Geskryf deur Alejandro Rico-Guevara en Kristiina Hurme, Universiteit van Connecticut
Hierdie klein rooiblaar-smaragse kolibrie (Chlorostilbon gibsoni) voer elke dag duisende blomme op. Kristiina Hurme, CC BY-ND
Kolibries leef die lewe te onverstaanbaar spoed. Hul vlug akrobatiese is amazing, manoeuvres meer soos insekte as voëls as hulle vlieg rond, vlieg onderstebo en selfs agteruit. Hulle is 'n vervaag soos hulle wedloop tussen blomme. Wanneer hulle breek om 'n blom vir 'n oomblik te besoek, is hulle lek 15 om tye 20 'n tweede om hul nektar brandstof onttrek.
Wat hulle so intrigerend maak, is die gevolg van hierdie eenvoudige dieetkeuse: hulle drink nektar. Elke blom bied nie veel aan nie, dus om klein hoeveelhede nektar versprei te versprei dwarsdeur die bos, is kolibries klein, vinnig en veerig.
Voeding op nektar is bepalende eienskap kolibries, maar tot nou toe wetenskaplikes het nie geweet die presiese meganika van hoe hulle dit doen. In ons nuwe studie, het ons in staat om hulle te vertraag op video te sien hoe drink hulle nektar regtig. En wat ons gevind het, was heelwat anders as die konvensionele wysheid sedert die 1800s.
Skinny tonge kolibries 'is omtrent dieselfde lengte as hul rekeninge. Hulle is perfek aangepas vir die bereiking van diep in 'n blom. Vir meer as 180 jaar, wetenskaplikes het geglo dat nektar drink, kolibries berus op kapillêre aksie. Die idee was dat hul tonne op dieselfde manier met nektar sou vul, 'n klein glasbuis vul passief met water.
Die fisika van kapillêre werking berus op twee kragte. Adhesie van die vloeistofmolekule om die buis mure maak die vloeistof klim die kante. Oppervlakspanning hou die vloeistof saam en sleep die hele vloeistof kolom opwaarts.
'N Hummingbird se lang, maer tong het twee groewe wat in die middel afloop, en eindig in 'n vurkpunt wat in die nektar versprei. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDDie kapillêre werking teorie sin gemaak sedert tong 'n hummingbird se twee buisagtige groewe. Dit sou 'n eenvoudige, passiewe manier vir nektar te reis op die tong wees.
Kolibries is vinniger as dit
Maar om kolibries in my (Rico-Guevara se) inheemse Colombia, ons het gevoel dat die capillariteit net nie vinnig genoeg was om tred te hou met hoe kolibries voed nie. Ons het dit voorspel capillariteit was te stadig om rekening te hou met die vinnige lek pryse waargeneem in vry-lewende kolibries. Onthou, hulle kan binne 'n sekonde 'n blom se nektar met ongeveer 15-lekkels dreineer!
Vier jaar gelede, een van ons (Rico-Guevara) en kollega Margaret Rubega uitgedaag die konvensionele oortuigings oor capillêre aksie vir die eerste keer. Ons het getoon dat die vurk tongpunte nie staties is nie, maar dramaties in die nektar versprei, met rande wat soos klein hande oopmaak. Wanneer die kolibrie sy tong van die nektar intrek, sluit hierdie rande toe weens die fisiese kragte van oppervlakspanning en Laplace druk, val nektar druppels in hul grepe. As gevolg van hierdie transformasie van die tongvorm, bly die tongpunte nie in die buisvorm wat nodig is vir kapillêre aksie nie.
So, hoe vul die res van die tong met nektar?
Ons het 'n medley kolibrie spesies bestudeer om te sien wat hierdie voëls regtig aan die blomme doen. Ons het 'n manier gehad om die dikte van 'n tong tydens die drinkproses te meet - eenvoudig, maar nie 'n maklike taak nie.
Ons het deurskynende kunsmatige blomme ontwerp wat ons met slow-motion kameras verfilm het. Uit hierdie video's kon ons die vorm van die tong regdeur die hele leksiklus volg. Die moeilike deel was oortuigende wilde kolibries om op bevel te drink. Met verloop van tyd het ons hulle opgelei deur hulle aan die fonieblomvoerders en ons hele verfilming op te stel.
