Птицы

Кормушка с видео в ленте телеграмма

29.03.2021 16:17:23 |

Автор: admin

Делаем кормушку для птиц с автоподачей корма и автоматической отправкой видео себе в Телеграмм.

Идея

Прошлым летом многие мои друзья повесили у себя на окне прозрачные кормушки из оргстекла, которые массово стали появляться на алиекспрессе, да и в обычных магазинах. Глядя на их сториз в инстаче, я тоже захотел смотреть на птичек.

Но самому, тем более на даче, сделать прикольнее, и за вечер я довольно быстро её сваял. Насыпал семечек, а птицы не летят. С дачи пора уезжать, а птиц всё нет. Мне начали не давать покоя мысли "А что если птицы прилетят, когда меня не будет?". Просто залипать в веб-камеру и ждать так же как перед окном, только перед монитором, мне показалось странно. Во всех камерах давно уже есть датчики движения.

Познакомившись с россыпью китайских приложений для видеонаблюдения я понял, что хочу что-нибудь удобнее. Что может быть удобнее, чем привычный телеграмм, из которого я не вылезаю. Я нагуглил, что бот может отправлять видео, и сделал простейший скрипт, который при появлении в папке видео-файла отправляет его мне в личку.

Птицы стали прилетать, и это оказалось очень круто! Видео с птицами из интернета, не смотря на лучшее качество, это совсем другое, а тут понимаешь, что оно происходит прям у тебя на окне - это удивительное чувство. Мне захотелось делиться видосами! Я кидал их в чаты, в личку друзьям и репостил в свой бложик. Видосов становилось больше, и я понял, что утомлю всех ими - их надо выводить на отдельную площадку. Так почему бы не постить их сразу в публичный канал.

Получилась такая как бы веб-камера (видео приходят примерно через минуту после события), но только когда что-то происходит. Зачем смотреть на пустую кормушку, если можно наблюдать только за самым интересным?

Птиц становилось больше. Стакан корма они съедали за 2 дня. Я уезжал с дачи и смотрел как птицы прилетают в пустую кормушку - это было невыносимо. Раз уж я автоматизировал просмотр, то автоматизировать надо и подачу корма. Была собрана первая версия на ESP8266 и серво-приводе. И заодно измерением уровня корма в контейнере. Корм в ней периодически всё равно застревал и уровень корма больше был похож на рандом.

Автоподачу было решено переделать на аналоговую. Из канализационных труб (я как раз присмотрел беленькие, в цвет кормушки). Теперь в неё входит 3 килограмма семечек и этого хватает примерно на 2 недели.

В морозы птиц стало ОЧЕНЬ много. 3-4 тысячи (!) видео в день и килограмм корма за 2 дня. Благо морозы продержались не долго. 90% видео - синицы. Так что следующая, пока не реализованная, идея - прикрутить нейросеть, которая бы уведомляла о новой незнакомой птице, потому что просматривать такое количество видео стало просто нереальным.

Изготовление кормушки

Я почитал в интернете советы какой должна быть идеальная кормушка, сделал поправки на то что она будет висеть на окне и в голове у меня нарисовалась вот такая картинка:

Покрутить в 3Д и посмотреть размеры можно вот здесь: https://a360.co/3rsSLRZ

Что понадобится:

Ножовка и стусло (или торцовка)
Доски шириной 120 и 150 мм
Рейка 2х3
Уголок 20х20 (можно заменить шпатиком)
Клей ПВА
4 самореза длинной 50-70мм
Шуруповёрт
Свёрла по дереву 2 и 4 мм

Как раз у меня в хозяйстве появилась торцовка. С ней пилить доски - одно удовольствие. Но ножовку и стусло никто не отменял. Я напилил досок в размер, углы ставил 22.5 - так мне показалось изящнее всего. Сперва склеиваем две половинки крыши с помощью ПВА. Рейки к основанию и к крыше приклеил на ПВА и дополнительно посадил на саморезы (предварительно не забудьте просверлить 4мм дырки в основании и крыше и 2мм - в рейках). Уголок просто приклеил на ПВА.

Далее слегка пошкурил и покрасил белой морилкой, просто потому что она у меня была. Получилось симпатично (сорри, фото после покраски не сделал).

подбор вариантов как крепить

Присоска - плохой вариант - она на ней сползает по стеклу. Так что снаружи верёвка крепится на крючочек, вкрученный в раму. Этого крепления оказалось достаточно. От рендера отличается дополнительным уголком сверху - он защищает стык (вообще то не от чего там защищать), но скорее является просто декоративным. И торцы крыши я тоже сделал под небольшим углом

Чем кормить, сколько ждать птиц?

Подсолнечные семечки - самое любимое их лакомство. И самое доступное (85р/кило на момент публикации) - продаются в овощных ларьках и на рынке, только обязательно уточняйте, не жареные и не солёные ли они.

Из кружки раз в день или по возможности я досыпаю смесь всех круп, что нахожу в доме - перловка (её особенно любят сойки и дрозды), геркулес, рис, гречка, пшено.

Можно повесить кусок сала на длинном саморезе. Оно висело у меня в кормушке, но имело довольно неприглядный вид - я перевесил напротив в зоне видимости кормушки, но зато очень смешно синицы висят на нём к верху ногами.

Отдельно на небольшом отдалении у меня висит лущилка с очищенным не жареным, не солёным арахисом.

Чем больше разнообразного корма, тем больше птиц заинтересуются кормушкой.

Птицы находят кормушку не сразу. Синицы у меня прилетели первые, на следующий день буквально. Сойки тоже прочухали почти сразу - день на третий. С трудом помещаясь в кормушку иногда залетают сороки. Довольно быстро появилась дроздиха - очень странно, она вообще то должна была улететь на юг, но кормилась у меня каждый день, пока не настало тепло. А вот снегирей мы ждали очень долго (хотя у соседей их было полно) - месяца 2. Так же месяца два назад стал регулярно прилетать дятел. И буквально на днях стали залетать сперва полевые воробьи (всегда парочкой), а затем и зеленушки (тоже парой).

Самой большой неожиданностью для нас явилась белка - она очень ловко забирается по наличникам и рамам и подолгу сидит на коньке крыши кормушки - как резная =)

Автоподача корма

Версию с ESP и сервоприводом показывать мне стыдно, так что сразу финальная аналоговая версия:

Для этого нам понадобятся фановые трубы:

Длинная 110я труба (1.5-2 метра) - это собственно резервуар
Муфта 110я
Переход с 110 на 50 трубу
Кусок 50й трубы (полметра-метр в зависимости как далеко от кормушки будет резервуар)
Два отвода 45
Заглушка 110й трубы - крышка.
Хомут стальной для 110й трубы
Очень желательно - силиконовая смазка для канализационных труб (без неё соединять, и особенно разъединять, их очень трудно)

Собственно схема сборки видна на картинке. Расскажу про особенности, поскольку у самого получилось не с первого раза:

Это автоподавалка для подсолнечных семечек - для них подходят именно 50е трубы. Сперва я пробовал 32е, затем 40е - в них семки застревают. Под более мелкую крупу надо брать трубы тоньше.

Белые трубы называются "для внутренней канализации с шумопоглощением". Если внешний вид не важен - можно использовать более дешёвые серые.

После того как конструкция готова - рекомендую закрепить короткими (13-16 мм) саморезами все соединения. Герметичность нам не важна, а вот птицы могут шатать кормушку. Так же во входном раструбе выньте резинку - так будет проще закрывать крышку-заглушку. Засыпаю корм я со второго этажа - специально проделал дыру в подшивке свеса крыши.

Что бы соединить переход 110-50 и уголок - используйте обрезок 50й трубы - получается такая внутренняя муфта.

Ну и может быть под ваши реалии лучше подойдёт другая конструкция - например в качестве накопительного резервуара можно использовать 160ю трубу.

Камера и видео-сервер

Камера подойдёт любая. Так же подойдёт старый мобильник с установленным IP Webcam. Или веб-камера, подключенная по USB. Отлично крепится на двухсторонний скотч к стеклу:

Завалявшаяся у меня без дела IP камера HikWision

Нам понадобятся:

Любая IP-камера
Старый комп или Raspberry Pi в качестве видео-сервера.
Россыпь проводов, или WiFi, если камера умеет (но провода конечно лучше)
Флешка, на которую зальём образ убунты

У меня в качестве видео-сервера используется старый компьютер, кажется аж на core2duo c 2гб оперативки. На нём стоит Debian без графической оболочки и zoneminder в качестве видео-сервера.

ZoneMinder довольно неплох, и главное, что он умеет - детектировать движение в кадре и складывать видео с ним в папку - это всё, что нам нужно для отправки в Телеграмм.

