Les colibris vivent à des vitesses incompréhensibles. Leurs acrobaties de vol sont incroyables, manœuvrant plus comme des insectes que des oiseaux alors qu’ils volent, volant à l’envers et même à l’envers. Ils sont flous alors qu’ils courent entre les fleurs. Quand ils font une pause pour visiter une fleur momentanément, ils léchent 15 à 20 fois par seconde pour extraire leur carburant de nectar.
Regardez ce colibri moucheté (Adelomyia melanogenys) vider une fleur en moins d’une seconde !
Ce qui les rend si intrigants pour nous, c’est le résultat de ce choix alimentaire simple: ils boivent du nectar. Chaque fleur n’offre pas beaucoup, donc pour vivre de petites quantités de nectar réparties dans la forêt, les colibris sont minuscules, rapides et fougueux.
Se nourrir de nectar est la caractéristique déterminante des colibris, mais jusqu’à présent, les scientifiques ne connaissaient pas la mécanique exacte de leur fonctionnement. Dans notre nouvelle étude, nous avons pu les ralentir en vidéo pour voir comment ils boivent vraiment du nectar. Et ce que nous avons trouvé était très différent de la sagesse conventionnelle depuis les années 1800.
Ce minuscule colibri émeraude à bec rouge (Chlorostilbon gibsoni) se nourrit de milliers de fleurs par jour. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Alimentation par sonde?
Les langues maigres des colibris ont à peu près la même longueur que leur bec. Ils sont parfaitement adaptés pour pénétrer profondément dans une fleur. Pendant plus de 180 ans, les scientifiques ont cru que pour boire du nectar, les colibris reposaient sur l’action capillaire. L’idée était que leurs langues se remplissent de nectar de la même manière qu’un petit tube de verre se remplit passivement d’eau.
La physique de l’action capillaire repose sur deux forces. L’adhérence des molécules liquides aux parois du tube fait grimper le liquide sur les côtés. La tension superficielle maintient le liquide ensemble et entraîne toute la colonne de fluide vers le haut.
La longue langue maigre d’un colibri a deux rainures au milieu et se termine par une pointe fourchue qui se propage à l’intérieur du nectar. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
La théorie de l’action capillaire était logique puisque la langue d’un colibri a deux rainures en forme de tube. Ce serait un moyen simple et passif pour que le nectar remonte la langue.
Les colibris Sont plus rapides que Cela
Mais en regardant des colibris dans ma Colombie natale (de Rico-Guevara), nous avons senti que la capillarité n’était tout simplement pas assez rapide pour suivre la façon dont les colibris se nourrissent. Nous avons prédit que la capillarité était trop lente pour expliquer les taux de léchage rapide observés chez les colibris en liberté. Rappelez-vous, ils peuvent drainer le nectar d’une fleur avec environ 15 lèche en moins d’une seconde!
Il y a quatre ans, l’une d’entre nous (Rico-Guevara) et sa collègue Margaret Rubega ont contesté pour la première fois les croyances conventionnelles sur l’action capillaire. Nous avons montré que les extrémités de la langue fourchue ne sont pas statiques, mais se propagent de manière spectaculaire à l’intérieur du nectar, avec des bords frangés qui s’ouvrent comme de minuscules mains. Lorsque le colibri retire sa langue du nectar, ces franges se ferment sous l’effet des forces physiques de la tension superficielle et de la pression de Laplace, piégeant les gouttes de nectar dans leurs poignées. En raison de cette transformation de la forme de la langue, les pointes de la langue ne restent pas dans la forme du tube nécessaire à l’action capillaire.
Alors, comment le reste de la langue se remplit-il de nectar?
Nous avons entrepris d’étudier un mélange d’espèces de colibris pour voir ce que ces oiseaux faisaient vraiment aux fleurs. Nous avions besoin d’un moyen de mesurer l’épaisseur d’une langue pendant le processus de consommation – une tâche simple, mais pas facile.
Nous avons conçu des fleurs artificielles transparentes que nous avons filmées avec des caméras au ralenti. À partir de ces vidéos, nous avons ensuite pu suivre la forme de la langue tout au long du cycle de léchage. La partie difficile a été de convaincre les colibris sauvages de boire sur commande. Au fil du temps, nous les avons formés en les habituant aux mangeoires de fleurs bidon et à toute notre configuration de tournage.
