Die Physik der Pfau Schwanzfedern ist noch mehr blendend als wir realisiert

Männlichen Pfauen schütteln ihre brillant hued, long-Tail Federn locken Weibchen in einer Balz, bekannt als "Zug-klappern." Aber Wissenschaftler hatte nie genau untersucht die Biomechanik hinter diesem Verhalten – bis jetzt. Ein neues Papier in PLOS One kommt zu dem Schluss, dass die Frequenz, auf die diese Federn schwingen, diese schillernden Anzeige verbessern kann – auch wenn die Augenflecken fast ganz still bleiben.

Das Balzverhalten der Pfauen ist bekannt, und bis vor kurzem hatten Wissenschaftler davon ausgegangen, dass das Weibchen der Spezies (Augenflecken) einfach Männer mit mehr gefiederten Züge und mehr Augenflecken bevorzugt – je mehr bunt, desto besser. Genau wie die Männchen die schütteln Displays hergestellt war keinen wichtigen Faktor erachtet, was sein könnte, warum niemand die Mühe gemacht, die Angelegenheit zu untersuchen.

Neuere Forschung zeigt an, dass der Pfau Balz Prozess durchaus ein bisschen komplizierter als dieses sein könnte. Zum Beispiel die Displays scheinen Augenflecken visuelle Aufmerksamkeit zu erfassen, aber Eyetracking-Studien zeigten, dass sie die Ausgaben sind nicht viel Zeit blickte an den Rändern der männliche Züge oder an diese brillant hued Augenflecken. Ein anderer Faktor könnte bei der Arbeit.

"Sie können nicht helfen, aber frage mich, wie die schnellen Bewegungen der schillernde Farbe Dynamik beeinflussen."

Führen Autor Roslyn Dakin, Biologe an der University of British Columbia, war die erste, der film diese Balz Displays auf High-Speed-Video. Haverford College Physiker Suzanne Kane das Filmmaterial sah und erkannte, dass es das Phänomen der Resonanz in der Physik sehr viel aussah. Jedes Objekt hat eine natürliche Resonanzfrequenz, bei der es vibriert. Wenn es gibt ein anderes Objekt in der Nähe ist empfindlich auf der gleichen Frequenz, er absorbiert die Vibrationen aus dem anderen Objekt ausging und Reaktion zu vibrieren beginnt.

So beschlossen sie, die zusammenarbeiten, um die exakte Biomechanik weiter zu erkunden. Im März 2015 verbrachten Dakin und Kane zwei Wochen in Arcadia, Kalifornien, Dreharbeiten und Aufnahme Pfauen während der Balz Displays. Dabei werden zwei unterschiedliche Verhaltensweisen: die oben genannten Zug-Rasseln und "Zug-zittern":

Nicht nur produziert diese eine verräterische Klappern, aber es hat einen einzigartigen visuellen Effekt: die Hintergrund-Federn erscheinen zu Flimmern, während die Augenflecken kaum überhaupt nicht bewegen.

"Nach verbringen Hunderte von Stunden gerade diese Jungs, Sie können nicht umhin Frage mich, wie die schnellen Bewegungen der schillernde Farbe Dynamik beeinflussen" Dakin sagte Gizmodo. "Auch, ist wie es, eine solche zu sein? Wenn sie aus der Nähe ist, füllt der riesigen Zug praktisch ihr Sichtfeld. Also wenn es rüttelt, es ist wie ihre ganze Welt in Bewegung ist, mit der obenauf schwimmende Augenflecken. Wie beeinflusst das ihre Wahrnehmung des Displays?"

Der erste Schritt zur Beantwortung dieser Fragen war, die Muster der gefiederten Bewegung zu quantifizieren. Zurück im Labor montiert das Team einzelne Federn auf mechanischer Schüttler zu messen, wie sie in Reaktion auf schütteln vibrierte.

Fanden sie, dass je länger die Zug-Federn, desto schneller die Männchen sie während der Balz zeigt schütteln würde – vielleicht, um ihre überlegene Muskelkraft unter Beweis stellen. Jedoch vibrieren sie auch ihre Federn an oder nahe der natürlichen Resonanzfrequenz, zu starke zeigt dabei die geringste Menge an Energie zu produzieren.

