עופות כדוגמת הסולה מפלחים את פני המים במהירות אדירה, המאיימת להזיק לגופם בגלל עוצמת המפגש. מתברר שגופם מותאם לצלילה בצורה מושלמת
עופות ימיים הם עופות שהסתגלו לחיים ביבשה ובמים. יש מהם שנוהגים לצלול אל תוך המים כחלק מטכניקת ציד, וביניהם עופות שהתמחו בצלילה במהירויות גבוהות במיוחד. במהלך צלילה שגרתית עופות אלו מגיעים למהירויות של 90 קמ״ש ואף למעלה מזה. לשם השוואה, בענף הספורט האולימפי קפיצה למים מגיעים הספורטאים למהירויות שבין 60 ל-70 קמ״ש, ורק בענף הספורט האתגרי קפיצה ממצוקים הקופצים מתקרבים לציפורים הצוללות, כאשר הם מגיעים למהירות בתחום שבין 80 ל-90 קמ״ש.
בבני אדם, צלילה למים במהירות 90 קמ״ש עלולה לגרום לשברים חמורים בעמוד השדרה, ואם מהירות הצלילה עולה על 108 קמ״ש אף נסתכן במוות. אם כן, כיצד מצליחים עופות המים לצלול בלי פגע במהירויות כה גבוהות?
ידוע שמבנה הגוף של עופות אלו מסייע להם בצלילה: הצוואר המוארך והישר, מבנה הראש והמקור המחודד ועוד, מאפשרים להם להגיע למהירויות גבוהות במיוחד. עם זאת, אותם יתרונות שמשמרים את מהירותם מביאים לכך שמופעל על גופם לחץ רב מאוד בזמן הצלילה למים. למרות ידע זה, תופעת הצלילה לא תוארה עד כה בצורה מעמיקה במונחים של כוחות המופעלים על העופות, וכיצד הם מאוזנים.
במחקר חדש שפורסם בכתב העת PNAS, ניסתה קבוצת חוקרים מאוניברסיטת הרווארד שבארצות הברית להסביר כיצד הצלילה המהירה מתאפשרת. החוקרים, בהובלתו של בריאן צ׳אנג (Chang), התמקדו בעוף הימי סוּלָה (gannet; Morus Bassanus) כדי לחקור את המנגנונים של תופעת הצלילה. הם חילקו את הצלילה לכמה שלבים, כאשר החלק הקריטי ביותר הוא החלק שבו הצוואר חודר אל תוך המים (air cavity phase).
הצוואר הוא החוליה החלשה בתהליך, והאלסטיות שלו מגינה עליו. סולה בצלילה | מקור: ויקיפדיה
צלילת ראש
אך מדוע הצוואר קריטי יותר מראש? הראש נכנס ראשון למים, ואלו מאטים את מהירותו. בזמן ששאר הגוף נמצא מחוץ למים הראש ממשיך בתנועתו כלפי מטה ותאוצתו קטנה. תאוצת הגוף גבוהה מתאוצת הראש, וההפרש ביניהן גורם לעומס רב על הצוואר. כאשר החזה של העוף נכנס אל תוך המים קטנה גם תאוצתו, והעומס על הצוואר מוקל.
אם כך, הצוואר הוא החוליה החלשה בתהליך: ככל שהוא אלסטי יותר, כך יהיה מסוגל לשאת בעומס גדול יותר מבלי לספוג פגיעה. כדי להעריך את האלסטיות של הצוואר בחנו החוקרים את צורת הראש ואת שרירי הצוואר.
הם ניסו לשחזר צלילות המתרחשות בטבע באמצעות הדמיה עם מודל שבו פישטו אלמנטים בגוף הסולה, וייצרו אותם בהדפסה תלת-ממדית: ראש הסולה הפך לחרוט קשיח, וצווארה לקורה אלסטית. החוקרים מצאו כי ככל שמהירות הצלילה גבוהה יותר והקורה (ה"צוואר") ארוכה יותר, כך עולה הסיכוי לפגיעה. גם היקף הגולגולת וזווית המפתח של המקור משפיעים על הכוח שמופעל בסופו של דבר על הצוואר, וככל שהם גדלים, גדל גם הסיכוי לפגיעה.
גם שרירי הצוואר משחקים תפקיד בצלילות הבטוחות של עופות המים. סריקות CT של גוף העופות הראו כי צווארם שרירי במיוחד, כאשר השרירים מרוכזים בעיקר בחיבור שבין הראש לצוואר ובין הצוואר לחזה. במצב רפוי השרירים מצויים בצורת S, אך כאשר העוף צולל הם מתכווצים, מתיישרים בכיוון הצוואר ומספקים תמיכה ענפה לעמוד השדרה. כך הם מייצבים אותו והופכים אותו לחסין מפני פגיעות על אף הלחץ והעומס שמופעלים עליו בשלבים קריטיים של הצלילה במהירויות גבוהות.
לסיכום, גופם של העופות הצוללים מותאם במיוחד לצלילות במהירויות גבוהות; היחס בין גודל ומבנה הראש, הצוואר ואף המקור שלהם מגן עליהם בזמן שלבים קריטיים בצלילה. זאת ועוד, הצוואר השרירי שלהם מספק תמיכה לעמוד השדרה ומקטין עוד יותר את הסיכוי לפגיעה.
היכולת לצלול במהירויות גבוהות כאסטרטגיית ציד מקנה לעופות אלו יתרון רב לעומת עופות ימיים אחרים, כדוגמת השחף, שאינם מתמחים בטכניקות ציד כה מפותחות: מהירות הצלילה הגבוהה מאפשרת להם לשמר אנרגיה באמצעות שימוש בתנע שנוצר במהלך הצלילה כנגד כוחות הציפה של המים, וכך הם יכולים לעוף למרחקים גדולים יותר בחיפושם אחר טרף.
צפו בסרטון של מכון Smithsonian על צלילת הסולות:
