I colibrì vivono la vita a velocità incomprensibili. Le loro acrobazie di volo sono incredibili, manovrando più come insetti che uccelli mentre svolazzano, volando a testa in giù e persino all’indietro. Sono sfocate mentre corrono tra i fiori. Quando fanno una pausa per visitare un fiore momentaneamente, stanno leccando 15 a 20 volte al secondo per estrarre il loro carburante nettare.
Guarda questo colibrì maculato (Adelomyia melanogenys) svuotare un fiore in meno di un secondo!
Ciò che li rende così intriganti per noi è il risultato di questa semplice scelta dietetica: bevono il nettare. Ogni fiore non offre molto, quindi per guadagnarsi da vivere con piccole quantità di nettare diffuso in tutta la foresta, i colibrì sono minuscoli, veloci e grintosi.
Nutrirsi di nettare è la caratteristica distintiva dei colibrì, ma fino ad ora gli scienziati non conoscevano l’esatta meccanica di come lo facevano. Nel nostro nuovo studio, siamo stati in grado di rallentarli in video per vedere come bevono davvero il nettare. E quello che abbiamo trovato era molto diverso dalla saggezza convenzionale dal 1800.
Questo piccolo colibrì smeraldo dal becco rosso (Chlorostilbon gibsoni) si nutre di migliaia di fiori al giorno. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Alimentazione del tubo?
Le lingue magre dei colibrì hanno all’incirca la stessa lunghezza delle loro banconote. Sono perfettamente adattati per raggiungere in profondità un fiore. Per oltre 180 anni, gli scienziati hanno creduto che per bere il nettare, i colibrì si basassero sull’azione capillare. L’idea era che le loro lingue si riempissero di nettare nello stesso modo in cui un piccolo tubo di vetro si riempie passivamente di acqua.
La fisica dell’azione capillare si basa su due forze. L’adesione delle molecole liquide alle pareti del tubo fa salire il liquido sui lati. La tensione superficiale tiene insieme il liquido e trascina l’intera colonna di fluido verso l’alto.
La lunga lingua magra di un colibrì ha due scanalature che corrono al centro e termina in una punta biforcuta che si diffonde all’interno del nettare. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
La teoria dell’azione capillare aveva senso poiché la lingua di un colibrì ha due scanalature simili a tubi. Sarebbe un modo semplice e passivo per il nettare di viaggiare sulla lingua.
I colibrì sono più veloci di così
Ma guardando i colibrì nella mia Colombia nativa (Rico-Guevara), abbiamo sentito che la capillarità non era abbastanza veloce da tenere il passo con il modo in cui i colibrì si nutrono. Abbiamo predetto che la capillarità era troppo lenta per tenere conto dei tassi di leccatura veloci osservati nei colibrì viventi liberi. Ricorda, possono drenare il nettare di un fiore con circa 15 lecca in meno di un secondo!
Quattro anni fa, uno di noi (Rico-Guevara) e la collega Margaret Rubega hanno sfidato per la prima volta le credenze convenzionali sull’azione capillare. Abbiamo mostrato che le punte della lingua biforcuta non sono statiche, ma si diffondono drammaticamente all’interno del nettare, con bordi sfrangiati che si aprono come piccole mani. Quando il colibrì ritrae la lingua dal nettare, queste frange si chiudono a causa delle forze fisiche della tensione superficiale e della pressione di Laplace, intrappolando le gocce di nettare nelle loro impugnature. A causa di questa trasformazione della forma della lingua, le punte della lingua non rimangono nella forma del tubo necessaria per l’azione capillare.
Quindi, come si riempie il resto della lingua di nettare?
Abbiamo deciso di studiare un medley di specie di colibrì per vedere cosa questi uccelli stavano davvero facendo ai fiori. Avevamo bisogno di un modo per misurare lo spessore di una lingua durante il processo di bere-semplice, ma non è un compito facile.
Abbiamo progettato fiori artificiali trasparenti che abbiamo filmato con telecamere al rallentatore. Da questi video, potremmo quindi tracciare la forma della lingua durante l’intero ciclo di leccata. La parte difficile era convincere i colibrì selvatici a bere a comando. Nel corso del tempo, li abbiamo addestrati abituandoli ai falsi alimentatori di fiori e al nostro intero setup di riprese.
I colibrì selvatici si sono abituati alle luci e alle grandi telecamere – pronti per essere le nostre star del cinema. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Science Discovery Via Slow Motion Video
Quando un colibrì inserisce il suo becco in un fiore, ha ancora bisogno di attaccare la sua lunga lingua più in profondità all’interno per ottenere il nettare all’interno. Dopo che la lingua si riempie di nettare, l’uccello ritrae la lingua all’interno del becco. I ricercatori sapevano già che per mantenere il nettare all’interno del becco, il colibrì stringe la lingua con le punte del becco mentre viene esteso per la successiva leccata. Che comprime e appiattisce la lingua sulla sua uscita, lasciando il nettare all’interno del becco. Il modo in cui il nettare viene spostato dalla punta del becco a dove può essere ingerito rimane sconosciuto.
Per studiare il meccanismo di riempimento della lingua, ci siamo concentrati sulla forma appiattita della lingua con cui ogni leccata inizia. Se i colibrì usavano la capillarità, una volta che il nettare era entrato nella bocca dell’uccello, la lingua avrebbe immediatamente bisogno di recuperare la sua forma a tubo prima di toccare di nuovo il nettare.
Studiando attentamente i nostri video al rallentatore degli uccelli che bevono ai fiori trasparenti, abbiamo visto che la lingua è rimasta appiattita dopo la spremitura anche mentre viaggiava attraverso l’aria per raggiungere il nettare per un altro sorso. Non è tornato alla sua forma originale a forma di tubo pre-drink.
Abbiamo studiato 18 specie di colibrì, e in centinaia di lecca, abbiamo scoperto che la lingua è rimasta appiattita fino a toccare il nettare. Questo è stato un risultato chiave perché ha dimostrato che la lingua non aveva lo spazio vuoto all’interno necessario per l’azione capillare per funzionare. Infine, possiamo tranquillamente escludere la capillarità come importante per il consumo di colibrì.
Come pompano davvero il nettare In
Ciò che abbiamo trovato va oltre la semplice sfatare la capillarità. Colibrì hanno colpito su un modo inaspettato per spostare liquido molto rapidamente a questa micro-scala: le loro lingue sono micropompe elastiche.
I solchi nella lingua del colibrì non raggiungono la gola, quindi l’uccello non può usarli come piccole cannucce. Per questo motivo, invece di usare il vuoto per generare aspirazione – immagina di bere limonata da una cannuccia – il sistema funziona come una piccola pompa, alimentata dalla mollezza della lingua. L’uccello schiaccia la lingua piatta, e quando si apre, questa espansione tira rapidamente il nettare nelle scanalature della lingua. Si scopre che è l’energia elastica – potenziale energia meccanica immagazzinata dall’appiattimento della lingua-che consente ai colibrì di raccogliere il nettare molto più velocemente che se si affidassero alla capillarità.
Mentre la lingua si muove attraverso l’aria, l’energia elastica caricata nelle pareti della scanalatura durante l’appiattimento viene conservata da uno strato rimanente di liquido all’interno delle scanalature che funge da adesivo. Quando la lingua tocca il nettare, l’apporto di fluido consente il rilascio dell’energia elastica che espande le scanalature e tira il nettare per riempire la lingua.
Mentre un colibrì beve, ogni leccata raccoglie il nettare, mentre prepara rapidamente la pompa della lingua per la leccata successiva. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
Come biologi, siamo rimasti entusiasti di questa nuova scoperta, ma avevamo bisogno dell’aiuto di un esperto di fluidodinamica, Tai-Hsi Fan, per spiegare con precisione la fisica di questa micro-pompa colibrì e per fare nuove previsioni.
La nostra ricerca mostra come i colibrì bevono davvero e fornisce i primi strumenti matematici per modellare con precisione il loro apporto energetico. Queste scoperte influenzeranno la nostra comprensione delle loro decisioni di foraggiamento, ecologia e coevoluzione con le piante che impollinano.
La nostra ricerca in corso confronta il nostro nuovo modello con la quantità di colibrì di nettare che bevono ai fiori selvatici e esamina i compromessi tra bere in modo efficiente e combattere per il dominio sui territori sia per attirare le femmine, per nutrirsi o entrambi.
Alejandro Rico-Guevara è Socio di Ricerca in Ecologia e Biologia Evolutiva presso l’Università del Connecticut e Kristiina Hurme è Socio di Ricerca in Ecologia e Biologia Evolutiva presso l’Università del Connecticut
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su La Conversazione. Leggi l’articolo originale.