The effects of wind on the structure, shape and orientation of nests in Korean black-billed magpie (Pica pica sericea)

Abstract

Black-billed magpies build their nests in tall trees where strong wind can reduce structural stability and microclimate of the nests. To circumvent this problem, magpies can build streamlined nests so that the direction of the longest horizontal axis matches that of the strongest or the most prevalent wind. In order to test this hypothesis, I measured the morphological characteristics of 89 magpie nests in four localities of different wind conditions and examined the effect of wind on the characteristics of magpie nests. Potential benefits of streamlined shape were investigated through a computational modeling approach. At all localities, nests were streamlined and oriented toward the direction of the strongest (and prevalent at the same time) wind. Nest wall was thicker and denser in localities with stronger wind. Body condition of nestlings, which was measured in one locality, was positively correlated with the degree of streamlinedness of the nest and the content of fabric material used for cup lining. Two-dimensional models of magpie nests showed that, as the length of the longest horizontal axis increased (from 700 mm to 1,000 mm), maximum wind pressure at the point of facing the wind, minimum wind pressure at the opposite tip of the nest, and the maximum disparity between these two pressure on nests decreased. Three-dimensional models also showed that the streamlined-shape and thicker nest wall greatly reduced the degree of wind transmission (up to 76%). These measurements accompanied by the computational simulation suggest that black-billed magpies optimize the structure and orientation of their nests in order to minimize the wind-induced risk and in turn gain the structural stability and maintain the microclimate within the nest.;검은부리까치는 바람에의 노출이 큰 높은 위치에 둥지를 짓는 습성으로인해 둥지의 구조적인 안정성과 내부 온도를 유지하는것에 어려움을 겪을 수 있는데, 이러한 바람의 영향은 유선형의 둥지를 짓고 장축을 바람이 주로 불어오는 방향으로 향하게 함으로써 감소될 수 있다. 이를 검증하기 위해 바람 조건이 서로 다른 네 곳의 조사지에서 총 89개 둥지의 형태적 특징을 측정하고 바람이 이 요소들에 미치는 영향을 확인하였다. 또한 유선형으로인한 풍압의 감소 정도는 컴퓨터 모델링을 통해 확인하였다. 측정 결과, 네 곳의 조사지 모두에서 둥지가 유선형을 띠었으며 둥지의 장축의 방향은 각 조사지에서의 최대풍속의 풍향, 그리고 최다 풍향과 일치하였다. 둥지 벽의 두께와 밀도 또한 풍속이 센 지역에서 높은 것으로 나타났다. 한 곳의 조사지에서 측정된 새끼의 건강지수는 둥지의 유선형의 정도, 둥지 컵 내부에 사용된 깃털의 양과 각각 양의 상관관계를 보였다. 둥지의 2차원 유한요소모델을 가지고 바람의 영향을 시뮬레이션 한 결과, 장축의 길이가 (700mm에서 1,000mm로) 증가함에따라 바람과 맞닿는 지점에서의 최대 압력, 둥지 반대편 지점에서의 최소압력, 그리고 이 두 압력간의 차이가 모두 감소하는 것을 확인하였다. 3차원 유한요소모델 역시 유선형의 정도와 둥지 벽의 두께가 증가된 모델에서 바람의 투과율이 76%까지 감소함을 보였다. 까치 둥지를 실측하여 얻은 조사값과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻은 이러한 결과들은 검은부리까치가 바람으로부터의 영향을 줄이고, 구조적인 안정성과 내부온도유지에 보다 효과적으로 기여할 수 있도록 둥지의 구조와 방향을 주변환경에 적응시켜 짓는다는 사실을 제시하며 이러한 적응적인 구조와 방향성은 까치의 번식성공도와도 관련이 있다.