Этот крошечный красный колибри изумрудный колибри (Chlorostilbon gibsoni) питается тысячами цветов в день. Кристийна Хурме, CC BY-ND

Колибри жить в непонятных скоростях. Их полет акробатики удивительны, маневрирование больше похожи на насекомых, чем птиц как они порхают вокруг, пролетев вниз головой и даже в обратном направлении. Они размыто, поскольку они мчатся между цветами. Когда они делают паузу, чтобы посетить цветок на мгновение, они облизывать 15 в 20 раз в секунду, чтобы извлечь их нектара топливо.

{youtube}O_QyP810Riw{/youtube}

Что делает их настолько интригующими для нас, является результатом этого простого выбора диеты: они пьют нектар. Каждый цветок не предлагает много, поэтому, чтобы заработать на жизнь крошечным количеством нектара, распространенного по всему лесу, колибри крохотные, быстрые и злые.

Питание нектаром является определяющей характеристикой колибри ", но до сих пор ученые не знали точной механики того, как они это делают. В нашем новом исследовании мы смогли замедлить их на видео, чтобы увидеть как они действительно пьют нектар, И то, что мы нашли, сильно отличалось от обычной мудрости с 1800.

Трубка подачи?

тощие языки Колибри "имеют примерно такой же длины, как и их счетов. Они отлично приспособлены для достижения глубоко в цветок. Для более 180 лет, ученые полагали, что пить нектар, колибри полагаются на капиллярное действие. Идея заключалась в том, что их языки заполняли нектар так же, как небольшая стеклянная трубка пассивно наполнялась водой.

Физика капиллярного действия зависит от двух сил. Адгезия молекул жидкости к стенкам трубки делает жидкость подниматься стороны. Поверхностное натяжение удерживает жидкость вместе и тащит весь столб жидкости вверх.

Длительный тощий язык колибри имеет две бороздки, стекающие по середине, и заканчивается раздвоенным кончиком, который распространяется внутри нектара. Алехандро Рико-Гевара, CC BY-NDТеория капиллярное действие имело смысл, поскольку язык колибри имеет две ламповую канавки. Было бы просто, пассивный способ для нектара путешествовать вверх язык.

Колибри быстрее, чем

Но от просмотра колибри в моем (Rico-Гевары) коренной Колумбии, мы чувствовали, что капиллярность просто не была достаточно быстрой, чтобы не отставать от того, как кормят колибри. Мы предсказывали, что капиллярность была слишком медленной для учета быстрых скоростей лизания, наблюдаемых у свободноживущих колибри. Помните, что они могут сливать нектар цветка вокруг 15, облизывая в течение секунды!

Четыре года назад один из нас (Рико-Гевара) и коллега Маргарет Рубега бросил вызов традиционным убеждениям о капиллярном действии в первый раз. Мы показали, что наконечники раздвоенных язычков не являются статичными, но резко распространяются внутри нектара, с окаймленными краями, которые открываются, как крошечные руки. Когда колибри убирает свой язык из нектара, эти полосы закрываются из-за физических сил поверхностного натяжения и Давление Лапласа, захватывая нектарные капли в их захватах. Из-за этого преобразования формы языка кончики язычков не остаются в форме трубки, необходимой для капиллярного действия.

Так как же остальная часть языка заполнена нектаром?

Мы отправились изучать смесь видов колибри, чтобы увидеть, что эти птицы действительно делали у цветов. Нам нужен был способ измерения толщины языка во время процесса выпивки - простая, но непростая задача.

Мы разработали прозрачные искусственные цветы, которые мы снимали с камерами замедленного действия. Из этих видеороликов мы могли бы отслеживать форму языка на протяжении всего цикла облизывания. Трудная часть была убедительными дикими колибри, чтобы пить по команде. Со временем мы обучали их, приучая их к фальшивым кормушкам цветов и всей нашей настройке съемок.

Наука Открытие через медленное видео

Когда колибри вставляет свой счет в цветок, он по-прежнему должен придерживаться его длинный язык глубже внутрь, чтобы получить в нектара внутри. После того, как язык наполняется нектаром, птица втягивает язык обратно в счет. Исследователи уже знали чтобы сохранить нектар внутри клюва, колибри сжимает язык с помощью наконечников банкнот, поскольку он расширяется для следующего облизывания. Это сжимает и выравнивает язык на своем пути, оставляя нектар внутри счета. Способ перемещения нектара с кончика банкноты туда, где его можно проглотить остается неизвестным.

