Hoe kan een kolibrie stilhangen in de lucht?

Een kolibrie hangt stil door zijn vleugels in een bijna horizontale, platte acht naar voren en naar achteren te zwaaien en ze aan het eind van elke slag te draaien, zodat zowel de voorwaartse als de achterwaartse zwaai lucht naar beneden duwt. Windtunnelonderzoek wijst erop dat ongeveer 75% van de draagkracht uit de neerslag komt en 25% uit de opslag. Hij drijft dat aan met uitzonderlijk grote vliegspieren en een stofwisseling die nectarsuiker bijna net zo snel verbrandt als hij die kan drinken.

Geen andere vogelgroep kan zo lang stil in de lucht hangen. Om te begrijpen hoe ze dat doen, moet je kijken naar hun botten, hun spieren, de lucht rond hun vleugels en de brandstof die alles draaiende houdt.

Eén ding vooraf voor lezers in Nederland en België: wilde kolibries leven alleen in Noord-, Midden- en Zuid-Amerika. Dit artikel is voor wie daar woont of reist, en voor iedereen die nieuwsgierig is naar deze bijzondere vogels. Verderop lees je waarom het “kolibrietje” dat je hier in de zomer bij de bloemen ziet, vrijwel zeker een vlinder is.

Kort antwoord: hoe een kolibrie stilhangt

• Vleugelbaan: een platte acht, naar voren en naar achteren, niet op en neer.
• Vleugeldraai: de vleugel klapt aan het eind van elke slag om, zodat ook de opslag draagkracht geeft.
• Verdeling: ongeveer 75% van de draagkracht uit de neerslag en 25% uit de opslag, volgens windtunnelonderzoek.
• Schouderkracht: een uiterst beweeglijk schoudergewricht laat de vleugel bijna 180 graden draaien.
• Grote spieren: de vliegspieren vormen ongeveer een kwart of meer van het lichaamsgewicht.
• Snelle brandstof: kolibries verbranden vers gegeten suiker direct om te vliegen.
• Snelheid: kleine soorten slaan bij het stilhangen ongeveer 50 keer per seconde met hun vleugels.

Hoe bewegen de vleugels van een kolibrie als hij stilhangt?

De meeste vogels slaan hun vleugels op en neer. De neerslag duwt lucht naar achteren en naar beneden voor draagkracht en voortstuwing, en de opslag is vooral een herstelslag. De vogel vouwt of kantelt zijn vleugel om op de weg omhoog minder weerstand te hebben, en er wordt weinig draagkracht gemaakt.

Een stilhangende kolibrie doet iets anders. Zijn lichaam staat schuin rechtop, zodat de vleugels in een ongeveer horizontaal vlak naar voren en naar achteren zwaaien. Als je de beweging kon vertragen, zou je zien dat de vleugelpunt een afgeplatte acht of een ovaal beschrijft.

Aan het eind van elke voorwaartse zwaai draait de vleugel scherp om, zodat de onderkant nu naar boven wijst. Daarna zwaait hij naar achteren, met de voorrand nog steeds voorop. Dezelfde rand gaat in beide richtingen voorop, dus de vleugel treft de lucht op beide slagen onder een bruikbare hoek. Het lijkt een beetje op een zwemmer die met een vlakke hand wrikt en bij elke zwaai de handpalm draait om water te verplaatsen.

Waarom maken kolibries meer draagkracht op de neerslag?

Lange tijd werd het stilhangen van kolibries als insectachtig beschreven, met evenveel draagkracht op beide slagen. Een studie uit 2005, waarin met deeltjes in een windtunnel de luchtstroom rond rosse kolibries werd gevolgd, veranderde dat beeld. De onderzoekers vonden dat ongeveer 75% van het gewicht werd gedragen door de neerslag en ongeveer 25% door de opslag.

De reden lijkt te zijn dat vogelvleugels anders gebouwd zijn dan insectenvleugels. De vleugel van een kolibrie is geen vlakke, stijve plaat. Hij heeft botten, gewrichten en veren, en kan op de opslag niet helemaal omklappen. Het resultaat is een manier van stilhangen die tussen gewone vogels zit, die vrijwel al hun draagkracht op de neerslag halen, en insecten zoals pijlstaartvlinders, die ongeveer evenveel draagkracht uit beide slagen halen.

Wat is er bijzonder aan de vleugelbotten van een kolibrie?

De sleutel zit in de schouder en de verhoudingen van de arm. Bij de meeste vogels heeft de vleugel een lange bovenarm, een lange onderarm en een relatief korte hand, met gewrichten bij schouder, elleboog en pols die tijdens het vliegen buigen.

