Ihre Anti-Shake-Fähigkeit ist möglicherweise nicht so gut wie die eines Huhns

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Guo Fei Yantai Universität

Hersteller: China Science Expo

Vor einigen Jahren nutzte eine bestimmte Automarke für die Aufnahme einer Werbung ein Huhn, um zu zeigen, dass ihre Autos die gleiche Stabilität wie ein Hühnerkopf hätten. Seitdem sind auf den großen Video-Websites immer wieder kurze Videos erschienen, die sich mit der wundersamen Stabilität des Hühnerkopfes befassen. Daraus können wir ersehen, dass die Wirkung des Hühnerkopfstabilisators lediglich auf „Unternehmensebene“ liegt.

Ob Fixpunkt-, Begleit- oder autonome Bewegung – sie steht der fortschrittlichsten menschlichen Technologie in nichts nach. Im Ausland haben manche sogar eine spezielle, am Kopf befestigte Kameraausrüstung für Hühner entwickelt. Es ist schade, dass die vorhandene Technologie immer noch nicht in der Lage ist, die Richtung des Hühnerkopfes zu steuern, was den lustigen Aspekt der „Chicken Cloud Platform“ unendlich größer macht als ihren technologischen Aspekt.

GIF: Beweg dich einfach nicht! (Videoquelle: SmarterEveryDay)

Ehrlich gesagt ist der Hühnerkopf wirklich sehr stabil. Die Frage ist also, warum der Hühnerkopf so stabil ist? Haben andere Vögel einen so stabilen Kopf?

1. Die außergewöhnlichen Talente der Vögel

Die Stabilität des Hühnerkopfes spiegelt sich hauptsächlich in zwei Aspekten wider. Erstens: Wenn Sie Ihren Körper an einer Stelle halten, bleibt der Kopf unabhängig von der Bewegung tendenziell an einem Punkt im Raum fixiert. Zweitens: Wenn wir Hühner mit tragbaren Kameras ausstatten und sie frei herumlaufen lassen, werden wir feststellen, dass die aufgenommenen Bilder relativ stabil sind (natürlich können wir die plötzlichen Kopfdrehungen der Hühner nicht kontrollieren).

Körperbaulich gesehen ist es dem Hühnerkopf zu verdanken, dass er über solche besonderen Fähigkeiten verfügt, vor allem aufgrund seines flexiblen Halses . Vögel haben im Allgemeinen 13 oder 14 Halswirbel, weit mehr als die meisten Säugetiere, einschließlich des Menschen (7 Wirbel). Manche Vögel haben sogar 25 Halswirbel (z. B. Schwäne). Dadurch kann sich der Kopf des Vogels auch frei innerhalb einer Kugel bewegen, wobei der letzte Halswirbel den Mittelpunkt und die Länge des Halses den Radius bildet (mit Ausnahme des Rumpfes natürlich). Der Kopf vieler Vögel kann sich sogar um nahezu 360° drehen (180° nach links und rechts).

Typisches Taubenskelett (Bildquelle: Wikipedia (links))

Ein flexibler Hals bedeutet jedoch nur, dass der Kopf des Huhns an Ort und Stelle fixiert werden kann, erklärt aber nicht, warum das Huhn an Ort und Stelle fixiert werden kann. Tatsächlich besteht das Verhalten des Huhns lediglich darin, die umgebende Landschaft so klar wie möglich zu sehen , oder man könnte sagen, es ist ein Instinkt, die Landschaft klar zu sehen.

Insbesondere haben Hühner wie die meisten Vögel Augäpfel, die einen großen Anteil ihres Kopfvolumens ausmachen, und ihr Sehsystem ist gut entwickelt. Sie verfügen nicht nur über ein gutes Sehvermögen, sondern der Bereich ihres Gehirns, der mit dem Sehen verbundene Signale verarbeitet, ist auch sehr groß. Leider ist die Beweglichkeit der Vogelaugen selbst jedoch sehr eingeschränkt (auf die genauen Gründe wird später noch näher eingegangen).

Die menschlichen Augen sind in ihren Augenhöhlen flexibel beweglich und bei völliger Ruhe des Kopfes kann das beste Sichtfeld beider Augen eine Kegelfläche mit einem Winkel von 120° nach vorne erreichen. Allerdings ist der Bewegungsbereich der Vogelaugen in ihren Augenhöhlen sehr begrenzt. Wenn Vögel Objekte, die sich vor ihnen bewegen, optimal sehen möchten, können sie dies in den meisten Fällen nur durch Drehen ihres Halses und nicht durch Rotieren ihrer Augäpfel tun.