Я рекомендую ставить всё-таки Ubuntu, потому что с ней гораздо меньше мороки - для новичка поставить zoneminder на дебиан - не сложная, но всё-таки задача. (Для опытного же пользователя линукс всё нижеизложенное будет довольно очевидно, и выбор дистрибутива оставим на его совести)

Итак, ставим убунту, можно без графического интерфейса,

(уж простите, процесс установки вы найдёте где угодно. К тому же сейчас он сводится к далее-далее-готово)

Не забудьте, кстати, настроить в биосе автостарт компьютера при подаче питания.

Я буду повторять уже имеющееся на чистой виртуальной машине, чтобы ничего важного не пропустить и ещё раз перепроверить. В примере я беру рекомендованную документацией zoneminder-а серверную версию: 18.04. В моменте, где спрашивает, установить ли SSH-сервер отвечаю - установить. Обязательно дожидаемся, пока он установит все security updates.

После успешной установки системы устанавливаем для удобства net-tools и mc, и ещё нам понадобится jq:

sudo apt-get updatesudo apt-get install net-tools mc jq

Смотрим командой ifconfig IP адрес и подцепляемся с компьютера, на котором открыта эта статья, с помощью Putty.

Ура, можно копировать строчки в консоль. Добавляем репозиторий Zoneminder-а, ну и ставим сам ZoneMinder:

sudo add-apt-repository ppa:iconnor/zoneminder-1.34sudo apt-get dist-upgradesudo apt-get updatesudo apt-get install zoneminder

Ждём пока установится, даём необходимые разрешения, настраиваем апач и перезапускаем его. Запускаем сам ZoneMinder:

sudo chmod 740 /etc/zm/zm.confsudo chown root:www-data /etc/zm/zm.confsudo chown -R www-data:www-data /usr/share/zoneminder/sudo a2enmod cgisudo a2enmod rewritesudo a2enconf zonemindersudo a2enmod expiressudo a2enmod headerssudo systemctl reload apache2sudo systemctl enable zonemindersudo systemctl start zoneminder

Если всё прошло успешно, то открываем в браузере (поменяйте IP на свой!): http://192.168.1.61/zm

Соглашаемся с лицензией и попадаем в основное окно:

Пока у нас тут нет ни одной камеры. Сперва настроим важные и не очень пункты.

Можно поменять язык в Option-System-Lang_default, но переведено там не так много всего. Там же надо выставить TimeZone.

В разделе Storage добавьте новое место для хранения видео. Например, в домашнем каталоге:

Не забываем создать саму папку и права к ней:

mkdir -p /home/user/zoneminder/ptichkisudo chown -R root:www-data /home/user/zoneminder/sudo chmod -R 775 /home/user/zoneminder

Ну и давайте наконец-то добавим камеру!

Самое простое - если камера поддерживает протокол ONVIF - видеорегистратор её найдет самостоятельно. Часто, даже если поддержка есть, то она по умолчанию выключена. Я приведу примеры трёх разных камер:

Китайский ноунейм, характерный признак этого типа камер - заявленная поддержка приложением XMEye (назовём их просто китайскими)
Камеры HikVision
Приложение под андроид IP Webcam

Что характерно - настройки китайских камер и Hikvision открываются только в Internet Explorer (Серьёзно!), да ещё и с установкой какого-то сомнительной надстройки.

В китайских, как правило, ONVIF включен по умолчанию. Если нет:

Открываем по IP в Internet Explorere, устанавливаем предложенную надстройку, перезагружаем страницу, логинимся.

Можно ещё в сетевых службах попробовать поискать. Вот с такими настройками работает:

Hikvision

Открываем настройки по IP адресу в Internet Explorer, логинимся:

IP Webcam

Возвращаемся в ZoneMinder, в главном окне (Сервер) нажимаем "Добавить монитор". Пробуем искать - в правом верхнем углу открывшегося окна нажимаем "Поиск ONVIF". Тут есть особенность: если окно открылось сразу - значит он даже не пробовал искать. Закрываем и нажимаем ещё раз. Если задумался - то ищет. И скорее всего найдёт. Если нет - можете попробовать проверить - установить на комп onvif device manager и поискать им.

Выбираем нашу камеру с профилем 1.2 и потоком MainStream. Он откроет новое, уже заполненное окно (старое можно закрыть), где выбирайте режим Modect - это и есть детектор движения. И важно выбрать нужное на вкладке Storage:

Если поиск ONVIF не сработал, то путь к видео с камеры прописывается во вкладке "Источник". Приведу на всякий случай примеры строки "Путь к источнику" для разных камер:

Путь к видео-потоку

Китайские камеры:

rtsp://admin:pass@192.168.1.31:554/user=admin_password=vRnLzCDX_channel=1_stream=0.sdp?real_stream

HikVision:

rtsp://admin:password@192.168.1.32:554/Streaming/Channels/101?transportmode=mcast&profile=Profile_1

IP Webcam:

rtsp://:@192.168.1.33:8080/h264_ulaw.sdp

Пример заполненного окна

Собственно, камера добавлена, вы можете посмотреть поток с неё. Но записывает она только в случае обнаружения движения. Помахайте перед ней - появится новое событие. Проверьте, что вы его можете просмотреть.

Отправка в Телеграмм

Теперь самое интересное - отправка в телегу.

Для того, чтобы отправить в телеграмм видео-файл нам нужно завести своего бота и отправить cURL-ом запрос на api.telegram.org, указав в качестве аргумента путь к файлу.

Регистрация бота описана слишком много раз и очень простая, поэтому максимально вкратце:

Пишем @botfather и получаем от него токен в виде 1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg

Не забудьте запустить бота. Нужно написать ему сообщеньку и прочитать её, просто открыв в браузере: https://api.telegram.org/bot1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg/getUpdates оттуда узнаём свой ID. Его надо запомнить:

Можно проверить отправку себе сообщения так же из браузера: https://api.telegram.org/bot1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg/sendMessage?chat_id=1234567&text=Привет%20мир

Собственно, нам надо проделать то же самое, только с видео, передав в качестве аргумента путь к файлу. Делается это утилитой cURL

Переходим в консоль нашего сервера и для начала пробуем отправить сообщение:

curl -s -X POST \   -F chat_id=1234567 \   -F text=TEST \    https://api.telegram.org/bot1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg/sendMessage

Пришло? В выводе должен быть JSON-овский ответ, начинающийся с {"ok":true

Теперь пробуем с видео-файлом. Сперва найдём его. Я воспользуюсь mc:

Структура папок: 1 - это номер камеры, затем дата и порядковый номер события - у меня 14е (нумерация сквозная на все камеры). Значит аргументы для cURL-а будут выглядеть вот так (не забудьте заменить данные на свои):

curl -X POST \   -F chat_id=1234567 \   -F video=@/home/user/zoneminder/ptichki/1/2021-03-28/14/14-video.mp4 \   https://api.telegram.org/bot1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg/sendVideo

Я расписываю всё так подробно, потому что сам довольно долго бился над тем, как это всё работает - хочется что бы тот, кто повторял проект - тоже понимал происходящее под капотом.

Пишем скрипт, который раз в минуту обходит папки и ищет, не появилось ли новых видео. Отправляет их и после этого удаляет.

Готовый скрипт мне помогла написать @yiv, без неё я бы возился очень долго и получилось бы коряво.

В консоли пишем

nano ~/telega.sh

и вставляем туда (предварительно поменяв в первых двух строчках данные на свои):

telega.sh

chat_id="1234567"api_url="http://personeltest.ru/aways/api.telegram.org/bot1234567890:AbCDefGH123456789ABCDEFGHabcdefghtg"videopath="/home/user/zoneminder/ptichki"api_max_attempts=1send_video() {                request='sendVideo'                args="-F video=@$videofile -F caption=$videofile"         echo `curl -s -F chat_id=$chat_id $args -X POST $api_url/$request | jq -r '.ok'`}for videofile in `find $videopath -depth -name "*.mp4" -mmin -10`; do        for msg_type in 'video'; do                echo 'Sending '$msg_type' for '$videofile for attempt in  $(seq 1 $api_max_attempts); do                        echo 'Attempt #', $attempt, 'in while loop'                        snd_result="$(send_video $msg_type)"                        echo $snd_result                        if [ $snd_result == 'true' ]                                then                                        if [ $msg_type == 'video' ]                                                then                                                        echo 'ok, removing ', $videofile                                                        rm -f $videofile                                         fi                                        break                                fi                        sleep 5                done        donedone

Ctrl-X - выйти, Y - сохранить.

Собственно, скрипт ищет все файлы с расширением *.mp4 в указанной папке, включая вложенные. Стоит ограничение по времени - видео старше 10 минут игнорирует. Может делать несколько попыток отправки (переменная api_max_attempts=1) и подписывает видео именем файла.

Помахайте перед камерой ещё раз, чтобы получить свежее видео и пробуем запустить:

 sudo bash /home/user/telega.sh

Вот тут я не до конца разобрался с правами и sudo требуется лишь для того, что бы удалить видео. Должно прилететь видео!

Ну и последнее - создаём задачу в кроне:

sudo crontab -e

Вставляем туда:

 * * * * * sudo bash /home/user/telega.sh

Снова махаем перед камерой, ждём минуту - видео прилетает! Ура!

Немного доработок

Чтобы ночью вам не прилетали видео от случайных бликов - можно камеру отключать по времени. Делается это в ZoneMinder-е довольно удивительно:

В главном окне мы кликаем на большую надпись "Выполняется" и пишем в поле "Новое состояние" например "day" -дневной режим работы, нажимаем "Сохранить". Теперь это состояние нашего сервера под названием day:

Затем в главном окне клик на функции камеры (слово modect) и снимаем галку с "Включён". Сохраняем:

Снова идём в меню состояния сервера (надпись "Выполняется") и сохраняем новый режим работы, обозвав его, например, night.

Сейчас в Петербурге светает примерно в 6:30, а темнеет в 19:30. Мы снова открываем sudo crontab -e и заносим туда строчки:

30 6 * * * sudo zmpkg.pl day30 19 * * * sudo zmpkg.pl night

Результат

Ну и в результате получился канал с бесконечными видео из кормушки:

Вот ссылка на канал со скромными 43мя подписчиками =) https://t.me/PtichenkiNaDachke Мне будет приятно, если о нём узнают. Хотя, конечно, никакой популярности я от него не жду. Сейчас там синицы, лазоревки, снегири, сойки, сороки, дятлы, дрозды, полевые воробьи, зеленушки и даже белка. На заднем плане бывает видно наблюдающего кота. Так же иногда я помечаю тегами названия птиц.

Птицы - это отдельный мир. Как-то до этого они меня не особенно интересовали, а тут открылось сразу столько всего!

Прошло уже три месяца, но до сих пор и я и друзья, подписанные на канал, всё ещё в восторге и постоянно обсуждают и пересылают забавные видосы.

Получилась бесконечная залипательная дзен-лента с короткими видео про птиц. Можно открыть в транспорте, в очереди или любой другой момент и залипать на птиц.

Со мной делились, что видео с птичками странным образом успокаивает.

И что мамы показывают малым детям на планшете, как живут птички.

Из минусов - это съедает довольно много трафика и места в телефоне. Пришлось вынести в закреп инструкцию, как не разориться на мобильном трафике и как сделать, чтобы птицы не съели всю память телефона.

Иногда я или моя девушка замечаем интересные моменты и редактируем их с тегом #избранное или если это новая птица, то с названием птицы. Если вы тоже увидите что-то интересное - присылайте в личку, я отмечу соответствующим тегом.

Косяки реализации

Замеченные мной недостатки в данной системе:

Если за минуту записывается больше одного видео, то ролики приходят в случайном порядке. Так себе. Если кто-то может помочь с исправлением скрипта - буду рад.

Включение/выключение камеры было бы здорово привязать к рассвету и закату, а не к конкретному времени - я его периодически подправляю руками.

Окно бликует! Блики иногда очень мешают. А ещё птицы пачкают окно и его раз в пару недель приходится мыть. Иногда я вешаю чёрную футболку, что бы бликов становилось меньше.

Птицы загадили подсолнечной шелухой весь участок. Под соседними кустами будто тусовка гопников, лузгающих семки годами, а вовсе не синиц.

Камера захватывает дорожку к дому и иногда детектирует людей - ну тоже такое. Не очень приятно, что это происходит в публичном канале.

Странная работа ZoneMinder-а с длинным событием в кадре. Иногда, когда птица долго тусуется в кормушке, он может посчитать это за одно событие и прислать длинный минутный ролик - это круто и удобно. Но чаще присылает десяток по 15 секунд. Я долго гуглил, но так и не понял, какие настройки за это отвечают. Если кто-то подскажет - буду очень рад!

Если в качестве камеры - мобильник, то с одной стороны изображение гораздо лучше, чем с камеры, заточенной под видеонаблюдение. С другой стороны - куча проблем: нужно реализовать автовключение при подаче питания (ведь на даче частенько пропадает свет). Но основное - низкое значение FPS. И виной этому - пропускная способность канала WiFi. Всё-таки наблюдать за шустрыми пернатыми на видео 5 кадров в секунду - так себе.

Идеи на будущее

Конечно же распознавание птиц и подпись с тегом под видео! Если мне кто-то подскажет как вкатиться в нейросети на слабом железе и с чего вообще начинать - буду рад.

Трансляция в ютуб - в общем то надо сесть и сделать. Хочется, чтобы она не прерывалась и всегда была по одной ссылке. А ночью автоматически ставилась заглушка. Надо лучше гуглить (буду рад подсказкам в комментариях)

Реализация на мобильнике - очень хочется всё это реализовать, например, на стареньком рутованом андроидофоне. В нём же уже есть всё, что надо. Тогда и не нужен отдельный сервер вовсе. И качество изображения будет гораздо выше. Но там очень много своих тонкостей. Кажется, без написания приложения не обойтись.

P.S.

Это первая моя статья на Хабре, так что строго не судите, да и вообще первый большой подробный туториал. Хотел разбить её на две, но странно было бы первой статьёй начинать с DIY деревяшек и канализационных труб. Я проверял каждый шаг в процессе написания, но всё равно где-то мог ошибиться - пишите, если какая-то часть инструкции не работает - попробую помочь разобраться.

Спасибо тем, кто дочитал!

Подробнее..

Категории: Работа с видео , Diy или сделай сам , Diy , Linux , Настройка linux , Видеонаблюдение , Птицы , Zoneminder , Бердвотчинг

Оптика в ботанике структурный цвет ягод калины тинус

14.08.2020 10:06:51 |

Автор: admin

С чем у вас ассоциируется лето? Для кого-то это период долгожданного отпуска, для кого-то каникул, а для кого-то жара, духота и дискомфорт. Если же рассматривать лето с точки зрения гастрономии, то это период овощей, фруктов и ягод, которые мы любим не только за их вкус и пользу, но и за внешний вид. Как мы знаем из начального курса биологии, плоды многих растений обладают теми или иными свойствами, целью которых является привлечь потенциального гурмана. Это важная составляющая тактики расширения ареала произрастания. Подавляющее большинство плодов имеют яркий и сочный цвет, оповещающий об их вкусности. Главным источником того или иного окраса у ягод являются пигменты в кожуре, однако это не единственная методика окрашивания. Ученые из Бристольского университета выяснили, что калина лавролистная (Viburnum tinus) использует липидные наноструктуры в клеточных стенках для окрашивания своих ягод, что является ранее неизведанным вариантом структурной окраски. Что такого необычного в этих липидных наноструктурах, за счет чего они придают ягодам темно-синий окрас, и какое практическое применение сего открытия? Свет на эти вопросы прольет доклад ученых. Поехали.

Результаты исследования

Главным героем данного труда является калина лавролистная (Viburnum tinus / калина тинус) вечнозеленый куст или дерево до 6 метров в высоту, произрастающее в Средиземноморском регионе.

Viburnum tinus во время цветения.

В течение года калина тинус несколько раз плодоносит темно-синими ягодами, обеспечивая пищей множество видов птиц, среди которых черноголовая славка (Sylvia atricapilla) и зарянка (Erithacus rubecula). Как и для любых других ягодных растений, птицы для калины V. tinus являются основным методом распространения семена на новые территории.

Sylvia atricapilla (слева) и Erithacus rubecula (справа).

На первый взгляд в этом растении нет ничего особенного. Красивый вечнозеленый кустарник, радующий эстетов среди людей и гурманов среди птиц. Однако детальное рассмотрение ягод говорит об обратном. Пока другие растения используют различные химические соединения для окрашивания своих плодов, калина тинус использует структурное окрашивание. Хотя ранее считалось, что синий цвет ягод V. tinus вызван присутствием антоциановых пигментов в их кожуре, что, естественно, не является истиной.

Структурные цвета достаточно распространены среди представителей фауны: крылья бабочек, панцири жуков, перья павлинов и т.д. Цвет в их случае образуется за счет наноразмерных структурных особенностей поверхности, вызывающих интерференцию видимого света.

Примеры структурных цветов в природе: А гибискус тройчатый (Hibiscus trionum); В жук тамамуси (Chrysochroa fulgidissima); С бабочка вида Morpho rhetenor; D комар обыкновенный (Culex pipiens); Е морская мышь (Aphrodita aculeata); F жук вида Pachyrhynchus argus; G бабочка вида Parides sesostris.

Особенность калины тинус, привлекшая внимание ученых, заключается в том, что она не только демонстрирует новый механизм структурного окрашивания, но и является одним из немногих растений, способных на это.

