Товсті пінгвіни-королі менш стійкі на ногах

Відділ наук про життя, Університет Роемптона, Лондон, Великобританія, Страсбурзький університет, Інститут плюсової дисципліни Губерта КУР'ЄНА, Страсбург, Франція, Національний центр наукових досліджень, Unité Mixte de Recherche 7178, Страсбург, Франція

Афіліації Університет Страсбурга, Інститут плюдисциплінації Губерта КУР'ЄНА, Страсбург, Франція, Національний центр наукових досліджень, Unité Mixte de Recherche 7178, Страсбург, Франція

Афілійований відділ наук про життя, Університет Роемптона, Лондон, Великобританія

Астрід С. Т. Вілленер,
Ів Хандріч,
Льюїс Г. Хелсі,
Шіобан Страйк

Цифри

Анотація

Цитування: Willener AST, Handrich Y, Halsey LG, Strike S (2016) Товсті пінгвіни-королі менш стійкі на ногах. PLoS ONE 11 (2): e0147784. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0147784

Редактор: Шрі Рам Сінгх, Національний інститут раку, США

Отримано: 3 березня 2015 р .; Прийнято: 10 січня 2016 р .; Опубліковано: 17 лютого 2016 р

Наявність даних: Дані доступні з Figshare (http://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.1585827).

Фінансування: Французький полярний інститут (Institut Polaire Paul Emile Victor): фінансова та матеріально-технічна підтримка польової частини; Швейцарський фонд для жінок в університеті (Асоціація Suisse des femmes diplômées des universités): заснував частину матеріалу; Компанія біологів та товариства: встановила частину вартості проїзду на польові роботи; Експериментальна біологія забезпечувала фінансування дорожніх витрат.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Ходяча біомеханіка пінгвіна представляє інтерес як тому, що вона представляє собою хитається ходу, так і тому, що адаптація руху пінгвінів, схоже, зосереджена більше на плаванні, ніж на ходьбі [1–4]. Піншоу та ін. (1976a) записав енергетичні та біомеханічні дані для трьох видів пінгвінів, що йдуть на біговій доріжці з різною швидкістю. Вони повідомили, що пішохідний рух пінгвінів є енергетично дорогим порівняно з іншими видами зі схожими масами тіла, і припустили, що така висока вартість енергії пояснюється неефективністю ходи, що коливається [2]. Однак подальші дослідження показали, що плетіння пінгвінів насправді є ефективним механізмом передачі енергії між кроками, і що для них ходьба дорога через короткі ноги [5].

Можливо, коротка ефективна довжина ніг пінгвінів еволюціонувала для посилення плавальної здатності та можливого зменшення тепловтрат, потенційно за рахунок ефективності ходьби, коли колишній режим пересування, можливо, більш тісно пов'язаний із виживанням та репродуктивним успіхом. Під час плавання їх короткі ноги, розташовані на одній лінії з тілом, забезпечують компактне, гідродинамічне та добре ізольоване тіло. Можливо, такі ноги вимагають значного бічного руху тулуба для полегшення ходьби, еквівалентно ході Тренделенбурга у людини [6]. Однак у людей цей рух у бік часто відображається широким кроком, і ця варіабельність ширини кроку асоціюється із літніми людьми, які мають ризик падіння [7–9]. На відміну від людей, королівські пінгвіни демонструють зменшену мінливість у фронтальній площині, про що свідчить невелике стандартне відхилення ширини кроку порівняно з довжиною кроку [10], що може бути пов'язано зі стабільністю. Однак, крім цього, було проведено лише обмежені дослідження біомеханіки пінгвінової ходьби.

Аспект їхньої хитавої ходи, який не вивчався, полягає в тому, як вона може змінюватися залежно від маси тіла. Повернувшись на берег з морської поїздки, деяким королівським пінгвінам потрібно пройти відносно велику відстань, щоб дістатися до своєї розмножувальної колонії, і при цьому вони несуть важке, переважно фронтальне, скупчення жиру та поглинуту здобич для своїх пташенят; необхідні запаси енергії для їх довгого посту на суші. Протягом цього періоду посту, який може тривати до місяця, королівські пінгвіни втрачають близько чверті маси тіла як жир (переважно навколо розплоду) та м’язи (переважно грудні відділи) [3, 4, 11–13]. Повні люди обирають ходити на більш повільних, самостійно підібраних швидкостях, з більш короткими кроками та більшою тривалістю пози, ніж люди зі звичайною масою тіла [14], тоді як вагітні жінки коригують свою ходу, збільшуючи ширину кроку та зменшуючи довжину кроку [15]. Однак, наскільки нам відомо, досі немає досліджень щодо того, і чи змінюється кінематика ходи в залежності від маси тіла інших видів.

Для кращого розуміння біомеханіки пересування пішоходів у пінгвінів та того, як вони можуть змінитися з їх природно високою мінливістю маси тіла, метод акселерометрії [16] був застосований до королівських пінгвінів, що йшли на біговій доріжці як у стані до голодування, так і після. пов'язані зі значними відмінностями в масі тіла. Метою цього дослідження було визначити, чи існують відмінності у птахів, коли вони важкі, порівняно з коли вони легкі, з точки зору (1) тривимірного прискорення їхнього стовбура (2) їх частоти кроків та (3) їхнього кути постави.

Матеріали і методи

Птахи

Десять королівських пінгвінів у залицянні, визначені як чоловіки за своєю поведінкою [11] та відібрані для високої маси тіла (> 12 кг), були захоплені біля берегової лінії на краю колонії. Їх тримали протягом 14 днів у ручці площею 2 м 2, дотримуючись посту, що дозволило створити парний експериментальний дизайн, за допомогою якого дані збирали від однієї особи при двох масах тіла (день 0: середня маса тіла = 13,2 ± 0,6 кг; день 14: 11,0 ± 0,5 кг). Їх перевіряли на здатність ходити на біговій доріжці і навчали робити це протягом щонайменше двох сеансів ходьби, кожен приблизно протягом 10 хвилин, до того, як почався збір даних.

Польові роботи та етика

Дослідження проводилось протягом одного австралійського літнього сезону (2010–2011 рр.) В колонії королівських пінгвінів на острові Бай-дю-Марін на острові Посесія, архіпелаг Крозе (46 ° 25’ЮШ; 51 ° 52’Є). Усі процедури, використані в цьому дослідженні, були схвалені "комітетом д'етхіку для експертизи міді-Піренеїв" за підтримки IPEV Réf MP/11/20/04/10. Дозвіл на проведення експериментів був наданий Комітетом екологічного Поляру », Terres Australes et Antarctiques Françaises (дозвіл № 2010–71 від 3 вересня 2010 р.). Виконувались вимоги Закону Сполученого Королівства (про наукові процедури) 1986 року.

Тривісний акселерометр

Триперсьовий акселерометр (Macrologger FCM 85x35x18 мм, 80 г. (задуманий і побудований П. Медіною та Р. Лаессером, команда розробників біологічного каротажу, CNRS-IPHC, Страсбург, Франція) був міцно прикріплений до пір’я кожного пінгвіна на стрічці (Tesa ® 4651) на спині птиці, на одній лінії з хребтом, на висоті стегна, і записана на рівні 32,5 Гц. Перехід між тазом і хребтом (S1-L5 у людей) був обраний як висота кріплення. Це гарне місце для забезпечення послідовного розміщення. Це місце знаходиться перед синсакрумом, анатомічною структурою птахів, де хребетний стовп міцно прикріплений до крижів, а також є відносно знежиреною кістковою поверхнею, служать для мінімізації шуму сигналу при кількісному визначенні руху магістралі.