ทำไมนกบินเป็นรูปตัว V — วิทยาศาสตร์ของการประหยัดแรงและการผลัดกันนำฝูง

ฝูงนกบินเป็นรูปตัว V ข้ามท้องฟ้าดูสวยงามจนเหมือนมีคนจัดแถวให้ แต่ไม่มีใครสั่ง นกแต่ละตัวกำลังทำสิ่งเดียวกัน คือหาตำแหน่งที่อากาศช่วยยกปีกให้มากที่สุด เพื่อประหยัดแรงสำหรับการบินเป็นพันกิโลเมตร

อากาศช่วยยกปีกได้อย่างไร

เมื่อนกกระพือปีก อากาศใต้ปีกมีแรงดันสูงกว่าด้านบน ที่ปลายปีกอากาศจากด้านล่างจึงม้วนขึ้นไปด้านบน เกิดเป็นกระแสลมหมุนวนที่ปลายปีก

• ด้านหลังตรงกลางลำตัวของนกตัวหน้า อากาศจะพัดลง ใครบินตามตรงนี้จะเหนื่อยขึ้น
• ด้านข้างเลยปลายปีกออกไป อากาศจะพัดขึ้น ใครบินตรงนี้จะได้แรงยกช่วย

นกตัวที่สองจึงบินเยื้องไปด้านข้างและถอยหลังเล็กน้อย ตัวที่สามก็ทำแบบเดียวกันกับตัวที่สอง เมื่อทำต่อกันทั้งฝูง รูปร่างที่ได้คือแนวเฉียงสองข้าง หรือตัว V นั่นเอง

หลักฐานจากนกกระทุง: หัวใจเต้นช้าลง

ทฤษฎีนี้มีมานาน แต่การพิสูจน์กับนกจริงทำได้ยาก จนในปี 2544 ทีมของ อองรี ไวแมร์สเคิร์ช ตีพิมพ์งานวิจัยในวารสาร Nature โดยติดเครื่องบันทึกอัตราการเต้นของหัวใจไว้กับนกกระทุงขาว

อัตราการเต้นของหัวใจเป็นตัวบ่งชี้การใช้พลังงาน ผลที่พบคือนกที่บินตามในรูปขบวนมีอัตราการเต้นของหัวใจต่ำกว่าตอนบินเดี่ยวได้ถึงราว 14.5% และกระพือปีกถี่น้อยกว่า นกจึงประหยัดพลังงานได้ด้วยการร่อนมากขึ้นและกระพือปีกน้อยลง

หลักฐานจากนกไอบิส: จังหวะปีกแม่นยำอย่างน่าทึ่ง

ในปี 2557 ทีมของ สตีเวน พอร์ทูกัล ตีพิมพ์งานวิจัยใน Nature ศึกษานกไอบิสหัวล้านเหนือ ซึ่งเป็นนกใกล้สูญพันธุ์ที่นักอนุรักษ์ในยุโรปฝึกให้อพยพตามเครื่องบินเล็ก นักวิจัยติดอุปกรณ์ GPS ความละเอียดสูงบนตัวนก และพบสองเรื่องสำคัญ

• นกเลือกตำแหน่งตรงกับที่ทฤษฎีอากาศพลศาสตร์คาดไว้ คือเยื้องไปด้านข้างในจุดที่ได้แรงยกมากที่สุด
• นกขยับปีกตามจังหวะของตัวหน้า ให้ปลายปีกเคลื่อนผ่านเส้นทางเดียวกับกระแสลมยกตลอดรอบการกระพือ แต่ถ้าบินตามหลังตรง ๆ นกจะกระพือปีกในจังหวะตรงข้ามเพื่อหลบลมที่พัดลง

สิ่งที่น่าทึ่งคือนกทำทั้งหมดนี้ได้โดยไม่มีใครสอน และต้องปรับตามลมที่เปลี่ยนตลอดเวลา

ใครบินนำ และทำไมต้องผลัดกัน

นกตัวหัวแถวไม่ได้แรงยกจากใคร จึงเหนื่อยที่สุด ความเชื่อว่ามี “จ่าฝูง” นำตลอดทางไม่ตรงกับหลักฐาน งานวิจัยนกไอบิสชุดเดียวกันที่ตีพิมพ์ในวารสาร PNAS ปี 2558 พบว่า นกผลัดกันขึ้นนำ และแต่ละตัวใช้เวลาอยู่หัวแถวใกล้เคียงกับเวลาที่ได้บินตามคู่ของมัน นักวิจัยตีความว่าเป็นความร่วมมือแบบผลัดกันให้ประโยชน์

นกชนิดไหนบินเป็นรูปตัว V

มนุษย์ลอกเลียนแบบได้ไหม

ได้ และกำลังทดลองกันอยู่ ผู้ผลิตเครื่องบินอย่างแอร์บัสทดสอบให้เครื่องบินโดยสารบินตามกันในระยะห่างที่ปลอดภัย เพื่อใช้กระแสลมยกจากเครื่องลำหน้า ผลการทดสอบบ่งชี้ว่าประหยัดเชื้อเพลิงของเครื่องลำหลังได้หลายเปอร์เซ็นต์ นักปั่นจักรยานในกลุ่มก็ใช้หลักการใกล้เคียงกัน เพียงแต่เป็นการหลบลมต้าน ไม่ใช่การรับลมยกแบบนก

Fun Facts

• รูปตัว V ช่วยให้นกทุกตัวมองเห็นตัวหน้าได้ชัด นักวิจัยบางกลุ่มเชื่อว่าช่วยเรื่องการสื่อสารและไม่ให้หลงฝูงด้วย
• ฝูงนกไม่ได้บินเป็นรูป V ตลอด เวลาขึ้นบินหรือลงจอดขบวนจะกระจาย
• นกหนุ่มสาวที่เพิ่งอพยพครั้งแรกเรียนรู้เส้นทางจากการบินไปกับฝูง

คำถามที่พบบ่อย

ในไทยจะเห็นนกบินเป็นรูปตัว V ได้ที่ไหน?
ช่วงฤดูหนาวที่นกน้ำอพยพเข้ามา พื้นที่ชุ่มน้ำขนาดใหญ่ เช่น บึงบอระเพ็ด หรือทะเลน้อย เป็นแหล่งดูนกน้ำที่นิยม มักเห็นฝูงนกบินเป็นแถวเฉียงหรือรูปตัว V ในช่วงเช้าและเย็น

นกรู้ได้อย่างไรว่าต้องอยู่ตรงไหน?
นักวิจัยเชื่อว่านกรับรู้แรงลมที่ปะทะปีกและปรับตำแหน่งจนรู้สึกว่าบินได้ง่ายที่สุด ไม่ได้คำนวณแบบที่มนุษย์ทำ

ถ้าตัวหัวแถวเหนื่อยจะเกิดอะไรขึ้น?
มันจะถอยไปอยู่ในแถว แล้วมีตัวอื่นขึ้นมานำแทน ตามหลักฐานจากงานวิจัยนกไอบิส

อ่านต่อ

• ทำไมกบร้องระงมหลังฝนตก
• นกเงือก — สัตว์ป่าสงวนไทย

แหล่งอ้างอิง

• Weimerskirch, H. et al. (2001). Energy saving in flight formation. Nature 413
• Portugal, S. J. et al. (2014). Upwash exploitation and downwash avoidance by flap phasing in ibis formation flight. Nature 505, 399–402
• Voelkl, B. et al. (2015). Matching times of leading and following suggest cooperation through direct reciprocity during V-formation flight in ibis. PNAS
• Smithsonian Magazine — Scientists Solve Mystery of Birds' Flying V