Nowe badania naukowe pogłębiają naszą wiedzę na temat interakcji gatunków żywiących się nektarem ze swoim środowiskiem i ich rozwoju
Chociaż nektar jest podstawowym źródłem energii dla kolibrów i pszczół, dwóch dobrze znanych gatunków nektarożerców, jego spożywanie nie jest wcale łatwym zadaniem. Lepkość nektaru może się znacznie różnić w zależności od stężenia cukru, które z kolei może się różnić w zależności od gatunku rośliny, a nawet poszczególnych kwiatów. Aby poradzić sobie z tą zmiennością, zwierzęta nektarożerne rozwinęły wyrafinowane mechanizmy skutecznego wychwytywania nektaru. Na przykład, języki kolibrów i pszczół składają się z małych, elastycznych struktur, które są znacznie mniejsze niż wynosi długość kapilar. Języki kolibrów są długie, smukłe i rozdwojone na końcu; tworzą dwie otwarte rurki, które szybko zasysają ciecz, wykorzystując zjawisko kapilarne. Z kolei języki pszczół pokryte są drobnymi włoskami, które otwierają się po zanurzeniu w nektarze, podobnie do włosia pędzla, umożliwiając im skuteczne zbieranie nektaru. „Co ciekawe, pomiary in vivo wykazały, że istnieje optymalne stężenie cukru w nektarach, które maksymalizuje tempo pobierania energii przez nektarożerców, co oznacza maksymalną ilość kalorii spożywanych w jednostce czasu”, zauważa Fabian Brau, koordynator finansowanego przez UE projektu BioCapSoft. „Ta optymalna wielkość stężenia różni się między pszczołami i kolibrami, a nawet między różnymi gatunkami pszczół. Dlatego kwiaty wytwarzające nektar o stężeniu cukru zbliżonym do tego optimum są dla tych stworzeń najlepszym źródłem pokarmu”.
Badanie skomplikowanych zjawisk transportu cieczy
Jednak te strategie spożywania nektaru przez nektarożerców są trudne do bezpośredniej obserwacji – pobieranie nektaru jest procesem trwającym zwykle kilka sekund i obejmuje mikroskopowe struktury i siły. „Naszym głównym celem było lepsze zrozumienie mechanizmów fizykochemicznych umożliwiających nektarożercom skuteczne pobieranie lepkiego płynu dzięki hierarchicznej budowie ich miękkich języków”, zauważa Emmanuel Siéfert, członek projektu, który otrzymał dofinansowanie z działania „Maria Skłodowska-Curie”. Stypendysta działania przeprowadził proste eksperymenty, aby uchwycić główne zjawiska fizyczne zachodzące w tym procesie. Zaproponowane modele i eksperymenty odegrały kluczową rolę w odkrywaniu dotychczas nieudokumentowanych zjawisk. „Ujawniliśmy na przykład podkrytyczne przejście do koalescencji, co jest procesem opisującym, jak zachowują się częściowo zanurzone struktury elastyczne po wyjęciu z kąpieli wodnej”, wyjaśnia Siéfert. Ponadto badacz sprawdził, w jaki sposób prędkość wycofywania z kąpieli wodnej wpływa na siłę przyciągania kapilarnego (zjawisko zwane efektem Cheerios) oraz w jaki sposób impregnowane żebrowane (miękkie) arkusze spontanicznie zwijają się, gdy ciecz impregnująca odparowuje. Inne modele są optymalizowane w celu uzyskania miękkich arkuszy o najlepszej optymalnej zdolności zatrzymywania cieczy, co umożliwia transport płynów na małą skalę. Siéfert bierze obecnie udział w badaniu zjawiska wychwytywania płynu przez bardziej złożone elastyczne struktury (pędzle i odpowiednio zaprojektowane arkusze), które pod tym względem przypominają analizowane systemy biologiczne, w tym języki nektarożerców.
Cenne wyniki dotyczące morfologii języka i stężenia cukru
Do tej pory w ramach projektu BioCapSoft opublikowanych zostało pięć artykułów, a trzy kolejne są w przygotowaniu, przynosząc fundamentalne wyniki w zakresie zjawisk elastokapilarnych. Wyniki projektu mogą pomóc nam lepiej zrozumieć sposób, w jaki kolibry zbierają nektar i ujawnić związek między optymalnym stężeniem cukru pozwalającym zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne a morfologią ich języka. „W podobny sposób ostatnie badania wykazały, że optymalne stężenie cukru w przypadku pszczół odpowiada formatowi maleńkich włosków na ich językach”, stwierdza Siéfert. „Oznacza to, że badając prosty obraz języka pszczoły spod skaningowego mikroskopu elektronowego, możemy oszacować idealne stężenie cukru dla tego gatunku”, podkreśla Brau. „W rezultacie możemy określić, które kwiaty najlepiej nadają się dla określonych gatunków pszczół – tych, które wytwarzają nektar o stężeniu cukru zbliżonym do optymalnego”.
Słowa kluczowe
BioCapSoft, język, pszczoła, kapilara, koliber, nektar, nektarożerca
