala svepytan n*S, där n är kvoten mellan den totala svepytan och vingytan. I stället för att ange det totala effektbehovet P för en insekt kan det ibland vara praktiskt att ange effektbehovet i förhållande till insektens vikt, P/m, som helt enkelt blir g*w, det vill säga

P m = g m ⋅ g ρ ⋅ n ⋅ S {\displaystyle {\dfrac {P}{m}}=g{\sqrt {\dfrac {m\cdot g}{\rho \cdot n\cdot S}}}}

m/S kallas i flygsammanhang för vingbelastning, och som framgår av sambandet är P/m proportionellt mot roten ur denna. En större svepyta med bibehållen vingyta ger ett minskat effektbehov, men innebär sannolikt också en mera komplicerad ”mekanism” för att driva vingen. Som jämförelse anger Olsson 2003 med en annan härledning, som utgår från vingarnas hastighet och det därigenom uppkomna dynamiska trycket, följande ungefärliga uttryck för samma förhållande:

P m = g 2 ⋅ m ⋅ g ρ ⋅ C p ⋅ S {\displaystyle {\dfrac {P}{m}}=g{\sqrt {\dfrac {2\cdot m\cdot g}{\rho \cdot C_{p}\cdot S}}}}

där C p {\displaystyle C_{p}} är en tryckkoefficient liknande en lyftkraftskoefficient för en vinge, men som förutsätter att insektsvingen oscillerar. Om man sätter in en humlas vingbelastning på cirka 35 N / m 2 {\displaystyle N/m^{2}} och ett största möjliga C p {\displaystyle C_{p}} (= 2) finner man att humlan uppskattas prestera minst 50 W (Watt) per kilo kroppsvikt. Enligt det första uttrycket blir effektbehovet något mindre, men av samma storleksordning. Med ett antagande om n = 2 (eller 3) skulle effektbehovet bli cirka 40 (respektive 30) W/kg. Uttrycket förutsätter dock att luften pressas ner med samma hastighet överallt under hela den översvepta ytan, vilket inte torde vara fallet. Detta ger en viss underskattning av effektbehovet. Som jämförelse kan kolibrier, som flyger på ungefär samma sätt som vissa insekter, prestera cirka 300 W/kg.

Djur anpassade för fallskärmsliknande flykt, glidflykt eller aktiv flykt (recenta)

Ryggradslösa djur

Leddjur Ett flygande bi. Blötdjur

Ryggradsdjur

Fiskar Flygfisksarten Cheilopogon exsiliens som är en "fyrvingad flygfisk" med förstorade bröstfenor. Groddjur Reptiler Draco dussumieri. Fåglar Fåglar är de mest framgångsrika gruppen av flygande ryggradsdjur. Däggdjur Corynorhinus townsendii, en art av läderlappar, som visar sina "handvingar".

Djur anpassade för fallskärmsliknande flykt, glidflykt eller aktiv flykt (utdöda)

Flygödlorna omfattade de största flygande artern som man känner till.

Reptiler

Theropoder/Fåglar

Däggdjur

Referenser

Artikel baseras på en översättning från engelskspråkiga wikipedias artikel Flying and gliding animals, läst 2011-03-05:

