Як малюють колібрі в нектарі?Цей крихітний червоноклювий смарагдовий колібрі (Chlorostilbon gibsoni) харчується тисячами квіток на день. Кристина Хурме, CC BY-ND

Колібрі живуть життям на незрозумілій швидкості. Їх польотна акробатика дивовижна, маневрена більше схожий на комах, ніж на птахів коли вони летять навколо, летять догори дном і навіть назад. Вони розмиваються, коли вони мчать між квітами. Коли вони роблять паузу, щоб відвідати квітку на мить, вони вилизуються від 15 до 20 разів на секунду, щоб видобути паливо з нектару.

{youtube}O_QyP810Riw{/youtube}

Те, що робить їх такими інтригуючими для нас, є результатом цього простого дієтичного вибору: вони п’ють нектар. Кожна квітка не пропонує багато, тому, щоб заробити на життя за рахунок невеликої кількості нектару, розповсюдженого по всьому лісу, колібрі крихітні, швидкі та жорстокі.

Харчування нектаром є визначальною характеристикою колібрі, але до цього часу вчені не знали точної механіки того, як вони це роблять. У нашому новому дослідженні ми змогли уповільнити їх на відео, щоб побачити як вони справді п'ють нектар. І те, що ми виявили, сильно відрізнялося від загальноприйнятої мудрості з 1800 -х років.

Годування трубкою?

Худі язики колібрі приблизно такої ж довжини, як і їх купюри. Вони ідеально пристосовані для проникнення глибоко в квітку. Протягом 180 років, вчені вважали, що для того, щоб пити нектар, колібрі спиралися на капілярну дію. Ідея полягала в тому, що їхні язики наповняться нектаром так само, як маленька скляна трубочка пасивно наповнює воду.


Innersele підписатися графіка


Фізика капілярної дії спирається на дві сили. Адгезія молекул рідини до стінок трубки змушує рідину підніматися по сторонах. Поверхневий натяг утримує рідину разом і тягне весь стовп рідини вгору.

лизати колібрі2Довгий худий язик колібрі має дві канавки, що проходять по середині, і закінчується роздвоєним кінчиком, який поширюється всередині нектару. Алехандро Ріко-Гевара, CC BY-NDТеорія капілярних дій мала сенс, оскільки язик колібрі має дві трубчасті канавки. Це був би простий, пасивний спосіб нектару подорожувати язиком.

Колібрі швидше за це

Але від спостереження за колібрі в моєму (Ріко-Гевари) рідна Колумбія, ми відчули, що капілярність просто недостатньо швидка, щоб не відставати від того, як харчуються колібрі. Ми це передбачили капілярність була надто повільною для врахування швидкого вилизування, що спостерігається у вільноживучих колібрі. Пам’ятайте, що вони можуть злити нектар квітки за 15 секунд за XNUMX секунд!

Чотири роки тому один з нас (Ріко-Гевара) і колега Маргарет Рубега заперечував загальноприйняті переконання про капілярну дію вперше. Ми показали, що роздвоєні кінчики язика не є статичними, а різко розповсюджуються всередині нектару, а краї з бахромою відкриваються, як крихітні руки. Коли колібрі відводить язик від нектару, ці околиці закриваються через фізичні сили поверхневого натягу і Тиск Лапласа, захоплюючи краплі нектару в своїх хватах. Через цю трансформацію форми язика кінчики язика не залишаються у формі трубки, необхідної для капілярної дії.

Отже, як залишок язика наповнюється нектаром?

Ми вирушили вивчити поєднання видів колібрі, щоб побачити, що ці птахи насправді роблять біля квітів. Нам потрібен був спосіб вимірювання товщини язика під час процесу пиття - просте, але не просте завдання.

Ми розробили прозорі штучні квіти, які ми знімали за допомогою повільних камер. З цих відеороликів ми могли б потім відстежувати форму язика протягом усього циклу облизування. Важкою частиною було переконати диких колібрі випити за командою. З часом ми навчили їх, привчаючи їх до фальшивих годівниць для квітів та всієї нашої зйомки.