Bij kolibries:

• is het opperarmbeen heel kort en stevig;
• bewegen elleboog en pols tijdens het vliegen relatief weinig; de vleugel wordt vrij stijf gehouden;
• zijn de handbotten lang, en vormen de handpennen die eraan vastzitten het grootste deel van het vleugeloppervlak;
• heeft het schoudergewricht een ongewone vorm waardoor de vleugel over een heel grote hoek kan draaien, bijna 180 graden.

Omdat de meeste beweging uit de schouder komt, werkt de hele vleugel als één blad dat de vogel kan zwaaien en draaien. Daardoor is die scherpe draai aan het eind van elke slag mogelijk.

Waarom zijn de slagpennen zo belangrijk?

De handpennen vormen een stijf, gestroomlijnd oppervlak. Hun vorm en de manier waarop ze overlappen, helpen de vleugel zijn vorm te houden onder de grote krachten van de snelle slagen. Mannetjes van veel soorten hebben bovendien speciaal gevormde buitenste veren die tijdens de vlucht of bij baltsduiken trillende of zoemende geluiden maken. Daarom hoor je een kolibrie vaak voordat je hem ziet.

Hoe sterk zijn de vliegspieren van een kolibrie?

Opmerkelijk sterk voor hun formaat. Bij de meeste vliegende vogels is de grote borstspier die de vleugel omlaag trekt, de pectoralis, veel groter dan de spier die hem optilt, de supracoracoideus. De spier voor de opslag is vaak maar een klein deel van de grootte van de spier voor de neerslag.

Bij kolibries is de opslagspier relatief groot, vaak ongeveer half zo groot als de neerslagspier. Dat past bij een opslag die echt werk doet. Samen kunnen de vliegspieren ongeveer 25 tot 30% van het lichaamsgewicht van een kolibrie uitmaken, een van de hoogste aandelen bij welke vogel dan ook.

Deze spieren zitten vol mitochondriën, de energiecentrales van de cel, en krijgen veel bloed. Het hart is groot voor het lichaam en kan tijdens activiteit ruim 1.000 keer per minuut slaan. Ook de ademhaling gaat heel snel.

Waar komt de energie voor het stilhangen vandaan?

Stilhangen is extreem duur. Voor zijn formaat verbruikt een kolibrie energie in een van de hoogste tempo’s die bij gewervelde dieren zijn gemeten. Hij dekt die vraag met suiker.

Onderzoek liet zien dat stilhangende kolibries het grootste deel van hun vlucht direct kunnen aandrijven met suiker die ze net hebben gegeten, en snel kunnen wisselen tussen vers gedronken nectar en opgeslagen reserves. De meeste dieren, ook mensen, kunnen maar een bescheiden deel van vers gegeten suiker gebruiken om zware inspanning te leveren. Kolibries zijn uitzonderlijk goed in het verplaatsen van suiker van de darm naar het bloed en de spieren.

Daarom is nectar zo belangrijk. Een robijnkeelkolibrie moet overdag misschien elke 10 tot 15 minuten eten en bezoekt veel bloemen en voederbakjes. Kolibries eten ook kleine insecten en spinnen voor eiwit, vet en andere voedingsstoffen, vooral als ze jongen voeren. Onze gids over kolibrienectar legt uit waarom de klassieke verhouding van 4 delen water op 1 deel suiker dicht in de buurt komt van wat veel bloemen leveren.

’s Nachts kunnen ze energie sparen door in torpor te gaan, een diepe, slaapachtige toestand, zoals uitgelegd in slapen kolibries?.

Hoe blijft een kolibrie zo precies op zijn plek?

Op je plek blijven gaat niet alleen over kracht. Het vraagt voortdurend nauwkeurige controle.

1. Zicht: kolibries gebruiken visuele bewegingssignalen om te merken dat ze afdrijven. Proeven in vliegtunnels wijzen erop dat ze vooral gevoelig zijn voor veranderingen in de schijnbare grootte en positie van patronen om hen heen, en dat ze snel corrigeren.
2. Vleugelaanpassingen: kleine veranderingen in slaghoek, uitslag en timing laten ze naar links, rechts, voren of achteren schuiven.
3. Staart: de staart waaiert uit en kantelt om te sturen en te remmen, vooral bij plotselinge bochten.
4. Kop stabiel houden: zoals veel vogels houden ze hun kop opmerkelijk stil terwijl het lichaam bijstuurt, zodat ogen en snavel op de bloem gericht blijven.

Met die controle doen ze dingen die bijna onmogelijk lijken. Kolibries kunnen stilhangen in vlagerige wind, eten uit een wiegende bloem, achteruit uit een bloem terugtrekken en zijwaarts wegschieten om een rivaal te verjagen.

Hangen alle kolibries op dezelfde manier stil?

De basismethode is hetzelfde, maar de grootte verandert de details. Er zijn meer dan 360 kolibriesoorten, allemaal in Amerika, van Alaska tot Vuurland.

