Denne lille rødfargede smaragd kolibri (Chlorostilbon gibsoni) spiser på tusenvis av blomster om dagen. Kristiina Hurme, CC BY-ND

Hummingbirds lever livet på uforståelige hastigheter. Deres fly akrobatikk er fantastisk, manøvrering mer som insekter enn fugler som de flirter rundt, flyver opp ned og til og med bakover. De er en uklarhet når de går mellom blomster. Når de pause for å besøke en blomst et øyeblikk, licker de 15 til 20 ganger et sekund for å trekke ut deres nektarbrensel.

{youtube}O_QyP810Riw{/youtube}

Det som gjør dem så spennende for oss, er resultatet av dette enkle kostholdet: de drikker nektar. Hver blomst gir ikke mye, så for å leve av små mengder nektar spredt gjennom hele skogen, er kolibrier små, raske og feisty.

Fôring på nektar er kolibriks definerende karakteristikk, men til nå har forskere ikke kjennetegnet 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 visdom siden 1800.

Tube Feeding?

Hummingbirds skinny tunger er omtrent like lange som deres regninger. De er perfekt tilpasset for å nå dypt inn i en blomst. I over 180 år, forskere trodde at for å drikke nektar, kolibrier stod på kapillær handling. Tanken var at tungen deres ville fylle med nektar på samme måte som et lite glassrør fylles passivt med vann.

Fysikk av kapillarvirkning er avhengig av to krefter. Adhesjon av de flytende molekylene til rørveggen gjør væsken til å klatre på sidene. Overflatespenning holder væsken sammen og drar hele væskekolonnen oppover.

En kolibris lange, tynne tunge har to spor i midten, og ender i en gaffeltips som sprer seg inne i nektaret. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDKapillære handlingsteorien var fornuftig siden en kolibriens 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) innfødt Colombia, vi følte at kapillaritet ikke bare var rask nok til å holde tritt med hvordan kolibrier matet. Vi spådde det kapillaritet var for treg for å regne for de raske slickingene som observeres i fritt levende kolibrier. Husk at de kan drenere en blomsters nektar med rundt 15 lick på under et sekund!

For fire år siden, en av oss (Rico-Guevara) og kollega Margaret Rubega utfordret konvensjonelle trosretninger om kapillærvirkning for første gang. Vi viste at gaffeltappene ikke er statiske, men spredes dramatisk i nektaret, med kantede kanter som åpnes som små hender. Når kolibri trekker sin tungen fra nektar, lukkes disse kantene på grunn av de fysiske kreftene av overflatespenning og Laplace trykk, fanger nektardråper i sine grep. På grunn av denne transformasjonen av tungeformen forblir tanntrådene ikke i rørformen som er nødvendig for kapillærvirkning.

Så hvordan fyller resten av tungen med nektar?

Vi satte oss for å studere en medley av kolibrier for å se hva disse fuglene virkelig gjorde på blomstene. Vi trengte en måte å måle tungenes tykkelse på under drikkeprosessen - rettferdig, men ikke en enkel oppgave.

Vi har designet gjennomsiktige kunstige blomster som vi filmet med slow-motion kameraer. Fra disse videoene kunne vi da spore formen på tungen gjennom hele slektsyklusen. Den vanskelige delen var overbevisende ville kolibrier å drikke på kommando. Over tid trente vi dem ved å habituating dem til de falske blomstermatere og hele filmen.

Science Discovery Via Slow Motion Video

Når en kolibri setter inn regningen i en blomst, trenger den fortsatt å holde sin lange tunge dypere innvendig for å komme inn på nektaren. Etter at tungen fyller med nektar, trekker fuglen tilbake tungen tilbake i regningen. Forskere visste allerede For å holde nektar inne i nebbet, presser kolibri tungen med regningstipsene som den blir utvidet til neste slikk. Det komprimerer og flater tungen på vei ut, og lar nektar inne i regningen. Måten som nektar flyttes fra regningen spissen til der den kan svelges forblir ukjent.

