Hur ritar kolibrier i nektar?

Hur ritar kolibrier i nektar?Denna lilla rödfigurerad smaragd kolibri (Chlorostilbon gibsoni) matar på tusentals blommor per dag. Kristiina Hurme, CC BY-ND

Kolibrier leva livet på obegripliga hastighet. Deras flyg akrobatik är fantastiska, manövrering mer som insekter än fåglar eftersom de flit runt, flyger upp och ned och till och med bakåt. De är en fläck som de tävla mellan blommor. När de paus för att besöka en blomma momentant, de slickar 15 att 20 gånger per sekund för att extrahera deras nektar bränsle.

Det som gör dem så spännande för oss är resultatet av detta enkla kostbehov: de dricker nektar. Varje blomma erbjuder inte mycket, så för att leva av små mängder nektar spridda genom skogen, är kolibrier små, snabba och fina.

Livnär sig på nektar är kolibrier "kännetecken, men tills nu forskarna inte visste exakt mekanik hur de gör det. I vår nya studie, kunde vi sakta ner dem på video för att se hur de verkligen dricker nektar. Och det vi hittade var helt annorlunda än den konventionella visdomen sedan 1800.

Sondmatning?

Hummingbirds 'magra tungor är ungefär samma längd som sina räkningar. De är perfekt anpassade för att nå djupt in i en blomma. I över 180 år, forskare trodde att för att dricka nektar, kolibrier förlitade sig på kapillärverkan. Tanken var att deras tungor skulle fylla med nektar på samma sätt som ett litet glasrör fyller passivt med vatten.

Fysiken av kapillärverkan åberopat två krafter. Vidhäftning av vätskemolekyler till rörväggarna gör vätskan klättra sidorna. Ytspänning håller vätskan tillsammans och drar hela fluid kolumnen uppåt.

kolibri lick2En kolibris långa mager tunga har två spår som rinner ner i mitten och slutar i ett gaffeltips som sprids inuti nektar. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDKapillärverkan teori var vettigt eftersom en kolibri tungan har två rörliknande spår. Det skulle vara ett enkelt, passivt sätt för nektar att resa upp tungan.

Hummingbirds är snabbare än det

Men från att kolla kolibrier i min (Rico-Guevara) infödda Colombia, vi ansåg att kapilläritet inte bara var tillräckligt snabb för att hålla koll på hur kolibrier matar. Vi förutspådde det kapillaritet var för långsam att redogöra för de snabba slickningshastigheterna som observeras i levande kolibrier. Kom ihåg att de kan dränera en blommans nektar med runt 15-lick på under en sekund!

För fyra år sedan, en av oss (Rico-Guevara) och kollega Margaret Rubega utmanade den konventionella tron om kapillärverkan för första gången. Vi visade att de gaffeltappade spetsarna inte är statiska, men spreds dramatiskt inuti nektar, med kantade kanter som öppnar sig som små händer. När kolibriet drar tillbaka sin tunga från nektar stänger dessa fransar på grund av de fysiska krafterna hos ytspänningen och Laplace tryck, fångar nektardroppar i sina grepp. På grund av denna omvandling av tungformen förblir tungspetsarna inte i rörformen som är nödvändig för kapillärverkan.

Så hur fyller resten av tungan med nektar?

Vi satt ut för att studera en medley av kolibrier för att se vad dessa fåglar verkligen gjorde vid blommorna. Vi behövde ett sätt att mäta tungans tjocklek under dricksprocessen - enkelt men inte en lätt uppgift.

Vi konstruerade genomgående konstgjorda blommor som vi filmade med slow-motion-kameror. Från dessa videoklipp kunde vi sedan spåra tungens form under hela slakcykeln. Den svåra delen var övertygande vilda kolibrier att dricka på kommando. Med tiden utbildade vi dem genom att habituating dem till de falska blomma matare och hela vår filminstallation.