Изображение 1

Плоды V. tinus (1C) отражают свет направленно (придавая ему металлический вид) в синей и ультрафиолетовой области спектра. Поляризация отраженного света в основном сохраняется, что указывает на то, что окраска является структурной, а не пигментной, возникающей в результате отражения от высокоструктурированной клеточной стенки внешнего эпикарпа* (2А).

Эпикарп* внешний слой плода.

При диссекции этой ткани выделяется темно-красный антоциановый пигмент. Свет, который не отражается фотонной структурой, поглощается темно-красным пигментом под ним (2А и 3C).

Изображение 2

Данное поглощение предотвращает обратное рассеяние света, увеличивая заметность синего отражения от внешней стенки клетки и, таким образом, визуально улучшая синий окрас.

Из этих наблюдений уже можно сделать вывод, что цвет плодов V. tinus является результатом комбинации физической наноструктуры, которая избирательно отражает волны синего света, и базового слоя пигментов, усиливающих синий цвет. Другими словами, сопряжение химии и физики.

Чтобы охарактеризовать наноструктуры, создающие синий цвет в плодах V. tinus, ученые использовали несколько методов электронной микроскопии.

Сканирующая электронная микроскопия свежих тканей (2А) четко показывает наличие толстой (1030 мкм) многослойной структуры, параллельной поверхности плода и встроенной в клеточную стенку самых внешних эпикарпальных клеток. Поверхность плода покрыта восковой кутикулой (26 мкм) поверх слоистой структуры. Слоистая архитектура занимает большую часть внешней клеточной стенки в области между кутикулой и богатой на целлюлозу первичной клеточной стенкой. Слои имеют толщину от 30 до 200 нм и покрывают всю клетку.

Просвечивающая электронная микроскопия показывает, что эта архитектура состоит из множества слоев мелких пузырьков, которые отличаются от матрицы по способности рассеяния электронов и показателю преломления.

Изображение 3

Снимки, полученные в ходе сканирующей и просвечивающей микроскопии, показывают, что матрица, по-видимому, содержит ключевые компоненты типичных стенок растительных клеток, а именно целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин. Окрашивание рутениевым красным (3D) показывает значительное содержание пектина, а электронограмма демонстрирует присутствие целлюлозы по характерным дифракционным кольцам кристалла природной целлюлозы.

Стоит отметить, что контрастные слои являются дискретными и остаются отличными друг от друга, но значительный беспорядок вносится непараллельными соседними слоями и неравномерностью их глобулярной структуры.

Томография стенки эпидермальных клеток (2E) показывает, что эти глобулярные везикулы организованы в объединенные слои, через которые матрица клеточной стенки целлюлозы остается соединенной мостиками и нитями (2B и видео ниже).

Модель глобулярной многослойной структуры (соответствует изображению 2D).

Из этого следует, что глобулярная многослойная структура эпидермиса плодов V. tinus состоит из липидов, встроенных в матрикс клеточной стенки, с использованием различных методов.

Далее ультратонкие срезы эпидермиса плодов подвергались воздействию хлороформа. Этот анализ весьма показателен, так как растворимость в неполярных органических растворителях является явным признаком присутствия липидов.

ПЭМ-снимки одного и того же участка образца до (3A) и после (3B) воздействия хлороформа показывают, что глобулярная структура была удалена обработкой. На последнем изображении контраст многослойной глобулярной фазы снижен, а пустые структуры внутри матрицы остаются видимыми. Для сравнения, воздействие воды не изменило ультраструктуру или контраст изображения глобулярного многослойного материала, указывая на то, что материал можно экстрагировать только неполярными растворителями. Кроме того, когда в процессе химической фиксации ученые использовали забуференный имидазолом тетраоксид осмия (C₃H₄N₂/OsO₄), который связывается с липидами, глобулярные слои окрашивались, что подтверждает их липидную природу.

А когда использовали рутениевый красный, который связывается с пектином, матрица клеточной стенки окрашивалась, в то время как глобулярная структура удалялась ввиду отсутствия имидазольного буфера.

Во время всех вариаций окрашивания, примененных во время исследования, наблюдались темные очертания вокруг глобул (3Е). По мнению ученых, это может указывать на присутствие липидной мембраны, теоретически необходимой на интерфейсе между гидрофобными молекулами и гидрофильными полисахаридами вторичной клеточной стенки.

Ученые напоминают нам, что липиды состоят из разнообразных молекулярных структур, обычно классифицируемых как воски, жиры и масла, в зависимости от их температуры плавления.

На поверхности эпидермиса растений можно легко найти воски, образующие водостойкую восковую кутикулу. Воски также включают в себя множество молекулярных структур, но преобладающим компонентом остаются алканы, которые фактически не перевариваются, т.е. не имеют питательной ценности для птиц. А вот жиры и масла, напротив, являются жизненно важными пищевыми компонентом, поскольку содержат гораздо больше энергии на единицу объема, чем в крахмале или в белках. Жиры обычно можно найти в большом объеме в семенах, т.е. глубоко внутри плода.

В случае плодов V. tinus непосредственная близость глобулярной структуры как к крупным, богатым энергией семенам, так и к восковидной внешней кутикуле делает различие между воском и жирами особенно важным для понимания функционального значения и происхождение данной структуры. Следовательно, необходимо определить, являются ли липидные глобулы неперевариваемым воском или питательными жирами и маслами. Для этого была использована световая микроскопия.

Срезы тканей плода V. tinus инкубировали с нильским синим A (пигмент), который окрашивает богатую глобулами область клеточной стенки V. tinus в синий или сине-фиолетовый цвет (3C). А это говорит о том, что глобулы представляют собой свободные жирные кислоты, а не полимер кутина (компонент кутикулярной мембраны), который окрасился бы в розовый или красный цвет.

Кроме того, электронограмма многослойной глобулярной структуры показывает четкий кольцевой узор, отличающийся от диаграммы клеточной стенки целлюлозы с характерными двумя кольцами из кристаллов целлюлозы. Этот образец указывает на то, что липидные тела, вероятно, являются кристаллическими и, следовательно, являются гомогенными мономерными липидами, а не полимеризованными молекулами, такими как кутин.

Чтобы подтвердить, что наблюдаемая смешанная структура, состоящая из целлюлозной матрицы и слоистых липидных глобул, ответственна за синюю отражательную способность плодов V. tinus, ученые смоделировали ее оптический отклик. Для этого ученые исследовали две математические модели: двумерный массив сфер и усреднение по множеству одномерных двухфазных мультислоев.

Изображение 4

Алгоритм обратного проектирования был использован для моделирования структуры в двумерном пространстве в виде серии глобулярных скоплений. Схемы на 4A-4C соответствуют смежному смоделированному спектру отражения. Этот алгоритм позволяет независимо вводить различные типы беспорядка в глобулярный мультислой, настраивая размер и структуру, т.е. преобразование Фурье положения частиц.

В процессе моделирования были изучены: оптический отклик слоистых липидных глобул с разной степенью вариации диаметра глобул (4A); беспорядок в углах между соседними глобулами (параметр Sp, 4B) и беспорядок на среднем расстоянии между соседними глобулами (параметр Sk, 4C).

Введение различных типов беспорядка (4A-4C) всегда оказывало одинаковый эффект на оптический отклик глобулярного мультислоя, а именно, снижение пиковой интенсивности.

Таким образом, вместо того, чтобы рассматривать каждый элемент беспорядка по отдельности, структура и материальный состав клеточной стенки V. tinus были аппроксимированы неупорядоченными одномерными мультислоями с показателями преломления, соответствующими целлюлозе (n = 1.55) и типичному растительному липиду (n = 1.47). Распределение толщины обоих материалов показано на 4D. А отражательная способность, смоделированная с использованием средних значений по одномерным слоям, показана на рисунке 4E.

Введение беспорядка, наблюдаемого в измерениях поперечного сечения, в модель когерентного упорядоченного отражателя расширяет его спектр отражения.

Если модель позволила ученым понять, как именно ягоды V. tinus получают свой окрас, то вопрос касательно надобности такого механизма моделирование не охватывает.

Наибольшее межвидовое взаимодействие у V. tinus связано с птицами, питающими ягодами этого удивительного растения. Сравнение со спектральной чувствительностью синицы (1D) показывает, что цвет ягод находится в пределах визуально значимого для птиц данного вида диапазона.

Ягоды, естественно не парят в воздухе, а прикреплены к веточкам, на которых растут листья визуальный фон. По большей степени, фон зеленого цвета, ввиду доминирующего пигмента хлорофилла в листьях. Хлорофилл имеет широкую спектральную характеристику с пиком при 550 нм и незначительной отражательной способностью ниже 500 нм, благодаря чему цвет плодов V. tinus хроматически контрастирует с листвой. Другими словами, на фоне таких листьев ягоды выглядят еще заметнее.

