Flamingos stojący spokojnie w płytkim alkalicznym jeziorze z zanurzonymi głowami może wydawać się łatwiejsze karmienie, ale pod powierzchnią wiele się dzieje.
Poprzez badania chilijskich flamingów w zoo w Nashville i analiza modeli drukowanych 3D z ich stóp i rachunków w kształcie litery L, naukowcy udokumentowali, w jaki sposób ptaki używają swoich stóp, głów i dziobów, aby stworzyć burzę wirujących tornados lub wir, w wodzie, aby skutecznie skoncentrować się i złożyć podwyżkę.
„Flamingos są w rzeczywistości drapieżnikami, aktywnie szukają zwierząt poruszających się w wodzie, a problemem, z którym się spotykają, jest skoncentrowanie tych zwierząt, połączenie ich i karmienia” – powiedział Victor Ortega Jiménez, adiunkt biologii integracyjnej na Uniwersytecie Kalifornii w Berkeley, który specjalizuje się w biomechanice. „Pomyśl o pająkach, które produkują sieci do pułapki owadów. Flamingos używają wirów do pułapki zwierząt, takich jak krewetki solankowe”.
Ortega Jiménez i współpracownicy z Georgia Institute of Technology w Atlancie; Kennesaw State University w Marietta, Georgia (KSU-Marietta); Zoo w Nashville opublikuje swoje ustalenia w tym tygodniu w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
Naukowcy odkryli, że Flamingos używają swoich dyskietowanych opasowych stóp, aby uruchomić dolny osad i napędzać je do przodu w spirach, które ptaki wyciągają na powierzchnię, szarpiąc głowy w górę jak pałki, tworząc mini tornados. Przez cały czas głowy ptaków pozostają do góry nogami w wodnym wirowym, a ich kątowe dzioby gadają, tworząc mniejsze wiry, które kierują osadem i jedzeniem do ust, gdzie jest napięty.
Dzernny flamingo jest wyjątkowy, gdy jest spłaszczony na kątowym przednim końcu, tak że gdy głowa ptaka jest do góry nogami w wodzie, płaska część jest równoległa do dna. To pozwala Flamingo zastosować inną technikę zwaną Skuming. Obejmuje to użycie długiej, w kształcie litery S szyi do wypychania głowy do przodu, jednocześnie szybkie klaszczenie dziobu, tworząc wiry przypominające arkusz-von Kármán-to pułapka ofiary.
Ortega Jiménez powiedziała, że ten pakiet aktywnych zachowań żywieniowych uważa reputację Flamingo jako pasywnego podajnika filtra.
„Wygląda na to, że filtrują tylko pasywne cząstki, ale nie, te zwierzęta faktycznie zabierają zwierzęta, które się poruszają” – powiedział.
Zasady, które odkrył, można wykorzystać do projektowania lepszych systemów do koncentracji i ssania drobnych cząstek, takich jak mikroplastyka, z wody; Lepsze filtry samoczyszczące, oparte na rozmowach; Lub roboty, które, podobnie jak Flamingos, mogą chodzić i biegać w błocie.
Gadanie
Ortega Jiménez, pochodząca z Puebla w Meksyku, zafascynowała się karmieniem Flamingos podczas wizyty w Zoo Atlanta z żoną i córką przed pandemią Covid-19. Filmując zachowanie żywieniowe ptaków, obserwował tylko fale na powierzchni.
„Nie wiemy nic o tym, co dzieje się w środku. To było moje pytanie” – powiedział.
W tym czasie, który jest postoktorantką na Kennesaw State University w Gruzji, Ortega Jiménez skupił się na karmieniu Flamingo jako swojego kolejnego projektu badawczego. Patrzy, jak powiedział, jako współczesny przyrodnik darwiniański, badając zachowanie zwierząt wszystkich typów, od nicień i much po springtails i ptaki, koncentrując się na tym, jak zwierzęta wchodzą w interakcje i manipulują otoczeniem, w tym powietrze, wodę i pola elektromagnetyczne.
Ze stanu Kennesaw przeprowadził się do Georgia Institute of Technology, aby pracować w laboratorium Saad Bhamla, gdzie współpracował z inżynierami, i uzyskał dostęp do chilijskich flamingów w zoo w Nashville. Zespół nakręcił je karmiącą dużą tacą, używając lasera do oświetlania pęcherzyków gazowych w wodzie, aby zobaczyć wiry stworzone przez głowy i dzioby zwierząt.
Po przeprowadzce na University of Maine w Orono jako asystent profesora, Ortega Jiménez udoskonaliła modele wydrukowane w 3D z dziobem i stopą, aby dokładniej zbadać ruch wody i cząstek podczas klaszczenia dziobu lub „gadania”, których ptaki używają podczas jedzenia.