Hierbei ist zu beachten, dass sich das sogenannte optimale Sichtfeld auf einen kleinen Bereich mit der höchsten visuellen Auflösung bezieht. Beispielsweise kann das gesamte Sichtfeld des menschlichen Auges beim Geradeausblick mehr als 180° erreichen, das beste Sichtfeld ist jedoch nur ein kleiner Bereich, in dem die Blicklinie konzentriert ist (etwa 40°). Außerhalb dieses Bereichs lässt das menschliche Sehvermögen tatsächlich rapide nach.

Vergleich der Vogelsichtweiten, Bildquelle: Eigenerstellung des Autors

Das Bild oben ist ein Vergleich der Sichtweiten einer Uhu und eines Fächerschwanz-Zapfens. Es zeigt, dass der Greifvogel (ersterer) über ein gut entwickeltes binokulares stereoskopisches Vorwärtssehen, aber ein schwaches Rückwärtssehen verfügt. Gewöhnliche Vögel verfügen über ein gut entwickeltes Rundumsehen, jedoch über ein schwaches binokulares Stereosehen nach vorn.

Die beiden Augen eines Huhns befinden sich auf beiden Seiten seines Kopfes, daher ist sein binokulares Sehen sehr schlecht. Die Augen auf beiden Seiten bieten jedoch jeweils ein Sichtfeld von 180°, sodass das Huhn einen Sichtbereich von fast 300° hat. Der Bereich ihres Sichtfelds direkt vor ihnen, der binokulares Sehen ermöglicht, kann jedoch weniger als 5° betragen. Bei den meisten Vögeln, mit Ausnahme von Greifvögeln, liegt der empfindlichste Sehbereich auf beiden Seiten in der Mitte der Augäpfel. Gleichzeitig ist der binokulare Sehbereich direkt vorn auch ein Bereich, in dem Vögel relativ gut sehen. Vereinfacht ausgedrückt können Vögel Objekte direkt vor sich und in der Mitte beider Seiten gleichzeitig sehen.

2. Augenbewegung oder Kopfbewegung? Das ist ein echtes Problem

Nehmen wir nun an, dass ein unbeweglicher Gegenstand direkt vor uns platziert wird und wir aufgefordert werden, diesen unbeweglichen Gegenstand anzustarren, während wir unseren Körper leicht bewegen. Was werden wir tun? Dabei geht es natürlich darum, die Augäpfel so zu drehen, dass das optimale Sichtfeld nicht durch Körperbewegungen vom Objekt abweicht. Wenn wir das obige Experiment mit Hühnern wiederholen, werden die Hühner, um die Objekte vor ihnen klar zu sehen, ihr Bestes geben, ihre Köpfe ruhig zu halten und ihre beweglichen Hälse zu verwenden, um die Verschiebung ihres Körpers auszugleichen.

Es ist offensichtlich einfacher, ein stationäres Objekt zu sehen als ein sich bewegendes Objekt, aber Bewegung ist relativ. Manchmal ist es nicht das Objekt vor uns, das sich bewegt, sondern unser Körper selbst. Unabhängig davon, ob sich ein Objekt oder ein Körper bewegt: Wenn die Bewegung nicht groß ist, müssen Menschen weder ihren Kopf drehen noch sich umdrehen, um das Ziel anzuschauen, das sie sehen möchten. Sie müssen lediglich ihre Augäpfel bewegen. Die Augäpfel eines Huhns können sich nicht sehr stark bewegen, aber sein Hals ist flexibel, sodass die Körperposition nicht angepasst werden muss. Bewegen Sie einfach den Hals.

Viele Leute fragen sich vielleicht: „Müssen wir den Hühnern ein festes Ziel vorsetzen, auf das sie starren können, wenn wir die Hühnerköpfe orten wollen?“ Dies ist nicht unbedingt der Fall. Es muss sich dabei nicht zwingend um ein konkretes Objekt handeln. Das Sichtfeld des Hühnerkopfes selbst ist das Bild, das das Huhn in diesem Moment klar sehen möchte. Um das Bild ruhig zu halten und die Sicht zu verbessern, nutzt das Huhn natürlich seinen flexiblen Hals. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass sich weder der Kopf noch der Körper bewegten, sondern nur der Hals.

