蜂鳥如何在花蜜中吸引?

蜂鳥如何在花蜜中吸引?這種微小的紅嘴翡翠蜂鳥(Chlorostilbon gibsoni)每天以成千上萬的鮮花為食。 Kristiina Hurme,CC BY-ND

蜂鳥在艱澀的速度鮮活的生命。 他們的飛行雜技是驚人的,機動 更喜歡昆蟲而不是鳥類 因為他們身邊掠過,飛倒掛,甚至倒退。 他們是因為他們花間的競爭一片模糊。 當他們停下來短暫訪問的花,它們舔15 20到次第二,以提取其花蜜的燃料。

讓他們如此迷人的原因是這種簡單的飲食選擇的結果:他們喝了花蜜。 每朵花都不會提供很多,所以為了在整個森林中散佈少量的花蜜來生活,蜂鳥很小,快速而且充滿活力。

取食花蜜是蜂鳥'定義特徵,但直到現在科學家們不知道他們是如何做到這一點的確切機制。 在我們的新研究中,我們能慢下來的視頻看到 他們如何真正喝到花蜜。 我們發現的與1800s以來的傳統智慧截然不同。

管飼?

蜂鳥'瘦舌頭大約相同的長度他們的賬單。 他們完全適應了深遠深成一朵花。 在過去的幾年180科學家認為,喝蜂蜜,蜂鳥依靠毛細血管作用。 他們的想法是,他們的舌頭會像一個小玻璃管被動地用水填充一樣充滿花蜜。

毛細作用的物理依賴於兩股力量。 液體分子的管壁的粘附使得液體爬上兩側。 表面張力保持在一起的液體和向上拖動整個流體柱。

蜂鳥lick2蜂鳥長而瘦的舌頭有兩個凹槽從中間向下延伸,並以叉狀尖端延伸,在花蜜內部蔓延。 亞歷杭德羅·里科 - 格瓦拉,CC BY-ND因為蜂鳥的舌頭是有道理的毛細作用原理有兩個筒狀溝槽。 這將是花蜜旅行了舌頭簡單的,被動的方式。

蜂鳥比那更快

但是從看我的蜂鳥(波多黎各 - 格瓦拉哥倫比亞本土人,我們認為毛細管作用不夠快,無法跟上蜂鳥的食慾。 我們預測到了 毛細管作用太慢了 考慮到在自由生活的蜂鳥中觀察到的快速舔率。 請記住,他們可以在一秒鐘之內用15舔舔一朵花的花蜜!

四年前,我們中的一個人(Rico-Guevara)和同事 瑪格麗特魯貝加 挑戰傳統觀念 關於毛細管作用的第一次。 我們發現分叉的舌尖不是靜止的,而是在花蜜內部顯著擴散,邊緣像小手一樣打開。 當蜂鳥從花蜜中收回舌頭時,這些條紋由於表面張力的物理力而關閉 拉普拉斯壓力,誘捕花蜜滴在他們的手中。 由於舌形的這種變形,舌尖不會保持毛細作用所需的管形狀。

那麼舌頭的其餘部分如何充滿花蜜?

我們開始研究蜂鳥種類的混合物,看看這些鳥類在花朵上做了什麼。 我們需要一種方法來測量飲酒過程中舌頭的厚度 - 直截了當,但不是一件容易的事。

我們設計了用慢動作相機拍攝的透明人造花。 從這些視頻中,我們可以在整個舔週期中跟踪舌頭的形狀。 困難的部分是說服野生蜂鳥按指令喝酒。 隨著時間的推移,我們通過讓他們熟悉假花餵食器和整個拍攝設置來訓練他們。

通過慢動作視頻進行科學發現

當蜂鳥插入它的票據成一朵花,它仍然需要堅持更深裡面的長長的舌頭來獲得在內的甘露。 舌頭與花蜜填充後,鳥縮回舌頭背面的法案中。 研究人員已經知道了 為了將花蜜保持在喙內,蜂鳥用喙尖擠壓舌頭,因為它延伸到下一個舔。 在出口的路上壓縮並壓平舌頭,將花蜜留在帳單內。 花蜜從鈔票尖端移動到可以吞嚥的方式 仍然未知.

為了研究舌頭填充機制,我們專注於每個舔開始的舌頭的扁平形狀。 如果蜂鳥使用毛細管作用,一旦花蜜進入鳥的嘴裡,舌頭就會立即恢復其管狀形狀,然後再次觸摸花蜜。

通過仔細研究我們的鳥兒在透明花朵喝慢動作視頻,我們看到,舌頭的擠壓後仍保持扁平的,即使它通過空氣前往達到另一個SIP的花蜜。 它不彈回其原來的飲料前筒狀。

我們研究18蜂鳥種,數百舔,我們發現,舌頭保持扁平,直到它觸及了花蜜。 這是一個重要的發現,因為它表明,該舌沒有空的空間內所需要的毛細作用工作。 最後,我們可以自信地排除毛細為蜂鳥飲用重要。

它們如何真正泵入花蜜

我們發現的不僅僅是揭穿毛細管作用。 在這種微觀尺度上,蜂鳥以一種意想不到的方式快速移動液體:他們的 舌頭是有彈性的微型泵.

在蜂鳥舌槽不到達喉部,因此鳥不能使用它們作為 微小的吸管。 出於這個原因,而不是使用真空吸生成 - 想像喝檸檬水了秸稈 - 系統就像一個小泵,搭載了舌頭的彈性。 鳥南瓜舌頭平坦,當它彈開,這種擴張迅速拉花蜜到它的舌頭凹槽。 原來,它​​的彈性能量 - 讓蜂鳥採蜜比,如果他們依靠毛細作用更快 - 通過舌頭的扁平化存儲的潛在機械能。

當舌頭在空氣中移動時,在平坦化期間加載到凹槽壁中的彈性能量通過凹槽內的剩餘液體層起到粘合劑的作用而得以保存。 當舌頭接觸花蜜時,流體的供應允許釋放彈性能量,該彈性能量使凹槽膨脹並拉動花蜜以填充舌頭。

0316817155作為蜂鳥飲料,每個舔收集花蜜,同時快速準備舌泵為下一個舔。 亞歷杭德羅·里科 - 格瓦拉,CC BY-ND作為生物學家,我們對這一新發現感到興奮,但需要流體動力學專家的幫助, Tai-Hsi Fan,準確地解釋這種蜂鳥微型泵的物理特性,並做出新的預測。

我們的研究顯示了蜂鳥如何真正飲用,並提供了第一個精確模擬其能量攝入量的數學工具。 這些發現將影響我們對其覓食決策,生態學和與其授粉的植物共同進化的理解。

我們正在研究我們的新模式與比較 花蜜蜂鳥喝多少野花,並看看之間的權衡 高效飲酒和戰鬥 對領土的支配要么是為了吸引女性,要么是為了吸引,要么是兩者兼而有之。

關於作者談話

rico gueva alejandroAlejandro Rico-Guevara是康涅狄格大學生態學和進化生物學研究員。 他是一位功能性形態學家,使用以花蜜餵養的鳥類作為研究模型來彌合我們對生態和共同進化模式的知識與其潛在機制之間的差距。 更多來自alejorico.com

Kristiina Hurme是康涅狄格大學生態學和進化生物學研究助理

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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