a Kolibri érthetetlen sebességgel él. Repülési akrobatikájuk elképesztő, inkább rovarok, mint madarak manővereznek, miközben röpködnek, fejjel lefelé, sőt hátrafelé repülnek. Elmosódnak, ahogy a virágok között versenyeznek. Amikor egy pillanatra megállnak, hogy meglátogassanak egy virágot, másodpercenként 15-20-szor nyalogatják, hogy kinyerjék a nektár üzemanyagukat.
nézze meg, hogy ez a foltos Kolibri (Adelomyia melanogenys) kevesebb, mint egy másodperc alatt ürít egy virágot!
ami számunkra annyira érdekessé teszi őket, ennek az egyszerű étrendi választásnak az eredménye: nektárt isznak. Minden virág nem kínál sokat, így az erdőben elterjedt kis mennyiségű nektárból való megélhetéshez a kolibri apró, gyors és harcias.
a nektárral való táplálkozás a kolibri meghatározó jellemzője, de eddig a tudósok nem tudták a pontos mechanikát, hogyan csinálják. Új tanulmányunkban képesek voltunk lelassítani őket videón, hogy lássuk, hogyan isznak nektárt. És amit találtunk, Az egészen más volt, mint az 1800-as évek óta megszokott bölcsesség.
Ez az apró vöröscsőrű smaragd Kolibri (Chlorostilbon gibsoni) naponta több ezer virággal táplálkozik. Kristiina Hurme, CC BY-ND
cső etetés?
a Kolibri vékony nyelve körülbelül azonos hosszúságú, mint a számlájuk. Tökéletesen alkalmazkodnak ahhoz, hogy mélyen belenyúljanak egy virágba. Több mint 180 éve a tudósok úgy vélték, hogy a nektár inni, a kolibri kapilláris hatásra támaszkodott. Az ötlet az volt, hogy nyelvük nektárral töltődjön meg, ugyanúgy, mint egy kis üvegcső passzívan megtelik vízzel.
a kapilláris hatás fizikája két erőre támaszkodik. A folyékony molekulák tapadása a cső falához a folyadékot oldalra emeli. A felületi feszültség összetartja a folyadékot, és az egész folyadékoszlopot felfelé húzza.
a kolibri hosszú, vékony nyelvének két barázdája van, amelyek középen futnak, és egy villás hegyben végződnek, amely a nektár belsejében terjed. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
a kapilláris akcióelméletnek értelme volt, mivel a kolibri nyelvének két csőszerű barázdája van. Ez egy egyszerű, passzív módja annak, hogy a nektár felfelé haladjon a nyelven.
a kolibrik gyorsabbak ennél
de a kolibri (Rico-Guevara) őshonos Kolumbiámban való megfigyeléséből úgy éreztük, hogy a kapillaritás egyszerűen nem volt elég gyors ahhoz, hogy lépést tartson a kolibri táplálkozásával. Azt jósoltuk, hogy a kapillaritás túl lassú ahhoz, hogy figyelembe vegye a szabadon élő Kolibri gyors nyalási arányát. Ne feledje, hogy egy virág nektárját egy másodperc alatt körülbelül 15 nyalogatással le tudják üríteni!
négy évvel ezelőtt egyikünk (Rico-Guevara) és kollégánk, Margaret Rubega először vitatta meg a kapilláris működéssel kapcsolatos konvencionális hiedelmeket. Megmutattuk, hogy a villás nyelvhegyek nem statikusak, hanem drámai módon elterjednek a nektárban, rojtos szélekkel, amelyek apró kezekként nyílnak meg. Amikor a kolibri kihúzza nyelvét a nektárból, ezek a rojtok a felületi feszültség és a Laplace nyomás fizikai erői miatt bezáródnak, csapdába ejtve a nektárcseppeket a markolatukban. A nyelv alakjának ezen átalakulása miatt a nyelvcsúcsok nem maradnak a kapilláris hatáshoz szükséges cső alakban.
tehát hogyan töltődik meg a nyelv többi része nektárral?
elkezdtük tanulmányozni a kolibri Fajok egyvelegét, hogy lássuk, mit csinálnak ezek a madarak valójában a virágoknál. Szükségünk volt egy módszerre a nyelv vastagságának mérésére az ivási folyamat során – egyszerű, de nem könnyű feladat.
