Biolodzy ptaków wiedzieli o tym od dawna, ale dopiero współczesna badaczka nietoperzy, Elizabeth Dumont z University of Massachusetts Amherst, wyjaśniła, jak ptasie szkielety mogą wyglądać tak delikatnie i nadal być ciężkie. Odpowiedź brzmi, że kości ptaków są gęstsze niż kości ssaków, co czyni je ciężkimi, mimo że są cienkie, a czasem nawet puste.
Jej ustalenia, poparte pomiarami gęstości kości, zostały opublikowane w wydaniu z 17 marca Proceedings of the Royal Society B. Jak wyjaśnia Dumont, „Fakt, że kości ptaków są gęstsze niż kości ssaków nie tylko sprawia, że są cięższe dla ich wielkości, ale może również uczynić je sztywniejsze i silniejsze. Jest to nowy sposób myślenia o tym, jak ptasie szkielety są wyspecjalizowane do latania i rozwiązuje zagadkę, dlaczego ptasie szkielety wydają się tak lekkie, a mimo to są stosunkowo ciężkie. Nigdy nie zostało to w pełni wyjaśnione i dlatego nigdy nie trafiło do podręczników. Chciałbym zobaczyć tę zmianę.”
Dumont zmierzył gęstość czaszki, górnej kości ramienia lub kości ramiennej i uda lub kości udowej u ptaków śpiewających, gryzoni i nietoperzy poprzez pomiar masy kostnej i objętości. „Stwierdziłem, że średnio kości te są najgęstsze u ptaków, a zaraz za nimi plasują się nietoperze. Wiele innych badań wykazało, że wraz ze wzrostem gęstości kości rośnie ich sztywność i wytrzymałość. Maksymalizacja sztywności i wytrzymałości w stosunku do masy to strategie optymalizacji stosowane przy projektowaniu mocnych i sztywnych, ale lekkich płatowców wykonanych przez człowieka” – zauważa. Gęstość jest miarą masy na jednostkę objętości; gęste kości są zarówno cięższe, jak i mocniejsze, podobnie jak tytanowa wykałaczka byłaby mocniejsza od drewnianej.
Na przestrzeni czasu kości ptaków ewoluowały w kierunku specjalizacji, które maksymalizują sztywność i wytrzymałość, mówi Dumont. Specjalizacje te obejmują wysoką gęstość kości, zmniejszenie całkowitej liczby kości, fuzję niektórych kości i zmiany w kształcie kości. Na przykład, długa historia badań wykazała, że główna kość w skrzydle ptaka, kość ramienna, jest dość okrągła w przekroju. To sprawia, że jest sztywniejsza w taki sam sposób, że okrągła wykałaczka jest trudniejsza do złamania niż płaska.
Galileo opisał kości ptaków jako lekkie w 1683 roku, Dumont mówi. Jej nowe dane pomagają obalić powszechne błędne przekonanie, że szkielety ptaków są lekkie w stosunku do masy ciała. Zamiast tego, szkielety ptaków i nietoperzy wydają się być smukłe i delikatne – ponieważ są gęste, są również ciężkie. Bycie gęstym, mocnym i sztywnym to jeszcze jeden sposób, w jaki kości ptaków i nietoperzy są wyspecjalizowane do lotu.