Science Discovery Via slow motion video

När en kolibri sätter näbben i en blomma, behöver det fortfarande att hålla sin långa tunga djupare in för att komma åt nektar inom. Efter tungan fylls med nektar, dras fågeln tungan tillbaka in i räkningen. Forskare visste redan att för att hålla nektaren inne i näbben pressar kolibri tungan med räkningen tips som den förlängs för nästa slicka. Det komprimerar och plattar tungan på väg ut och lämnar nektaren inuti räkningen. Det sätt på vilket nektar flyttas från räkningen spetsen till där den kan sväljas förblir okänd.

För att studera tungan fyllningsmekanismen fokuserade vi på den plana formen av tungan som varje slicka börjar med. Om kolibrierna använde kapillaritet, när nektaren hade gjort den i fågelns mun, skulle tungan omedelbart behöva återhämta sin rörliknande form innan den berörde nektar igen.

Genom att noga studera våra slow motion video av fåglarna dricker på de transparenta blommor, såg vi att tungan förblev tillplattad efter kläm även när det reste genom luften för att nå nektar för en klunk. Det gjorde inte snäppa tillbaka till sin ursprungliga pre-drink rörliknande form.

Vi studerade 18 hummingbird arter, och i hundratals slickar, fann vi att tungan förblev tillplattade tills det når nektar. Detta var en viktig slutsats, eftersom det visade att tungan inte har det tomma utrymmet inuti behövs för kapillärverkan för att arbeta. Slutligen kan vi tryggt utesluta kapillaritet som viktiga för hummingbird dricka.

Hur de verkligen pumpar nektaren i

Det vi hittade går utöver att helt enkelt fälla kapillaritet. Kolibrier har slagit på ett oväntat sätt att flytta vätska mycket snabbt på denna mikroskala: deras tungor är elastiska mikropumpar.

Spåren i kolibri tungan inte når halsen, så att fågeln kan inte använda dem som små sugrör. Av detta skäl, istället för att använda vakuum för att generera sug - tänka sig att dricka lemonad ur ett sugrör - systemet fungerar som en liten pump, som drivs av den fjädrings av tungan. Fågeln plattar tungan platt, och när det fjädrar öppen, denna expansion drar snabbt nektar i spåren i tungan. Det visar sig att det elastiska energi - potentiell mekanisk energi som lagras av en flackare tungan - som låter kolibrier samla nektar mycket snabbare än om de förlitade sig på kapillaritet.

Medan tungan rör sig genom luften bevaras den elastiska energi som laddas i spårväggarna under utplattningen av ett kvarvarande vätskeskikt inne i spåren som verkar som ett vidhäftande medel. När tungan berör nektaren tillåter vätsketillförsel frigöringen av den elastiska energin som expanderar spåren och drar nektaren för att fylla tungan.

0316817155Som hummingbirddrycker samlar varje lick nektar, samtidigt som man snabbt förbereder tungpumpen för nästa slicka. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDSom biologer var vi glada över denna nya upptäckt, men behövde hjälp av en expert i fluiddynamik, Tai-Hsi Fan, för att exakt förklara fysiken för denna kolibri-mikropump och att göra nya förutsägelser.

Vår forskning visar hur kolibrier verkligen dricker och ger de första matematiska verktygen rätt att modellera deras energiintag. Dessa upptäckter kommer att påverka vår förståelse av deras födande beslut, ekologi och samvolution med de växter de pollinerar.

Vår pågående forskning jämför vår nya modell med hur mycket nektar kolibrier dricker på vildblommor, och tittar på avvägningarna mellan dricker effektivt och kämpar för dominans över territorier antingen för att locka kvinnor, mata eller båda.

Om författarenAvlyssningen

rico gueva alejandroAlejandro Rico-Guevara är forskningsassistent i ekologi och evolutionär biologi vid University of Connecticut. Han är en funktionell morfolog som använder nektarfoderfåglar som en studiemodell för att överbrygga klyftan mellan vår kunskap om ekologiska och koevolutionära mönster och deras underliggande mekanismer. Mer på alejorico.com

Kristiina Hurme är forskarassistent i ekologi och evolutionär biologi vid University of Connecticut

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade Bok:

{amazonWS: searchindex = Böcker, nyckelord = 0316817155; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}