蜂鸟的喙细长而纤细,略似吸管。这些鸟从花朵和喂食器中提取花蜜的迅速动作可能会产生喙像吸管一样工作的错觉。然而,最近的研究表明,这一类比并不十分准确。
由华盛顿大学生物学助理教授亚历杭德罗·里科-奎瓦拉(Alejandro Rico-Guevara)主导的《皇家学会接口学报》的最新在线出版物,揭示了蜂鸟喙的意外灵活性。研究结果显示,蜂鸟在饮水时能够迅速操控喙的不同部分,同时用舌头进行复杂且协调的运动,以快速吸取花蜜。
尽管这些快速的动作可能很难被人眼察觉,但它们对于蜂鸟的生存至关重要。
“绝大多数蜂鸟在空中悬停时获取花蜜,”里科-奎瓦拉解释说,他还担任华盛顿大学伯克自然历史与文化博物馆的鸟类学馆长。“悬停需要大量能量;以适中的速度直线移动要轻松得多。因此,蜂鸟努力在从困难的地方快速进食时节省能量,这需要速度和有效性的特殊适应。”
之前的研究已经确定,蜂鸟在饮用花蜜时会迅速伸出舌头,但其喙在这一进食过程中的具体作用并没得到很好理解。研究团队收集了来自哥伦比亚、厄瓜多尔和美国的不同蜂鸟种类在透明喂食器上进食的高速视频。通过分析这些录像,并将其与耶鲁大学皮博迪博物馆的蜂鸟标本的微型CT扫描数据结合,他们揭示了进食过程中复杂的喙部运动:
- 蜂鸟通过稍微张开喙的尖端伸出舌头。
- 一旦舌头收集到花蜜,喙的尖端会闭合。
- 为了将花蜜吸入喙内,中部保持紧闭,而基部则稍微张开。
- 最后,尖端再次打开以再次伸出舌头,这一过程许多蜂鸟种类可以每秒重复10-15次。
蜂鸟拥有独特的舌头结构,有时类似复杂的折纸设计,非常适合捕捉花蜜。这项最新研究强调了喙在饮水中的重要作用,揭示了其尽管看似刚性却出乎意料的灵活程度。
“我们已经知道蜂鸟的喙具有一定的灵活性,例如在捕捉猎物时下喙的弯曲,”里科-奎瓦拉指出。“现在,我们明白喙在拉动舌头提取的花蜜中发挥着积极而重要的作用。”
此外,喙的功能使蜂鸟与众不同,因为它们利用两种不同的方法来收集和运输液体:一种是狗和猫常用的舔舐机制(称为库埃特流),另一种是基于吸力的波依流见于蚊子进食或人类使用吸管。大多数动物只使用其中一种方法,但蜂鸟是两种方法兼而有之的特殊情况。
“很合理地说,它们需要两种技术来快速有效地获取花朵深处的花蜜,”里科-奎瓦拉补充道。
未来的研究可能会集中在识别促进这些运动的肌肉,并考察喙的灵活性如何受到其捕虫等其他功能的影响。
“随着花朵进化出各种形状和大小,蜂鸟的喙也作出了相应的适应,”里科-奎瓦拉说道。“每当我们解决一个关于蜂鸟适应性的问题时,新的问题随之而来。仍有许多东西待发现。”
该研究的合作者包括加利福尼亚州立大学圣马科斯分校的副教授迭戈·苏斯塔(Diego Sustaita);华盛顿大学生物学助教教授克里斯提娜·赫尔梅(Kristiina Hurme);独立研究员詹妮·汉娜(Jenny Hanna);康奈尔大学副教授郑性焕(Sunghwan Jung);以及剑桥大学教授丹尼尔·菲尔德(Daniel Field)。该研究得到了华盛顿大学生物学系沃尔特·哈普林捐赠教授职称、华盛顿研究基金会以及英国研究与创新的资助。