Denne lille rødnebbede smaragdbrun kolibri (Chlorostilbon gibsoni) lever af tusindvis af blomster om dagen. Kristiina Hurme, CC BY-ND

Kolibrier lever livet med uforståelige hastigheder. Deres flyakrobatik er fantastisk, manøvrerende mere som insekter end fugle når de flyver rundt, flyver på hovedet og endda baglæns. De er en sløring, når de løber mellem blomster. Når de holder pause for at besøge en blomst et øjeblik, slikker de 15 til 20 gange i sekundet for at udvinde deres nektarbrændstof.

{youtube}O_QyP810Riw{/youtube}

Hvad der gør dem så spændende for os er resultatet af dette enkle diætvalg: de drikker nektar. Hver blomst tilbyder ikke meget, så for at leve af små mængder nektar spredt ud over skoven er kolibrier små, hurtige og feisty.

At fodre med nektar er kolibrieres definerende egenskab, men indtil nu vidste forskere ikke den nøjagtige mekanik for, hvordan de gør det. I vores nye undersøgelse var vi i stand til at bremse dem ned på video for at se hvordan de virkelig drikker nektar. Og hvad vi fandt, var helt anderledes end den konventionelle visdom siden 1800'erne.

Rørfodring?

Kolibriers tynde tunger har omtrent samme længde som deres regninger. De er perfekt tilpasset til at nå dybt ind i en blomst. I mere end 180 år, troede forskere, at kolibrier var afhængige af kapillær handling for at drikke nektar. Tanken var, at deres tunger skulle fyldes med nektar på samme måde, som et lille glasrør fyldes passivt med vand.

Fysik af kapillær handling er afhængig af to kræfter. Vedhæftning af de flydende molekyler til rørvæggene får væsken til at bestige siderne. Overfladespænding holder væsken sammen og trækker hele væskesøjlen opad.

En kolibri's lange tynde tunge har to riller, der løber ned i midten og ender i en gaffelformet spids, der spreder sig inde i nektaren. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDTeorien om kapillær handling gav mening, da en kolibri-tunge har to rørlignende riller. Det ville være en enkel, passiv måde for nektar at rejse op ad tungen.

Kolibrier er hurtigere end det

Men fra at se kolibrier i min (Rico-Guevara's) oprindeligt Colombia, følte vi, at kapillaritet bare ikke var hurtig nok til at holde trit med, hvordan kolibrier fodrer. Vi forudsagde det kapillariteten var for langsom at redegøre for de hurtige slikkehastigheder, der er observeret hos fritlevende kolibrier. Husk, de kan dræne en blomsternektar med omkring 15 slikker på under et sekund!

For fire år siden var en af ​​os (Rico-Guevara) og en kollega Margaret Rubega udfordrede den konventionelle tro om kapillær handling for første gang. Vi viste, at gaffeltungespidserne ikke er statiske, men dramatisk spredt inde i nektar med kantede kanter, der åbner sig op som små hænder. Når kolibrien trækker sin tunge fra nektaren, lukker disse frynser på grund af de fysiske kræfter i overfladespænding og Laplace-tryk, der fanger nektardråber i deres greb. På grund af denne transformation af tungeformen forbliver tungespidserne ikke i den rørform, der er nødvendig for kapillær handling.

Så hvordan fyldes resten af ​​tungen med nektar?

Vi satte os for at undersøge en blanding af kolibrierarter for at se, hvad disse fugle virkelig gjorde ved blomsterne. Vi havde brug for en måde at måle tungenes tykkelse under drikkeprocessen - ligetil, men ikke en let opgave.

Vi designet gennemsigtige kunstige blomster, som vi filmede med slowmotion-kameraer. Fra disse videoer kunne vi derefter spore formen på tungen gennem hele slikkecyklussen. Den vanskelige del var at overbevise vilde kolibrier om at drikke på kommando. Over tid trænede vi dem ved at vænne dem til de falske blomsterfoder og hele vores filmopsætning.

Videnskabsopdagelse via slowmotion-video

Når en kolibri indsætter sin næb i en blomst, skal den stadig stikke sin lange tunge dybere inde for at komme ind i nektaren. Efter at tungen er fyldt med nektar, trækker fuglen tungen tilbage inde i regningen. Forskere vidste allerede at for at holde nektaren inde i næbbet klemmer kolibrien tungen med næbespidserne, når den forlænges til næste slikke. Det komprimerer og flader tungen på vej ud og efterlader nektaren inde i regningen. Den måde, hvorpå nektar flyttes fra næbespidsen til, hvor den kan sluges forbliver ukendt.

