Hummingbirds leve livet på uforståelige hastigheter . Deres fly akrobatikk er fantastisk, manøvrering mer som insekter enn fugler som de smette rundt, flyr opp ned og selv bakover. De er en uskarphet som de rase mellom blomster. Når de pause for å besøke en blomst et øyeblikk, slikker de 15 til 20 ganger i sekundet for å trekke ut nektarbrenselet.
Se denne flekkete kolibri (Adelomyia melanogenys) tømme en blomst på mindre enn ett sekund!
Det som gjør dem så spennende for oss, er resultatet av dette enkle diettvalget: de drikker nektar. Hver blomst tilbyr ikke mye, så for å leve av små mengder nektar spredt over hele skogen, er kolibrier små, raske og feisty.
Å Mate på nektar er kolibrier definerende karakteristikk, men til nå har forskere ikke kjent den nøyaktige mekanikken til hvordan de gjør det. I vår nye studie var vi i stand til å bremse dem ned på video for å se hvordan de virkelig drikker nektar. Og det vi fant var ganske forskjellig fra den konvensjonelle visdommen siden 1800-tallet.
denne lille røde smaragd hummingbird (Chlorostilbon gibsoni) feeds på tusenvis av blomster om dagen. Kristiina Hurme, CC by-ND
Sondemating?
Hummingbirds tynne tunger er omtrent like lange som deres regninger. De er perfekt tilpasset for å nå dypt inn i en blomst. I over 180 år trodde forskere at å drikke nektar, stod kolibrier på kapillærvirkning. Tanken var at deres tunger ville fylle med nektar på samme måte som et lite glassrør fyller passivt med vann.
fysikken av kapillærvirkning er avhengig av to krefter. Adhesjon av væskemolekylene til rørveggene gjør at væsken klatrer sidene. Overflatespenning holder væsken sammen og drar hele væskekolonnen oppover.
en kolibris lange, tynne tunge har to spor som løper nedover midten, og ender i en gaffeltupp som sprer seg inne i nektaren. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-nd
kapillærvirkningsteorien var fornuftig siden en kolibris tunge har to rørlignende spor. Det ville være en enkel, passiv måte for nektar å reise opp tungen.Hummingbirds Er Raskere enn Det, Men fra å se kolibrier i Min (Rico-Guevaras) Innfødte Colombia, følte vi at kapillaritet bare ikke var rask nok til å holde tritt med hvordan kolibrier mate. Vi spådde at kapillariteten var for treg til å ta hensyn til de raske slikkingsratene som ble observert i frie levende kolibrier. Husk at de kan tømme en blomst nektar med rundt 15 licks på under et sekund!For Fire år siden utfordret En av Oss (Rico-Guevara) og kollega Margaret Rubega den konvensjonelle troen på kapillærvirkning for første gang. Vi viste at gaffeltipsene ikke er statiske, men dramatisk spredt inne i nektar, med frynsede kanter som åpner seg som små hender. Når kolibri trekker sin tunge fra nektar, disse frynser tett på grunn av de fysiske krefter overflatespenning og Laplace press, fangst nektar dråper i sine grep. På grunn av denne transformasjonen av tungen form, tungen tips ikke forbli i røret-form som er nødvendig for kapillær handling.
Så hvordan fyller resten av tungen med nektar?
vi dro ut for å studere en medley av kolibri arter for å se hva disse fuglene egentlig gjorde på blomstene. Vi trengte en måte å måle tungenes tykkelse under drikkeprosessen – grei, men ikke en lett oppgave.
vi designet gjennomsiktige kunstige blomster som vi filmet med slow-motion kameraer. Fra disse videoene kunne vi da spore formen på tungen gjennom hele licking syklusen. Den vanskelige delen var å overbevise vill kolibrier å drikke på kommando. Over tid trente vi dem ved å vane dem til de falske blomstermaterne og hele vårt filmoppsett.