Учитывая, что зрительные сигналы для птиц часто являются приоритетными, липидная структурная окраска ягод V. tinus может служить сильным визуальным сигналом для голодных птиц.

Если же учесть, что цвет пищи для птиц может быть первичным параметром съедобность, то цвет ягод V. tinus сигнализирует о том, что они съедобны и питательны.

Связь цвета плода и его питательной ценности исследовалась и ранее. По некоторым данным темные плоды растений из Бразильского региона богаты углеводами, а темные плоды растений Средиземноморья богаты липидами.

Ученые считают, что в случае V. tinus синий цвет является сигналом о том, что в ягодах много питательных липидов, которые, к слову, и создают этот окрас.

Такой метод передачи сигналов ученые называют честным или прямым, когда контекст сигнала соответствует его источнику (синий цвет из-за липидов высокое содержание липидов). Такой метод сигнализации достаточно затратен, ибо использование классической пигментации было бы проще для растения. Тем не менее, отдача, которую получает V. tinus в виде привлечения внимания птиц разных видов, судя по всему, перекрывает этот недостаток.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Цвет является важной составляющей визуальной информации, которую живые организмы получают об окружающем их мире. Многие животные используют свой окрас для маскировки, привлечения партнеров или для отпугивания неприятелей. Среди растений также присутствуют некоторые их этих тактик, но самой значимой является поддержание межвидовой связи. В случае V. tinus птицы являются основными партнерами этого растения, необходимыми для распространения семян на большие расстояния, что значительно увеличивает ареал произрастания V. tinus и, следовательно, шансы на выживание вида.

Вкусовые качества плодов многих растений зависят от того, насколько они хотят привлекать к себе внимание животных тех или иных видов. Некоторые плоды будут вкусными, например, для конкретных видов птиц, тогда как для всех остальных они будут практически несъедобны. В такой сложной системе как межвидовая связь важную роль играет степень коэволюции видов растений и животных, которые ее формируют.

Синий цвет калины лавролистной заключается в его нестандартном происхождении наноструктуры липидов, содержащиеся в стенках эпидермальных клеток ягод V. tinus. Данная методика окрашивания (структурное), особенно за счет липидов, среди растений на данный момент обнаружена только у V. tinus. Помимо этого липидное окрашивание может говорить птицам о большом содержании липидов в ягодах, как бы странно это ни звучало.

Честные сигналы, происхождение которых соответствует их контексту, достаточно редки в природе. Объяснение этой редкости достаточно простое. Представьте себе, что у вас есть булочная. Вы хотите привлечь больше покупателей, а потому раздаете флаеры. Следовательно, сигнал имеет один контекст (у нас вкусные булочки), но его происхождение другой (у меня нет булочки, а нечто получше рисунок булочки, т.е. флаер это лишь клочок бумаги). Если же вы будете раздавать булочки, то это будет честное сигнализирование, но куда более затратное.

Ранее многослойные липидные архитектуры, как у ягод V. tinus, не были замечены в биоматериале. В прошлом не было столь развитых инструментов и методик, как сейчас, потому многие детали были зафиксированы неверно или вовсе были упущены.

В будущем ученые намерены провести анализ других растений, которые теоретически могут также обладать подобными липидными наноструктурами и, следовательно, нестандартным методом окрашивания плодов. Кроме того, ученые считают, что их исследования могут способствовать созданию более безопасных пищевых красителей.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Подробнее..

Категории: Научно-популярное , Блог компании ua-hosting.company , Физика , Биотехнологии , Химия , Растения , Ягоды , Фрукты , Птицы , Пигментация , Окрашивание , Структурный цвет , Синий , Калина лавролистная , Липиды , Наноструктуры

Пересадочный узел для птиц раскаты Волги посреди пустыни

06.11.2020 12:09:31 |

Автор: admin

Привет! На нашей офигенной планете есть такое место низовья Волги. Если бы не Волга, там была бы натуральная пустыня, как в Монголии. Но там есть река, и течёт она не просто так, а по дну бывшего древнего моря.

Нормальные реки разбиваются на 2-3 протока, а вот Волга разбивается сначала на сотни, а потом вообще превращается в огромную водную поверхность глубиной около метра. Представьте: взяли кусок пустыни размером в полтора Кипра (13 900 км²) и залили его водой. Получилось вот так:

Глубина там небольшая, растительность спокойно торчит над водой, в местах, где ещё можно различить рукава куча островков и чего-то похожего, а ниже уже всё это постепенно переходит в Каспийское море. Конвергентные вещи можно увидеть в дельте Меконга и в мангровых рощах на островах Микронезии. Поэтому да, в Астрахани, проплывая протоками, можно словить много вьетнамских флешбеков.

В этой самой авандельте живёт невероятное количество птиц. Точнее, как, живёт: некоторые всё время, некоторые прилетают зимовать, и очень много прилетает на пересадку до Африки или других тёплых краёв. И если зима вдруг не очень-то злобная, то могут остаться и прямо на месте.

Вокруг птиц построили астраханский биосферный заповедник. На его примере я хочу показать, как офигенно работает наука с местными жителями. А то я прошлый раз прямо восхищался, как в Намибии дружат со слонами и леопардами, а нас под носом происходят не менее интересные вещи.

^{Вот так это выглядело со спутника в 2005 году. Южный границы
заповедника раньше определялись по краю растительности перед морем,
то есть по продуктивной зоне между водой и сушей. То есть последний
росток тростника был границей. Осаждения частиц из воды образуют в
дельте новые острова, и граница двигается на 5-15 метров каждый
год. Дальше южнее появились рыбаки и нефтяники и границу жёстко
зафиксировали.}

А это полупустыня для сравнения. Она вокруг:

А вот так выглядит градация от проток до раскатов:

Что такое заповедник?

Есть, условно, три главные стадии охраны природы:

Эй, аккуратнее тут и убери завод это национальный парк, в нём куча ограничений, но можно спокойно ходить и вести ограниченную хозяйственную деятельность. По сути, такой зоопарк наоборот; сафари, но не в Африке.
Мы бережём конкретный вид, и тут дом для него это заказник, например, для зубра. Задача заказника увеличивать численность кого-то одного. В принципе, коровья ферма при мясокомбинате тоже своего рода прототип заказника. Но, конечно, настоящий заказник имеет куда больше охранных механизмов и ограничений.
И не трогайте ничего тут вообще это заповедник. В нём, по идее, вообще ничего нельзя менять. Там должна быть экосистема без любого участия человека вообще. И даже если в этой экосистеме что-то идёт совсем наперекосяк, считается, что это настоящий мир, и таков путь.

Заповедник может быть в середине нацпарка, как, например, в Чёрных землях с сайгаками. Может быть и отдельным. В заказники и нацпарки можно ходить туристам, а в заповедники нет. Но если взять пропуск и научного сотрудника, то можно. Поэтому попасть в заповедник можно двумя путями: если вы имеете отношение к науке, либо если в рамках экопросветительской деятельности туда организованы туры с наукой в составе.

Принципиальное отличие такое: заповедник это такое суперместо, где можно увидеть В мире животных глазами без проблем. Потому что там никого никогда не пугают. Из-за того, что с вами должен быть научник, поток туристов куда меньше, чем в те же нацпарки. Группы редкие, часто получаются дороже, и потрогать листик туристы ездят в другие места. Поэтому природа чувствует себя несколько спокойнее. Это, кстати, значит, что встречная птица будет пытаться выклевать камере глазик, а не улетит в ужасе при виде лодки.

^{Хотя пеликан, конечно, улетит. Пеликаны они вообще
такие.}

Зачем нужен заповедник?

Сохранять экосистему. Просто чтобы у нас был неизгаженный участок Земли, где всё ещё чисто и радостно как несколько тысяч лет назад. Позволить природе действовать так, как если бы человека нет.

У конкретно Астраханского биосферного заповедника есть три участка: на восточной, центральной и западной частях дельты. Выбраны они как эталонные, чтобы понимать, что происходит по дельте Волги в целом.

Соответственно, на них происходит естественный отбор в лучшем виде. Кого должны были сожрать кушают (даже если очень жалко милого зверя), а кто выживет тот выживет. Научный состав может только болеть за своих героев, но не может спасать, подкармливать или ещё как-то подыгрывать. Исключение делается для ключевых видов (краснокнижных) им всё же немного помогают выживать, то есть очень ограниченно вмешиваются и улучшают их шансы. Читер нашего заповедника орлан-белохвост, такая здоровенная птица с размахом крыла до 230 сантиметров, которая вообще-то должна охотиться на рыбу, но в последнее время очень любит пугать своим размахом до полусмерти бакланов и смотреть, как из них забавно выпадает уже пойманная еда. Он же работает местным ПВО и может забрать дрон, чтобы разобраться, что это.

