Come i colibrì disegnano il nettare?

Come i colibrì disegnano il nettare?Questo piccolo colibrì verde smeraldo dal becco rosso (Chlorostilbon gibsoni) si nutre di migliaia di fiori al giorno. Kristiina Hurme, CC BY-ND

I colibrì vivono la vita a velocità incomprensibili. Le loro acrobazie di volo sono incredibili, manovre più come insetti che uccelli mentre volteggiano, volando sottosopra e persino all'indietro. Sono una sfocatura mentre corrono tra i fiori. Quando si fermano per visitare un fiore per un momento, stanno leccando 15 a 20 volte al secondo per estrarre il loro combustibile per il nettare.

Ciò che li rende così intriganti è il risultato di questa semplice scelta alimentare: bevono il nettare. Ogni fiore non offre molto, quindi per sopravvivere con piccole quantità di nettare diffuso in tutta la foresta, i colibrì sono piccoli, veloci e grintosi.

Nutrirsi di nettare è la caratteristica che definisce i colibrì, ma fino ad ora gli scienziati non conoscevano la meccanica esatta di come lo fanno. Nel nostro nuovo studio, siamo stati in grado di rallentarli sul video per vedere come bevono veramente il nettare. E ciò che abbiamo trovato era molto diverso dalla saggezza convenzionale dagli 1800.

Tubo di alimentazione?

Le lingue magre dei colibrì hanno all'incirca la stessa lunghezza delle loro banconote. Sono perfettamente adattati per raggiungere in profondità un fiore. Per oltre 180 anni, gli scienziati credevano che per bere il nettare, i colibrì facessero affidamento sull'azione capillare. L'idea era che le loro lingue si riempissero di nettare nello stesso modo in cui un piccolo tubo di vetro si riempie passivamente di acqua.

La fisica dell'azione capillare si basa su due forze. L'adesione delle molecole liquide alle pareti del tubo fa salire i liquidi sui lati. La tensione superficiale tiene insieme il liquido e trascina verso l'alto l'intera colonna del fluido.

leccare colibrì2La lingua lunga e sottile di un colibrì ha due scanalature che scorrono verso il centro e termina con una punta biforcuta che si diffonde all'interno del nettare. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDLa teoria dell'azione capillare aveva senso poiché la lingua di un colibrì ha due scanalature a tubo. Sarebbe un modo semplice e passivo per il nettare di viaggiare sulla lingua.

I colibrì sono più veloci di così

Ma guardando i colibrì nella mia (Rico-Guevara) nativo Colombia, ritenevamo che la capillarità non fosse abbastanza veloce per tenere il passo con il modo in cui i colibrì si nutrono. L'avevamo previsto la capillarità era troppo lenta per tenere conto dei rapidi tassi di leccamento osservati nei colibrì viventi. Ricorda, possono drenare il nettare di un fiore con circa Xnumx lecca in meno di un secondo!

Quattro anni fa, uno di noi (Rico-Guevara) e collega Margaret Rubega sfidato le convinzioni convenzionali sull'azione capillare per la prima volta. Abbiamo dimostrato che le punte della lingua biforcuta non sono statiche, ma si diffondono drammaticamente all'interno del nettare, con bordi sfrangiati che si aprono come minuscole mani. Quando il colibrì ritratta la lingua dal nettare, queste frange si chiudono a causa delle forze fisiche della tensione superficiale e Pressione di Laplace, intrappolando gocce di nettare nelle loro prese. A causa di questa trasformazione della forma della lingua, le punte della lingua non rimangono nella forma del tubo necessaria per l'azione capillare.

Quindi come si riempie il resto della lingua con il nettare?

Partimmo per studiare un medley di specie di colibrì per vedere cosa stavano veramente facendo questi uccelli ai fiori. Avevamo bisogno di un modo per misurare lo spessore di una lingua durante il processo di abbeveraggio: semplice ma non facile.

Abbiamo progettato fiori artificiali trasparenti che abbiamo filmato con fotocamere a movimento lento. Da questi video, è quindi possibile seguire la forma della lingua durante l'intero ciclo di leccate. La parte difficile era convincere i colibrì selvatici a bere a comando. Nel corso del tempo, li abbiamo addestrati abituandoli ai falsi alimentatori di fiori e alla nostra intera configurazione delle riprese.

