Kolibrit elävät elämää käsittämättömällä nopeudella. Niiden lentoakrobatia on hämmästyttävää, ja ne ohjailevat enemmän hyönteisiä kuin lintuja lentäessään ympäriinsä, lentäen ylösalaisin ja jopa takaperin. Ne ovat sumeita kilpaillessaan kukkien välillä. Kun ne pysähtyvät hetkeksi käymään kukassa, ne nuolevat 15-20 kertaa sekunnissa saadakseen mesipolttoaineensa.
Katso, kuinka tämä Täplikäs kolibri (Adelomyia melanogenys) tyhjentää kukan alle sekunnissa!
se, mikä tekee niistä niin kiehtovia, on tämän yksinkertaisen ruokavalintavalinnan tulos: ne juovat mettä. Jokainen kukka ei tarjoa paljoa, joten Kolibrit ovat pieniä, nopeita ja ärhäköitä, jotta ne saisivat elantonsa kaikkialle metsään levinneestä medestä.
meden syönti on kolibrien määrittelevä ominaisuus, mutta tähän asti tutkijat eivät tienneet tarkkaa mekaniikkaa siitä, miten ne sen tekevät. Uudessa tutkimuksessamme pystyimme hidastamaan niitä videolta nähdäksemme, miten ne todella juovat mettä. Ja se, mitä löysimme, oli aivan erilaista kuin tavanomainen viisaus 1800-luvulta lähtien.
Tämä pieni punanokkakolibri (Chlorostilbon gibsoni) syö tuhansia kukkia päivässä. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Putkiruokinta?
kolibrien laihat kielet ovat suunnilleen yhtä pitkät kuin niiden nokat. Ne sopivat hyvin syvälle kukkaan. Tutkijat uskoivat yli 180 vuoden ajan, että mettä juodakseen Kolibrit turvautuivat kapillaarien toimintaan. Ajatuksena oli, että heidän kielensä täyttyisi medellä samalla tavalla kuin pieni lasiputki täyttyy passiivisesti vedellä.
kapillaaritoiminnan fysiikka nojaa kahteen voimaan. Nestemolekyylien kiinnittyminen putken seinämiin saa nesteen kiipeämään sivuille. Pintajännitys pitää nesteen koossa ja vetää koko nestepatsaan ylöspäin.
kolibrin pitkässä laihassa kielessä on kaksi uurretta, jotka kulkevat keskeltä alas ja päättyvät mesiäisen sisään levittäytyvään haaroittuneeseen kärkeen. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
kapillaaritoimintateoria oli järkevä, sillä kolibrin kielessä on kaksi putkimaista uurretta. Se olisi yksinkertainen, passiivinen tapa, jolla nektari kulkee kieltä pitkin.
Kolibrit ovat tätä nopeampia
, mutta seurattuamme kolibreja minun (Rico-Guevaran) kotimaassani Kolumbiassa tunsimme, että capillarity ei vain ollut tarpeeksi nopea pysyäkseen mukana kolibrien ruokinnassa. Ennustimme, että capillarity oli liian hidas selittämään vapaana elävillä kolibreilla havaittavaa nopeaa nuoleskelunopeutta. Muista, että ne voivat valuttaa kukan mettä noin 15 nuolaisulla alle sekunnissa!
neljä vuotta sitten yksi meistä (Rico-Guevara) ja kollega Margaret Rubega haastoivat sovinnaiset käsitykset hiussuonitoiminnasta ensimmäistä kertaa. Osoitimme, että haaraiset kielenkärjet eivät ole staattisia, vaan ne leviävät dramaattisesti meden sisään, ja niiden reunat avautuvat kuin pienet kädet. Kun kolibri vetää kielensä pois medestä, nämä hapsut sulkeutuvat pintajännityksen ja Laplace-paineen fyysisten voimien vuoksi ja vangitsevat medipisarat kouriinsa. Tästä kielen muodon muutoksesta johtuen kielen kärjet eivät jää kapillaaritoiminnan kannalta välttämättömään putkimaiseen muotoon.
Joten miten muu kieli täyttyy medellä?
lähdimme tutkimaan kolibrilajeja nähdäksemme, mitä nämä linnut todella tekivät kukilla. Tarvitsimme tavan mitata kielen paksuutta juomisen aikana-yksinkertaista, mutta ei helppoa.
suunnittelimme läpinäkyviä tekokukkia, joita kuvasimme hidastuskameroilla. Videoista pystyi sitten seuraamaan kielen muotoa koko nuoleskelusyklin ajan. Vaikeinta oli saada villit Kolibrit juomaan käskystä. Ajan myötä koulutimme heitä totuttelemalla heitä tekaistuihin kukkasyöttäjiin ja koko kuvausasetukseemme.