Для каждого вмешательства (в том числе с помощью краснокнижным видам) нужна программа с методологий и научным обоснованием. Ещё иногда, наоборот, надо не помогать, кого-то добить лопатой: это касается свежих инвазивных агрессивных видов. Но для этого тоже нужна программа действий.

Из охраны экосистемы проистекает функция сохранения биоразнообразия. То есть заповедники это такие библиотеки генофонда и убежища для животных. Вот те же кабаны, например, сохраняются внутри охранной территории, но как только за неё выходят с точки зрения тервера просто стремятся получить пулю в лоб от охотника или браконьера. Если бы заповедника не было, кабана бы тоже уже давно не было бы. А так он мало того, что есть, так ещё и достаточно разнообразен, чтобы восстановиться даже после серьёзного бутылочного горлышка (в нашем случае это чума 2010 года, и вот только сейчас первые годы, когда понятно, что пумбы вернутся). Это значит, что очень маленьких заповедников не бывает: нужен такой размер территории, чтобы внутри сохранялись репродуктивные популяции и большие куски экосистем.

Ещё заповедник увеличивает биоразнообразие на ближайших территориях. Ну, кабаны выходят, птицы расселяются и так далее. В нашем случае наличие заповедника обогащает всю дельту, что хорошо понимают те же охотники, которые давно бы остались не при делах в противном случае.

Как только вы начинаете сохранять экосистему, странно не заниматься наукой прямо на месте. За кучей видов можно наблюдать близко и в естественных условиях. Можно вести многолетние наблюдения. Данный заповедник офигенен тем, что уже лет пятьдесят собирает кучу данных для принятия решений. Поскольку нужно же понимать, где какие изменения происходят в масштабах дельты, нужен кто-то, кто ведёт подробный лог событий. И когда принимаются решения сколько рыбы можно ловить, чтобы в следующем году вылов зацепов не побил все нормы, то нужны научные данные. В дельте чертовски важна погода, гидрология (уровень воды, спускаемый из водохранилищ) и прочие параметры всё это влияет на время и скорость воспроизводства разных видов. А, и да, тут нерестится вобла.

^{Красная рыба прокрастинирует. Она нерестится выше. И ещё она
не красная, сверху она синевато-серая, а внутри белая, за
исключением икры, которая чёрная. Икра же бывает и белая, и
зелёная. Зависит от настроения рыбы.}

Прямо на кордоне заповедника стоит метеостанция. На ней делаются все те замеры, что и обычно на метеостанциях, и они потом идут в общую сеть. В результате работы сети раньше в телевизоре появлялся дружелюбный мужик, а сейчас у вас на блокскрине телефона есть погода. Учёные меряют уровень воды, численность разных видов птиц и рыб, считают млеков, и всё это уже 50 лет. В итоге получается не бигдата, но всё же очень длинный ряд данных, по которым можно прогнозировать всякие что будет, если. Поэтому сотрудники заповедника входят в разные рабочие группы по региону и часто участвуют в разработке правил и законопроектов. Вообще, в экологии качественный прогноз очень важен, спросите любого австралийца, отмечающего день жабы.

Рабочие группы заповедника также помогают защищать другие территории. Например, заповедник на севере области и ещё региональные охраняемые территории создавались прошлым поколением сотрудников. Кстати, насчёт поколений. Наука тут одна из самых молодых в России для заповедников. Каждый год приезжает 15-20 студентов за практикой из региональных вузов (были недавно из Воронежа, Волгограда, Перми, Ростова).

Третья и четвёртая история это экопросвет и туризм. Обычно они в России слеплены в одно направление, и экскурсии внутрь заповедника идут по бюджету экопросветительской деятельности. Здесь туризм достаточно хорошо развит: есть флот лодок, в день может проходить по 16 человек в двух группах (на базах отдыха за пределами охранной зоны такой же показатель от 60 до 150 человек в день), раньше была пара домиков на кордоне, сейчас построили новые и ещё кафе-столовую. Раньше ели в беседке, а теперь планируется принимать туристов и зимой. Для походов по льду уже есть Хивусы на воздушной подушке.

В России далеко не все знают про это место, а вот для орнитологов всего мира это натуральная Мекка. Почему? Потому что тут огромный трансферный узел для птиц, и это роль места в планетарном масштабе. Птица, она как и самолёт, требует дозаправки. Если вы думаете, что они просто летят в тёплые края, то нет им нужно где-то останавливаться, отдыхать, есть несколько дней (или даже недель) и лететь дальше. И обычное дерево на даче не подходит: нужно, чтобы было много места и много корма, и при этом хищники не особенно злобствовали. Чтобы вы понимали масштабы узла просто знайте, что тут за год пересаживается около 20 миллионов особей.

В общем, здесь тусуют странные люди с биноклями и огромными объективами, обожающие в 4 утра садиться в лужу, неподвижно стоять до вечера, время от времени шепча латинские слова. И сейчас им создали куда больше условий. Кстати, эти люди готовы не только сидеть в скрадках, но и проходить все прелести нашей бюрократии: кроме визы им нужно разрешение на посещение приграничной полосы от ФСБ, которое в случае граждан России делается за 2-3 дня, а в случае инострацев примерно за полтора месяца. Но, правда, как человек, который проходил эти квесты несколько раз, скажу, что заповедник получает все согласования сам, надо только скинуть скан паспорта.

Ни и ещё есть экопросвет это когда вы кому-то рассказываете про то, как устроена природа, и этот кто-то меньше гадит. В перспективе. Вообще, конечно, заповедник хочет поменять менталитет населения на предмет того, что не надо портить место, где живёшь. Получается это, конечно, с переменным успехом.

Так, а есть конкретные примеры, как заповедник влияет на мир вокруг?

Вот, например, электроудочки. Несколько лет назад они были довольно широко распространены. Смысл в воду опускается два провода, с одной стороны цепь замыкается автомобильным аккумулятором, а с другой водоёмом и его обитателями. Примерно на одну пойманную рыбу получается около 20 покалеченных. У кого-то переломы позвоночника от спазмов мышц, у кого-то повреждены репродукционные системы (и не будет икрометания), кто-то просто сразу погибает от тока и тонет. Мальки, отложенная икра, почти все беспозвоночные и даже простейшие гибнут в радиусе почти сразу. В общем, такая Хиросима по меркам водоёма, но зато у кого-то вечером будет уха.

Бороться с браконьерским ловом до основания почти бесполезно, а вот на порядок уменьшить от него ущерб вполне реально. Заповедник сначала посчитал эффекты от применения электроудочек, а потом запустил кампанию среди местных жителей, в ходе которой рассказывал о том, как это вредно. В смысле, если я правильно понимаю логику, в результате местные поняли всю теорию заговора и решили, что электроудочки это способ оставить их без рыбы через несколько лет. Трагедия рыбы в следующем году не будет тут знакома почти каждому по рассказам дедов и отцов. В общем, если до этого на аккумулятор тут ловили многие, то теперь если местные жители видят такое, то уже знают, куда вставлять контакты понаехавшему рыбаку. Вот так работает сочетание пиара и науки. Это и называется экопросветительская деятельность.

Опять же, тот же лов в нерест понятно, что браконьеры будут ловить. Вопрос в том, когда ловить и как. Одно дело перегородить протоку и ловить рыбу до икрометания, другое дело дать ей отнереститься и потом забирать. Это тоже нужно объяснять.

А так успехов у заповедника довольно много. Первая история, конечно, лотос. На момент основания первого участка оставалась всего одна посадка площадью примерно в четверть гектара. В смысле, это был вообще последний лотос на Волге.

Сейчас лотосные посадки (со включениями других растений) занимают несколько десятков тысяч гектар и ушли далеко за пределы участков. Даже в черте города есть посадка. Цветок мало того, что сохранился так ещё и стал символом области.

^{Лотосная посадка за пределами заповедника. Судя по прорезям,
внутрь возят туристов, что считается за нарушение.}

Очень интересно работают с детьми. Их можно рассматривать как будущих браконьеров, а можно как будущих людей, понимающих экологию мест, где они живут. И вот для второго заповедник устраивает всякие вещи. Самое простое был конкурс скворечников. Дети соревновались, в чей скворечник поселится первый птиц.

^{Как видите, до плакатов Птица, лети сюда! дело не дошло, то
есть дети всё же мыслили как скворцы.}

^{Победителя выявить не удалось, поскольку птицы пришли толпой и
всё заселили.}

Очень прикольно сделана история с бидонами. Дело вот в чём: рыба нерестится, фактически, на лугах. Точнее, это летом они луга, а весной пруды. Вода сходит, остаются лужи, разные понижения рельефа с не успевшим смыться мальком. Часть его съедят птицы, часть погибнет. Если хочется в следующем году больше рыбы, то надо копать каналы до реки и соединять лужи с большой водой. Иногда так не выходит. В этом случае дети помогают тем, что набирают в бидоны малька и выливают в реку. Понятно, что отыграть так можно вряд ли больше процента рыбы, но тут важно приобщение и понимание, для чего была эта работа.

