Mención - Ciencias Exactas, Físicas y Naturales 2016
Morfología y funcionamiento del aparato bebedor en colibríes.

Autor: Alejandro Rico-Guevara, Investigador Asociado al Instituto de Ciencias Naturales, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C.

Esta investigación demuestra unas relaciones dinámicas entre morfología, biomecánica, ecología y evolución, entrelazando descripciones a escala nanométrica de las estructuras del aparato de alimentación y la compleja dinámica de fluidos entre los colibríes y el néctar; hasta los fenómenos biofísicos en escala macro, energética del forrajeo, las implicaciones en el comportamiento de estas aves, y su coevolución con ciertos rasgos florales.

El alcance de este tipo de investigación puede darse en múltiples áreas como la ingeniería mecánica a través de la manipulación de micro fluidos.

Alrededor de dos siglos atrás, cuando por primera vez los científicos examinaron las lenguas de los colibríes, se propuso la idea de que estas pequeñas aves usaban sus lenguas como diminutos tubos capilares. Un tubo capilar tiene un diámetro tan pequeño que fluidos como el agua ascienden en su interior cuando la punta del tubo entra en contacto con la superficie del líquido. Basados en la morfología de lengua, los biólogos expertos en colibríes consideraron que esta idea tenía sentido y la aceptaron como cierta. Incluso hace 30 años, fueron planteados modelos matemáticos detallados que explicaban el funcionamiento de estos tubos y sus interacciones con distintos tipos de néctar.

Pese a que había sido un consenso científico por todos estos años, nadie había "probado" esta teoría de capilaridad, probablemente por las dificultades intrínsecas del estudio del comportamiento alimenticio de estas aves. Los colibríes son las aves más pequeñas del mundo, son extremadamente rápidos (la visita a una flor para extraer su néctar puede durar menos de un segundo), y cuando se están alimentando introducen todo el pico dentro de la flor y no se puede observar nada más que la cabeza (la cámara de néctar es un sitio totalmente cubierto).

Nuestro trabajo, usando cámaras alta velocidad, potentes lentes de fotografía y comederos especiales (transparentes y de lados planos) para visualizar la lengua simulando la cámara de néctar, demuestra que la teoría de capilaridad es errónea y descubre una nueva y fascinante forma de alimentación nunca antes vista.

La lengua de los colibríes cambia de forma rápida y precisa (en algunas especies hasta 20 veces por segundo), cuando entra y sale del néctar. Cuando la lengua está afuera del néctar, ésta luce como un par de tubos huecos (pitillos) unidos en una estructura unitaria. Al penetrar el líquido la lengua se expande, bifurcándose y abriéndose, perdiendo toda semejanza con un tubo de cualquier clase. Al salir de nuevo del néctar, la lengua se cierra, atrapando el fluido en su interior a medida que va dejando la superficie. El néctar es exprimido al interior del pico y el proceso empieza otra vez, todo esto en fracciones de segundo.

Trabajamos a tres distintas elevaciones en las cordilleras central y oriental de los Andes colombianos, filmando 10 especies de colibríes alimentándose de néctar en los comederos modificados. Adicionalmente, experimentamos con cuerpos de colibríes rescatados de choques contra ventanas, en el laboratorio de ornitología de la Universidad de Connecticut, Estados Unidos (estudios de doctorado patrocinados por Fulbright) y el Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional de Colombia, recreamos los movimientos de la lengua para estudiar su interacción con el néctar bajo estereoscopios. Así descubrimos que el proceso es gobernado puramente por fuerzas físicas (interacciones entre la lengua y la tensión superficial del néctar) y que el funcionamiento de la "trampa de fluido" no requiere ninguna acción muscular por parte del ave, lo que lo hace energéticamente eficiente.
Nuestra investigación ofrece nuevos detalles sobre la morfología de la punta de la lengua de los colibríes (120 especímenes de 20 especies) y un modelo biofísico conceptual sobre el funcionamiento de este mecanismo sin precedentes en la naturaleza.

Las implicaciones de este descubrimiento van desde replantear la energética del forrajeo de los colibríes (para poder entender su ecología y evolución), pasando por extrapolaciones a otras aves nectarívoras con lenguas similares, y hasta aplicaciones de biomimésis para colectar y transportar fluidos así como rápido auto ensamblaje de pequeñas estructuras empleando la fuerza de tensión superficial, útil en sistemas de microfluidos y microelectromecánica.


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