Как биолог, который провел бесчисленные часы, наблюдая и изучая этих удивительных существ, я восхищаюсь метаболическими способностями колибри. Адаптации, которые они разработали, чтобы приспособиться к своей уникальной диете и окружающей среде, являются не чем иным, как экстраординарными.
Людям, похоже, нравится наблюдать за колибри с их маленькими, ярко окрашенными телами, которые в мгновение ока порхают вокруг, часто останавливаясь, чтобы зависнуть возле цветов, или яростно охраняют кормушку, как если бы она была их собственной собственностью.
Для тех, кто их исследует, колибри — не просто источник развлечения; вместо этого они существуют на грани выживания из-за своего крошечного роста и быстрого метаболизма. Иногда им приходится практически полностью отключаться, чтобы сохранить достаточно энергии для выживания в ночное время или миграции на огромные расстояния, даже по открытому морю.
Благодаря своей диете, богатой нектаром, они поддерживают уровень сахара в крови, который может вызвать потерю сознания у людей, а их быстрые и маневренные полеты создают достаточно сильные перегрузки, чтобы заставить пилота-истребителя потерять сознание. Тем не менее, по мере того, как исследователи копают глубже, в их крохотных телах, самых маленьких среди всех птиц, раскрываются еще более удивительные тайны.
По словам Холли Эрнест, эколога-эколога из Университета Вайоминга, это уникальные птицы, которые могут летать не только вперед, но и вверх ногами и назад. Примечательно, что они потребляют чистый сахар, не вызывая у них диабета.
Среди ограниченной группы исследователей Эрнест углубляется в понимание стратегий, которые колибри используют, чтобы выдерживать суровые аспекты своей повседневной жизни. Вот некоторое представление о замечательных способностях, которыми обладают эти необычные птицы.
Принимайтесь за работу
В течение некоторого времени многие исследователи считали, что колибри активно выполняют энергозатратную задачу: зависают над цветами и пьют нектар только примерно 30% своего дня, а остальное время проводят в отдыхе. Однако при более внимательном изучении экологом-физиологом Анушей Шанкар было обнаружено, что они, как правило, работают более активно, чем считалось ранее.
В Хайдарабаде, Индия, Шанкар из Института фундаментальных исследований Тата недавно исследовал, как обычно проводят свою повседневную жизнь ширококлювые колибри в Южной Аризоне. Используя различные экспериментальные методы и измеряя скорость метаболизма птиц во время различных занятий, она приблизительно определила их общее ежедневное потребление энергии. Кроме того, Шанкар использовал данные предыдущих исследований, чтобы определить затраты энергии в минуту для трех основных видов поведения птиц: сидеть, летать и парить. По сути, это сводится к пониманию обычных способов времяпрепровождения птиц.
Впоследствии она оценила количество времени, которое птицы, вероятно, тратили на кормление по сравнению с временем отдыха в течение дня.
Шанкар объясняет, что это очень изменчиво: «Мы обнаружили». В начальный период лета, когда цветы обильно цветут, птицы могут удовлетворить свои ежедневные потребности в энергии, тратя всего несколько часов на поиски пищи, проводя при этом до 70% своего времени, сидя на ветвях. Однако после того, как пришли летние муссонные дожди и количество цветов сократилось, птицы в одном месте проводили только 20% своего времени сидя, а оставшиеся 80% использовали для кормления.
Шанкар замечает: «Это 13 часов в день!» Ему трудно поверить, что он смог бежать так долго. Интересно, как они справляются?
Серьезно, расслабьтесь
Будучи энтузиастом колибри, я узнал, что у этих крошечных чудес есть гениальный метод сохранения энергии: столкнувшись с риском истощения, они могут ночью впасть в состояние, называемое оцепенением. В этом состоянии температура их тела снижается до уровня окружающей среды, иногда всего на несколько градусов выше нуля. В этом состоянии они кажутся почти безжизненными, не реагируют на раздражители и спорадически дышат. Шанкар выяснил, что эта тактика может снизить расход энергии до 95% в холодные ночи, что может иметь решающее значение в те дни, когда птица не питается так много, как обычно, например, после грозы. Это также помогает экономить энергию, поскольку перед миграцией они накапливают жир.
