蜂鸟的整个生存策略都围绕着运动。由于它们无法在一个花朵上停留太久,它们进化出了一种快速饮用花蜜的方法。
一项使用超慢动作视频的新研究表明,它们的舌头以一种与以往认为的截然不同的方式完成这项工作。蜂鸟的舌头不是利用毛细作用吸取花蜜,而是以一种非常意想不到的方式“泵送”液体。这一发现颠覆了生物学家一个多世纪以来的认知。
舌尖的奇迹
鸟类的舌头与哺乳动物的舌头非常不同;它们不那么肉感,舌尖也没有肌肉。蜂鸟的舌头甚至更奇怪;它们舌尖分叉,每个分叉都呈凹槽状,边缘向内卷曲,在两侧形成一个管状结构。由于这对微小的管子,许多生物学家曾认为花蜜只是通过一种称为毛细作用的被动过程沿着管子流上去。这与纸巾和海绵吸收水分的机制相同。
生物学家喜欢用毛细作用模型来解释蜂鸟的饮水方式,因为描述它的方程很容易纳入更大的模型中,从而预测蜂鸟的觅食方式。这似乎也说得通。问题在于,毛细作用模型预测的花蜜摄入量并不总是与生物学家在野外观察到的蜂鸟行为相符。
生物学家 Alejandro Rico-Guevara 说:“我感觉有些不对劲。”他还补充道:“人们没有审视这个基本假设,因为它已经被确立了很长时间,很难相信它是错误的。”
高速下的蜂鸟
Rico-Guevara 和他的同事们与一位机械工程师合作,利用高速摄像机研究蜂鸟的进食。他们建造了透明的人工花朵,以便相机能够看到花朵内部发生的情况,然后设置了灯光和相机,并等待着。
Rico-Guevara 说:“这不仅是设置所有设备的挑战,也是说服野生蜂鸟在那里进食的挑战。”
但是,18 种蜂鸟最终确实在透明花朵上进食了,相机看到了与毛细作用完全不同的机制在起作用。
Rico-Guevara 说:“我们发现,实际上存在一个微型泵,它改变了整个舌头的形状,而这种舌头形状的改变实际上是将液体吸入。”
它的工作原理是这样的:在进食时,蜂鸟的舌头每秒会伸出和缩回嘴部十五到二十次。当蜂鸟在每次舔舐结束时将舌头缩回嘴里时,它的嘴巴会从上方和下方挤压舌头,将末端两个管子里的花蜜挤出来。当鸟再次伸出舌头时,管子就能膨胀。压缩管子会在其壁中储存势能,因此当管子再次膨胀时,这种能量就会释放出来,将花蜜吸入。每次鸟压迫舌头以释放新的一口花蜜时,它也在为下一口花蜜重新设置泵。
研究人员将他们的结果发表在《英国皇家学会学报 B》上。
相似的物种
蜂鸟可能不是唯一进化出这种进食机制的物种。
Rico-Guevara 说:“还有其他鸟类也进化出了以花蜜为食的能力,并且它们的舌头形状也很相似。”
例如,吸蜜鸟(honeyeaters)的舌尖看起来像刷毛,而吸蜜啄花鸟(flowerpiercers)的舌头则看起来像蜂鸟舌头的倒置版本。Rico-Guevara 目前正在研究其他以花蜜为食的鸟类的舌头与蜂鸟的舌头在工作原理上有什么相似或不同之处。
Rico-Guevara 表示,这项研究有助于生物学家理解蜂鸟是如何进化的,以及它们可能会如何受到环境变化的影响。毕竟,要开发关于蜂鸟觅食的预测模型,了解它们实际的进食方式非常重要。而了解蜂鸟奇特而巧妙的舌头,也可能有助于工程师开发出像鸟类舌头一样能作为微型泵的弹性壁柔性管。
Rico-Guevara 说:“这是一种意想不到的、在微小尺度上移动流体的新方式。我们的工作是描述这种机制,然后工程师们肯定会来思考它有什么用途。”














