Comment les colibris dessinent-ils dans le nectar?

Comment les colibris dessinent-ils dans le nectar?Ce petit colibri émeraude à bec rouge (Chlorostilbon gibsoni) se nourrit de milliers de fleurs par jour. Kristiina Hurme, CC BY-ND

Colibris vivent la vie à des vitesses incompréhensibles. Leurs vols acrobatiques sont étonnants, manœuvres plus comme des insectes que des oiseaux comme ils voltigent autour, volant à l'envers et même en arrière. Ils sont un flou dans leur course entre les fleurs. Quand ils ne pause pour visiter une fleur momentanément, ils léchant 15 à 20 fois par seconde pour extraire leur combustible de nectar.

Ce qui les rend si intrigants est le résultat de ce simple choix diététique: ils boivent du nectar. Chaque fleur n'offre pas beaucoup, donc pour vivre de petites quantités de nectar disséminées dans la forêt, les colibris sont minuscules, rapides et fougueux.

Se nourrissant de nectar est la définition de la caractéristique de colibris, mais jusqu'à présent, les scientifiques ne connaissait pas les mécanismes exacts de la façon dont ils le font. Dans notre nouvelle étude, nous avons réussi à les ralentir sur la vidéo pour voir comment ils boivent vraiment du nectar. Et ce que nous avons trouvé était tout à fait différent de la sagesse conventionnelle depuis les 1800.

Tube alimentation?

langues skinny Colibris sont sur la même longueur que leurs factures. Ils sont parfaitement adaptés pour atteindre en profondeur dans une fleur. Pour plus de 180 année, les scientifiques pensaient que pour boire du nectar, les colibris comptaient sur l'action capillaire. L'idée était que leurs langues se rempliraient de nectar de la même manière qu'un petit tube de verre se remplit passivement d'eau.

La physique de l'action capillaire repose sur deux forces. L'adhérence des molécules liquides aux parois du tube, fait monter le liquide sur les côtés. La tension de surface contient le liquide ensemble et entraîne toute la colonne de liquide vers le haut.

colibri lick2Longue langue maigre d'un colibri a deux rainures qui descendent au milieu, et se termine par un bout fourchu qui se propage à l'intérieur du nectar. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDLa théorie de l'action capillaire fait sens puisque la langue d'un colibri comporte deux rainures en forme de tube. Ce serait une façon simple, passive pour le nectar de voyager jusqu'à la langue.


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Les colibris sont plus rapides que

Mais de regarder les colibris dans mon (Rico-Guevara'sen Colombie natale, nous avons senti que la capillarité n'était pas assez rapide pour suivre l'alimentation des colibris. Nous avons prédit que la capillarité était trop lente pour tenir compte des taux de léchage rapide observés chez les colibris libres. Rappelez-vous, ils peuvent drainer le nectar d'une fleur avec des léchettes 15 en moins d'une seconde!

Il y a quatre ans, l'un d'entre nous (Rico-Guevara) et collègue Margaret Rubega contesté les croyances conventionnelles à propos de l'action capillaire pour la première fois. Nous avons montré que les extrémités de la langue fourchue ne sont pas statiques, mais se répandent de façon spectaculaire à l'intérieur du nectar, avec des bords frangés qui s'ouvrent comme de minuscules mains. Lorsque le colibri retire sa langue du nectar, ces franges se ferment en raison des forces physiques de tension de surface et Laplace de pression, piégeant des gouttes de nectar dans leurs prises. En raison de cette transformation de la forme de la langue, les extrémités de la langue ne restent pas dans la forme de tube nécessaire pour l'action capillaire.

Alors, comment le reste de la langue se remplit-il de nectar?

Nous avons entrepris d'étudier un mélange d'espèces de colibris pour voir ce que ces oiseaux faisaient vraiment aux fleurs. Nous avions besoin d'un moyen de mesurer l'épaisseur d'une langue pendant le processus de consommation - simple, mais pas facile.

Nous avons conçu des fleurs artificielles transparentes que nous avons filmées avec des caméras au ralenti. À partir de ces vidéos, nous pourrions ensuite suivre la forme de la langue tout au long du cycle de léchage. La partie difficile était de convaincre les colibris sauvages à boire sur commande. Au fil du temps, nous les avons formés en les habituant aux fausses fleurs et à notre installation de tournage.