Как геймер, погружающийся в сложный мир биологии колибри, я задаюсь вопросом, какие важные аспекты эти крошечные чудеса отдают приоритету, когда впадают в оцепенение. Другими словами, я пытаюсь выяснить, что представляют собой те критические 10% функций, которые поддерживают их работу в режиме энергосбережения.
Особая группа генов, которые птицы, по-видимому, не изменяют, — это те, которые контролируют их внутренние хронометристы. По словам Шанкара, во время спячки для них крайне важно выполнять действия в подходящее время. Например, птицы обычно начинают шевелиться от спячки примерно за час до восхода солнца, задолго до того, как становятся заметными какие-либо световые сигналы.
Разберитесь с сахаром
Колибри ежедневно потребляют нектар примерно на 80% от веса своего тела, что аналогично тому, как человек весом 150 фунтов ежедневно потребляет почти сотню банок газировки по 20 унций. Важно отметить, что нектар обычно намного слаще газировки.
Потребление чрезмерного количества газированных напитков или конфет на Хэллоуин может вызвать расстройство желудка человека, потому что наша пищеварительная система не может быстро перерабатывать сахар, — факт, установленный Кеном Уэлчем, сравнительным физиологом из Университета Торонто в Скарборо. Напротив, колибри справляются с этой перегрузкой сахаром, имея проницаемый кишечник, позволяющий сахару проходить между клетками слизистой оболочки кишечника, а не только через них. Этот быстрый проход быстро удаляет сахар из кишечника, предотвращая дискомфорт. По словам Уэлча, этот быстрый транспорт, наряду с, вероятно, другими адаптациями, позволяет колибри достигать уровня сахара в крови в шесть раз выше, чем у людей.
Высокий уровень сахара в крови может привести к серьезным физиологическим проблемам у людей. Это происходит по мере того, как больше молекул сахара связывается с белками организма — процесс, называемый гликированием; со временем чрезмерное гликирование приводит ко многим осложнениям, связанным с диабетом, таким как повреждение нервов. Тем не менее, остается загадкой, как колибри удается избежать проблем с гликацией, но некоторые ответы начинают появляться. Например, одно исследование показало, что белки птиц содержат меньше аминокислот, подверженных гликированию, чем белки млекопитающих, а те, которые остаются, обычно скрыты глубоко внутри белка, что снижает их воздействие на циркулирующие сахара.
Неизведанные методы борьбы с повышенным уровнем сахара в крови могут в конечном итоге дать полезную информацию о лечении диабета у людей. Как предполагает Уэлч, в генетическом составе колибри потенциально могут быть скрыты ценные открытия.
Сделайте метаболический переворот
После долгого ночного отдыха я оказываюсь в ситуации, похожей на колибри – мои запасы энергии на исходе. На ум приходит вопрос: «Как мне собрать силы, чтобы двигаться и летать?» Кажется, сахара уже почти не осталось, а в качестве топлива можно использовать только жировые запасы.
Как было обнаружено, колибри развили замечательную способность быстро менять источник энергии своего тела со сжигания сахара на сжигание жира. «Это предполагает значительную корректировку ответственных биологических процессов», — объясняет Уэлч, — и этот переход происходит всего за несколько минут, гораздо быстрее, чем могут достичь другие существа. «Если бы мы обладали таким контролем над потреблением энергии, это было бы очень желательно», — говорит Уэлч.
Экономьте воду или нет
Диета, богатая нектаром, заключается не только в контроле уровня сахара; это также предполагает борьбу с избыточным содержанием воды в нектаре. Птицам, которые потребляют много этой жидкости, приходится выводить большую ее часть, сохраняя при этом электролиты. Для этого почки колибри научились эффективно захватывать электролиты перед их выведением. Как говорит Карлос Мартинес дель Рио, экофизиолог на пенсии из Университета Вайоминга: «Они мочатся почти дистиллированной водой.
