Як Hummingbirds малюють у нектарі
Колібрі жити у незрозумілих швидкостях. Їх політ акробатики дивовижні, маневрування більше схожі на комах, ніж птахів, як вони пурхають навколо, пролетівши вниз головою і навіть у зворотному напрямку. Вони розмити, оскільки вони мчать між квітами. Коли вони роблять паузу, щоб відвідати квітку на мить, вони облизують 15 в 20 разів на секунду, щоб витягти їх нектар паливо.
Що робить їх настільки інтригуючими для нас є результатом цього простого вибору дієти: вони п'ють нектар. Кожна квітка не пропонує багато, тому щоб заробити на життя крихітною кількістю нектару, поширеного по всьому лісі, колібрі крихітні, швидкі і злі.
Трубка подачі?
худі мови Колібрі "мають приблизно таку ж довжину, як і їх рахунків. Вони відмінно пристосовані для досягнення глибоко в квітку. Для більш ніж 180 років, вчені вважали, що пити нектар, колибрі покладаються на капілярну дію. Ідея полягала в тому, що їхні мови заповнювали нектар так само, як невелика скляна трубка пасивно наповнювалась водою.
Фізика капілярної дії залежить від двох сил. Адгезія молекул рідини до стінок трубки робить рідину підніматися сторони. Поверхневий натяг утримує рідину разом і тягне весь стовп рідини нагору.
Тривалий худий язик колібрі має дві борозенки, що стікають посередині, і закінчується роздвоєним кінчиком, який поширюється всередині нектару. Алехандро Ріко-Гевара, CC BY-ND Теорія капілярної дії мала сенс, оскільки мова колібрі має дві лампові канавки. Було б просто пасивний спосіб для нектарумандрувати вгору мови.
Колибрі швидше, ніж
Чотири роки тому один із нас (Ріко-Гевара) та колега Маргарет Рубега кинув виклик традиційним переконанням про капілярну дію вперше. Ми показали, що наконечники роздвоєних язичків не статичні, але різко поширюються всередині нектару, з облямованими краями, які відкриваються, як крихітні руки. Коли колібрі прибирає свою мову з нектару, ці смуги закриваються через фізичні сили поверхневого натягу та Тиск Лапласа, захоплюючи нектарні краплі в їх захопленнях. Через це перетворення форми язика кінчики язичків не залишаються у формі трубки, необхідної для капілярної дії.
То як же решта мови заповнена нектаром?
Ми вирушили вивчати суміш видів колібрі, щоб побачити, що ці птахи справді робили біля квітів. Нам потрібен був спосіб вимірювання товщини мови під час процесу випивки – просте, але непросте завдання.
Коли колібрі вставляє свій рахунок у квітку, він, як і раніше, повинен дотримуватися його довгий язик глибше всередину, щоб отримати в нектарі всередині. Після того, як мова наповнюється нектаром, птах втягує мову назад у рахунок. Дослідники вже знали, щоб зберегти нектар усередині дзьоба, колибрі стискає мову за допомогою наконечників банкнот, оскільки він розширюється для наступного облизування. Це стискає та вирівнює мову на своєму шляху, залишаючи нектар усередині рахунку. Спосіб переміщення нектару з кінчика банкноти туди, де його можна проковтнути, залишається невідомим.
Щоб вивчити механізм заповнення мови, ми зосередилися на сплющеній формі мови, з якої починається кожен лизати. Якщо колібрі використовували капілярність, як тільки нектар потрапив до рота птиці, язику відразу потрібно було б відновити свою формуу вигляді трубки, перш ніж знову торкнутися нектару.
Ми вивчали 18 видів колібрі, а в сотні лиже, ми виявили, що мова залишалася сплющеною, поки вона не торкнеться нектару. Це був основний висновок, тому що він показав, що мова не була порожній простір всередині, необхідний для капілярної дії для роботи. І, нарешті, ми можемо з упевненістю виключає капілярності, як важливо для колібрі пиття.
Як вони дійсно нагнітають нектар у
Те, що ми знайшли, виходить за межі простого розвінчання капілярності. Hummingbirds несподівано почали несподівано швидко переміщати рідину в цьому мікромасштабному режимі: їхніми мовами є пружні мікронасоси.
Канавки в колібрі язика не доходять до горла, так що птах не може використовувати їх як крихітні соломки, З цієї причини, замість того, щоб використовувати вакуум, щоб зробити відсмоктування - уявіть собі пити лимонад з соломи - система працює як маленький насос, харчування від пружністю мови. Птах тисне мова плоска, а коли пружини відкриті, це розширення швидко тягне нектару в пази його мовою. Виявляється, це пружну енергію - потенційну механічну енергію, запасену уплощением мови - який дозволяє колібрі збирати нектар набагато швидше, ніж якби вони спиралися на капілярності.
У той час як мова переміщається повітрям, пружна енергія, завантажена в стінки канавки під час сплющування, зберігається шаром рідини, що залишається, всередині канавок, що діють як адгезив. Коли мова стосується нектару, подача рідини дозволяє звільнити пружну енергію, яка розширює канавки і тягне нектар, щоб заповнити язичок.
Наше дослідження показує, як колібрі дійсно п'ють і надає перші математичні інструменти для точної моделі споживання енергії. Ці відкриття вплинуть на наше розуміння їх рішень у галузі кормів, екології та коеволюції з рослинами, які вони запилюють.
Наше дослідження порівнює нашу нову модель з скільки нектару колібрі випивають у польових квітів, і розглядає компроміси між ефективне питво і боротьба для домінування над територіями або для залучення жінок, для годування, або для обох.
Алехандро Ріко-Гевара – науковий співробітник з екології та еволюційної біології Університету Коннектикуту. Він є функціональним морфологом, що використовує нектаропогружающих птахів як модель дослідження, щоб подолати розрив між нашими знаннями про екологічні та коеволюційні моделі та їх механізми, що лежать в основі. Більше на alejorico.com
Крістіна Хурме - науковий співробітник з екології та еволюційної біології в Університеті Коннектикуту