Kolibrin hoikka kieli on ollut väärinymmärretty jo yli 180 vuotta, todetaan uudessa tutkimuksessa.
Vuodesta 1833 lähtien tiedemiehet ovat luulleet, että kolibrin kieli käyttää kapillaarivaikutusta – ilmiötä, jossa neste virtaa kapeilla alueilla jopa painovoiman vastaisesti työskennellen – kukka-nektarin siemaisemiseen. Tutkijat saivat tämän kiehtovan (mutta väärän) käsityksen, koska linnuilla on kielissään pitkät uurteet, jotka näyttävät avoimilta sylintereiltä, sanoo Alejandro Rico-Guevara, uuden tutkimuksen johtava tutkija ja Connecticutin yliopiston funktionaalisen morfologian tutkija.
Mutta kapillaaritoiminta on hidasta ainakin kolibrin mittapuulla. Uuden tutkimuksen tutkijat totesivat suurnopeusvideoiden avulla, että kolibrin kielet toimivat elastisina mikropumppuina, joiden avulla linnut voivat ruokkia nopealla nopeudella, Rico-Guevara sanoi.
Vähemmistö ihmisistä tuntee yksinkertaiset pumput – esimerkiksi juomapillin. Kun ihmiset siemailevat juomaa pillin läpi, he vääntävät poskiaan luodakseen pillissä tyhjiön ja imevät nesteen ylös, Rico-Guevara sanoi.
Kolibrin kieli toimii hieman samalla tavalla, mutta ilman tyhjiötä. Hypättyään kohti kukkaa kolibri litistää ojennetun kielensä, ja ”puristettu kieli pysyy litistettynä, kunnes se koskettaa nektaria”, tutkijat kirjoittivat tutkimuksessa. ”Kosketuksen jälkeen nektarin pintaan kieli muotoutuu uudelleen ja täyttyy kokonaan nektarilla.”
Nektarin vetämiseksi kielen yläosa (se osa, joka on lähempänä suuta) taipuu, joten se ei ole enää litteä, ja tämä taipuminen varastoi elastista energiaa, Rico-Guevara sanoi. Tämä energia auttaa hänen mukaansa vetämään nektaria kukasta linnun suuhun.
”Näytämme, että kieli toimii elastisena mikropumppuna”, tutkijat sanovat. ”Kielen kärjessä oleva neste ajetaan kielen uriin voimien vaikutuksesta, jotka johtuvat kielen lähempänä suuta sijaitsevan kokoonpainuneen osan uudelleenlaajenemisesta.”
Tämän nopean tekniikan avulla lintu voi tyhjentää kukasta viidestä kymmeneen pisaraa nektaria 15 millisekunnissa (noin sekunnin sadasosassa), Rico-Guevara sanoi.
Läpinäkyvät kukat
Kokeen järjestäminen kesti Rico-Guevaran mukaan viisi vuotta, ja siihen kuului ”kukkien” rakentaminen, joihin tutkijat pystyivät kurkistamaan.
”Kun nokka menee kukan sisälle, et näe lainkaan, mitä kukan sisällä tapahtuu”, Rico-Guevara kertoi Live Science -lehdelle. ”Ensimmäinen haasteeni oli tehdä läpinäkyviä kukkia.”
Hän käytti pieniä lasiputkia, täytti ne keinotekoisella nektarilla ja asetti nopeat videokamerat putkien lähelle. Tämä asetelma toistettiin useissa paikoissa, kuten Connecticutissa, Texasissa, Kaliforniassa, Ecuadorissa, Kolumbiassa ja Brasiliassa.
”Yritin saada mahdollisimman monenlaisia kolibreja”, Rico-Guevara sanoi. ”En vain saadakseni eri lajeja, vaan myös hulluja ja äärimmäisiä, jotta voisin yleistää, mitä tapahtuu”, kun ne ruokailevat.
Kokonaisuudessaan hän kuvasi 96 ruokailukertaa, joissa 32 lintua 18 lajista nuoli keinotekoista nektaria läpinäkyvistä putkista.
Tutkijat käyttivät tuntikausia kuvamateriaalin tutkimiseen. Vuonna 2011 he julkaisivat tutkimuksen, jossa he selittivät, että kolibrin kieli ei ole kapillaariputki, vaan se toimii nesteen pidättämisen avulla. He eivät kuitenkaan vieläkään tienneet tarkalleen, miten se toimii. Uudessa tutkimuksessa tutkijat selittivät, että kieli on pieni pumppu, joka voi vetää sisään nektaria.
Rico-Guevara kehitti kaksi tietokonemallia yhdessä Connecticutin yliopiston konetekniikan apulaisprofessorin ja nestedynamiikan asiantuntijan Tai-Hsi Fanin kanssa selvittääkseen, miten kolibrin kieli toimii. Toinen malli edusti kapillaaritoimintaa, ja toinen jäljitteli elastista mikropumppua.
”Käänsimme kaikki palaset matematiikaksi luodaksemme ennusteita, joita voisimme testata”, Rico-Guevara sanoi. ”Yhteensopivuus oli todella hyvä elastisen mikropumpun kanssa, joten olimme hyvin tyytyväisiä.”
Mallit osoittivat, että jos kolibrit käyttäisivät kapillaarista toimintaa luonnossa, niiden pitäisi hidastaa vauhtia huomattavasti, hän sanoi. Elastisen mikropumppumenetelmän avulla kolibrit voivat nuolla kukkaa jopa 20 kertaa sekunnissa eli 20 hertsin nopeudella.
”Mutta jos ne käyttäisivät kapillaarisuutta, niiden pitäisi hidastaa sitä 5 hertsiin”, Rico-Guevara sanoi. ”Mikä on edelleen melko nopeaa, mutta kun olet tuolla ulkona ja sinulla on niin paljon painetta , jokainen millisekunti on tärkeä.”
Löydös saattaa saada tutkijat tarkastelemaan olemassa olevaa kolibritutkimusta uudelleen. Esimerkiksi aiemmissa tutkimuksissa esitettiin, että joissakin kukissa kehittyy laimeaa nektaria, jota kolibrin on helpompi kuluttaa kapillaarisesti kuin väkevää nektaria.
Mutta jos kolibrit eivät käytä kapillaarista toimintaa, on epäselvää, miksi tietyissä kukissa on laimeaa nektaria, Rico-Guevara sanoi. (Laimennusasteilla ei ole paljon väliä elastisessa mikropumppumenetelmässä, hän sanoi.)
”Meidän on kehitettävä mallit uudelleen ja katsottava, miksi noissa kukissa on yleensä nuo pitoisuudet”, Rico-Guevara sanoi.
Tutkimus julkaistaan verkossa keskiviikkona (19.8.) Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences -lehdessä.
Tseuraa Laura Geggeliä Twitterissä @LauraGeggel. Seuraa Live Sciencea @livescience, Facebook & Google+. Alkuperäinen artikkeli Live Science -sivustolla.