Scoperta della scienza tramite video al rallentatore

Quando un colibrì inserisce il suo becco in un fiore, ha ancora bisogno di attaccare la sua lunga lingua più all'interno per ottenere il nettare all'interno. Dopo che la lingua si riempie di nettare, l'uccello ritratta la lingua dentro il becco. I ricercatori lo sapevano già che per mantenere il nettare all'interno del becco, il colibrì stringe la lingua con le punte della banconota poiché viene estesa per la successiva leccata. Questo comprime e appiattisce la lingua mentre esce, lasciando il nettare all'interno del becco. Il modo in cui il nettare viene spostato dalla punta della banconota a dove può essere ingerito rimane sconosciuto.

Per studiare il meccanismo di riempimento della lingua, ci siamo concentrati sulla forma appiattita della lingua che inizia ogni leccata. Se i colibrì usavano la capillarità, una volta che il nettare lo aveva fatto nella bocca dell'uccello, la lingua avrebbe subito bisogno di recuperare la sua forma tubiforme prima di toccare di nuovo il nettare.

Studiando da vicino i nostri video al rallentatore degli uccelli che bevono ai fiori trasparenti, abbiamo visto che la lingua è rimasta appiattita dopo la spremitura anche mentre viaggiava attraverso l'aria per raggiungere il nettare per un altro sorso. Non è tornato alla forma originale del tubo pre-drink.

Abbiamo studiato le specie di colibrì 18 e in centinaia di lame abbiamo scoperto che la lingua è rimasta appiattita fino a toccare il nettare. Questa è stata una scoperta chiave perché ha dimostrato che la lingua non aveva lo spazio vuoto all'interno necessario all'azione capillare per funzionare. Infine, possiamo escludere con certezza la capillarità come importante per il consumo di colibrì.

Come pompano davvero il nettare

Ciò che abbiamo scoperto va oltre la semplice capillarità. I colibrì hanno toccato un modo inaspettato per spostare il liquido molto rapidamente a questa micro scala: la loro le lingue sono micropompe elastiche.

I solchi nella lingua dei colibrì non raggiungono la gola, quindi l'uccello non può usarli come piccole cannucce. Per questo motivo, invece di usare il vuoto per generare l'aspirazione - immagina di bere una limonata da una cannuccia - il sistema funziona come una minuscola pompa, alimentata dalla mollezza della lingua. L'uccello schiaccia la lingua piatta, e quando si apre molle, questa espansione tira rapidamente il nettare nelle scanalature nella sua lingua. Si scopre che è l'energia elastica - potenziale energia meccanica immagazzinata dall'appiattimento della lingua - che consente ai colibrì di raccogliere il nettare molto più rapidamente che se si affidassero alla capillarità.

Mentre la lingua si muove attraverso l'aria, l'energia elastica caricata nelle pareti della scanalatura durante l'appiattimento viene conservata da un restante strato di liquido all'interno delle scanalature che agisce da adesivo. Quando la lingua tocca il nettare, l'apporto di fluido consente il rilascio dell'energia elastica che espande i solchi e tira il nettare per riempire la lingua.

0316817155Mentre un colibrì beve, ogni leccata raccoglie il nettare, mentre prepara rapidamente la lingua per la successiva leccata. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDCome biologi, eravamo entusiasti di questa nuova scoperta, ma avevamo bisogno dell'aiuto di un esperto in fluidodinamica, Fan Tai-Hsi, per spiegare con precisione la fisica di questa micropompa colibrì e per fare nuove previsioni.

La nostra ricerca mostra come i colibrì bevono davvero e fornisce i primi strumenti matematici per modellare accuratamente il loro apporto energetico. Queste scoperte influenzeranno la nostra comprensione delle loro decisioni di raccolta, ecologia e coevoluzione con le piante che impollinano.

La nostra ricerca in corso confronta il nostro nuovo modello con quanti nettare i colibrì bevono ai fiori selvaticie guarda i trade-off tra bere in modo efficiente e combattere per il dominio sui territori sia per attirare le femmine, per nutrire, o entrambi.

Circa l'autoreThe Conversation

rico gueva alejandroAlejandro Rico-Guevara è ricercatore associato in ecologia e biologia evolutiva all'Università del Connecticut. È un morfologo funzionale che utilizza uccelli nettare come modello di studio per colmare il divario tra la nostra conoscenza dei modelli ecologici e coevolutivi e i loro meccanismi di base. Altro su alejorico.com

Kristiina Hurme è Research Associate in Ecology and Evolutionary Biology presso l'Università del Connecticut

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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