Kane zieht eine Analogie zu einem Kind auf einer Schaukel. Ziehen Sie die Schaukel einfach und es gehen lassen, und es wird bei seiner natürlichen Resonanzfrequenz hin und her schwingen. Zeit die zusätzliche drückt genau das richtige, so dass sie auf der gleichen Frequenz sind, und es wird noch höher und schneller schwingen. Schieben Sie bei knapp oberhalb oder unterhalb dieser Frequenz, und Ihre Bemühungen haben sehr wenig Einfluss auf die Schaukel. "Das was wir meinen, dass Resonanz der meisten energetisch effizient etwas vibrieren zu machen ist", sagte Kane Gizmodo.

Wenn in einem gegebenen System gibt es sehr wenig Reibung – wie ein Kind auf einer Schaukel – das Spektrum der Resonanzfrequenzen werden sehr schmal und machen es immer schwieriger, stärkere Schwingungen erzeugen. Aber Pfauenfedern reiben gegeneinander aller Zeiten, so sie viel Reibung produzieren. Das bedeutet ein Pfau kann seine Schwanzfedern auf ein breiteres Spektrum von möglichen Resonanzfrequenzen zu schütteln und noch relativ energieeffizient. Eine solche Resonanzfrequenz wird in Zug-Rasseln, verwendet, während ein anderer Zug Zittern entspricht.

"Für eine schwingende Gitarrensaite gibt es viele solche bevorzugte Frequenzen – der Oberwellen der Zeichenfolge" sagte Kane. "Für eine schwingende Feder gibt es auch viele Resonanzfrequenzen, obwohl ihre Werte nicht einfach genauso wie die Harmonien in der Musik verbunden sind. "Aber die zugrunde liegende Physik ist die gleiche." (Sie können diesen Effekt auf die 01:37 markieren Sie in diesem Video sehen.)

Dies ist nicht das erste Mal, die Pfauen Physiker fasziniert hat. Im 17. Jahrhundert dachte Isaac Newton ihre lebendige, schillernden Farben die gleichen Phänomene entstanden, die ähnliche wechselnde Farben in Seifenblasen und Ölfilme verursacht. Sein Zeitgenosse, Robert Hooke, war die erste Person, Pfau Funktionen unter dem Mikroskop zu untersuchen stellt fest die geordnete Struktur ihre Widerhaken, und wie sie dienten als kleine Haken, um die einzelnen Federn-Funktion als Ganzes lassen.

Um herauszufinden, warum die Auge Flecken scheinen, stehen noch während Klappern und zitternd, Co-Autor James Hare Hookes Spuren folgte allerdings mit moderner Technik. Er abgebildet Pfauenfedern mit Rasterelektronenmikroskopie um einen genaueren Blick auf ihre sehr detaillierte Struktur. Dies zeigte, dass Augenflecken eine etwas andere Struktur als die anderen Federn des Schwanzes. Insbesondere sind ihre Widerhaken, Mikro Haken so eng beieinander gesperrt oder Dichter werden, dass die umliegenden haben die lockerere Widerhaken Federn.

Diese neuen Erkenntnisse haben einige interessanteren Auswirkungen auf die sexuelle Selektion in der Art. Im 19. Jahrhundert beobachtet Charles Darwin "Pfauen und Paradiesvögel ihre Stacheln zusammen Klappern, sodass die schwingende Bewegung offenbar dient lediglich zu machen Lärm, dafür können kaum ergänzen die Schönheit von ihrem Gefieder." Nun es, dass dies nicht der Fall ist scheint.

Dakin spekuliert, dass Augenflecken lieber höheren Frequenz, anspruchsvoller wird angezeigt, da sie Paarung mit mächtiger Männer profitieren. Dies entgegen nicht unbedingt der natürlichen Auslese von Männchen, die den Eindruck von leistungsstarken Displays, während Ausnutzung Eigenresonanz um die geringste Anstrengung auf diese Weise ausüben können. "Auswahl für eine effizientere Displays profitieren Männer, mit weiblichen Wahl für Männer, die die intensivste Displays ausführen zusammen auftreten könnte", sagte Dakin. "Die beiden sind nicht exklusiv."