átlátszó művirágokat terveztünk, amelyeket lassított kamerákkal forgattunk. Ezekből a videókból nyomon követhetjük a nyelv alakját az egész nyalási ciklus során. A nehéz rész a vadon élő Kolibri meggyőzése volt, hogy parancsra igyon. Idővel úgy képeztük ki őket, hogy megszoktuk őket a hamis virágadagolókhoz és az egész filmkészítéshez.
a vad Kolibri megszokta az erős fényeket és a nagy kamerákat – készen áll arra, hogy filmsztáraink legyenek. Kristiina Hurme, CC BY-ND
tudományos felfedezés lassított videón keresztül
amikor egy kolibri behelyezi a számláját egy virágba, még mindig mélyebbre kell ragasztania hosszú nyelvét, hogy elérje a nektárt. Miután a nyelv megtelik nektárral, a madár visszahúzza a nyelvet a számlán belül. A kutatók már tudták, hogy annak érdekében, hogy a nektár a csőrben maradjon, a kolibri a számlacsúcsokkal megszorítja a nyelvet, amikor a következő nyalásra meghosszabbítják. Ez összenyomja és ellapítja a nyelvet kifelé menet, így a nektár a számlán belül marad. A nektár mozgatásának módja a számlacsúcsról a lenyelhető helyre ismeretlen.
a nyelvtöltő mechanizmus tanulmányozásához a nyelv lapított alakjára összpontosítottunk, amellyel minden Nyalás kezdődik. Ha a kolibri kapillaritást használna, miután a nektár bejutott a madár szájába, a nyelvnek azonnal vissza kell állítania csőszerű alakját, mielőtt újra megérintené a nektárt.
az átlátszó virágoknál ivó madarak lassított felvételeinek alapos tanulmányozásával azt láttuk, hogy a nyelv a szorítás után is lapos maradt, még akkor is, amikor a levegőben haladt, hogy elérje a nektárt egy újabb kortyért. Nem pattant vissza az eredeti ital előtti csőszerű alakjához.
18 Kolibri fajt vizsgáltunk, és több száz nyalásnál azt találtuk, hogy a nyelv lapított marad, amíg hozzá nem ér a nektárhoz. Ez kulcsfontosságú megállapítás volt, mert megmutatta, hogy a nyelvben nincs üres hely a kapilláris működéséhez. Végül magabiztosan kizárhatjuk a kapillaritást, amely fontos a kolibri iváshoz.
az, hogy valójában hogyan pumpálják a nektárt
amit találtunk, túlmutat a kapillaritás egyszerű lebontásán. A kolibri váratlan módon jutott el a folyadék nagyon gyors mozgatásához ezen a mikro-skálán: nyelvük rugalmas mikropumpák.
a kolibri nyelv barázdái nem érik el a torkot, így a madár nem tudja használni őket apró szívószálként. Ezért ahelyett, hogy vákuumot használna a szívás előállításához – képzelje el, hogy egy szalmából iszik limonádét -, a rendszer úgy működik, mint egy apró szivattyú, amelyet a nyelv ruganyossága táplál. A madár laposan összenyomja a nyelvet, és amikor kinyílik, ez a tágulás gyorsan behúzza a nektárt a nyelv barázdáiba. Kiderült, hogy a rugalmas energia-a nyelv ellapítása által tárolt potenciális mechanikai energia-lehetővé teszi a kolibri számára, hogy sokkal gyorsabban gyűjtsön nektárt, mint ha kapillaritásra támaszkodnának.
amíg a nyelv a levegőn keresztül mozog, a lapítás során a horonyfalakba betöltött rugalmas energiát a barázdák belsejében egy maradék folyadékréteg tartja meg, amely ragasztóként működik. Amikor a nyelv megérinti a nektárt, a folyadékellátás lehetővé teszi a rugalmas energia felszabadulását, amely kitágítja a barázdákat, és meghúzza a nektárt, hogy kitöltse a nyelvet.
ahogy a kolibri iszik, minden Nyalás nektárt gyűjt, miközben gyorsan előkészíti a nyelvszivattyút a következő nyaláshoz. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
biológusként izgatottak voltunk az új felfedezés miatt, de szükségünk volt egy folyadékdinamikai szakértő, a Tai-Hsi Fan segítségére, hogy pontosan megmagyarázzuk ennek a kolibri mikroszivattyúnak a fizikáját, és új előrejelzéseket tegyünk.
kutatásunk megmutatja, hogy a kolibri valóban iszik, és biztosítja az első matematikai eszközöket az energiabevitelük pontos modellezéséhez. Ezek a felfedezések befolyásolják a táplálkozással kapcsolatos döntéseik megértését, az ökológiát és az általuk beporzott növényekkel való koevolúciót.folyamatban lévő kutatásunk összehasonlítja új modellünket azzal, hogy a kolibri mennyi nektárt iszik a vadvirágoknál,és megvizsgálja a hatékony ivás és a területek feletti dominanciáért folytatott küzdelem közötti kompromisszumokat, akár a nőstények vonzása, akár a takarmányozás, akár mindkettő.
Alejandro Rico-Guevara a Connecticuti Egyetem ökológia és evolúciós biológia kutatója, Kristiina Hurme pedig a Connecticuti Egyetem ökológia és evolúciós biológia kutatója
Ez a cikk eredetileg a The Conversation oldalon jelent meg. Olvassa el az eredeti cikket.