3. Hühner strecken beim Gehen ihren Hals, was eigentlich eine visuelle Verbesserungsmethode ist

Als nächstes wollen wir sehen, ob der Kopf des Huhns beim Gehen noch stabil bleibt. Die Bilder der am Kopf des Huhns befestigten Kamera zeigen, dass die vom Kopf des Huhns aufgenommenen Bilder auch beim Gehen recht stabil sind und das Niveau von Bildern, die Menschen mit Handkameras ohne Kardangelenk erreichen, bei weitem übertreffen. Der Mensch hat zwei Beine, Hühner haben auch zwei Beine, wir sind alle zweibeinige Tiere, aber die Ergebnisse sind sehr unterschiedlich. Wenn Sie schon einmal auf die Gehhaltung von Hühnern oder Tauben geachtet haben, werden Sie feststellen, dass sie ihren Oberkörper und Hals nicht ruhig halten und abwechselnd Schritte nach vorne machen, sondern dass ihre Hälse sich ständig strecken und wieder einziehen.

Diese einzigartige Laufhaltung ist der Grund dafür, dass die am Kopf des Huhns montierte Kamera auch bei Bewegung stabile Bilder gewährleisten kann. Der Grund hierfür hängt eng mit dem Sehbildungsmechanismus des Huhns zusammen. Zoologen begannen vor etwa fünfzig Jahren, die wissenschaftlichen Hintergründe der Ganghaltung von Hühnern oder Tauben zu untersuchen und nutzten mehrere sehr raffinierte Experimente, um die enge Beziehung zwischen Sehvermögen und Gang aufzuzeigen. Wissenschaftler ließen beispielsweise Tauben auf einem Laufband laufen. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Szenerie im Blickfeld der Taube nicht wirklich, nur die Füße bewegen sich.

Nun geschieht etwas Interessantes: Die Taube hält beim Gehen ihren Körper und Hals an Ort und Stelle. In anderen Experimenten hielten Hühner, die vor Infrarotkameras liefen, ihre Hälse auch dann still, wenn sie sich in einem dunklen Raum befanden, in dem ihre Augen kein Licht wahrnehmen konnten.

Später, mit der Entwicklung der Humanbildgebungswissenschaft, erfreuten sich Software und Hardware im Zusammenhang mit Kameras und Videoverarbeitung rasch großer Beliebtheit und immer mehr Menschen führten ähnliche Forschungen durch. Man hat herausgefunden, dass beim Gehen von Hühnern und Tauben der Hals der erste Körperteil ist, der sich nach vorne streckt. Der Hals ist vor dem Körper gestreckt. Nachdem der Kopf relativ fixiert ist, werden die beiden Füße jeweils einen Schritt nach vorne gestreckt. Wenn die beiden Füße einen Schritt machen, ist der Kopf fast still. Dann lehnen Sie Ihren Kopf wieder nach vorne und wiederholen Sie die Übung.

Wenn sich der Kopf nach vorne bewegt, sind die Augen in Bewegung, was keine ideale Sehbedingung ist. Daher macht die schnelle Vorwärtsbewegung des Kopfes nur einen kleinen Anteil der gesamten Bewegungsperiode aus. Nachdem der Kopf nach vorne gestreckt ist, wartet er auf den Körper vor ihm und während dieser folgt, kann er durch die Anpassung des Halses relativ ruhig bleiben. Dieser Vorgang ist optisch stabil und dauert während der gesamten Übung länger.

Zeitlupenanimation des Taubengangs (Bildnachweis: vom Autor aufgenommen)

Die obigen Experimente zeigen, dass Hühner oder Tauben eine Gehhaltung mit ständig hin- und herbewegtem Hals einnehmen, um die umgebende Landschaft besser sehen zu können oder um die Zeit, in der sie die umgebende Landschaft klar erkennen können, so lang wie möglich und die Zeit, in der sie nicht klar sehen können, so kurz wie möglich zu halten. Aus der Perspektive des Tierverhaltens liegt der Grund für dieses Verhalten darin, möglichst lange die beste Sehkraft aufrechtzuerhalten und dabei möglichst wenig Energie zu verbrauchen. Wenn die Sicht gut ist (z. B. bei einer Laufmaschine) oder überhaupt nichts mehr zu sehen ist (z. B. in einem dunklen Raum), besteht für Tauben und Hühner keine Notwendigkeit, diese Gangart anzunehmen.

