Физика в мире животных: тукан и его клюв

Даже те люди, кто совсем не ориентируется в видах птиц, и не знает, какая птица как выглядит, без труда узнают представителя семейства тукановых. Живут туканы в равнинных и горных тропических лесах Северной и Южной Америки, обычно в дуплах деревьев. У большинства птиц этого семейства непропорционально большой клюв. Обычно он очень ярко окрашен.

Клюв тукановых достигает примерно половины длины тела птицы. Выглядит этот «инструмент» очень тяжелым и неудобным, но на самом деле это не так. Внутри огромного клюва много пневматических полостей, поэтому он легкий. Но клюв тукана не только легкий, но еще и очень крепкий. Этот настоящее чудо природы, один из лучших инженерных «проектов» в мире животных.

Такой клюв выглядит даже немного угрожающе. Но сама птица никакой угрозы ни для кого не представляет (разве что для зверя, напавшего на птенцов). Туканы — растительноядные птицы, которые питаются ягодами и фруктами. Большой клюв нужен тукану для того, чтобы срывать плоды с тонких веток, которые вес птицы не выдержат. Благодаря длинному клюву тукан может дотянуться до плода, который висит недосягаемо далеко для большинства других растительноядных птиц. Туканы занимаются еще и тем, что перебрасываются ягодами — и здесь большой и цепкий клюв приходится как нельзя кстати.

Для того, чтобы плоды было легче удерживать и вскрывать, на конце клюва расположены зазубрины. Помогает в этой «работе» и длинный и липкий язык. Ряд специалистов полагает, что большой и яркий клюв тукана помогает ему находить сородичей, заявляя о собственном присутствии.

Когда человек видит тукана, чаще всего возникает вопрос о том, как же эта птица спит. Как вообще можно спать с таким клювом? Ответ прост. Отдыхает птица в глубоком дупле, закину клюв на спину. Помещается он там идеально. Хвост складывается на груди, и большой тукан превращается в средних размеров пернатый шарик.

Конструкция клюва

Как уже говорилось выше, клюв тукана вовсе не так тяжел, как это могло бы показаться. Клюв очень прочный, но он создан из легкого материала с большим количеством пневматических полостей. Изучением клюва тукана занимаются не только орнитологи, но также и ученые других специальностей, например, материаловеды. Лучше всех клюв изучил Марк Андрэ Мейерс [Marc A. Meyers], специалист по материаловедению из Калифорнийского университета.

Он обнаружил, что верхняя часть клюва состоит из костной ткани и мембран. Нечто подобное можно было бы создать из пены, которая умеет быстро застывать. Эта костная «пена» расположена между внешними слоями кератина. Это вещество, к примеру, входит в состав наших ногтей. «Пенообразная» структура клюва тукана обеспечивает его прочность и легкость. Внешний слой костной ткани представляет собой набор большого количества слоев небольших шестиугольных плиток. Ширина плитки составляет около 50 мкм, а толщина — около 1 мкм. Костный материал закрыт сверху кератиновыми чешуйками, скрепленными вместе.



Поверхность клюва тукана покрыта несколькими слоями кератиновых пластин

Специалист по материаловедению Марк Мейерс провел компьютерное моделирование, и выяснил, что конструкция клюва тукана является почти идеальной. «Это как если бы тукан владел глубокими познаниями в сфере машиностроения», — говорит Майерс. «Большим сюрпризом является еще и то, что двухслойная структура клюва создает систему поглощения энергии удара высокой эффективности». Структура клюва немного напоминает внутреннюю структуру костей человека. Но в костях нет той «костной пены», которая есть в клюве птицы.



Недавно также выяснилось, что клюв тукана помогает птице регулировать температуру своего тела. Он действует по принципу автомобильного радиатора. Когда становится жарко, клюв тукана очень быстро нагревается, принимая на себя тепло тела. Избыточная тепловая энергия затем рассеивается в воздухе.

В клюве туканов большое количество кровеносных сосудов. Используя особый механизм, птица может увеличивать или ограничивать приток крови. В результате в жару тело птицы охлаждается, а когда становится холодно — тепло тела сохраняется.


Изучив особенности строения клюва туканов, специалисты занялись разработкой прочных и легких материалов со структурой, похожей на структуру клюва тукана. Такие материалы можно будет с успехом применять в промышленности. Например, сделать эффективный и надежный бампер для автомобиля или легкую и прочную деталь для самолета.

Изучение особенностей строения клюва туканов еще продолжается. И кто знает, возможно, ученые смогут раскрыть еще не один секрет этого чудесного инструмента.

Источник: geektimes.ru/post/280312/