Kleinere soorten slaan over het algemeen sneller met hun vleugels. De reuzenkolibrie, ongeveer zo groot als een spreeuw, heeft een veel tragere, diepere vleugelslag en glijdt soms tussen bloemen, iets wat kleine kolibries zelden doen. Soorten hoog in de Andes hebben te maken met ijle lucht, waardoor stilhangen zwaarder wordt; studies wijzen erop dat ze dat compenseren met grotere vleugels in verhouding tot hun lichaam en een grotere slaghoek.

Reis je naar Noord-Amerika, lees dan onze soortgidsen over de robijnkeelkolibrie en Anna’s kolibrie.

Waarom kunnen grotere vogels niet stilhangen zoals kolibries?

Het komt neer op hoe kracht en gewicht meeschalen met de grootte. Als een dier groter wordt, stijgt zijn gewicht sneller dan het oppervlak van zijn vleugels en sneller dan het vermogen dat zijn spieren in verhouding tot dat gewicht kunnen leveren. Het vermogen dat nodig is om een lichaam stil in de lucht te houden, door genoeg lucht naar beneden te duwen, stijgt steil met het lichaamsgewicht.

Voor een heel kleine vogel klopt de rekensom: de spieren kunnen net genoeg vermogen leveren om het lichaam in windstille lucht te dragen. Voor een duif, een meeuw of een arend niet. Grotere vogels zouden onmogelijk grote vliegspieren of onmogelijk snelle vleugelslagen nodig hebben om meer dan een moment stil te hangen. Ze vertrouwen in plaats daarvan op voorwaartse snelheid, waarbij langsstromende lucht veel goedkoper draagkracht levert, of op wind, zoals de torenvalk.

Dat helpt verklaren waarom langdurig stilhangen zich ontwikkelde bij kleine dieren: kolibries, veel insecten en een paar nectaretende vleermuizen. Het verklaart ook waarom de reuzenkolibrie, met ongeveer 20 g, dicht bij de bovengrens van kolibriegrootte zit.

Kunnen kolibries stilhangen in wind en regen?

Dat kan, binnen grenzen. Studies in windtunnels en regensimulatoren wijzen erop dat kolibries hun lichaamshoek, staartstand en vleugelslag aanpassen aan turbulentie, en dat stilhangen in vlagerige omstandigheden meer energie kost. In zware regen zagen onderzoekers kolibries hun vleugelslag verhogen, hun houding aanpassen en water van kop en lichaam schudden met snelle draaibewegingen, zelfs in de lucht.

In de praktijk wachten kolibries zware buien vaak af op een beschutte plek en eten ze daarna intensief zodra de regen afneemt.

Hoe stijgen kolibries op en landen ze?

De meeste vogels springen de lucht in met krachtige poten voordat hun vleugels het overnemen. Kolibries hebben piepkleine pootjes, en studies wijzen erop dat ze een groot deel van hun startkracht met hun vleugels maken en al beginnen te slaan voordat ze de tak loslaten. Daarom lijkt een kolibrie recht van een takje op te stijgen in plaats van te springen.

Landen gaat net zo precies. De vogel remt af door zijn lichaam rechtop te kantelen, de slaghoek te vergroten en de staart uit te waaieren, en zet dan zijn voeten vrijwel zonder te veren op de tak. Dezelfde controle die stilhangen mogelijk maakt, maakt deze overgangen soepel.

Kunnen andere vogels stilhangen?

Ja, maar kort en met meer moeite. Alleen kolibries kunnen in windstille lucht langdurig echt stilhangen. Andere vogels doen het op twee manieren.

Bidden in de wind

De torenvalk is in Nederland en België het bekendste voorbeeld. Hij hangt boven bermen en dijken met zijn kop in de wind, fladderend of bijna stil, en speurt de grond af naar muizen. Vogelaars noemen dat bidden. De wind doet veel van het werk: zijn luchtsnelheid is gelijk aan de windsnelheid, dus ten opzichte van de grond staat hij vrijwel stil. Ook de ruigpootbuizerd en sommige buizerds doen dit.

Korte periodes van actief stilhangen

De bonte ijsvogel in Afrika en Azië hangt boven het water stil voordat hij naar vis duikt, en is een van de grootste vogels die zonder hulp van de wind kunnen stilhangen. Onze eigen ijsvogel doet dat ook af en toe kort. Sterns hangen even stil voordat ze duiken. Honingzuigers in Afrika en Azië, die een vergelijkbare rol vervullen als kolibries, gaan meestal zitten om te eten, maar hangen soms een moment stil bij een bloem. Sommige vliegenvangers en zangers hangen kort stil om insecten van bladeren te pikken.