Чтобы изучить механизм заполнения языка, мы сосредоточились на сплющенной форме языка, с которой начинается каждый лизать. Если колибри использовали капиллярность, как только нектар попал в рот птицы, языку сразу нужно было бы восстановить свою форму в виде трубки, прежде чем снова коснуться нектара.

Тесно изучая наши медленные видео движения птиц, пьющих на прозрачных цветов, мы увидели, что язык остался сведенное после сдавливания даже при ее прохождении через воздух, чтобы достичь нектара для другого глотка. Он не щелкнет назад к своей первоначальной предварительно возлияния трубчатым форму.

Мы изучали 18 видов колибри, а в сотни лижет, мы обнаружили, что язык оставался сплющенный, пока он не коснется нектара. Это был основной вывод, потому что он показал, что язык не было пустое пространство внутри необходимое для капиллярного действия для работы. И, наконец, мы можем с уверенностью исключает капиллярности, как важно для колибри питья.

{youtube}QYoYQAbPXbU{/youtube}

Как они действительно нагнетают нектар в

То, что мы нашли, выходит за рамки простого развенчания капиллярности. Hummingbirds неожиданно начали неожиданно быстро перемещать жидкость в этом микромасштабном режиме: их языки являются упругие микронасосы.

Канавки в колибри языка не доходят до горла, так что птица не может использовать их в качестве крошечные соломки, По этой причине, вместо того чтобы использовать вакуум, чтобы произвести отсасывание - представьте себе пить лимонад из соломы - система работает как маленький насос, питание от упругостью языка. Птица давит язык плоская, а когда пружины открыты, это расширение быстро тянет нектара в пазы на его языке. Оказывается, это упругую энергию - потенциальную механическую энергию, запасенную уплощением языка - который позволяет колибри собирать нектар гораздо быстрее, чем если бы они опирались на капиллярности.

В то время как язык перемещается по воздуху, упругая энергия, загруженная в стенки канавки во время сплющивания, сохраняется остающимся слоем жидкости внутри канавок, действующих как адгезив. Когда язык касается нектара, подача жидкости позволяет высвободить упругую энергию, которая расширяет канавки и тянет нектар, чтобы заполнить язычок.

Как пить колибри, каждый лижет собирает нектар, быстро готовя языковой насос для следующего облизывания. Алехандро Рико-Гевара, CC BY-NDБудучи биологами, мы были в восторге от этого нового открытия, но нуждались в помощи эксперта по гидродинамике, Тай-Си Си, чтобы точно объяснить физику этого микронасоса hummingbird и сделать новые прогнозы.

Наше исследование показывает, как колибри действительно пьют, и предоставляет первые математические инструменты для точной модели потребления энергии. Эти открытия повлияют на наше понимание их решений в области кормов, экологии и коэволюции с растениями, которые они опыляют.

Наше продолжающееся исследование сравнивает нашу новую модель с сколько нектара колибри выпивают в полевых цветов, и рассматривает компромиссы между эффективное питье и борьба для доминирования над территориями либо для привлечения женщин, для кормления, либо для обоих.

Об авторе

Алехандро Рико-Гевара - научный сотрудник в области экологии и эволюционной биологии Университета Коннектикута. Он является функциональным морфологом, использующим птиц, питающихся нектаром, в качестве модели исследования, чтобы преодолеть разрыв между нашими знаниями об экологических и коэволюционных моделях и лежащих в их основе механизмах. Подробнее на alejorico.com

Кристина Хурме - научный сотрудник по экологии и эволюционной биологии в Университете Коннектикута

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Связанные книги:

at

Спасибо за визит InnerSelf.comгде есть 20,000+ изменяющие жизнь статьи, пропагандирующие «Новые взгляды и новые возможности». Все статьи переведены на 30 + языки. Подписаться в журнал InnerSelf Magazine, публикуемый еженедельно, и в журнал Marie T Russell's Daily Inspiration. InnerSelf Magazine издается с 1985 года.