Science Discovery via la vidéo au ralenti

Quand un colibri insère son projet de loi en une fleur, il a encore besoin de coller sa longue langue plus à l'intérieur pour obtenir le nectar dedans. Après la langue remplit de nectar, l'oiseau se rétracte la langue à l'intérieur du projet de loi. Les chercheurs savaient déjà que pour garder le nectar à l'intérieur du bec, le colibri serre la langue avec les becs de bec pendant qu'il est prolongé pour le prochain coup de langue. Cela comprime et aplatit la langue à sa sortie, laissant le nectar à l'intérieur du projet de loi. La façon dont le nectar est déplacé de l'extrémité de la facture à l'endroit où il peut être avalé reste inconnu.

Pour étudier le mécanisme de remplissage de la langue, nous nous sommes concentrés sur la forme aplatie de la langue avec laquelle chaque langue commence. Si les colibris utilisaient la capillarité, une fois que le nectar avait pénétré dans la bouche de l'oiseau, la langue devait immédiatement retrouver sa forme tubulaire avant de toucher à nouveau le nectar.

En étudiant de près nos vidéos au ralenti des oiseaux potable aux fleurs transparentes, nous avons vu que la langue est resté aplati après la compression même si elle a voyagé à travers l'air pour atteindre le nectar pour une autre gorgée. Il n'a pas revenir brusquement à sa forme originale en forme de tube pré-boisson.

Nous avons étudié 18 espèces de colibris, et des centaines de coups de langue, nous avons constaté que la langue est resté aplati jusqu'à ce qu'il touche le nectar. Ce fut une découverte clé, car il a montré que la langue n'a pas eu l'espace vide à l'intérieur nécessaire à l'action capillaire pour travailler. Enfin, nous pouvons en toute confiance exclure capillarité aussi important pour colibri potable.

Comment ils pompent vraiment le nectar

Ce que nous avons trouvé ne se limite pas à démystifier la capillarité. Les colibris ont trouvé une façon inattendue de déplacer le liquide très rapidement à cette échelle micro: leur langues sont micropompes élastiques.

Les rainures dans la langue colibri ne parviennent pas à la gorge, de sorte que l'oiseau ne peut pas les utiliser comme pailles minuscules. Pour cette raison, au lieu d'utiliser le vide pour générer aspiration - imaginez boire de la limonade sur une paille - le système fonctionne comme une petite pompe, alimentée par l'élasticité de la langue. L'oiseau écrase la langue plate, et quand elle jaillit ouverte, cette expansion tire rapidement le nectar dans les rainures dans sa langue. Il se trouve cette énergie élastique - énergie mécanique potentielle emmagasinée par l'aplatissement de la langue - qui permet aux colibris recueillent le nectar beaucoup plus rapidement que si elles comptaient sur capillarité.

Pendant que la langue se déplace dans l'air, l'énergie élastique chargée dans les parois de la rainure pendant l'aplatissement est conservée par une couche de liquide restante à l'intérieur des rainures agissant comme un adhésif. Lorsque la langue touche le nectar, l'apport de fluide permet la libération de l'énergie élastique qui dilate les rainures et tire le nectar pour remplir la langue.

0316817155Comme un colibri boit, chaque lèche recueille le nectar, tout en préparant rapidement la pompe de la langue pour le prochain coup de langue. Alejandro Rico-Guevara, CC BY-NDEn tant que biologistes, nous étions excités par cette nouvelle découverte, mais avions besoin de l'aide d'un expert en dynamique des fluides, Tai-Hsi Fan, d'expliquer avec précision la physique de cette micro-pompe colibri, et de faire de nouvelles prédictions.

Notre recherche montre comment les colibris boivent vraiment, et fournit les premiers outils mathématiques pour modéliser avec précision leur apport énergétique. Ces découvertes influenceront notre compréhension de leurs décisions de recherche de nourriture, de l'écologie et de la coévolution avec les plantes qu'elles pollinisent.

Notre recherche en cours compare notre nouveau modèle avec combien de colibris nectar boivent aux fleurs sauvages, et examine les compromis entre boire efficacement et se battre pour dominer les territoires, soit pour attirer les femelles, soit pour les nourrir, soit les deux.

A propos de l'auteurLa Conversation

rico gueva alejandroAlejandro Rico-Guevara est chercheur associé en écologie et biologie évolutive à l'Université du Connecticut. Il s'agit d'un morphologiste fonctionnel qui utilise des oiseaux qui se nourrissent de nectar comme modèle d'étude pour combler le fossé entre nos connaissances des modèles écologiques et coévolutif et leurs mécanismes sous-jacents. Plus à alejorico.com

Kristiina Hurme est chercheuse associée en écologie et biologie évolutionniste à l'Université du Connecticut

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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