4. Können sich auch andere Vögel wie Hühner in Kardanringe verwandeln?

Dann stellt sich die Frage, ob andere Vögel als Tauben und Hühner dasselbe Verhalten zeigen. Jein. Die Verwendung des Halses als Kardangelenk zum Ausgleich von Körperbewegungen bei stillstehendem Kopf ist bei Vögeln ein weit verbreitetes Verhalten . Allerdings sind die Gangarten von Tauben und Hühnern nicht bei allen Vögeln gleich. Die Gründe hierfür sind sehr tiefgreifende wissenschaftliche Fragen und wir werden nur einige qualitative Erklärungen geben.

Eine Vielzahl von Vögeln (Bildquelle: Wikipedia)

Lassen Sie uns zunächst über das Problem mit dem Hals-Gimbal sprechen. Tatsächlich zeigen nicht nur Hühner, sondern alle Vögel dieses Verhalten in unterschiedlichem Ausmaß. Beispielsweise steht ein Eisvogel auf einem Ast im Wind. Obwohl der Ast ständig zittert, bleibt der Kopf des Eisvogels bewegungslos.

Wie ist diese Angewohnheit der Vögel aus evolutionärer Sicht zu verstehen? Wie bereits erwähnt, ist ein flexibler Hals eine Gabe der Vögel, während unflexible Augen ein Mangel der Vögel sind. Warum haben sich die Augen von Vögeln nicht so flexibel entwickelt? Vögel sind von Natur aus an das Fliegen in Gruppen angepasst und zum Fliegen sind ein möglichst geringes Gewicht und ein möglichst stromlinienförmiger Körper erforderlich. Daher würde ein riesiger Kopf mit Nilpferd-Proportionen offensichtlich nicht den dynamischen Anforderungen zum Fliegen genügen.

Gleichzeitig ist zum Fliegen ein gutes Sehvermögen erforderlich, weshalb Vögel über ein relativ ausgeprägtes Sehvermögen verfügen und ihre Augen einen beträchtlichen Teil des Platzes auf dem Kopf einnehmen. Viele andere Arten mit ausgezeichnetem Sehvermögen haben präzise und flexible Augen, wie beispielsweise Chamäleons, die ihre beiden Augen unabhängig voneinander drehen können. Allerdings erfordern derart große Augen zwangsläufig eine große Anzahl von Augenbewegungsmuskeln und eine ausreichende räumliche Anordnung, um diese zu unterstützen, sodass die Augäpfel des Chamäleons tatsächlich aus der Kopfoberfläche herausragen. Bei Vögeln hingegen ist der Platz in ihrem kleineren Kopf nicht für eine solch luxuriöse Konfiguration geeignet. Zudem erzeugen die hervorstehenden Augenhöhlen und Augäpfel beim Fliegen einen Widerstand.

Die Augen des Chamäleons sind unabhängig und können frei in verschiedene Perspektiven gedreht werden.

Bildquelle: Wikipedia

Darüber hinaus verfügen Vögel über sehr ausgeprägte Skleralringe. Dabei handelt es sich um eine Gruppe harter Strukturen, die die Augen umgeben und die Augäpfel wie eine Rüstung schützen. Beim Fliegen werden Vögel durch den Winddruck beeinflusst und ihre Augäpfel werden bis zu einem gewissen Grad deformiert. Durch das Vorhandensein des Skleralrings kann der Augapfel des Vogels seine ursprüngliche Form beibehalten und so die Sicht während des Fluges verbessern. Allerdings verringert diese Panzerung auch die Flexibilität der Vogelaugen weiter.

Die Schädel und Skleralringe mehrerer Greifvögel werden gezeigt (Fotonachweis: vom Autor übernommen)

Obwohl die Augen von Vögeln gut entwickelt sind, ist ihre Integration und Spezialisierung zu hoch, was eine Reduzierung in einigen Aspekten erforderlich macht. Infolgedessen wurden die Hälse der Vögel immer flexibler, um den Verlust der Beweglichkeit ihrer Augäpfel auszugleichen.