Wild kolibrier ble vant til de sterke lysene og de store kameraene – klar til å være våre filmstjerner. Kristiina Hurme, CC BY-nd
Vitenskapsoppdagelse via Slow Motion Video
når en kolibri setter sin regning inn i en blomst, må den fortsatt holde sin lange tunge dypere inne for å komme seg til nektaren inni. Etter at tungen fylles med nektar, trekker fuglen tungen tilbake inne i regningen. Forskere visste allerede at for å holde nektar inne i nebbet, klemmer kolibri tungen med regningen tips som det er utvidet for neste slikk. Som komprimerer og flater tungen på vei ut, forlater nektar inne i regningen. Måten nektaren flyttes fra nebbet til der den kan svelges på, er ukjent.
for å studere tungefyllingsmekanismen fokuserte vi på den flattede formen på tungen som hver slikk starter med. Hvis kolibrier brukte kapillaritet, når nektar hadde gjort det i fuglens munn, ville tungen umiddelbart trenge å gjenopprette sin rørlignende form før den berørte nektaren igjen.
ved å nøye studere våre slow motion-videoer av fuglene som drikker på de gjennomsiktige blomstene, så vi at tungen forblir flatt etter klemmen selv da den reiste gjennom luften for å nå nektaren for en annen slurk. Det snappet ikke tilbake til sin opprinnelige pre-drink tube-lignende form.
vi studerte 18 kolibri arter, og i hundrevis av licks fant vi at tungen forblir flatt til den berører nektar. Dette var et viktig funn fordi det viste at tungen ikke hadde det tomme rommet inne som trengs for kapillærvirkning til å fungere. Til slutt kan vi trygt utelukke kapillaritet som viktig for kolibridrikking.
Hvordan De Virkelig Pumper Nektar i
Det vi fant går utover bare å avkrefte kapillaritet. Hummingbirds har truffet på en uventet måte å flytte væske veldig raskt på denne mikroskalaen: deres tunger er elastiske mikropumper.sporene i kolibri tungen når ikke halsen, så fuglen kan ikke bruke dem som små sugerør. Av denne grunn, i stedet for å bruke vakuum for å generere sug-tenk å drikke limonade ut av et strå-fungerer systemet som en liten pumpe, drevet av tungenes fjærhet. Fuglen klemmer tungen flatt, og når den springer åpen, trekker denne utvidelsen raskt nektar inn i sporene i tungen. Det viser seg at det er elastisk energi-potensiell mekanisk energi lagret ved flattning av tungen – som lar kolibrier samle nektar mye raskere enn om de stolte på kapillaritet.
mens tungen beveger seg gjennom luften, blir den elastiske energien lastet inn i sporveggene under flattingen konservert av et gjenværende lag av væske inne i sporene som fungerer som et lim. Når tungen berører nektar, tillater tilførsel av væske frigjøring av elastisk energi som utvider sporene og trekker nektar for å fylle tungen.
som en kolibri drikker, hver slikke samler nektar, mens raskt forbereder tungen pumpe for neste slikke. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-nd
som biologer var vi begeistret av denne nye oppdagelsen, men trengte hjelp fra en ekspert i væskedynamikk, Tai-Hsi Fan, for å nøyaktig forklare fysikken til denne kolibri-mikropumpen, og å lage nye spådommer.vår forskning viser hvordan kolibrier virkelig drikker, og gir de første matematiske verktøyene for å nøyaktig modellere deres energiinntak. Disse funnene vil påvirke vår forståelse av deres foraging beslutninger, økologi og coevolution med plantene de pollinerer.Vår pågående forskning sammenligner vår nye modell med hvor mye nektar kolibrier drikker på wildflowers, og ser på avveiene mellom å drikke effektivt og kjempe for dominans over territorier, enten for å tiltrekke seg kvinner, å mate eller begge deler.
Alejandro Rico-Guevara Er Forskningsassistent I Økologi og Evolusjonsbiologi Ved University Of Connecticut og Kristiina Hurme Er Forskningsassistent I Økologi og Evolusjonsbiologi ved University of Connecticut
denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation. Les den opprinnelige artikkelen.