For å studere tungefyllingsmekanismen fokuserte vi på den flatteformede tungen som hver slik begynner med. Hvis kolibrier brukte kapillaritet, da nektar hadde gjort det i fuglens munn, ville tungen straks bli nødt til å gjenvinne sin rørlignende form før den berørte nektar igjen.

Ved å studere våre slow motion-videoer av fuglene som drikker på de gjennomsiktige blomstene, så vi at tungen forble flatet etter klemingen, selv om den reiste gjennom luften for å nå nektaren for en annen slurk. Det snappet seg ikke tilbake til sin opprinnelige pre-drink tube-lignende form.

Vi studerte 18 hummingbird arter, og i hundrevis av licks, fant vi ut at tungen ble flatt til den berører nektar. Dette var en nøkkelfunn fordi det viste at tungen ikke hadde den tomme plassen inne som trengs for kapillær handling til arbeid. Til slutt kan vi selvsagt utelukke kapillaritet som viktig for hummingbird drikking.

{youtube}QYoYQAbPXbU{/youtube}

Hvordan de egentlig pumper nektaret i

Hva vi fant går utover bare å debunking kapillaritet. Hummingbirds har truffet på en uventet måte å flytte væske veldig raskt på denne mikroskalaen: deres tunger er elastiske mikropumper.

Sporene i kolibriens tunge kommer ikke til halsen, så fuglen kan ikke bruke dem som små sugerør. Av denne grunn, i stedet for å bruke vakuum for å generere suge - forestill deg å drikke limonade ut av et strå - fungerer systemet som en liten pumpe, drevet av fjæringen av tungen. Fuglen squashes tungen flat, og når den springs opp, trekker denne utvidelsen raskt nektar inn i sporene i tungen. Det viser seg at det er elastisk energi - potensiell mekanisk energi lagret av tetningen av tungen - som gjør at kolibrier samler nektar mye raskere enn hvis de stoler på kapillaritet.

Mens tungen beveger seg gjennom luften, blir den elastiske energi som er lastet inn i sporveggene under flattingen konservert av et gjenværende væskelag innenfor sporene som virker som et klebemiddel. 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, samler hvert slik nektar, mens du raskt forbereder tungenpumpen til neste slikk. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDSom biologer var vi begeistret av denne nye oppdagelsen, men trengte hjelp fra en ekspert i fluiddynamikk, Tai-Hsi Fan, for å forklare nøyaktig fysikken til denne kolibri-mikropumpen, og å lage nye spådommer.

Vår forskning viser hvordan kolibrier virkelig drikker, og gir de første matematiske verktøyene nøyaktig å modellere deres energiinntak. Disse funnene vil påvirke vår forståelse av deres fôringsbeslutninger, økologi og samvoldighet med plantene de pollinerer.

Vår pågående forskning sammenligner vår nye modell med hvor mye nektar kolibrier drikker på wildflowers, og ser på bytte mellom drikker effektivt og kjemper for dominans over territorier enten for å tiltrekke kvinner, å mate eller begge deler.

Om forfatteren

Alejandro Rico-Guevara er forskningsassistent i økologi og evolusjonær biologi ved University of Connecticut. Han er en funksjonell morfolog som bruker fugler som fôrer nektar som en studiemodell for å bygge bro over gapet mellom vår kunnskap om økologiske og koevolusjonære mønstre og deres underliggende mekanismer. Mer på alejorico.com

Kristiina Hurme er forskningsassistent i økologi og evolusjonær biologi ved University of Connecticut

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relatert bok:

at

Takk for besøket InnerSelf.com, der det er 20,000 + livsendrende artikler som fremmer "Nye holdninger og nye muligheter." Alle artikler er oversatt til 30+ språk. Bli medlem! til InnerSelf Magazine, utgitt ukentlig, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har blitt utgitt siden 1985.