kolibříci žijí život nepochopitelnou rychlostí. Jejich letová akrobacie je úžasná, manévrování spíš jako hmyz než ptáci, když poletují, létání vzhůru nohama a dokonce i dozadu. Jsou rozmazané, když závodí mezi květinami. Když se na okamžik zastaví, aby navštívili květinu, olizují 15 až 20krát za sekundu, aby extrahovali své nektarové palivo.
sledujte, jak tento kolibřík skvrnitý (Adelomyia melanogenys) vyprázdní květinu za méně než jednu sekundu!
to, co je pro nás tak zajímavé, je výsledek této jednoduché dietní volby: pijí nektar. Každá květina nenabízí hodně, tak se tím živit malé množství nektaru rozšířila po celém lese, kolibříci jsou malé, rychlé a divoké.
krmení nektarem je definující charakteristikou kolibříků, ale až dosud vědci neznali přesnou mechaniku toho, jak to dělají. V naší nové studii jsme je mohli zpomalit na videu, abychom viděli, jak skutečně pijí nektar. A to, co jsme našli, bylo zcela odlišné od konvenční moudrosti od roku 1800.
tento drobný smaragdový kolibřík (Chlorostilbon gibsoni) se živí tisíci květin denně. Kristiina Hurme, CC BY-ND
krmení zkumavek?
Hubené jazyky kolibříků mají přibližně stejnou délku jako jejich účty. Jsou dokonale přizpůsobeny pro sahání hluboko do květu. Více než 180 let vědci věřili, že k pití nektaru se kolibříci spoléhali na kapilární působení. Myšlenka byla, že jejich jazyky se naplní nektarem stejným způsobem, jakým se malá skleněná trubice pasivně naplní vodou.
fyzika kapilárního působení závisí na dvou silách. Adheze molekul kapaliny ke stěnám trubice způsobuje, že kapalina stoupá po stranách. Povrchové napětí drží kapalinu pohromadě a táhne celý sloupec tekutiny nahoru.
dlouhý hubený jazyk kolibříka má dvě drážky stékající středem a končí vidlicovým hrotem, který se šíří uvnitř nektaru. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
teorie kapilární akce měla smysl, protože jazyk kolibříka má dvě trubkovité drážky. Byl by to jednoduchý, pasivní způsob, jak nektar cestovat po jazyku.
Kolibříci Jsou Rychlejší, Než To,
Ale z pozorování kolibříků v mém (Rico-Guevara) rodné Kolumbie, cítili jsme, že kapilarita prostě nebyl dost rychlý, aby udržel krok s tím, jak se kolibříci živí. Předpovídali jsme, že kapilarita je příliš pomalá na to, aby odpovídala rychlosti rychlého lízání pozorované u volně žijících kolibříků. Pamatujte, že mohou vypustit nektar květiny s přibližně 15 olizuje za sekundu!
před čtyřmi lety jeden z nás (Rico-Guevara) a kolega Margaret Rubega poprvé zpochybnili konvenční přesvědčení o kapilárním působení. Ukázali jsme, že vidlicové špičky jazyka nejsou statické, ale dramaticky se šíří uvnitř nektaru, s třásněmi, které se otevírají jako malé ruce. Když kolibřík zasouvá svůj jazyk z nektaru, tyto třásně uzavřít z důvodu fyzické síly, povrchové napětí a Laplaceův tlak, chytat kapky nektaru v jejich sevření. Díky této transformaci tvaru jazyka nezůstávají špičky jazyka ve tvaru trubice nezbytné pro kapilární působení.
jak se tedy zbytek jazyka naplní nektarem?
vydali jsme se studovat směsici druhů kolibříků, abychom zjistili, co tito ptáci skutečně dělají na květinách. Potřebovali jsme způsob, jak měřit tloušťku jazyka během procesu pití-přímočarý – ale ne snadný úkol.
Navrhli jsme průhledné umělé květiny, které jsme natáčeli zpomalenými kamerami. Z těchto videí jsme pak mohli sledovat tvar jazyka v průběhu celého lízacího cyklu. Nejtěžší bylo přesvědčit divoké kolibříky, aby pili na povel. Přesčas, vyškolili jsme je tím, že jsme je zvykli na falešné krmítka květin a celé naše natáčení.
