kolibrier lever livet på uforståelige hastigheder. Deres flyakrobatik er forbløffende, manøvrerer mere som insekter end fugle, når de flyver rundt, flyver på hovedet og endda baglæns. De er en sløring, da de løber mellem blomster. Når de holder pause for at besøge en blomst et øjeblik, slikker de 15 til 20 gange i sekundet for at udvinde deres nektarbrændstof.
se denne speckled kolibri (Adelomyia melanogenys) Tøm en blomst på mindre end et sekund!
hvad der gør dem så spændende for os er resultatet af dette enkle diætvalg: de drikker nektar. Hver blomst tilbyder ikke meget, så for at leve af små mængder nektar spredt over hele skoven er kolibrier små, hurtige og feisty.
fodring på nektar er kolibrier’ definerende egenskab, men indtil nu vidste forskere ikke den nøjagtige mekanik for, hvordan de gør det. I vores nye undersøgelse var vi i stand til at bremse dem ned på video for at se, hvordan de virkelig drikker nektar. Og hvad vi fandt var helt anderledes end den konventionelle visdom siden 1800-tallet.
denne lille rød-billed smaragd kolibri (Chlorostilbon gibsoni) feeds på tusindvis af blomster om dagen. Kristiina Hurme, CC BY-nd
Rørfodring?Hummingbirds ‘ tynde tunger er omtrent samme længde som deres regninger. De er perfekt tilpasset til at nå dybt ind i en blomst. I over 180 år troede forskere, at kolibrier var afhængige af kapillærvirkning for at drikke nektar. Tanken var, at deres tunger ville fylde med nektar på samme måde som et lille glasrør fyldes passivt med vand.
fysikken i kapillær handling er afhængig af to kræfter. Adhæsion af de flydende molekyler til rørvæggene får væsken til at klatre i siderne. Overfladespænding holder væsken sammen og trækker hele væskesøjlen opad.
en kolibris lange tynde tunge har to riller, der løber ned i midten, og ender i en gaffelspids, der spreder sig inde i nektar. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-nd
kapillærhandlingsteorien gav mening, da en kolibri ‘ s tunge har to rørlignende riller. Det ville være en enkel, passiv måde for nektar at rejse op på tungen.
kolibrier er hurtigere end det
men fra at se kolibrier i min (Rico-Guevaras) indfødte Colombia, følte vi, at kapillaritet bare ikke var hurtig nok til at holde trit med, hvordan kolibrier fodrer. Vi forudsagde, at kapillariteten var for langsom til at redegøre for de hurtige slikkehastigheder, der blev observeret i fritlevende kolibrier. Husk, at de kan dræne en blomsters nektar med omkring 15 slikker på under et sekund!
for fire år siden udfordrede en af os (Rico-Guevara) og kollega Margaret Rubega den konventionelle tro på kapillær handling for første gang. Vi viste, at de forkede tungespidser ikke er statiske, men spredes dramatisk inde i nektaren med frynsede kanter, der åbner sig som små hænder. Når kolibri trækker sin Tunge fra nektar, disse frynser tæt på grund af de fysiske kræfter overfladespænding og Laplace tryk, fældefangst nektar dråber i deres greb. På grund af denne transformation af tungeformen forbliver tungespidserne ikke i den rørform, der er nødvendig for kapillærvirkning.
så hvordan fylder resten af tungen med nektar?
Vi satte os for at studere en medley af kolibri arter for at se, hvad disse fugle virkelig gjorde ved blomsterne. Vi havde brug for en måde at måle en tunge tykkelse under drikkeprocessen – ligetil, men ikke en let opgave.