For at studere tungeudfyldningsmekanismen fokuserede vi på den flade form af tungen, som hver slikke starter med. Hvis kolibrier brugte kapillaritet, når nektaren først var kommet ind i fuglens mund, ville tungen straks have brug for at genvinde sin rørlignende form, før den rørte ved nektaren igen.

Ved nøje at studere vores slowmotionvideoer af fuglene, der drikker ved de gennemsigtige blomster, så vi, at tungen forblev flad efter klemningen, selvom den rejste gennem luften for at nå nektaren for en ny slurk. Det gik ikke tilbage til sin oprindelige, før-drikke rørlignende form.

Vi studerede 18 kolibrierearter, og i hundreder af slikker fandt vi, at tungen forblev flad, indtil den rørte ved nektar. Dette var et nøglefund, fordi det viste, at tungen ikke havde det tomme rum inde, der var nødvendigt for at kapillær handling kunne fungere. Endelig kan vi med sikkerhed udelukke kapillaritet som vigtig for kolibrieredrikning.

{youtube}QYoYQAbPXbU{/youtube}

Hvordan de virkelig pumper nektaren ind

Det, vi fandt, går ud over blot at afskrække kapillaritet. Kolibrier har ramt på en uventet måde at flytte væske meget hurtigt på denne mikroskala: deres tunger er elastiske mikropumper.

Rillerne i kolibriens tunge når ikke halsen, så fuglen kan ikke bruge dem som små sugerør. Af denne grund, i stedet for at bruge vakuum til at generere sug - forestil dig at drikke limonade ud af et sugerør - fungerer systemet som en lille pumpe, der drives af tungens fjedrende. Fuglen klemmer tungen fladt, og når den springer op, trækker denne ekspansion hurtigt nektaren i rillerne i tungen. Det viser sig, at det er elastisk energi - potentiel mekanisk energi, der lagres ved udfladning af tungen - der lader kolibrier samle nektar meget hurtigere, end hvis de stolede på kapillaritet.

Mens tungen bevæger sig gennem luften, bevares den elastiske energi, der lægges ind i sporvæggene under udfladningen, af et tilbageværende væskelag inde i rillerne, der fungerer som et klæbemiddel. Når tungen berører nektaren, tillader tilførsel af væske frigivelse af den elastiske energi, som udvider rillerne og trækker nektaren for at fylde tungen.

Når en kolibri drikker, samler hver slikke nektar, mens den hurtigt forbereder tunge pumpen til den næste slikke. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDSom biologer var vi begejstrede for denne nye opdagelse, men havde brug for hjælp fra en ekspert inden for væskedynamik, Tai-Hsi-ventilator, for nøjagtigt at forklare fysikken i denne kolibri-mikropumpe og komme med nye forudsigelser.

Vores forskning viser, hvordan kolibrier virkelig drikker og giver de første matematiske værktøjer til nøjagtigt at modellere deres energiindtag. Disse opdagelser vil påvirke vores forståelse af deres foderbeslutninger, økologi og coevolution med de planter, de bestøver.

Vores igangværende forskning sammenligner vores nye model med hvor meget nektar kolibrier drikker ved vilde blomsterog ser på afvejningerne mellem drikker effektivt og kæmper for dominans over territorier enten for at tiltrække kvinder, for at fodre eller begge dele.

Om forfatteren

Alejandro Rico-Guevara er forskningsassistent i økologi og evolutionær biologi ved University of Connecticut. Han er en funktionel morfolog, der bruger fugle, der fodrer nektar, som en studiemodel for at bygge bro over kløften mellem vores viden om økologiske og coevolutionære mønstre og deres underliggende mekanismer. Mere på alejorico.com

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

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relateret bog:

at

Tak for besøget InnerSelf.com, hvor der er 20,000 + livsændrende artikler, der promoverer "Nye holdninger og nye muligheder." Alle artikler er oversat til 30+ sprog. Tilmeld til InnerSelf Magazine, der udgives ugentligt, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine er udkommet siden 1985.