villit Kolibrit tottuivat kirkkaisiin valoihin ja isoihin kameroihin – valmiina meidän filmitähdiksi. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Science Discovery via Slow Motion Video
kun kolibri työntää nokkansa kukkaan, sen täytyy silti työntää pitkä kielensä syvemmälle sisimpäänsä päästäkseen käsiksi medeen. Kielen täytyttyä medellä lintu vetää kielen takaisin nokan sisään. Tutkijat tiesivät jo, että pitääkseen mesi nokan sisällä kolibri puristaa kieltä nokan kärjillä, kun sitä ojennetaan seuraavaa nuolaisua varten. Se puristaa ja litistää kielen mennessään ulos, jolloin mesi jää nokan sisään. Sitä, miten mesi siirretään nokan kärjestä nieltäväksi, ei tiedetä.
kielen täyttömekanismin tutkimiseksi keskityimme kielen litistyneeseen muotoon, josta jokainen nuolaisu alkaa. Jos Kolibrit käyttäisivät capillaritya, kun mesi olisi päässyt linnun suuhun, kielen olisi heti palautettava putkimainen muotonsa ennen kuin se koskisi medeen uudelleen.
tutkimalla tarkasti hidastettuja videoitamme, joissa linnut joivat läpinäkyvien kukkien äärellä, huomasimme, että kieli pysyi litistyneenä puristamisen jälkeen, vaikka se kulki ilman halki päästäkseen mettä vielä siemailemaan. Se ei napsahtanut takaisin alkuperäiseen Pre-drink-putkimaiseen muotoonsa.
tutkimme 18 kolibrilajia, ja sadoissa nuolukivissä huomasimme kielen pysyvän litistyneenä, kunnes se koskettaa mettä. Tämä oli keskeinen havainto, koska se osoitti, ettei kielen sisällä ollut tyhjää tilaa, jota kapillaaritoiminta tarvitsi toimiakseen. Lopuksi voimme luottavaisin mielin sulkea pois sen, ettei capillarity ole tärkeä kolibrien juomisen kannalta.
se, miten he todella pumppaavat nektaria
se, mitä löysimme, menee pidemmälle kuin vain capillariteetin tyhjentäminen. Kolibrit ovat osuneet yllättävään tapaan liikuttaa nestettä hyvin nopeasti tässä mikromittarissa: niiden kieli on kimmoisaa mikromuovia.
kolibrin kielen uurteet eivät ylety nieluun, joten lintu ei voi käyttää niitä pieninä pilleinä. Tästä syystä järjestelmä ei käytä imun tuottamiseen tyhjiötä – kuvittele juovasi limonadia pillistä – vaan toimii kuin pieni pumppu, joka saa voimansa kielen joustavuudesta. Lintu litistää kielen tasaiseksi, ja kun se ponnahtaa auki, tämä laajeneminen vetää mettä nopeasti kielensä uurteisiin. Kävi ilmi, että se on elastista energiaa – potentiaalista mekaanista energiaa, jota kielen litistyminen varastoi – jonka avulla Kolibrit keräävät mettä paljon nopeammin kuin jos ne luottaisivat kapillaarisuuteen.
kielen liikkuessa ilman läpi uraseiniin litistymisen aikana lastattu kimmoinen energia säilyy urien sisällä jäljellä olevalla nestekerroksella, joka toimii liimana. Kun kieli koskettaa mettä, nesteen saanti mahdollistaa kimmoisen energian vapautumisen, joka laajentaa uurteita ja vetää mettä kielen täyttämiseksi.
kolibrin juodessa kukin nuolaisu kerää mettä, samalla nopeasti valmistaen kielipumpun seuraavaa nuolaisua varten. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
biologeina olimme innoissamme tästä uudesta löydöstä, mutta tarvitsimme nestedynamiikan asiantuntijan, Tai-Hsi fanin, apua selittääksemme tarkasti tämän kolibrien mikropumpun fysiikan ja tehdäksemme uusia ennusteita.
Tutkimuksemme osoittaa, miten Kolibrit todella juovat, ja tarjoaa ensimmäiset matemaattiset työkalut niiden energiansaannin täsmälliseen mallintamiseen. Nämä löydöt vaikuttavat ymmärrykseemme niiden saalistuspäätöksistä, ekologiasta ja coevoluutiosta pölyttämiensä kasvien kanssa.
käynnissä oleva tutkimuksemme vertaa uutta malliamme siihen, kuinka paljon mettä Kolibrit juovat luonnonkukissa, ja tarkastelee kompromisseja tehokkaan juomisen ja reviirien herruudesta taistelemisen välillä joko naaraiden houkuttelemiseksi, ravinnoksi tai molempien saamiseksi.
Alejandro Rico-Guevara on ekologian ja evoluutiobiologian tutkija Connecticutin yliopistossa ja Kristiina Hurme ekologian ja evoluutiobiologian tutkija Connecticutin yliopistossa
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu The Conversationista. Lue alkuperäinen artikkeli.