Наукове відкриття через повільне відео

Коли колібрі вставляє свій купюру в квітку, йому все одно потрібно засунути свій довгий язик глибше всередину, щоб потрапити до нектару всередині. Після того, як язик наповнюється нектаром, птах втягує язик назад всередину купюри. Дослідники вже знали що щоб утримати нектар всередині дзьоба, колібрі стискає язичок кінчиками купюри, коли він витягується для наступного облизування. Це стискає і розгладжує язик на виході, залишаючи нектар всередині купюри. Спосіб переміщення нектару від кінчика купюри до місця його ковтання залишається невідомим.

Щоб вивчити механізм наповнення язика, ми зосередилися на сплощеній формі язика, з якої починається кожне облизування. Якби колібрі використовували капілярність, як тільки нектар потрапив у рот птаха, язик негайно повинен відновити свою трубчасту форму, перш ніж знову торкнутися нектару.

Уважно вивчивши наші повільні відеозаписи птахів, які п’ють прозорі квіти, ми побачили, що язик залишався сплощеним після стискання, навіть коли він подорожував повітрям, щоб дістати нектар ще один ковток. Він не повернувся до своєї початкової форми, схожої на пробірку перед напоєм.

Ми вивчили 18 видів колібрі, і в сотнях вилизків ми виявили, що язик залишається сплощеним, поки він не торкнеться нектару. Це був ключовий висновок, оскільки він показав, що язик не має порожнього простору всередині, необхідного для роботи капілярної дії. Нарешті, ми можемо впевнено виключити капілярність як важливу для пиття колібрі.

{youtube}QYoYQAbPXbU{/youtube}

Як вони дійсно перекачують нектар

Те, що ми знайшли, виходить за рамки простого розвінчання капілярності. Колібрі потрапили у несподіваний спосіб дуже швидко перемістити рідину в цьому мікромасштабі: їх язики - еластичні мікронасоси.

Пази на мові колібрі не досягають горла, тому птах не може використовувати їх як дрібні соломки. З цієї причини, замість використання вакууму для генерування всмоктування - уявіть собі, пити лимонад із соломинки - система працює як крихітний насос, що працює від пружності язика. Птах плоско стискає язик, і коли він розкривається, це розширення швидко витягує нектар у борозенки на мові. Виявляється, еластична енергія - потенційна механічна енергія, що накопичується при сплощенні язика - дозволяє колібрі збирати нектар набагато швидше, ніж якби вони спиралися на капілярність.

Поки язик рухається по повітрю, пружна енергія, завантажена в стінки канавки під час вирівнювання, зберігається за рахунок залишку рідини всередині пазів, що діє як клей. Коли язик торкається нектару, надходження рідини дозволяє вивільнити пружну енергію, яка розширює канавки і тягне нектар, щоб заповнити язик.

0316817155Як напій колібрі, кожен вилизуючий збирає нектар, одночасно швидко готуючи мовний насос до наступного облизування. Алехандро Ріко-Гевара, CC BY-NDЯк біологи, ми були схвильовані цим новим відкриттям, але потребували допомоги експерта з динаміки рідин, Вентилятор Тай-Сі, щоб точно пояснити фізику цього мікронасоса колібрі та зробити нові прогнози.

Наше дослідження показує, як дійсно п’ють колібрі, і надає перші математичні інструменти для точного моделювання їх споживання енергії. Ці відкриття вплинуть на наше розуміння їхніх кормових рішень, екології та спільної еволюції з рослинами, які вони запилюють.

Наші поточні дослідження порівнюють нашу нову модель з скільки нектари колібрі п’ють у польових квітах, і дивиться на компроміси між ними ефективно пити і боротися для панування над територіями або для залучення самок, і для годування, або обох.

про автораБесіда

Ріко Гуєва АлехандроАлехандро Ріко-Гевара, науковий співробітник з питань екології та еволюційної біології в Університеті Коннектикуту. Він-функціональний морфолог, який використовує птахів, що годують нектаром, як модель дослідження, щоб подолати розрив між нашими знаннями про екологічні та коеволюційні моделі та їх основні механізми. Більше на сайті alejorico.com

Крістіна Хурме, науковий співробітник з питань екології та еволюційної біології в Університеті Коннектикуту

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Пов’язана книга:

at

перерву

Дякуємо за відвідування InnerSelf.com, де є 20,000 + статті, що змінюють життя, пропагуючи «Нові погляди та нові можливості». Усі статті перекладено на 30+ мов. Підписуватися для журналу InnerSelf, що виходить щотижня, та щоденного натхнення Марі Т. Рассел. Журнал InnerSelf видається з 1985 року.