Les colibris sauvages se sont habitués aux lumières vives et aux gros appareils photo – prêts à être nos stars de cinéma. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Découverte scientifique Par Vidéo au ralenti
Lorsqu’un colibri insère son bec dans une fleur, il doit encore enfoncer sa longue langue plus profondément à l’intérieur pour atteindre le nectar à l’intérieur. Une fois la langue remplie de nectar, l’oiseau rétracte la langue à l’intérieur du bec. Les chercheurs savaient déjà que pour garder le nectar à l’intérieur du bec, le colibri serre la langue avec les pointes du bec lorsqu’il est étendu pour le prochain léchage. Cela comprime et aplatit la langue à sa sortie, laissant le nectar à l’intérieur du bec. La façon dont le nectar est déplacé de la pointe du bec vers l’endroit où il peut être avalé reste inconnue.
Pour étudier le mécanisme de remplissage de la langue, nous nous sommes concentrés sur la forme aplatie de la langue par laquelle chaque lécher commence. Si les colibris utilisaient la capillarité, une fois que le nectar était entré dans la gueule de l’oiseau, la langue aurait immédiatement besoin de retrouver sa forme de tube avant de toucher à nouveau le nectar.
En étudiant de près nos vidéos au ralenti des oiseaux buvant devant les fleurs transparentes, nous avons vu que la langue restait aplatie après la compression alors même qu’elle voyageait dans l’air pour atteindre le nectar pour une autre gorgée. Il n’a pas repris sa forme originale de tube de pré-boisson.
Nous avons étudié 18 espèces de colibris, et dans des centaines de coups de langue, nous avons constaté que la langue restait aplatie jusqu’à ce qu’elle touche le nectar. C’était une découverte clé car elle montrait que la langue n’avait pas l’espace vide à l’intérieur nécessaire au fonctionnement de l’action capillaire. Enfin, nous pouvons exclure avec confiance que la capillarité soit importante pour la consommation de colibris.
Comment Ils Pompent Vraiment Le Nectar Dans
Ce que nous avons trouvé va au-delà de la simple démystification de la capillarité. Les colibris ont frappé d’une manière inattendue pour déplacer le liquide très rapidement à cette micro-échelle: leurs langues sont des micropompes élastiques.
Les rainures de la langue du colibri n’atteignent pas la gorge, de sorte que l’oiseau ne peut pas les utiliser comme de minuscules pailles. Pour cette raison, au lieu d’utiliser le vide pour générer une aspiration – imaginez boire de la limonade dans une paille – le système fonctionne comme une petite pompe, alimentée par le ressort de la langue. L’oiseau écrase la langue à plat et, lorsqu’elle s’ouvre, cette expansion tire rapidement le nectar dans les rainures de sa langue. Il s’avère que c’est l’énergie élastique – énergie mécanique potentielle stockée par l’aplatissement de la langue – qui permet aux colibris de collecter le nectar beaucoup plus rapidement que s’ils dépendaient de la capillarité.
Pendant que la languette se déplace dans l’air, l’énergie élastique chargée dans les parois des rainures lors de l’aplatissement est conservée par une couche de liquide restante à l’intérieur des rainures faisant office de colle. Lorsque la langue touche le nectar, l’apport de fluide permet la libération de l’énergie élastique qui dilate les rainures et tire le nectar pour remplir la langue.
Pendant qu’un colibri boit, chaque lécher recueille le nectar, tout en préparant rapidement la pompe à langue pour le prochain lécher. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
En tant que biologistes, nous étions enthousiasmés par cette nouvelle découverte, mais nous avions besoin de l’aide d’un expert en dynamique des fluides, Tai-Hsi Fan, pour expliquer avec précision la physique de cette micro-pompe à colibri et faire de nouvelles prédictions.
Nos recherches montrent comment les colibris boivent vraiment, et fournissent les premiers outils mathématiques pour modéliser avec précision leur apport énergétique. Ces découvertes influenceront notre compréhension de leurs décisions de recherche de nourriture, de leur écologie et de leur coévolution avec les plantes qu’elles pollinisent.
Nos recherches en cours comparent notre nouveau modèle à la quantité de nectar que les colibris boivent chez les fleurs sauvages, et examinent les compromis entre boire efficacement et lutter pour la domination sur les territoires, soit pour attirer les femelles, pour se nourrir, ou les deux.
Alejandro Rico-Guevara est Associé de Recherche en Écologie et Biologie Évolutive à l’Université du Connecticut et Kristiina Hurme est Associée de recherche en Écologie et Biologie Évolutive à l’Université du Connecticut
Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lisez l’article original.