Wetenskap Discovery Via Slow Motion Video
Wanneer 'n hummingbird voeg sy wetsontwerp in 'n blom, is dit nog steeds nodig het om sy lang tong dieper binne te hou by die nektar binne te kom. Na afloop van die tong vul met nektar, die voël terugtrekt die tong terug in die wetsontwerp. Navorsers het reeds geweet Om die nektar binne-in die bek te hou, druk die kolibrie die tong met die snawelwenke soos dit verleng word vir die volgende lek. Dit komprimeer en plat die tong op sy uitweg, en laat die nektar binne-in die snawel. Die manier waarop die nektar verskuif word vanaf die snawelpunt tot waar dit ingesluk kan word bly onbekend.
Om die tongvolgende meganisme te bestudeer, het ons gefokus op die afgeplatte vorm van die tong waarmee elke lek begin. As die kolibries capillariteit gebruik, sodra die nektar dit in die voël se mond gemaak het, sal die tong onmiddellik sy buisagtige vorm moet herstel voordat die nektar weer aangeraak word.
Deur nou die bestudering van ons slow motion video's van die voëls drink by die deursigtige blomme, het ons gesien dat die tong bly plat ná die smaller selfs as dit reis deur die lug om die nektar vir nog 'n sluk te bereik. Dit het nie terug na sy oorspronklike pre-drankie buisagtige vorm snap.
Ons bestudeer 18 hummingbird spesies, en in honderde lekke, het ons gevind dat die tong bly plat totdat dit die nektar raak. Dit was 'n belangrike bevinding, want dit het getoon dat die tong nie die leë ruimte gehad het nie binnekant wat nodig is vir kapillêre werking te werk. Ten slotte, kan ons met vertroue uit kapillariteit net so belangrik vir hummingbird drink.
Hoe Hulle Werklik Die Nektar In Pomp
Wat ons gevind het, gaan verder as net kapillariteit. Kolibries het op 'n onverwagte manier getref om baie vinnig op hierdie mikroskaal vloeibaar te beweeg: hulle Die tale is dus elasties micropumps.
Die groewe in die hummingbird tong nie die keel bereik, sodat die voëls kan dit nie gebruik as klein strooitjies. Om hierdie rede, in plaas van die gebruik van vakuum te suig genereer - dink drink limonade uit 'n strooi - die stelsel werk soos 'n klein pomp, aangedryf deur die veerkracht van die tong. Die voël skorsies die tong plat, en wanneer dit oop Springs, hierdie uitbreiding vinnig trek die nektar in die groewe in sy tong. Dit blyk dit se elastiese energie - potensiële meganiese energie gestoor deur die afplatting van die tong - waarmee kolibries versamel nektar baie vinniger as wanneer hulle staatgemaak op kapillariteit.
Terwyl die tong deur die lug beweeg, word die elastiese energie wat in die groefmure gelaai word tydens die afvlakking bewaar deur 'n oorblywende laag vloeistof binne die groewe wat as 'n kleef optree. Wanneer die tong die nektar raak, bied die vloeistoftoevoer die vrylating van die elastiese energie wat die groewe uitsteek en trek die nektar om die tong te vul.
Soos 'n kolibrie drink, versamel elke lek nektar, terwyl die tongpomp vinnig voorberei word vir die volgende lek. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDAs bioloë was ons opgewonde oor hierdie nuwe ontdekking, maar het die hulp van 'n deskundige in vloeidinamika nodig, Tai-Hsi Fan, om die fisika van hierdie kolibrie-mikropomp akkuraat te verduidelik en om nuwe voorspellings te maak.
Ons navorsing toon hoe kolibries werklik drink, en bied die eerste wiskundige gereedskap om hul energie-inname akkuraat te modelleer. Hierdie ontdekkings sal ons begrip van hul oesbesluite, ekologie en samevloei beïnvloed met die plante wat hulle bestuif.
Ons voortgesette navorsing vergelyk ons ​​nuwe model met hoeveel nektar kolibries by wildblomme drink, en kyk na die afwisselings tussen doeltreffend te drink en te veg vir oorheersing oor gebiede om vroue aan te trek, om te voed, of albei.
Alejandro Rico-Guevara is navorsingsgenoot in ekologie en evolusionêre biologie aan die Universiteit van Connecticut. Hy is 'n funksionele morfoloog wat voëls met nektarvoeding gebruik as 'n studiemodel om die gaping tussen ons kennis van ekologiese en samevolusionêre patrone en hul onderliggende meganismes te oorbrug. Meer by alejorico.com
Kristiina Hurme is navorsingsgenoot in ekologie en evolusionêre biologie aan die Universiteit van Connecticut