W 2024 r. Ponownie przeniósł się do UC Berkeley, gdzie przeprowadził eksperymenty, aby zobaczyć, jak skuteczne było rozmowy i tupanie stóp w rejestrowaniu żywych krewetek solanki. Nowy artykuł podsumowuje całą tę współpracę.
W UC Berkeley przymocował prawdziwy dziob Flamingo do siłownika, aby symulować gadanie i dodał małą pompę w ustach, aby symulować język i wyssać krewetkę solankową uchwyconą przez usta. Dzięki tej konfiguracji był w stanie ustalić, że gadanie jest kluczem do karmienia Flamingo.
„Rozmawienie faktycznie rośnie siedem razy więcej krewetek solanki przechodzących przez rurkę” – powiedział. „Jest więc jasne, że gadanie wzmacnia liczbę osób, które są uchwycone przez dziób”.
Taniec tup
Ortega Jiménez powiedziała, że zachowanie żywieniowe zaczyna się od stóp. Jeśli spojrzysz na Flamingo w bardzo płytkiej wodzie, często możesz zobaczyć jego tańczące lub okrągłe zachowanie tańca.
Stopy są sieć, ale podobnie jak w przypadku wielu brodzących ptaków, są dyskietkowe, więc kiedy ptak unosi stopę, taśma upada i odchodzi z dna bez ssania, które utrudnia ludziom chodzenie w błota. Podczas chodzenia lub biegania Flamingos wydają się wsuwać stopy do wody zamiast tupać, technikę, która może pomóc robotom chodzić w wodzie lub błoto.
Ortega Jiménez stworzyła modele zarówno sztywnych, jak i elastycznych stóp Flamingo, aby porównać, w jaki sposób te dwa wzory wpływają na przepływ płynu, i odkrył, że miękkie stopy są znacznie bardziej skuteczne w wypychaniu wirów osadów przed każdym krokiem. Sztywna taśma powoduje przede wszystkim turbulencje.
Tworząc model 3D dzioba w kształcie litery L, był w stanie pokazać, że ciągnięcie głowy prosto w górę w wodzie tworzy wir wirujący wokół osi pionowej, ponownie koncentrując cząstki pokarmu. Mierzył prędkość głowy około 40 centymetrów na sekundę (1,3 stóp na sekundę). Małe tornado były wystarczająco mocne, aby uwięzić nawet zwinne bezkręgowce, takie jak krewetki solankowe i mikroskopijne skorupiaki zwane widłonkami.
Rozmawianie tworzy również wiry wokół dzioba. W tym przypadku Flamingo utrzymuje swój górny dziób nieruchoma, choć jest zdolny do niezależnego ruchu i porusza się tylko do dolnego dzioba – około 12 razy na sekundę podczas rozmowy, odkrył Ortega Jiménez.
Tien Yee, współautor artykułu i profesor w KSU-Marrieta, zastosował obliczeniową dynamikę płynów do symulacji na komputerze przepływu 3D wokół dzioba i stóp. Potwierdził, że wiry rzeczywiście koncentrują cząstki, podobnie jak eksperymenty z nadrukiem 3D głową w kanale z zarówno aktywnie pływającymi krewetkami solankowymi, jak i pasywnie pływającymi jajami z krewetek solanki.
„Obserwowaliśmy, kiedy umieściliśmy model drukowany 3D w kanale, aby naśladować to, co nazywamy przeglądaniem, wytwarzają symetryczne wiry po bokach dzioba, które recyrkulują cząstki w wodzie, aby faktycznie dostały się w dziob” – powiedziała Ortega Jiménez. „To jest ta sztuczka dynamiki płynnej”.
Kolejne projekty to określenie roli języka przypominającego tłok Flamingo i sposobu, w jaki krawędzie grzebienia filtra dziobowego pochodzą z solistej, a czasem toksycznej wody.
„Flamingos to super specjalizowane zwierzęta do karmienia filtru”-powiedział. „To nie tylko głowa, ale szyja, nogi, stopy i wszystkie zachowania, których używają, aby skutecznie uchwycić te małe i zwinne organizmy”.
Oprócz Yee, inni współautorzy artykułu to doktora-ctorpal Pankaj Rohilla, absolwent Benjamina Seleba i profesor Saad Bhamla z Georgia Tech; i Jake Belair z Nashville zoo w Tennessee. Prace były wspierane przez dotację z National Science Foundation (kariera NSF iOS-1941933) oraz projekt otwartego filantropii do Bhamli oraz od University of Maine i UC Berkeley do Ortega Jiménez.