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Optimal descent angles for shallow-diving cormorants

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Abstract:

Air-breathing divers should attempt to maximize foraging efficiency under the constraint of limited oxygen availability. For diving water birds, high buoyancy (owing to the air in the plumage) and the associated change in buoyancy with diving depth impose further constraints on the adaptation to aquatic life. Diving birds are expected to descend as fast as possible to escape the higher buoyancy near the water surface, but in practice, shallow-diving cormorants (genus Phalacrocorax Brisson, 1760) are often observed descending the water column in relatively small angles with respect to the water surface. We derive a theoretical biomechanical model for the energetics of the descent phase of a dive of foot-propelled cormorants feeding on benthic prey at shallow depth. The model shows that visually guided benthic feeders benefit energetically from diving at small descent angles when optical conditions and bottom depth allow. The model also explains the high variation in descent angles observed in free-ranging birds, as well as the observed correlation between descent angle and bottom depth in cormorants.

Sous des conditions contraignantes de disponibilité limitée d’oxygène, les animaux plongeurs à respiration aérienne devraient essayer de maximiser l’efficacité de leur recherche de nourriture. Chez les oiseaux aquatiques plongeurs, la flottabilité élevée (due à la présence d’air dans le plumage) et les changements de flottabilité reliés à la profondeur de plongée imposent des contraintes supplémentaires d’adaptation à la vie aquatique. On s’attend à ce que les oiseaux plongeurs fassent leur descente le plus rapidement possible afin d’échapper à la flottabilité plus élevée près de la surface; cependant, en pratique, les cormorans (le genre Phalacrocorax Brisson, 1760) à plongée peu profonde s’observent souvent descendre dans la colonne d’eau à un angle relativement faible par rapport à la surface de l’eau. Nous élaborons un modèle biomécanique théorique des relations énergétiques de la phase de descente chez des cormorans qui se propulsent avec leurs pattes et se nourrissent de proies benthiques en eau peu profonde. Le modèle montre que, lorsque les conditions optiques et la profondeur du fond le permettent, des animaux qui se nourrissent de benthos et qui s’orientent visuellement tirent un bénéfice énergétique d’une plongée avec un angle de descente faible. Le modèle explique aussi la forte variation des angles de descente observée chez les oiseaux libres en nature, de même que la corrélation qui existe entre l’angle de descente et la profondeur du fond chez les cormorans.

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2007

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nrc/cjz/2007/00000085/00000004/art00014
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