Новое исследование U of T Scarborough показало, что когда дело доходит до эффективности использования топлива, чем больше, тем лучше для колибри.
«У животных размер тела играет важную роль в определении количества энергии, необходимой для движения», - говорит Деррик Грум, ведущий автор исследования и бывший аспирант в лаборатории профессора Кена Уэлча.
"Мы обнаружили, что более крупные колибри более эффективно расходуют топливо, чем более мелкие виды, и это может быть связано с тем, что более мелкие колибри должны взмахивать крыльями быстрее, чем более крупные виды."
Целью исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the Royal Society B, было изучение связи между морфологическими признаками, такими как масса тела и размах крыльев, и скоростью метаболизма - скоростью, с которой птицы потребляют энергию. В исследовании также изучалось, насколько хорошо колибри превращают энергию пищи в движение, что также называется механохимической эффективностью..
«Мы хотели изучить, насколько эффективно колибри разных размеров получают движение от глюкозы и других сахаров», - говорит Грум, который недавно стал постдоком в Массачусетском университете в Амхерсте.
Само собой разумеется, что более крупным животным требуется больше энергии для движения, чем более мелким, но это не соотношение 1 к 1. Другими словами, животному, которое в 100 раз больше, не требуется в 100 раз больше энергии для движения.
«Это то, что называется повышением механохимической эффективности», - говорит Уэлч, эксперт по колибри и соавтор исследования.
В предыдущих исследованиях было показано, что по мере увеличения размера у животных эффективность увеличивается. «По сути, для данного количества произведенной механической энергии требуется меньше метаболических затрат, чтобы это произошло», - отмечает Уэлч.
Метаболизм колибри - это чудо эволюционной инженерии. Им нужно невероятное количество энергии, чтобы махать крыльями 50 и более раз в секунду, чтобы поддерживать парящий полет. Если бы они были размером с человека, они потребляли бы энергию более чем в 10 раз больше, чем олимпийский марафонец. Предыдущие исследования, проведенные в лаборатории Уэлча, даже показали, что они одинаково хорошо сжигают как глюкозу, так и фруктозу, которые являются отдельными компонентами сахара - уникальная черта, которой не могут достичь другие позвоночные..
Хотя масштабирование эффективности изучалось у некоторых наземных животных и насекомых в прошлом, впервые оно было измерено у птиц. Но понять, как размер тела определяет, сколько энергии необходимо для полета, технически очень сложно, поскольку большинство птиц летают прямо. К счастью, колибри используют парящий полет, что позволяет легко измерять скорость метаболизма с помощью доступного оборудования.
Для исследования были сопоставлены данные по 25 видам колибри размером от трех до 10 граммов. Чтобы собрать данные для некоторых видов, Грум научил их есть из кормушек, где они дышали, в респирометрическое оборудование, которое могло измерять потребление кислорода и производство CO2..
Исследование поднимает несколько интересных вопросов. Во-первых, это может помочь объяснить, почему определенные виды колибри встречаются в определенных местах. Масштабирование эффективности может объяснить, почему более крупные колибри обитают на больших высотах, потому что им требуется меньше пищи, чтобы поддерживать зависание в менее плотном, бедном кислородом воздухе, отмечает Уэлч..
Это также может помочь объяснить, почему самые большие колибри настолько велики, что может привести к пониманию того, с какой эффективностью колибри могут производить механическую энергию и сколько для этого требуется.
«По мере того, как вы увеличиваете масштабы, требуется все больше и больше силы, а скелетно-мышечная структура, из которой состоят все животные, просто не может справиться с этой задачей», - говорит он..
То же самое можно сказать и о колибри на противоположном конце спектра. Самые маленькие виды не меньше 2-2,5 граммов, и причина может заключаться в том, что механическая эффективность зависит от минимального размера.
"Управлять мышцами так быстро или быстрее просто нецелесообразно с энергетической точки зрения", - добавляет Уэлч.
Исследование получило финансирование от Совета по естественным и инженерным наукам Канады, Американского музея естественной истории, Национального научного фонда и гранта на исследовательскую инфраструктуру от Исследовательского фонда Онтарио.