Miten Hummingbirds piirtää nektaria?

Miten Hummingbirds piirtää nektaria?Tämä pieni punainen laskutettu emerald-kolibri (Chlorostilbon gibsoni) ruokkii tuhansia kukkia päivässä. Kristiina Hurme, CC BY-ND

Hummingbirds elää elämää käsittämättömillä nopeuksilla. Heidän lennon akrobatiansa ovat hämmästyttäviä, ohjaavia enemmän kuin hyönteisiä kuin lintuja kun he lentävät ympäri, lentävät ylösalaisin ja jopa taaksepäin. He ovat hämärtyneet, kun he kilpailevat kukkien välillä. Kun he pysähtyvät käymään kukka hetkessä, he nuolevat 15ia 20-kertaan sekunnin ajan nektaripolttoaineensa saamiseksi.

Se, mikä tekee niistä niin kiehtovaa meille, on tämän yksinkertaisen ruokavalion tulos: he juovat nektaria. Kukin kukka ei tarjoa paljon, joten eläväksi pieniksi määriksi nektaria leviää kaikkialle metsään, hummingbirds on pieni, nopea ja huono.

Nektarin ruokinta on hummingbirds-ominaispiirteitä, mutta tähän mennessä tiedemiehet eivät tienneet tarkkaa mekaniikkaa, miten he tekevät sitä. Uudessa tutkimuksessamme pystyimme hidastamaan niitä videolla miten he todella juovat nektaria. Ja se, mitä löysimme, oli aivan erilainen kuin tavanomainen viisaus 1800in jälkeen.

Putken syöttö?

Hummingbirdsin laiha kieli on noin yhtä pitkä kuin heidän laskunsa. Ne sopivat täydellisesti syvälle kukkaan. Yli 180 vuottatiedemiehet uskoivat, että nektarin juominen hummingbirds luotti kapillaaritoimintaan. Ajatuksena oli, että heidän kielensä täyttäisivät nektaria samalla tavalla kuin pieni lasiputki täyttää passiivisesti vedellä.

Kapillaaritoiminnan fysiikka perustuu kahteen voimaan. Nestemäisten molekyylien tarttuminen putken seinämiin tekee nesteen kiipeämisestä sivuille. Pintajännitys pitää nesteen yhdessä ja vetää koko nestepylvään ylöspäin.

hummingbird lick2Hummingbirdin pitkällä laiha kielellä on kaksi uraa, jotka kulkevat keskellä ja päättyvät haarautuneeseen kärjeen, joka leviää nektarin sisäpuolelle. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDKapillaaritoiminnan teoria oli järkevää, koska hummingbirdin kielellä on kaksi putkimaisia ​​uria. Nektaria olisi yksinkertainen, passiivinen tapa matkustaa kieltä.

Hummingbirds on nopeampi kuin se

Mutta katsomassa hummingbirdsia minun (Rico-Guevaran) kotoisin oleva Kolumbia, tunsimme, että kapillaarisuus ei vain ollut tarpeeksi nopeaa pysymään mukana siinä, miten hummingbirds syö. Me ennustimme sitä kapillaarisuus oli liian hidas ottaa huomioon vapaasti elävissä hummingbirdeissä havaitut nopeat nuolet. Muista, että he voivat valuttaa kukka-nektarin noin 15in kanssa, joka imee alle toisen!

Neljä vuotta sitten, yksi meistä (Rico-Guevara) ja kollegamme Margaret Rubega kyseenalaisti tavanomaiset uskomukset kapillaaritoiminnasta ensimmäistä kertaa. Osoitimme, että haarukan kielen kärjet eivät ole staattisia, vaan ne leviävät dramaattisesti nektarin sisällä, ja niissä on reunat, jotka avautuvat kuin pienet kädet. Kun kolibri vetää kielensä nektarista, nämä reunat sulkeutuvat pinnan jännityksen fyysisten voimien ja Laplace-paine, nektarin sieppaaminen putoaa otteisiinsa. Tämän kielen muodon muutoksen vuoksi kielen kärjet eivät pysy kapillaaritoiminnassa tarvittavassa putkessa.

Miten siis loput kielen täyttää nektaria?

Pyrimme tutkimaan hummingbird-lajeja, jotta voisimme nähdä, mitä nämä linnut todella tekivät kukkien parissa. Tarvitsimme keinon mitata kielen paksuutta juomaprosessin aikana - suoraviivainen, mutta ei helppo tehtävä.

Suunnittelimme läpinäkyviä keinotekoisia kukkia, jotka kuvattiin hidastuskameroilla. Näistä videoista voisimme seurata kielen muotoa koko nuolen aikana. Vaikea osa oli vakuuttava luonnonvaraisten hummingbirdien juomisen käskystä. Ajan mittaan me koulutimme heidät tottelemalla ne phony kukka-syöttölaitteisiin ja koko kuvausasetuksemme.

