aan te trekken kolibries leven met onbegrijpelijke snelheden. Hun vluchtacrobatiek is geweldig, ze manoeuvreren meer als insecten dan als vogels terwijl ze rondvliegen, ondersteboven en zelfs achteruit vliegen. Ze zijn wazig als ze tussen de bloemen racen. Als ze even pauzeren om een bloem te bezoeken, likken ze 15 tot 20 keer per seconde om hun nectarbrandstof te extraheren.
kijk hoe deze gespikkelde kolibrie (Adelomyia melanogenys) een bloem leegmaakt in minder dan een seconde!
wat hen zo intrigerend maakt voor ons is het resultaat van deze eenvoudige voedingskeuze: ze drinken nectar. Elke bloem biedt niet veel, dus om te kunnen leven van kleine hoeveelheden nectar verspreid over het bos, kolibries zijn klein, snel en pittig.
Het voeden met nectar is de bepalende eigenschap van kolibries, maar tot nu toe wisten wetenschappers niet precies hoe ze het doen. In onze nieuwe studie konden we ze vertragen op video om te zien hoe ze echt nectar drinken. Wat we ontdekten was heel anders dan de conventionele wijsheid sinds de jaren 1800.
deze kleine roodsnavelkolibrie (Chlorostilbon gibsoni) voedt zich met duizenden bloemen per dag. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Buisvoeding?
De magere tongen van kolibries zijn ongeveer even lang als hun snavels. Ze zijn perfect aangepast om diep in een bloem te reiken. Al meer dan 180 jaar geloofden wetenschappers dat kolibries om nectar te drinken vertrouwden op capillaire werking. Het idee was dat hun tong zou vullen met nectar op dezelfde manier een kleine glazen buis vult passief met water.
de fysica van capillaire werking berust op twee krachten. De hechting van de vloeibare moleculen aan de buiswanden zorgt ervoor dat de vloeistof de zijkanten klimt. De oppervlaktespanning houdt de vloeistof bij elkaar en sleept de hele vloeistofkolom naar boven.
de lange magere tong van een kolibrie heeft twee groeven in het Midden, en eindigt in een gevorkte punt die zich in de nectar verspreidt. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
De capillaire actietheorie was logisch omdat de tong van een kolibrie twee buisvormige groeven heeft. Het zou een eenvoudige, passieve manier zijn voor nectar om door de tong te reizen.
kolibries zijn sneller dan dat
maar door het kijken naar kolibries in mijn (Rico-Guevara ‘ s) inheemse Colombia, vonden we dat capillariteit gewoon niet snel genoeg was om bij te houden hoe kolibries zich voeden. We voorspelden dat de capillariteit te traag was om de snelle likkingspercentages te verklaren die werden waargenomen bij vrijlevende kolibries. Vergeet niet, ze kunnen de nectar van een bloem draineren met ongeveer 15 likjes in minder dan een seconde!vier jaar geleden betwistte een van ons (Rico-Guevara) en collega Margaret Rubega voor het eerst de conventionele opvattingen over capillaire actie. We toonden aan dat de gevorkte tongpunten niet statisch zijn, maar dramatisch verspreid in de nectar, met franjes die zich openen als kleine handjes. Wanneer de kolibrie zijn tong uit de nectar trekt, sluiten deze franjes door de fysieke krachten van oppervlaktespanning en Laplace-druk, waardoor nectardruppels in hun greep worden gevangen. Door deze transformatie van de tongvorm blijven de tongpunten niet in de buisvorm die nodig is voor capillaire werking.
dus hoe vult de rest van de tong zich met nectar?
We gingen een mengeling van kolibries bestuderen om te zien wat deze vogels echt aan het doen waren bij de bloemen. We hadden een manier nodig om de dikte van een tong te meten tijdens het drinkproces – eenvoudig, maar geen gemakkelijke taak.
