Некоторые колибри используют хитрые методы для добычи нектара

Пятидесятилетний проект исследователей из UConn недавно увенчался успехом. В статье, опубликованной в The American Naturalist, почетный профессор экологии и эволюционной биологии Роберт Колвелл и его коллеги — все выпускники аспирантуры UConn: Тьяго Ранжел, Каролина Фучикова, Диего Сустайта, Грегор Янега и Алехандро Рико-Гевара — попытались разгадать загадку, много лет озадачивавшую Колвелла.

Всё началось в 1971 году, когда Колвелл, ведя курс для аспирантов в Коста-Рике для Организации по изучению тропиков, наблюдал, как некоторые колибри используют хитрый способ добычи нектара.

Колвелл заметил, что у самого крупного из четырёх видов колибри на высоте около 3000 метров — великолепного колибри с длинным клювом (9 г) — лапки на самом деле меньше, чем у гораздо более лёгкого огненногорлого колибри (6 г) с гораздо более коротким клювом.

Лапки огненногорлого колибри пропорционально намного больше, чем можно было ожидать для его размера тела. Это позволяет использовать необычную для колибри стратегию кормления. Вместо того чтобы зависать перед цветком, опыляя его в процессе, эти «воры нектара» садятся на растение (благодаря более крупным лапкам) и используют свои короткие клювы, чтобы проделывать отверстия в основании цветка и выкачивать нектар, не опыляя его.

Колвелл задался вопросом: развилась ли черта более крупных лапок из-за этой стратегии кормления? Тема лапок колибри в то время была мало изучена, поэтому Колвеллу пришлось начинать с нуля. Он начал собирать как можно больше образцов, чтобы измерить их лапки и клювы и записать массу тела.

Колибри, насчитывающие около 340 видов, представляют собой огромную древнюю ветвь в эволюционном древе птиц. Они встречаются от Аляски до Огненной Земли, но наиболее разнообразны в тропиках.

Колвелл начал с Музея зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли, где измерил более сотни видов колибри. К 1986 году у него было достаточно данных, и он написал статью, но решил отозвать её из публикации, чтобы собрать больше данных и провести дополнительный анализ, включая изучение потенциальных различий между самцами и самками.

Не хватало также филогенетического древа колибри, которое необходимо, чтобы показать эволюционную историю разных групп и их взаимосвязь. Оно позволяет понять, является ли общая черта (например, крупные лапки) наследием общего предка или результатом независимой эволюции у неродственных групп (эволюционная конвергенция).

«К счастью, я не торопился и решил не публиковать статью в таком виде», — говорит Колвелл. В 2014 году группа под руководством Джимми МакГвайра из Беркли опубликовала филогению для 284 видов колибри.

Колвелл продолжал измерения, а после присоединения к UConn начал сотрудничать с Маргарет Рубегой и её аспирантами Рико-Геварой и Янегой, которые по его совету начали измерять лапки колибри во время полевых работ и посещения музейных коллекций. Третий аспирант Рубеги, Сустайта, специалист по лапкам птиц и биомеханике сидения, начал моделировать механику сидячего кормления у колибри.

Ранжел работал над филогенетической статистикой, а Фучикова разрабатывала альтернативные филогении, чтобы учесть неопределённость, и отслеживала эволюционное происхождение стратегий кормления.

В итоге команда собрала измерения 1172 музейных образцов и 386 особей, пойманных в поле, что представляет 220 видов колибри. Исследователи также собрали все поведенческие данные о сидячем кормлении из литературы и собственных полевых исследований. Колвелл просмотрел каждую фотографию и видео на сайте Birds of the World, чтобы найти дополнительные примеры. Были найдены свидетельства сидячего кормления для 66 видов.

«С этой замечательной командой мы в итоге выяснили, что да, существует отрицательная корреляция между размером лапки и размером клюва», — говорит Колвелл.

Исключив влияние общего размера тела, филогенетических связей и физиологических различий, связанных с высотой обитания, отрицательная корреляция между размером клюва и лапки обусловлена видами с короткими клювами, многие из которых являются «ворами нектара».

«Мы показываем на филогенетическом древе, где возникло это поведение. Поведение сидячего кормления возникло в двух десятках независимых случаев. Эта эволюционная конвергенция — большое дело; очень редко можно найти более нескольких примеров в пределах одного эволюционного древа. То, что у нас так много независимых происхождений, — это сильный и необычно богатый пример эволюционной конвергенции».

Эта конвергенция логична, поскольку зависание — самый энергозатратный способ передвижения в животном мире, и колибри должны потреблять примерно свой собственный вес в сахарах каждый день для выживания.

«Любая возможность получить нектар или членистоногих, не зависая, — это преимущество, — говорит Колвелл. — Всегда существует сильное давление отбора, чтобы минимизировать необходимость зависания, навязанную длинноклювым птицам формой длиннотрубчатых цветков. Сидячее кормление экономит много энергии, а птицы с короткими клювами и длинными лапками могут законно опылять и питаться на коротких цветках, хотя многие воруют нектар через основание цветка».

Привычка «воров» часто, кажется, не вредит цветку, и иногда цветок может запечатать отверстие. В ином случае колибри получают доступ к нектару через уже существующие отверстия. Единственный минус для цветка, помимо отсутствия опыления, заключается в том, что такой способ кормления делает эти цветки менее привлекательными для «честных» колибри-опылителей. Дальнейшие исследования с использованием собранных данных дадут новые ответы.

«Спустя 50 лет это наконец осуществилось благодаря замечательным коллегам, которые у меня были здесь, в UConn. Я очень, очень доволен результатом и горжусь собранной нами командой».