Tiede Discovery Via Slow Motion Video

Kun kolibri sijoittaa laskunsa kukkaan, sen on vielä kiinnitettävä pitkä kielensä syvemmälle sisälle päästäkseen nektariin. Kun kieli on täyttänyt nektaria, lintu vetää kielen takaisin laskun sisään. Tutkijat tiesivät jo että pitää nektaria nokkaan sisällä, kolibri puristaa kielen laskuvihjeillä, koska sitä laajennetaan seuraavaan nuolla. Se pakkaa ja tasoittaa kielen matkalla ulos, jolloin nektari jää laskuun. Tapa, jolla nektari siirretään laskun kärjestä siihen, missä se voidaan niellä ei ole tiedossa.

Kielen täyttömekanismin tutkimiseen keskityimme kielen litistettyyn muotoon, jonka jokainen nuolla alkaa. Jos hummingbirdit käyttäisivät kapillaarisuutta, kun nektari oli tehnyt sen linnun suuhun, kielen tarvitsisi välittömästi palauttaa putkimainen muoto ennen kuin koskettaa nektaria uudelleen.

Tutkiessamme tarkasti läpinäkyvillä kukoilla juovien lintujen hidasta videokuvaa, näimme, että kieli pysyi tasaisena puristamisen jälkeen, vaikka se matkusti ilman läpi saavuttaakseen toisen sipin nektarin. Se ei palannut takaisin alkuperäiseen esijuomaputken muotoiseen muotoonsa.

Tutkimme 18 hummingbird -lajeja, ja satojen nuolien kohdalla havaitsimme, että kieli pysyi tasaisena, kunnes se koskettaa nektaria. Tämä oli keskeinen havainto, koska se osoitti, että kielellä ei ollut tyhjää tilaa, jota tarvitaan kapillaaritoimintaan. Lopuksi voimme varmasti sulkea pois kapillaarisuuden niin tärkeäksi hummingbird-juomalle.

Miten he todella pumppaavat nektaria

Se, mitä löysimme, ylittää pelkästään kapillaarisuuden. Hummingbirds on osunut odottamattomaan tapaan siirtää nestettä hyvin nopeasti tällä mikrotasolla: niiden kielet ovat joustavia mikropumppuja.

Hummingbird-kielen urat eivät pääse kurkkuun, joten lintu ei voi käyttää niitä pieniä olkia. Tästä syystä sen sijaan, että käytettäisiin tyhjiötä imun aikaansaamiseksi - kuvittele limonadin juominen olkesta - järjestelmä toimii kuin pieni pumppu, jota käytetään kielen joustavuudella. Lintu puristaa kielen tasaiseksi, ja kun se avautuu, tämä laajeneminen vetää nektarin nopeasti kielensä uriin. On käynyt ilmi, että se on elastinen energia - mahdollinen mekaaninen energia, joka on tallennettu kielen tasoittumiseen - jonka avulla hummingbirds kerää nektaria paljon nopeammin kuin jos ne luottaisivat kapillaaruuteen.

Vaikka kieli liikkuu ilman läpi, uran seinämiin ladattu elastinen energia säilytetään jäljellä olevan kerroksen sisällä urien sisällä, joka toimii liimana. Kun kieli koskettaa nektaria, nesteen syöttö sallii elastisen energian vapautumisen, joka laajentaa uria ja vetää nektarin kielen täyttämiseksi.

0316817155Hummingbird-juomina jokainen nuolla kerää nektaria, kun se valmistelee nopeasti kielen pumpun seuraavaa nuolla. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDBiologeina olimme innostuneita tästä uudesta löydöstä, mutta tarvitsimme nesteen dynamiikan asiantuntijan apua. Tai-Hsi Fan, selittää tarkasti tämän hummingbird-mikropumpun fysiikan ja tehdä uusia ennusteita.

Tutkimuksemme osoittaa, miten hummingbirds todella juo, ja tarjoaa ensimmäiset matemaattiset työkalut energiansaantiin mallinnettavaksi. Nämä löydöt vaikuttavat ymmärrykseen niiden ruokailupäätöksistä, ekologiasta ja coevolutionista niiden pölytettyjen kasvien kanssa.

Käynnissä oleva tutkimus vertailee uutta malliamme kuinka paljon nektaria hummingbirds juo luonnonkasvissaja tarkastelee kompromisseja juominen tehokkaasti ja taistelu määräävää asemaa alueilla joko houkutella naisia, ruokkimaan tai molempia.

AuthorConversation

rico gueva alejandroAlejandro Rico-Guevara on Connecticutin yliopiston ekologian ja evoluutiobiologian tutkija. Hän on funktionaalinen morfologi, joka käyttää nektareita ruokkivia lintuja tutkimusmallina, joka kattaa kuilun ekologisten ja rinnakkaispolitiikkojen ja niiden taustalla olevien mekanismien tuntemuksemme välillä. Lisää osoitteessa alejorico.com

Kristiina Hurme on Connecticutin yliopiston ekologian ja evoluutiobiologian tutkija

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Aiheeseen liittyvä kirja:

{AmazonWS: searchindex = Books; avainsanoja = 0316817155; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}