We ontwierpen doorzichtige kunstbloemen die we filmden met slow-motion camera ‘ s. Uit deze video ‘ s konden we vervolgens de vorm van de tong volgen gedurende de hele likkencyclus. Het moeilijke deel was wilde kolibries overtuigen om te drinken op commando. Na verloop van tijd trainden we ze door ze te laten wennen aan de nepbloem feeders en onze hele filmopstelling.
wilde kolibries raakten gewend aan de felle lichten en grote camera ‘ s – klaar om onze filmsterren te zijn. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Science Discovery Via Slow Motion Video
wanneer een kolibrie zijn snavel in een bloem plaatst, moet hij nog steeds zijn lange tong dieper binnenin steken om bij de nectar binnenin te komen. Nadat de tong gevuld is met nectar, trekt de vogel de tong terug in de snavel. Onderzoekers wisten al dat om de nectar in de snavel te houden, de kolibrie de tong knijpt met de snavelpunten als het wordt verlengd voor de volgende lick. Dat comprimeert en Platt de tong op zijn weg naar buiten, waardoor de nectar in de snavel. De manier waarop de nectar wordt verplaatst van de snavelpunt naar de plek waar hij kan worden ingeslikt blijft onbekend.
om het tongvullingsmechanisme te bestuderen, richtten we ons op de afgeplatte vorm van de tong waarmee elke lick begint. Als de kolibries capillariteit gebruikten, zou de tong, zodra de nectar in de mond van de vogel was gekomen, onmiddellijk zijn buisachtige vorm moeten herstellen voordat hij de nectar weer aanraakte.
door onze slow motion video ‘ s van de vogels die aan de transparante bloemen drinken goed te bestuderen, zagen we dat de tong na het knijpen afgevlakt bleef terwijl hij door de lucht reisde om de nectar te bereiken voor nog een slok. Het klikte niet terug naar zijn oorspronkelijke buisvormige vorm.
we bestudeerden 18 kolibriesoorten, en in honderden likjes vonden we dat de tong plat bleef totdat hij de nectar raakte. Dit was een belangrijke bevinding omdat het toonde aan dat de tong niet de lege ruimte binnenin had die nodig was voor capillaire actie om te werken. Ten slotte kunnen we met vertrouwen uit te sluiten capillariteit als belangrijk voor kolibrie drinken.
hoe ze de Nectar werkelijk pompen in
wat we vonden gaat verder dan simpelweg het ontmaskeren van capillariteit. Kolibries hebben op een onverwachte manier op deze microschaal vloeistof heel snel kunnen verplaatsen: hun tongen zijn elastische micropompen.
de groeven in de kolibrietong bereiken de keel niet, zodat de vogel ze niet als kleine rietjes kan gebruiken. Om deze reden, in plaats van het gebruik van vacuüm om zuigkracht te genereren – stel je voor het drinken van limonade uit een rietje – het systeem werkt als een kleine pomp, aangedreven door de veerkracht van de tong. De vogel verplettert de tong plat, en wanneer hij openspringt, trekt deze expansie snel de nectar in de groeven in zijn tong. Het blijkt dat het elastische energie is-potentiële mechanische energie opgeslagen door het afvlakken van de tong – die kolibries nectar veel sneller laat verzamelen dan wanneer ze op capillariteit vertrouwden.
terwijl de tong door de lucht beweegt, wordt de elastische energie die tijdens het afvlakken in de groefwanden wordt geladen, behouden door een resterende vloeibare laag in de groeven die als kleefstof fungeert. Wanneer de tong de nectar aanraakt, laat de toevoer van vloeistof de elastische energie vrij die de groeven uitbreidt en de nectar trekt om de tong te vullen.
als een kolibrie drinkt, verzamelt elke lick nectar, terwijl de tongpomp snel wordt voorbereid voor de volgende lick. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-ND
als biologen waren we enthousiast over deze nieuwe ontdekking, maar we hadden de hulp nodig van een expert in vloeistofdynamica, Tai-Hsi Fan, om de fysica van deze kolibrie micropomp nauwkeurig uit te leggen en nieuwe voorspellingen te doen.
ons onderzoek toont hoe kolibries echt drinken, en biedt de eerste wiskundige instrumenten om hun energie-inname nauwkeurig te modelleren. Deze ontdekkingen zullen van invloed zijn op ons begrip van hun foerageerbeslissingen, ecologie en coevolution met de planten die ze bestuiven.
ons lopende onderzoek vergelijkt ons nieuwe model met hoeveel nectarkolibries drinken op wilde bloemen, en kijkt naar de afwegingen tussen efficiënt drinken en vechten voor dominantie over gebieden om vrouwtjes aan te trekken, om te voeden, of beide.
Alejandro Rico-Guevara is Research Associate in Ecology and Evolutionary Biology aan de Universiteit van Connecticut en Kristiina Hurme Is Research Associate in Ecology and Evolutionary Biology aan de Universiteit van Connecticut. Lees het originele artikel.