Zie je in Nederland of België een kolibrie? Dan is het een kolibrievlinder

Regelmatig melden mensen in Nederland, België en de rest van Europa een “kolibrie” bij de bloembakken. Dat is vrijwel altijd een kolibrievlinder (Macroglossum stellatarum), een pijlstaartvlinder die overdag vliegt. Hij hangt met een waas van vleugels stil voor een bloem, steekt een lange roltong in de bloemkroon en schiet dan door naar de volgende, precies zoals een kolibrie. Je ziet hem vooral van het voorjaar tot in de herfst, en in warme zomers vaker.

Het verschil is goed te zien als je beter kijkt: een kolibrievlinder heeft voelsprieten, een roltong in plaats van een snavel, grijsbruine voorvleugels en oranje achtervleugels, en is een stuk kleiner dan de meeste kolibries. De gelijkenis is een schoolvoorbeeld van convergente evolutie: niet-verwante dieren die voor hetzelfde probleem dezelfde oplossing vinden. Wilde kolibries leven dus niet in Europese tuinen, en ook een voederbakje met suikerwater zal ze hier niet lokken.

Fabels en feiten over de vlucht van kolibries

Fabel: kolibries hangen precies zo stil als insecten. Feit: ze draaien hun vleugels op beide slagen zoals insecten, maar studies wijzen erop dat ze veel meer draagkracht op de neerslag maken.

Fabel: kolibries stoppen nooit met vliegen. Feit: ze zitten vaak, soms lang, om te rusten, te verteren en hun territorium in de gaten te houden. Zitten spaart veel energie.

Fabel: kolibries kunnen niet lopen. Feit: hun pootjes zijn piepklein en ze kunnen niet lopen of huppen zoals andere vogels, maar ze kunnen wel zijwaarts over een tak schuifelen.

Fabel: kolibries liften tijdens de trek mee op ganzen. Feit: dat oude verhaal klopt niet. Robijnkeelkolibries vliegen op eigen kracht, en veel van hen steken de Golf van Mexico zonder tussenstop over.

Fabel: stilhangen is alleen om te eten. Feit: kolibries hangen ook stil als ze rivalen achtervolgen, insecten vangen, nestplekken inspecteren en tijdens de balts.

Wat betekent dit voor vogelaars?

Woon of reis je in Amerika, dan kun je kolibries helpen door te beseffen hoe duur stilhangen is.

• Houd nectar vers en schoon. Een vogel die zo snel energie verbrandt, is afhankelijk van betrouwbaar, veilig voedsel. Ververs nectar bij warm weer om de paar dagen, en zie onze gids over kolibrievoeders die makkelijk schoon te maken zijn.
• Plant buisvormige inheemse bloemen. Salvia’s, penstemons en inheemse kamperfoelie bieden in Noord-Amerika nectar waarmee de vogels zijn geëvolueerd, en ondersteunen ook de kleine insecten die kolibries nodig hebben.
• Zorg voor zitplekken. Kolibries rusten tussen het eten door. Een paar kale takjes bij de voederplek geven ze een plek om te zitten, te verteren en hun stukje te bewaken.
• Vermijd bestrijdingsmiddelen. Insecten zijn een onmisbaar deel van het menu, vooral voor opgroeiende jongen.

In Nederland en België kun je hetzelfde principe toepassen op de kolibrievlinder: nectarplanten zoals lavendel, valeriaan, phlox, salie en wilde kamperfoelie trekken hem aan, en een tuin zonder bestrijdingsmiddelen helpt ook zijn rupsen, die op walstro leven. Zie je er een, kijk dan eens goed hoe hij stilhangt: de techniek is verrassend vergelijkbaar.

Snelle feiten

• Kolibries hangen stil door hun vleugels in een platte acht naar voren en naar achteren te zwaaien.
• De vleugel klapt aan het eind van elke slag om, zodat ook de opslag draagkracht maakt.
• Windtunnelonderzoek wijst erop dat ongeveer 75% van de draagkracht uit de neerslag komt.
• De meeste vleugelbeweging komt uit een uiterst beweeglijk schoudergewricht.
• Vliegspieren vormen ongeveer een kwart of meer van het lichaamsgewicht.
• Kleine soorten slaan bij het stilhangen ongeveer 50 keer per seconde met hun vleugels.
• De hartslag kan tijdens activiteit boven de 1.000 slagen per minuut uitkomen.
• Ze kunnen hun vlucht grotendeels aandrijven met suiker die ze net hebben gegeten.
• Alle kolibries leven in Amerika; in Europa wordt de kolibrievlinder vaak voor een kolibrie aangezien.

Bronnen

• Warrick, D. R., Tobalske, B. W. en Powers, D. R. (2005). Aerodynamics of the hovering hummingbird. Nature
• Anna’s Hummingbird overview - Cornell Lab of Ornithology, All About Birds
• Vlinderstichting
• Vogelbescherming Nederland