Однако такое поведение представляет собой еще одну проблему: если колибри непрерывно выделяет разбавленную мочу в течение ночи, это может привести к обезвоживанию и возможной смерти до восхода солнца. Чтобы предотвратить это, колибри временно прекращают работу почек. Как объясняет Мартинес дель Рио: «Это похоже на острую почечную недостаточность у человека». Проще говоря, если бы колибри не переставали мочиться по ночам, они бы буквально обмочились до смерти.
Поднимайтесь высоко — постепенно
Колибри сталкиваются со сложными метаболическими потребностями даже на уровне моря. Примечательно, что некоторые виды процветают на больших высотах, где разреженный воздух обеспечивает меньше кислорода и оказывает меньшее сопротивление при зависании. Например, самая большая колибри, обитающая в Андах, может выжить на высоте более 14 000 футов — выше, чем могут летать многие вертолеты. Чтобы адаптироваться к этим экстремальным условиям, у этих птиц в крови образовался более концентрированный гемоглобин, как объяснила орнитолог Джесси Уильямсон из Корнелльского университета.
Однако некоторые птицы сталкиваются с более серьезным препятствием, как обнаружил Уильямсон. Это гигантские колибри, размеры которых позволяют исследователям использовать устройства спутникового слежения и геолокаторы меньшего размера. Следовательно, Уильямсон и ее команда решили оснастить этих птиц трекерами. Потратив бесчисленное количество часов на попытки поймать птиц с помощью сетей, ученые успешно установили трекеры на 57 птиц, используя изготовленные на заказ эластичные шлейки из ювелирного шнура.
Несмотря на изучение данных всего по восьми птицам, эта небольшая группа сделала интересный вывод: некоторые из этих птиц обитают в высоких Андах круглый год, в то время как другие – ранее неопознанные виды – ежегодно прилетают туда из прибрежного Чили для размножения. Следовательно, этим птицам приходится сталкиваться не только с обычными трудностями длительной миграции (около 5000 миль), но и с необходимостью акклиматизироваться к разреженному воздуху во время путешествий.
Метод, который они используют, аналогичен тому, как альпинисты поднимаются на горы, такие как Эверест, с периодами прогресса, за которыми следует время для адаптации. По словам Уильямсона, процесс может занять несколько месяцев.
Благодаря достижениям, которые делают технологии слежения все более легкими и доступными, ученые, такие как Уильямсон, стремятся отслеживать даже самые крошечные виды колибри. Это, в сочетании с другими технологическими прорывами в исследованиях, обещает множество свежих открытий об увлекательной биологии, скрытой в этих крохотных чудесах.
Первоначально опубликовано в журнале Knowable Magazine, отдельном журналистском проекте Annual Reviews. Подпишитесь на их рассылку.
Смотрите также
- «С чего начать?»: Эндрю Гарфилд назвал Мерил Стрип, Зендаю, Райана Гослинга и ЭТИХ знаменитостей среди актеров, с которыми он хотел бы когда-нибудь поработать
- Обзор «Zelda: Echoes of Wisdom»: глоток свежего воздуха для классической серии
- «Смертельное оружие 5» или «Страсти Христовы»: какой сиквел Мел Гибсон срежиссирует первым? Узнайте ЗДЕСЬ
- Когда Тейлор Свифт рассказала о своей дружбе с Бейонсе и назвала ее «самой драгоценной жемчужиной человека»
- Дайонн Уорвик разъясняет свое замечание после того, как сказала, что ей не нравится ЭТО. Слова Сабрины Карпентер: «Это была шутка»
- Макс только что тихо выпустил самый тревожный триллер года в жанре ужасов о теле
- NAVI vs. G2 Esports Grand Final, результаты и обновления | Осенний финал BLAST 2024
- 20 лет назад два физика сделали революционное открытие, которое навсегда изменило технологию
- 25 лет спустя директор профессионального фигуриста Тони Хоука рассказывает, как «Звездные войны» сломали игру
- Jelly Roll дебютирует на SNL на премьере 50-го сезона с камео-сюрпризом с участием ЭТОЙ звезды Hacks
2024-10-01 19:59