นกฮัมมิงเบิร์ดปากแดง (Chlorostilbon gibsoni) ตัวเล็กปากแดงตัวนี้กินดอกไม้หลายพันดอกต่อวัน Kristiina Hurme, CC BY-ND

นกฮัมมิ่งเบิร์ดใช้ชีวิตด้วยความเร็วที่เข้าใจยาก การแสดงผาดโผนของพวกเขาน่าทึ่งมาก คล่องแคล่ว ชอบแมลงมากกว่านก ขณะที่พวกเขาโผบินกลับหัวกลับหาง พวกเขากำลังพร่ามัวขณะที่พวกเขาแข่งกันระหว่างดอกไม้ เมื่อพวกเขาหยุดไปเยี่ยมชมดอกไม้ชั่วขณะ พวกเขากำลังเลีย 15 ถึง 20 ครั้งต่อวินาทีเพื่อดึงเชื้อเพลิงน้ำหวานของพวกมัน

{youtube}O_QyP810Riw{/youtube}

สิ่งที่ทำให้เราสนใจมากคือผลของการเลือกรับประทานอาหารง่ายๆ นี้: พวกเขาดื่มน้ำหวาน ดอกไม้แต่ละดอกไม่ได้ให้อะไรมากมาย ดังนั้นในการหาเลี้ยงชีพด้วยน้ำหวานปริมาณเล็กน้อยที่กระจายอยู่ทั่วป่า นกฮัมมิงเบิร์ดมีขนาดเล็ก เร็ว และซ่า

การกินน้ำหวานเป็นลักษณะเฉพาะของนกฮัมมิงเบิร์ด แต่จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้กลไกที่แน่นอนของวิธีการทำ ในการศึกษาใหม่ของเรา เราสามารถทำให้พวกเขาช้าลงในวิดีโอเพื่อดู วิธีที่พวกเขาดื่มน้ำหวานจริงๆ. และสิ่งที่เราพบค่อนข้างแตกต่างจากภูมิปัญญาดั้งเดิมตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ. 1800

การให้อาหารทางสายยาง?

ลิ้นผอมบางของนกฮัมมิงเบิร์ดมีความยาวพอๆ กับปากของพวกมัน พวกมันถูกดัดแปลงอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อให้เข้าถึงส่วนลึกของดอกไม้ มานานกว่า 180 ปีนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการดื่มน้ำหวานนกฮัมมิ่งเบิร์ดอาศัยการกระทำของเส้นเลือดฝอย แนวคิดก็คือลิ้นของพวกมันจะเติมน้ำหวานในลักษณะเดียวกับหลอดแก้วเล็กๆ ที่เติมน้ำอย่างเฉยเมย

ฟิสิกส์ของการกระทำของเส้นเลือดฝอยอาศัยสองแรง การยึดเกาะของโมเลกุลของเหลวกับผนังท่อทำให้ของเหลวปีนขึ้นไปด้านข้าง แรงตึงผิวยึดของเหลวไว้ด้วยกันและลากคอลัมน์ของไหลทั้งหมดขึ้นด้านบน

ลิ้นผอมยาวของนกฮัมมิงเบิร์ดมีร่องสองร่องไหลลงมาตรงกลาง และปลายลิ้นเป็นง่ามแผ่กระจายอยู่ในน้ำหวาน อเลฮานโดร ริโก-เกวารา CC BY-NDทฤษฎีการกระทำของเส้นเลือดฝอยมีความสมเหตุสมผลเนื่องจากลิ้นของนกฮัมมิงเบิร์ดมีร่องคล้ายท่อสองร่อง มันจะเป็นวิธีที่ง่ายและไม่โต้ตอบสำหรับน้ำหวานที่จะเดินทางขึ้นไปบนลิ้น

นกฮัมมิ่งเบิร์ดเร็วกว่านั้น

แต่จากการดูนกฮัมมิ่งเบิร์ดในตัวฉัน (ริโก-เกวารา) พื้นเมืองโคลัมเบีย เรารู้สึกว่าเส้นเลือดฝอยไม่เร็วพอที่จะให้ทันกับอาหารของนกฮัมมิงเบิร์ด เราทำนายว่า เส้นเลือดฝอยช้าเกินไป เพื่อพิจารณาอัตราการเลียอย่างรวดเร็วที่พบในนกฮัมมิงเบิร์ดที่อาศัยอยู่ฟรี จำไว้ว่าพวกมันสามารถระบายน้ำหวานของดอกไม้ได้ด้วยการเลีย 15 ครั้งภายในไม่กี่วินาที!