Noter

  1. ^ Engelska: "Parachuting". Det finns inget vedertaget svenskt begrepp
  2. ^ Engelska: "Soaring". Det finns inget vedertaget svenskt begrepp
  3. ^ ”Life in the Rainforest”. Arkiverad från originalet den 6 maj 2006. https://web.archive.org/web/20060506160044/http://www.szgdocent.org/resource/ff/f-rain1a.htm. Läst 15 april 2006. 
  4. ^ Ulf Olsson (2003) Varför är fåglar så små, Mekanisten nr.3
  5. ^ ”Vertebrate Flight”. http://www.ucmp.berkeley.edu/vertebrates/flight/enter.html. Läst 15 april 2006. 
  6. ^ Ulf Olsson (2003) Hur insekter flyger, Mekanisten nr.1
  7. ^ Yanoviak, S. P., R. Dudley and M. Kaspari. 2005. Directed aerial descent in canopy ants. Nature 433: 624-626.
  8. ^ ”Scientist Discovers Rainforest Ants That Glide”. Newswise. http://www.mongabay.com/external/2005/02_09-newswise.html. Läst 15 april 2006. 
  9. ^ Packard, A. 1972. Cephalopods and fish: the limits of convergence. Biol. Rev. 47: 241-307
  10. ^ Silvia Maciá, Michael P. Robinson, Paul Craze, Robert Dalton, and James D. Thomas. New observations on airborne jet propulsion (flight) in squid, with a review of previous reports. J. Mollus. Stud. 2004 70: 297-299
  11. ^ Piper, Ross (2007), Extraordinary Animals: An Encyclopedia of Curious and Unusual Animals, Greenwood Press.
  12. ^ ”Vertebrate Flight: gliding and parachuting”. http://www.ucmp.berkeley.edu/vertebrates/flight/gliding.html. Läst 15 april 2006. 
  13. ^ Marshall, N.B. (1965) The Life of Fishes. London: Weidenfield and Nicolson. 402 sidor.
  14. ^ Berra, Tim M. (2001). Freshwater Fish Distribution. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-093156-7
  15. ^ Saidel et al. (2004)
  16. ^ Tiny lizard falls like a feather
  17. ^ Ptychozoon: the geckos that glide with flaps and fringes (gekkotans part VIII)
  18. ^ John J. Socha1, Tony O’Dempsey & Michael LaBarbera1 (2005) "A 3-D kinematic analysis of gliding in a flying snake, Chrysopelea paradisi" Arkiverad 30 september 2007 hämtat från the Wayback Machine., The Journal of Experimental Biology vol.208, sid:1817-1833, doi:10.1242/jeb.01579
  19. ^ Cronin, Leonard — "Key Guide to Australian Mammals", published by Reed Books Pty. Ltd., Sydney, 1991 ISBN 0 7301 03552
  20. ^ van der Beld, John — "Nature of Australia — A portrait of the island continent", co-published by William Collins Pty. Ltd. and ABC Enterprises for the Australian Boadcasting Corporation, Sydney, 1988 (revised edition 1992), ISBN 0-7333-0241-6
  21. ^ Myers, Phil. ”Family Pseudocheiridae”. http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Pseudocheiridae.html. Läst 15 april 2006. 
  22. ^ Thorington Jr., R.W (27 mars 1998). ”Wing Tip Anatomy and Aerodynamics in Flying Squirrels”. Journal of Mammalogy (American Society of Mammalogists) "79" (1): ss. 245–250. doi:10.2307/1382860. http://entomology.si.edu/StaffPages/Darrow/1997WingTipAnatomy.pdf. Läst 14 juli 2009. 
  23. ^ Carraway, L.N. (27 mars 1994). ”Sciurus griseus”. Mammalian Species "474": ss. 1–7. http://www.science.smith.edu/departments/Biology/VHAYSSEN/msi/pdf/i0076-3519-474-01-0001.pdf. Läst 14 juli 2009. 
  24. ^ Malamuth, E. & Mulheisen, M. (1995-2008). ”ADW: Glaucomys sabrinus - Northern flying squirrel”. University of Michigan Museum of Zoology. http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Glaucomys_sabrinus.html. Läst 14 juli 2009. 
  25. ^ Asari, Y (27 mars 2007). ”Gliding ability of the Siberian flying squirrel Pteromys volans orii”. Mammal Study "32": ss. 151–154. doi:10.3106/1348-6160(2007)322.0.CO;2. Arkiverad från originalet den 11 juli 2010. https://web.archive.org/web/20100711135035/http://cstl-csm.semo.edu/scheibe/Advanced%20Ecology/Pteromys%20Gliding.pdf. Läst 14 juli 2009. 
  26. ^ Darren Naish: Tetrapod Zoology: Literally, flying lemurs (and not dermopterans)
  27. ^ Ancient Gliding Reptile Discovered | LiveScience
  28. ^ Sharov, Alexei A.. ”Wings on Hind Legs”. http://alexei.nfshost.com/reptiles/reptiles.html. Läst 15 april 2006. 
  29. ^ Stauth, David (2000). ”Ancient feathered animal challenges dinosaur-bird link”. Arkiverad från originalet den 26 december 2005. https://web.archive.org/web/20051226211815/http://oregonstate.edu/dept/ncs/newsarch/2000/Jun00/birds.htm. Läst 15 april 2006. 
  30. ^ ”Controversial Fossil Claimed to Sink Dinosaur-Bird Link”. Arkiverad från originalet den 30 juni 2006. https://web.archive.org/web/20060630141141/http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/8152/longisquama.html. Läst 15 april 2006. 
  31. ^ BBC News (2006-12-13), Earliest flying mammal discovered, <news.bbc.co.uk>, läst 2011-03-05

Källor

Externa länkar