Divocí kolibříci si zvykli na jasná světla a velké kamery-připraveni být našimi filmovými hvězdami. Kristiina Hurme, CC BY-ND
vědecký objev pomocí zpomaleného videa
Když kolibřík vloží svůj účet do květu, musí stále držet svůj dlouhý jazyk hlouběji dovnitř, aby se dostal k nektaru uvnitř. Poté, co se jazyk naplní nektarem, pták zatáhne jazyk zpět do účtu. Vědci již věděli, že k udržení nektaru uvnitř zobáku kolibřík vytlačuje jazyk špičkami účtů, když je prodloužen pro další lízání. To stlačuje a zplošťuje jazyk na cestě ven, takže nektar uvnitř účtu. Způsob, jakým je nektar přesunut z hrotu účtu na místo, kde může být spolknut, zůstává neznámý.
abychom studovali mechanismus plnění jazyka, zaměřili jsme se na zploštělý tvar jazyka, kterým začíná každé lízání. Pokud kolibříci používali kapilaritu, jakmile se nektar dostal do úst ptáka, jazyk by okamžitě musel obnovit svůj trubkovitý tvar, než se znovu dotkne nektaru.
Tím, že pečlivě studuje naše slow motion videa z ptáků pití v průhledné květy, viděli jsme, že jazyk zůstal vyrovnaný po mačkání i když cestoval vzduchem dosáhnout nektaru pro další doušek. Nevrátila se zpět do původního tvaru trubky před pitím.
studovali Jsme 18 kolibřík druhů a stovky olizuje, zjistili jsme, že jazyk zůstal vyrovnaný, až se dotkne nektar. To bylo klíčové zjištění, protože se ukázalo, že jazyk neměl prázdný prostor uvnitř potřebné pro vzlínání do práce. Nakonec můžeme s jistotou vyloučit kapilaritu jako důležitou pro pití kolibříků.
jak skutečně pumpují nektar v
to, co jsme našli, přesahuje pouhé odhalení kapilarity. Kolibříci narazili na neočekávaný způsob, jak velmi rychle pohybovat tekutinou v tomto mikro-měřítku: jejich jazyky jsou elastické mikropumpy.
drážky v jazyku kolibříka nedosahují hrdla, takže je pták nemůže použít jako malé brčka. Z tohoto důvodu místo použití vakua k generování sání-představte si pití limonády ze slámy-systém funguje jako malá pumpa, poháněná pružností jazyka. Pták rozdrtí jazyk naplocho, a když se otevře, tato expanze rychle vtáhne nektar do drážek v jazyku. Ukázalo se, že je elastická energie – potenciální mechanické energie uložená zploštění jazyk, který umožňuje kolibříci sbírat nektar mnohem rychleji, než kdyby spoléhali na to, kapilarita.
Zatímco jazyk se pohybuje vzduchem, elastické energie vložen do drážky stěny během zploštění je zachována tím, že zbývající vrstva kapaliny uvnitř drážky, která působí jako lepidlo. Když se jazyk dotkne nektaru, přívod tekutiny umožňuje uvolnění elastické energie, která rozšiřuje drážky a táhne nektar, aby vyplnil jazyk.
jako kolibřík pije, každé lízání sbírá nektar, zatímco rychle připravuje jazykovou pumpu na další lízání. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
Jako biologové, byli jsme nadšeni tím, že tento nový objev, ale potřeboval pomoc odborníka v oblasti dynamiky tekutin, Tai-Hsi Ventilátor, přesně vysvětlit fyziku tento kolibřík micro-čerpadlo, a aby se nové předpovědi.
náš výzkum ukazuje, jak kolibříci skutečně pijí, a poskytuje první matematické nástroje pro přesné modelování jejich energetického příjmu. Tyto objevy ovlivní naše chápání jejich pást rozhodnutí, ekologie a koevoluce s rostlinami, které opylují.
Naše pokračující výzkum porovnává náš nový model s tím, jak moc kolibříci pít nektar na květy, a podívá se na trade-off mezi pitím efektivně a bojovat o nadvládu nad územím, a to buď k přilákání samic, krmit, nebo obojí.
Alejandro Rico-Guevara je Výzkumný pracovník v oblasti Ekologie a Evoluční Biologie na University of Connecticut a Kristiina Hurme je Výzkumný pracovník v oblasti Ekologie a Evoluční Biologie na University of Connecticut
Tento článek byl původně zveřejněn na Konverzace. Přečtěte si původní článek.