Ещё прошлое поколение научных сотрудников спасало бакланов от местных жителей. Их выбивали, солили бочками. История вот в чём: они по утрам идут по водоёму плотной группой, и кажется, что их очень-очень много, и что они сейчас заберут всю рыбу. Зрелище реально впечатляющее. Вообще, я сейчас опять влезу со своим механистичным подходом, но на раскатах можно увидеть огромную фабрику, где очень хорошо заметно, как большие группы птиц работают по биологическим скриптам. Если понимать чуть-чуть в этологии и чуть-чуть в разработке, то зрелище становится просто завораживающим с точки зрения точности и красоты исполнения. Но вернёмся к бакланам. Учёные верили, что птицы не виноваты в том, что рыбы становится меньше. Посчитали, кто сколько ест, кого, где ест, что ест. Посчитали бизнес-модель баклана. Научно обосновали, что бакланы не наносят ущерба, который им приписывается. Смогли объяснить это местным жителям, и бакланов бить перестали. Сейчас вот они, чертяки:

^{Вообще, баклан это офигенная птица. Он может пару часов стоять
на коряге, раскинув крылья в позе герба России, пока они высохнут.
Чёрные они как раз, чтобы ускорять этот процесс. Ещё они отлично
кооперируются с пеликанами и вместе с ними загоняют рыбу как при
облавной охоте. Ну и вообще смешные.}

Сейчас одна из главных проблем для объяснения это пожары. Дельта покрыта тростником, он за зиму высыхает и становится по свойствам похож на бумагу. Сверху на растении такая прикольная кисточка, которая при пожаре летает и превращает в огненный ад всё вокруг. Ну, и летает она не одна. Из-за этих кисточек, улетающих метров на 200-300, тушить такие пожары почти бесполезно. Поэтому заповедник к весне защищают выкошенной полосой в 500 метров по границе. Да-да, по всей границе, где есть растительность.

Проблема в том, что жители местных сёл считают, что жечь тростник весело и круто. Но не во славу Сатаны, а потому, что так должна раньше появиться молодая трава. Собственно, много где горят разные массивы растительности на планете, и много где зола действительно помогает запустить новый цикл. Заповедник провёл исследования, и выяснилось, что чёрная от золы земля действительно прогревается лучше, и расти на ней всё может быстрее. Но вот этого всего не остаётся, потому что тот же огонь убирает все семена злаковых из верхнего слоя почвы. Остаются мощные корневища тростника (они на полметра обычно), и растёт новая роща тростника. Жрать его невозможно даже корове, и пастбище в итоге за 3-4 года деградирует. А люди при этом надеются, что оно улучшится. Правильно не жечь, а косить молодой тростник это даёт больше шансов злаковым, и в первые два года не очень заметно, а на третий и чётвёртый хорошо видно. На пятый злаковые превалируют и начинают душить тростник. Сейчас это надо как-то объяснить, потому что пока если кинуть спичку видно мгновенный эффект, что стало чисто.

Ещё интересный аспект работы изучение инвазивных видов. Ещё при царе в Астрахани интродуцировали шелковицу (если вы читали пост про шелкопряда, то уже знаете всю подноготную процесса). Шелковица вписались отлично, на ней гнездятся разные птицы, её листву и плоды едят все подряд, включая приматов, а внизу отлично растут растения поменьше, под ней собирается кабан, птица. А вот позже приехал пенсильванский ясень, который не вписался. Он плохо интегрируется, образует рощи, вытесняет всё подряд, корневая система у него плотная, плюс ещё и до кучи дерево не используется для гнёзд. Его ушатать лопатой уже невозможно, слишком распространился. А так случайно расселили енотовидную собаку и ондатру (вписались в биоценоз дельты хорошо). К слову, енотовидную собаку можно посмотреть прямо на кордоне, она там живёт. Примерно в это же время американская норка вытеснила обычную (это был давний побег группы американских пленных с производства), а вот воронежский бобёр, к частью, передох, не успев нанести повреждений.

С другой стороны, само наличие участков заповедника влияет и на поведение видов. Птицы и звери примерно понимают, что внутри границ безопасно.

^{Лебеди-шипуны едят растительность внутри островов. Ну и шипят
там тоже. Получается такой шипящий остров.}

Точнее, понимают, наверное, не совсем верный термин, но тут работает механизм, который в результате нескольких десятков лет научил птиц, что те, кто не жил на территории участков, отбор не проходят. В общем, выглядит это так: на границах заповедника в воде стоят аншлаги. Это такие знаки, которые вбиты в дно, потом проходят слой воды и торчат на воздухе. Там плавают такие огромные плоты из растений, а на них сидят птицы, по несколько тысяч штук. Эти прямо плавающие острова сносит за границу заповедника. И вот когда птица выходит за аншлаг, она начинает нервничать и меняет диспозицию. По мере того, как птицы выплывают за вешки поднимаются и возвращается в заповедник. Видимо, понимают границу только некоторые, но они своим примером учат остальных, что так надо делать. Так что теперь это их дом.

Собственно, мне осталось только сказать, что в заповеднике есть много фотоловушек.

Вот несколько самых интересных сцен

Массовый нерест сазана:

Лебедь-шипун защищает кладку и шипит. Собственно, за 15 секунд вы можете узнать, почему он так называется:

Волки нашли след кабана (напомню, с чумы 2010 года его тут почти нет, и волкам было очень тяжко). Потому зверьки несколько взволнованы:

А это барсук. Его прёт с 45-й секунды. В целом, если вы барсук то такое поведение нормально.

И короткий ликбез про то, почему никогда не надо связываться с дикими котами:

С нами сегодня были Татьяна Гаврилова (начальник отдела развития и экологического туризма) и Кирилл Литвинов, заместитель директора по научно-исследовательской работе.

Он, кстати, напоследок привёл прекрасный пример того, насколько поменялось отношение жителей. В прошлом году осенью где-то в период цветения прошёл я обратил внимание, что листья лотоса на экотропе целые, ни один не сломан. А там было примерно 3 тысячи человек. Раньше в каждой группе был турист, который срывал лист и сразу одевал себе на голову.

Подробнее..

Категории: Научно-популярное , Биотехнологии , Блог компании туту.ру , Наука , Птицы , Волга , Дельта , Авандельта , Заповедник , Астраханский биосферный заповедник , Астрахань

Не препятствие, а подспорье турбулентность и птицы

18.06.2021 10:22:12 |

Автор: admin

Технологический прогресс позволил нам делать то, что многие птицы умеют делать от природы летать. Конечно, со времен братьев Райт многое изменилось, и нынешние самолеты намного эффективнее, безопаснее и комфортнее. Однако, в отличие от техники, которую человек может изменить, погодные условия и атмосферные явления живут по своим правилам и обладают весьма непредсказуемым характером. Для многих даже самые спокойные перелеты уже являются испытанием на прочность характера. А когда железная птица входит в зону турбулентности, люди с аэрофобией проверяют на прочность подлокотники своих кресел. Для авиации турбулентность, которая может продлиться от нескольких миллисекунд до нескольких минут, является препятствием, которое инженеры и ученые всячески пытаются преодолеть, совершенствуя те или иные детали самолетов. Но как турбулентность влияет на птиц? Ученые из Корнелльского университета (США) выяснили, что для пернатых летчиков турбулентность не является проблемой, а помогает им быстрее преодолевать большие расстояния. Как именно влияет турбулентность на полет птицы, насколько эти эффекты значимы, и как полученные данные можно применить в авиастроении? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Жизнь многих птиц тесно связана с небом. Для них это не только пространство для преодоления расстояния от точки А к точке Б, но и место проведения игр, брачных танцев, охоты, и даже отдыха (черный стриж проводит в воздухе примерно 10 месяцев в год, 2 месяца период гнездования). Посему вполне очевидно, что эти создания научились не только справляться с тяготами и проблемами, связанными с непредсказуемым небом, но и использовать их в свою пользу.

Турбулентность в небе является крайне непредсказуемой, она может возникнуть будто ниоткуда и так же мгновенно прекратиться. Длительность турбулентности также зависит от множества факторов. Следовательно, если птица без неба не может, ей необходимо адаптироваться под такие переменные условия.

Проблема в том, как говорят авторы труда, что нам крайне мало известно о взаимосвязи турбулентности и поведения птиц. Различные наблюдения в естественных условиях и опыты в аэродинамической трубе дают весьма противоречивые результаты. В одних случаях турбулентность приводит к уменьшению затрат на полет, в других к увеличению. Правда это касается мелкой турбулентности.