XNUMX ปีที่แล้ว พวกเราคนหนึ่ง (ริโก-เกวารา) และเพื่อนร่วมงาน มาร์กาเร็ต รูเบกา ท้าทายความเชื่อดั้งเดิม เกี่ยวกับการกระทำของเส้นเลือดฝอยเป็นครั้งแรก เราพบว่าปลายลิ้นที่แยกจากกันนั้นไม่คงที่ แต่แพร่กระจายอย่างรวดเร็วภายในน้ำหวาน โดยมีขอบเป็นฝอยที่เปิดออกเหมือนมือเล็กๆ เมื่อนกฮัมมิ่งเบิร์ดถอนลิ้นของมันออกจากน้ำหวาน ขอบเหล่านี้จะปิดสนิทเนื่องจากแรงตึงผิวทางกายภาพและ ความดัน Laplace, ดักน้ำหวานหยดลงในมือจับของพวกเขา. เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างลิ้นนี้ ปลายลิ้นจึงไม่อยู่ในรูปท่อที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเส้นเลือดฝอย

แล้วลิ้นที่เหลือเติมน้ำหวานได้อย่างไร?

เราออกเดินทางเพื่อศึกษาการผสมพันธุ์ของนกฮัมมิงเบิร์ดเพื่อดูว่านกเหล่านี้กำลังทำอะไรอยู่ที่ดอกไม้ เราต้องการวิธีวัดความหนาของลิ้นระหว่างกระบวนการดื่ม – ตรงไปตรงมา แต่ไม่ใช่งานง่าย

เราออกแบบดอกไม้ประดิษฐ์ซีทรูที่เราถ่ายด้วยกล้องสโลว์โมชั่น จากวิดีโอเหล่านี้ เราสามารถติดตามรูปร่างของลิ้นได้ตลอดวงจรการเลียทั้งหมด ส่วนที่ยากคือการโน้มน้าวให้นกฮัมมิงเบิร์ดป่าดื่มตามคำสั่ง เมื่อเวลาผ่านไป เราได้ฝึกฝนพวกมันโดยทำให้พวกมันคุ้นเคยกับอุปกรณ์ให้อาหารดอกไม้ปลอมและการตั้งค่าการถ่ายทำทั้งหมดของเรา

การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ผ่านวิดีโอสโลว์โมชั่น

เมื่อนกฮัมมิ่งเบิร์ดเสียบปากของมันเข้าไปในดอกไม้ มันยังคงต้องติดลิ้นยาวๆ ของมันให้ลึกเข้าไปข้างในเพื่อดูดน้ำหวานที่อยู่ภายใน หลังจากที่ลิ้นเต็มไปด้วยน้ำหวาน นกจะดึงลิ้นกลับเข้าไปในปาก นักวิจัยรู้แล้ว เพื่อเก็บน้ำหวานไว้ในจะงอยปาก นกฮัมมิงเบิร์ดจะบีบลิ้นด้วยปลายปากในขณะที่มันยื่นออกไปเพื่อเลียครั้งต่อไป ที่บีบและทำให้ลิ้นแบนออกไปโดยทิ้งน้ำหวานไว้ในปาก วิธีย้ายน้ำหวานจากปลายบิลไปยังตำแหน่งที่กลืนได้ ยังไม่ทราบ.

เพื่อศึกษากลไกการเติมลิ้น เราเน้นที่รูปร่างแบนๆ ของลิ้นที่แต่ละลิ้นเริ่มด้วย หากนกฮัมมิงเบิร์ดใช้เส้นเลือดฝอย เมื่อน้ำหวานเข้าไปในปากของนกแล้ว ลิ้นจะต้องฟื้นรูปร่างเหมือนหลอดทันทีก่อนที่จะสัมผัสน้ำหวานอีกครั้ง

โดยการศึกษาวิดีโอสโลว์โมชั่นของเราอย่างใกล้ชิดเกี่ยวกับนกที่กินดอกไม้โปร่งใส เราพบว่าลิ้นยังคงแบนหลังจากการบีบ แม้ว่าจะเดินทางผ่านอากาศไปถึงน้ำหวานเพื่อจิบอีกครั้ง มันไม่กลับไปเป็นรูปร่างเหมือนหลอดดื่มก่อนดื่มแบบเดิม

เราศึกษานกฮัมมิงเบิร์ด 18 สายพันธุ์ และจากการเลียหลายร้อยตัว เราพบว่าลิ้นยังคงแบนอยู่จนกระทั่งสัมผัสกับน้ำหวาน นี่เป็นข้อค้นพบที่สำคัญเนื่องจากแสดงให้เห็นว่าลิ้นไม่มีช่องว่างภายในที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเส้นเลือดฝอย สุดท้ายนี้ เราสามารถแยกแยะเส้นเลือดฝอยที่มีความสำคัญต่อการดื่มนกฮัมมิงเบิร์ดได้อย่างมั่นใจ

{youtube}QYoYQAbPXbU{/youtube}

วิธีที่พวกเขาสูบน้ำหวานใน

สิ่งที่เราพบเป็นมากกว่าการหักล้างเส้นเลือดฝอย นกฮัมมิงเบิร์ดชนกับวิธีที่ไม่คาดคิดในการเคลื่อนย้ายของเหลวอย่างรวดเร็วในระดับไมโครนี้: พวกเขา ลิ้นเป็นไมโครปั๊มยืดหยุ่น.