Vi designede gennemsigtige kunstige blomster, som vi filmede med kameraer med langsom bevægelse. Fra disse videoer kunne vi derefter spore formen på tungen gennem hele slikkecyklussen. Den vanskelige del var at overbevise vilde kolibrier om at drikke på kommando. Over tid, vi trænede dem ved at vænne dem til de falske blomsterfødere og hele vores filmopsætning.
vilde kolibrier blev vant til de lyse lys og store kameraer – klar til at være vores filmstjerner. Kristiina Hurme, CC BY-nd
videnskab opdagelse Via langsom bevægelse Video
Når en kolibri indsætter sin regning i en blomst, skal den stadig holde sin lange tunge dybere inde for at komme på nektar indeni. Når tungen er fyldt med nektar, trækker fuglen tungen tilbage inde i regningen. Forskere vidste allerede, at for at holde nektar inde i næb, klemmer Kolibrien tungen med regningstipene, da den forlænges til næste slik. Det komprimerer og flader tungen på vej ud og efterlader nektar inde i regningen. Den måde, hvorpå nektaren flyttes fra regningsspidsen til hvor den kan sluges, forbliver ukendt.
for at studere tungefyldningsmekanismen fokuserede vi på den fladede form af tungen, som hver slikke starter med. Hvis kolibrierne brugte kapillaritet, når nektaren havde nået den i fuglens mund, ville tungen straks skulle genvinde sin rørlignende form, før den rørte ved nektaren igen.
ved nøje at studere vores langsomme bevægelsesvideoer af fuglene, der drikker ved de gennemsigtige blomster, så vi, at tungen forblev fladt efter klemningen, selvom den rejste gennem luften for at nå nektaren til en anden slurk. Det snap ikke tilbage til sin oprindelige pre-drink rørlignende form.
Vi studerede 18 kolibri arter, og i hundredvis af licks fandt vi, at tungen forblev fladt, indtil den rører nektar. Dette var et vigtigt fund, fordi det viste, at tungen ikke havde det tomme rum indeni, der var nødvendigt for kapillær handling at arbejde. Endelig kan vi med sikkerhed udelukke kapillaritet som vigtig for kolibri-drikke.
hvordan de virkelig pumper nektar i
hvad vi fandt går ud over blot at debunkere kapillaritet. Kolibrier har ramt på en uventet måde at flytte væske meget hurtigt på denne mikroskala: deres tunger er elastiske mikropumper.
rillerne i kolibri-tungen når ikke halsen, så fuglen kan ikke bruge dem som små strå. Af denne grund fungerer systemet i stedet for at bruge vakuum til at generere sugning – forestil dig at drikke limonade ud af et halm – som en lille pumpe, der drives af tungens fjedring. Fuglen klemmer tungen fladt, og når den springer op, trækker denne ekspansion hurtigt nektaren ind i rillerne i tungen. Det viser sig, at det er elastisk energi – potentiel mekanisk energi lagret ved udfladning af tungen – der lader kolibrier samle nektar meget hurtigere, end hvis de stolede på kapillaritet.
mens tungen bevæger sig gennem luften, bevares den elastiske energi, der lægges i rillevæggene under udfladningen, af et resterende væskelag inde i rillerne, der virker som et klæbemiddel. Når tungen rører ved nektar, tillader tilførslen af væske frigivelse af den elastiske energi, der udvider rillerne og trækker nektar for at fylde tungen.
når en kolibri drikker, samler hver slikke nektar, mens den hurtigt forbereder tungepumpen til den næste slikke. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-nd
som biologer var vi begejstrede for denne nye opdagelse, men havde brug for hjælp fra en ekspert i væskedynamik, Tai-Hsi Fan, til nøjagtigt at forklare fysikken i denne kolibri-mikropumpe og til at komme med nye forudsigelser.
vores forskning viser, hvordan kolibrier virkelig drikker, og giver de første matematiske værktøjer til nøjagtigt at modellere deres energiindtag. Disse opdagelser vil påvirke vores forståelse af deres fourageringsbeslutninger, økologi og coevolution med de planter, de bestøver.
vores igangværende forskning sammenligner vores nye model med, hvor meget nektar kolibrier drikker på vilde blomster, og ser på afvejningerne mellem at drikke effektivt og kæmpe for dominans over territorier enten for at tiltrække kvinder, at fodre eller begge dele.
Alejandro Rico-Guevara er forskningsassistent i økologi og evolutionær biologi ved University of Connecticut og Kristiina Hurme er forskningsassistent i økologi og evolutionær biologi ved University of Connecticut
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på samtalen. Læs den oprindelige artikel.