Die Nickhaut des Weißhalskiebitzes (eine weitere Anpassung des Vogelauges an den Flug)

Bildquelle: Wikipedia

5. Die Gangarten von Vögeln sind komplex und vielfältig, aber der Grund dafür ist einfach

Auch hinsichtlich der Gangart der Vögel können wir in der Evolution nach Antworten suchen. Im wirklichen Leben haben Vögel unterschiedliche Gangarten. Tauben und Hühner strecken nicht nur ihre Köpfe nach vorne und hinten, sondern kleine Vögel hüpfen oft auf beiden Füßen, während Enten abwechselnd mit beiden Füßen auf den Boden klopfen und nach links und rechts schwanken. Nach der Lektüre der Ganganalyse von Tauben und Hühnern fragen sich viele Leute vielleicht: Müssen andere Vögel nicht so lange wie möglich eine klare Sicht behalten? Die Antwort lautet: Natürlich tun sie das. Allerdings muss man sich darüber im Klaren sein, dass sich Vögel hinsichtlich Größe und Gewohnheiten stark unterscheiden und man daher keine Verallgemeinerungen treffen kann.

Kleine und leichte Vögel beispielsweise laufen hüpfend, was es ihren Augen erschwert, in der Luft umgebende Objekte klar zu erkennen. Sie haben jedoch einen leichten Körperbau und springen schnell und energiesparend. Sie müssen bei Bedarf anhalten und beobachten und nach Bestätigung des Ziels schnell weitermachen, was letztendlich sehr effizient ist. Hühner und Tauben suchen oft auf dem Boden nach Futter und können aufgrund ihrer Größe nicht wie kleine Vögel „blitzen“, daher ist es für sie besser, einfach herumzulaufen und zu suchen, damit sie jederzeit Futter finden können. Wildenten sind Wasservögel und müssen nicht unbedingt auf der Straße laufen, um Nahrung zu finden. Daher ist ihre Gehhaltung eher schlampig und sie bewegen nur ihre beiden Füße hin und her, um schnell ins Wasser zu gelangen.

Stockente (Bildquelle: Wikipedia)

Auch Watvögel wie Kraniche leben und suchen an Orten mit Wasser nach Nahrung. Um die Umgebungsbedingungen jedoch möglichst effizient beobachten zu können, nehmen sie bei der Nahrungssuche dieselbe Gehhaltung ein wie Hühner und Tauben. Beim normalen Gehen verwendet eine Rotschnabelmöwe immer nur beide Füße und es kommt zu keiner zusätzlichen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Halses. Wenn es jedoch Nahrung finden muss, streckt es auch seinen Hals nach vorne. Darüber hinaus nehmen manche Vögel, die zum Fischfang ins Wasser tauchen müssen, eine Schwimmhaltung ein, bei der sie ihren Kopf nach vorne beugen und ihren Körper gleichmäßig im Wasser bewegen. Ihre Absicht besteht darin, die Umgebung möglichst lange klar zu sehen.

Erwachsene Lachmöwen im Sommer (links) und Winter (rechts)

Bildquelle: Wikipedia-Eintrag für Rotkopfmöwe

Natürlich hängt die Gehhaltung von Vögeln nicht nur von ihren Gewohnheiten, Nahrungssuchmethoden und ihrer Körperform ab, sondern erfordert auch die Berücksichtigung von Faktoren wie der Aufrechterhaltung des Gleichgewichtssinns. Es handelt sich nicht um ein Problem, das sich einfach zusammenfassen lässt.

Die Vögel wählten einen für sie geeigneten Evolutionspfad und eroberten schließlich erfolgreich den Himmel der Erde. Sowohl die Stabilität des Hühnerkopfes als auch der Gang der Vögel haben evolutionäre Wurzeln. Wenn wir in Zukunft Vögeln begegnen, können wir genauso gut auf ihre Schritte achten und dann anhand ihrer Gewohnheiten und Körperform die Gründe analysieren, warum sie diesen Schritt machen. Wenn wir genau darüber nachdenken, macht es unendlich viel Spaß!

Quellen:

1. Darstellung des Skelettsystems (Skelettsystem) Wirbeltiere
https://zhuanlan.zhihu.com/p/166289725

2. Tieraugen und Sehvermögen

http://www2.tbb.t-com.ne.jp/mark/siya.html

3. Hunde und Vögel sind auf der Welt dasselbe wie Menschen und werden sie auf die gleiche Weise gesehen? 〜Teil 1: „Ansicht“〜

https://ist-ud.iseto.co.jp/?p=1385

4. Horizontaler Betrachtungswinkel

https://style.nikkei.com/article/DGXNASDG06030_W3A101C1000000

5. Was ist die Welt der Vögel und Vögel? Die Funktionen des menschlichen Auges sind erstaunlich

https://logmi.jp/business/articles/157552

6. Was ist los?

https://epinesis.net/archives/69560457.html