Соврем другая картина наблюдается с крупномасштабной турбулентностью, образующейся в следствии восходящих потоков из-за топографии, восходящих тепловых потоков, внутренних волн и фронтов. Все эти факторы в той или иной степени способствуют эффективности полета. К тому же взаимодействие птицы (или даже аппарата) с такими явлениями проводить гораздо проще, ибо они протекают медленнее и устойчивее.

В случае с птицами структура потока накладывает свой отпечаток на траекторию их полета, анализ которой и позволяет предположить наличие положительного влияния турбулентности.

Ученые отмечают, что несмотря на непредсказуемость турбулентности и ее чувствительность к малейшим изменениям условий среды, она демонстрирует уникальные признаки, включая определенное распределение энергии между различными по силе движениями в сочетании с отсутствием точной масштабной инвариантности, называемой перемежаемостью.

Эти уникальные признаки можно увидеть в траекториях частиц, переносимых турбулентными потоками. Подобная картина наблюдается и в траекториях птиц.

Изображение 1

Дабы разобраться в этой запутанной ситуации, ученые проанализировали данные наблюдений за взрослой самкой беркута (Aquila chrysaetos; 1A). Масса птицы составляла 5 кг, размах крыльев около 2 м. Ученые наблюдали за ее полетом из Алабамы в Нью-Йорк вдоль гор Аппалачи с 15 по 31 марта 2016 года (1B). К телу беркута был прикреплен аппарат, регистрирующий положение тела и трехосное ускорение. Данные передавались ученым на землю через мобильную сеть.

Путь беркута пролегал через области с разными ветровыми условиями. При этом траектория полета не всегда следовала ветровым потоком. Это могло быть связано с силой потока, остановками для принятия решения (куда лететь дальше), сопротивление воздуха, тяга и т.д.

Картина ускорения и положения беркута указывают на различное поведение (например, взлет, посадка, полет). Ученые определили те части пути (1B), где беркут парил, и где он активно махал крыльями, что было определено как регулярные колебания ускорения с частотой 2.8 Гц (изображение 2).

Изображение 2

Результаты наблюдений

Парящее ускорение беркута было весьма прерывистым, на что указывают длинные хвосты в распределении ускорений (изображение 3).

Изображение 3

То, что распределения являются сильно негауссовыми, согласуется с картиной ускорения частиц в условиях сильной турбулентности, несмотря на различия в масштабе и геометрии между частицами и птицами. Частицы-индикаторы турбулентности, которые точно следуют за турбулентным потоком, демонстрируют экстремальные ускорения, которые на много порядков более вероятны, чем предсказывает распределение Гаусса. Увеличение размеров и массы частиц приводит к сужению хвоста* распределения, что измеряется числом Стокса* (St), которое < 1 для легких и мелких частиц.

Хвост* вытянутая часть распределения, которая при графическом представлении выглядит как часть кривой.

Число Стокса* критерий подобия, определяющий соотношение между кинетической энергией взвешенных частиц и энергией их взаимодействия с жидкостью. Если оно < 1, то частицы будут огибать препятствия на своем пути, если 1 врезаться в них.

Распределение ускорения беркута находится между распределением ускорения трассирующих частиц (без инерции) и распределением ускорения слабоинерционных частиц (St = 0.09 0.03). Распределения турбулентности часто напоминают растянутые экспоненциальные функции, и эти функции описывают хвост распределения ускорения беркута как показатель растяжения около 1.8, что соответствует значениям для мелкомасштабных величин. Стандартные отклонения компонент ускорений x, y и z составляют 0.90, 0.88 и 1.62 м/с² соответственно.

Самой явной и частой характеристикой спектров ускорения во время миграции и пребывания на одном месте у беркута был степенной закон*, преобладающий между частотами около 0.2 и 2 Гц.

Степенной закон* функциональная зависимость между двумя величинами, когда изменение одной приводит к изменению второй, независимо от их исходных значений.

Область, которая подчиняется степенному закону, ограничена на высоких частотах с колебанием, которое происходит с частотой около 2.8 Гц. Точно неизвестно что ограничивает интервал масштабирования на низких частотах.

Спектры ускорения беркута имеют логарифмический наклон, близкий к -5/3 наклон, который существенно не меняется, когда спектры варьируются в зависимости от скорости ветра или маршрута миграции.

Изображение 4

Спектры ускорения беркута были описаны с помощью второго закона Ньютона с учетом того, что изменения аэродинамических сил, воздействующих на птицу, были линейными по отношению к изменениям относительной скорости между беркутом и воздухом. То есть колебания скорости птицы относительно средней скорости ветра вызывают изменения аэродинамических сил, которые линейны по отношению к колебаниям скорости. Такое объяснение может наблюдаться в нескольких случаях: подъемная сила, создаваемая крылом, линейна по вертикальным возмущениям по отношению к вектору ветра до момента сваливания; тяга, создаваемая воздушным винтом, линейна по отношению к изменениям его воздушной скорости, которая мала по сравнению с создаваемым им ветром; нелинейное сопротивление, проявляющееся при высоких числах Рейнольдса, линейно при небольших изменениях воздушной скорости.

Результирующие расчеты показали, что колебания ускорения беркута имеют тот же спектр, что и колебания скорости ветра, с которыми беркут сталкивается в полете. Данные показывают (изображение 4), что более высокие скорости ветра связаны с большими ускорениями беркута в интервале от 0.2 до 2 Гц. Любопытно, что спектр ускорения не исчезает при нулевой скорости ветра. Это может быть связано с турбулентностью, создаваемой термиками*, возникающими даже в отсутствие заметного ветра.

Термик* масса поднимающегося воздуха, возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Земли солнечным излучением.

Увеличение ускорения при более сильном ветре можно объяснить увеличением силы турбулентности. Ключевым моментом является то, что спектр скорости ветра пропорционален 2/3 от скорости диссипации турбулентности, которая пропорциональна кубу интенсивности турбулентности. На заданной высоте в пограничном слое атмосферы, где летит беркут, интенсивность турбулентности изменяется пропорционально скорости ветра. Учитывая линейную зависимость между ускорением птицы и скоростью ветра, можно предположить, что предварительный коэффициент спектра ускорений увеличивается квадратично со скоростью ветра.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

В ходе данного исследования ученые провели анализ данных, полученных из наблюдений за беркутом, летящим из Алабамы в Нью-Йорк. По этим данным полет птицы был неравномерным, что было связано с зонами турбулентности. Картина, которую наблюдали ученые в ходе анализа, напоминала ту, что описывает поведение частиц в турбулентных воздушных потоках. Так в период от 0.5 до 10 секунд ускорение птицы и атмосферная турбулентность были полностью синхронизированы. Другими словами, беркут использовал турбулентные потоки для упрощения своей задачи перелета из точки А в точку Б. Для птиц, мигрирующих на большие расстояния, не является удивительным минимизировать затраты энергии, связанные с полетом.

Забавно, что инженеры и ученые, связанные с аэронавтикой, всячески стараются, чтобы уменьшить влияние турбулентности на воздушное судно, тогда как птицы используют ее себе во благо. Данное исследование не только показывает наличие такой возможности, но и дает больше эмпирических данных для такого изучения загадочного и непредсказуемого явления как турбулентность.

Пятничный офф-топ:

Колибри по праву считаются мастерами полета, но есть вид, который отличается еще и своим удивительным клювом.

Офф-топ 2.0:

В то время как человек изобрел танец модерн в конце XIX века, птицы из семейства шалашниковых (Ptilonorhynchidae) используют его для привлечения партнера уже очень давно.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Подробнее..

Категории: Научно-популярное , Экология , Блог компании ua-hosting.company , Биотехнологии , Читальный зал , Авиация , Полет , Аэродинамика , Птицы , Турбулентность , Потоки воздуха , Ветер , Авиастроение , Крылья

	Русский
	English

Птицы

Кормушка с видео в ленте телеграмма

Идея

Изготовление кормушки

Чем кормить, сколько ждать птиц?

Автоподача корма

Камера и видео-сервер

Отправка в Телеграмм

Немного доработок

Результат

Косяки реализации

Идеи на будущее

P.S.

Оптика в ботанике структурный цвет ягод калины тинус

Результаты исследования

Эпилог

Немного рекламы

Пересадочный узел для птиц раскаты Волги посреди пустыни

Что такое заповедник?

Зачем нужен заповедник?

Так, а есть конкретные примеры, как заповедник влияет на мир вокруг?

Не препятствие, а подспорье турбулентность и птицы

Основа исследования

Результаты наблюдений

Эпилог

Немного рекламы

Категории

Последние комментарии