ร่องลิ้นของนกฮัมมิ่งเบิร์ดไม่ถึงคอ นกจึงใช้ไม่ได้ หลอดเล็ก. ด้วยเหตุผลนี้ แทนที่จะใช้สุญญากาศเพื่อสร้างการดูด ลองนึกภาพการดื่มน้ำมะนาวจากหลอดดูดดูสิ ระบบทำงานเหมือนปั๊มขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนโดยความสปริงของลิ้น นกบีบลิ้นให้แบน และเมื่อมันเปิดออก การขยายตัวนี้จะดึงน้ำหวานเข้าไปในร่องในลิ้นของมันอย่างรวดเร็ว ปรากฎว่าเป็นพลังงานยืดหยุ่น ซึ่งเป็นพลังงานกลที่อาจเกิดขึ้นจากการแบนของลิ้น ซึ่งช่วยให้นกฮัมมิงเบิร์ดเก็บน้ำหวานได้เร็วกว่าการใช้เส้นเลือดฝอย

ขณะที่ลิ้นเคลื่อนไปในอากาศ พลังงานยืดหยุ่นที่บรรจุเข้าไปในผนังร่องในระหว่างการทำให้เรียบจะถูกอนุรักษ์ไว้โดยชั้นของเหลวที่เหลืออยู่ภายในร่องซึ่งทำหน้าที่เป็นสารยึดติด เมื่อลิ้นสัมผัสกับน้ำหวาน ปริมาณของเหลวจะช่วยให้ปล่อยพลังงานยืดหยุ่นซึ่งขยายร่องและดึงน้ำหวานเพื่อเติมลิ้น

ในขณะที่นกฮัมมิงเบิร์ดดื่ม เลียแต่ละตัวจะเก็บน้ำหวาน ในขณะที่เตรียมปั๊มลิ้นอย่างรวดเร็วสำหรับการเลียครั้งต่อไป อเลฮานโดร ริโก-เกวารา CC BY-NDในฐานะนักชีววิทยา เรารู้สึกตื่นเต้นกับการค้นพบครั้งใหม่นี้ แต่ต้องการความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญด้านพลศาสตร์ของไหล ไท-ซี ฟานเพื่ออธิบายฟิสิกส์ของเครื่องสูบน้ำขนาดเล็กของนกฮัมมิงเบิร์ดอย่างแม่นยำ และทำการคาดการณ์ใหม่

งานวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่านกฮัมมิงเบิร์ดดื่มอย่างไร และเป็นเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ชิ้นแรกในการจำลองการบริโภคพลังงานของพวกมันอย่างแม่นยำ การค้นพบเหล่านี้จะส่งผลต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการตัดสินใจหาอาหาร นิเวศวิทยา และวิวัฒนาการร่วมกับพืชที่ผสมเกสร

การวิจัยอย่างต่อเนื่องของเราเปรียบเทียบโมเดลใหม่ของเรากับ นกฮัมมิ่งเบิร์ดดื่มน้ำหวานมากแค่ไหนที่ดอกไม้ป่าและดูการประนีประนอมระหว่าง ดื่มอย่างมีประสิทธิภาพและต่อสู้ เพื่อครอบครองดินแดนเพื่อดึงดูดตัวเมีย ให้อาหาร หรือทั้งสองอย่าง

เกี่ยวกับผู้เขียน

Alejandro Rico-Guevara เป็นนักวิจัยด้านนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการที่มหาวิทยาลัยคอนเนตทิคัต เขาเป็นนักสัณฐานวิทยาที่ใช้งานได้โดยใช้นกที่กินน้ำหวานเป็นแบบจำลองการศึกษาเพื่อเชื่อมช่องว่างระหว่างความรู้ของเราเกี่ยวกับรูปแบบนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการร่วมกันและกลไกพื้นฐานของพวกมัน เพิ่มเติมได้ที่ alejorico.com

Kristiina Hurme เป็นผู้ร่วมวิจัยด้านนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการที่ University of Connecticut

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at

ขอบคุณสำหรับการเยี่ยมชม InnerSelf.comที่ไหนมี 20,000 + บทความเปลี่ยนชีวิตส่งเสริม "ทัศนคติใหม่และความเป็นไปได้ใหม่" บทความทั้งหมดได้รับการแปลเป็น 30+ ภาษา. สมัครรับจดหมายข่าว ถึงนิตยสาร InnerSelf ซึ่งตีพิมพ์ทุกสัปดาห์ และ Daily Inspiration ของ Marie T Russell นิตยสาร InnerSelf ได้รับการตีพิมพ์ตั้งแต่ปี 1985