Manche Kolibris greifen auf raffinierte Methoden zurück, um an Nektar zu gelangen

Für UConn-Forscher wurde kürzlich ein 50-jähriges Projekt verwirklicht. In ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel in Der amerikanische Naturforscher, Ökologie und Evolutionsbiologie, emeritierter Professor Robert Colwell und seine Kollegen – alle UConn Ph.D. Die Absolventen Thiago Rangel, Karolina Fučiková, Diego Sustaita, Gregor Yanega und Alejandro Rico-Guevara arbeiteten daran, ein Rätsel zu lösen, das Colwell jahrelang verwirrt hatte.

Es begann damit, dass Colwell, der 1971 in Costa Rica einen Graduiertenkurs für die Organisation für Tropenstudien leitete, bestimmte Kolibris dabei beobachtete, wie sie eine raffinierte Abkürzung nutzten, um Nektar zu sammeln.

„Wir befanden uns an einem Standort etwa 10.000 Fuß über dem Meeresspiegel und untersuchten Kolibris, und mir fiel auf, dass die größte der vier Kolibrisarten auf dieser Höhe, der Langschnabelkolibri, mit einem Gewicht von neun Gramm tatsächlich kleinere Füße hatte als die viel leichteren.“ , sechs Gramm schwerer Feuerkehlkolibri, mit einem viel kürzeren Schnabel“, sagt Colwell.

Obwohl alle Kolibris winzige Füße haben, fügt Colwell hinzu, seien die Füße des Feuerkehlvogels im Verhältnis zu seiner geringeren Körpergröße viel größer als erwartet, was ein für einen Kolibris ungewöhnliches Fressverhalten ermöglicht. Anstatt in der Luft zu schweben und dabei Pollen abzugeben oder aufzunehmen, setzen sich diese Nektardiebe mit Hilfe ihrer größeren Füße auf die Pflanze und bohren mit ihren kürzeren Schnäbeln kleine Löcher in die Basis der Blüte Pumpen Sie den Nektar ab, ohne dabei die Blüte zu bestäuben.

Colwell war neugierig. Hat sich aufgrund dieser Ernährungsstrategie das Merkmal größerer Füße entwickelt? Leider war das Thema Kolibrifüße zu dieser Zeit ein vernachlässigtes Thema, sodass Colwell bei Null anfangen musste. Er begann, so viele Exemplare wie möglich aufzuspüren, um ihre Füße und Schnäbel zu messen und ihr Körpergewicht aufzuzeichnen.

Mit rund 340 Arten stellen Kolibris einen riesigen einzigen, uralten Zweig innerhalb des Evolutionsbaums der Vögel dar. Sie kommen nur von Alaska bis Feuerland vor, sind aber in den Tropen am vielfältigsten, sagt Colwell.

Da er zu dieser Zeit dort lehrte, begann Colwell mit dem University of California Berkeley Museum of Vertebrate Zoology, wo er mehr als hundert Kolibriarten untersuchte und sorgfältig Schnabel- und Fußmessungen vornahm.

Im Jahr 1986, sagt Colwell, verfügte er über genügend Daten und verfasste einen Aufsatz, beschloss jedoch, ihn aus der Veröffentlichung zurückzuziehen. Stattdessen entschied er sich dafür, mehr Daten zu sammeln und mehr Analysen durchzuführen, einschließlich einer genaueren Betrachtung möglicher Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Kolibris.

Das andere fehlende Detail sei, sagt er, dass die Forscher noch keinen phylogenetischen Baum für Kolibris hatten, der entscheidend ist, um die Evolutionsgeschichte verschiedener Gruppen und ihre Beziehungen zueinander im Laufe der Zeit aufzuzeigen. Mit dem phylogenetischen Stammbaum können Wissenschaftler beispielsweise Fragen beantworten, ob ein Merkmal von verschiedenen Gruppen gemeinsam genutzt wird, weil sie einen gemeinsamen Vorfahren haben.

Colwell erklärt, dass, wenn ein interessantes Merkmal wie größere Füße bei Nektardieben einfach auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen ist, dies nicht von Bedeutung ist, wenn das gleiche Merkmal mit einer anderen, nicht verwandten Gruppe von Kolibris geteilt wird. Dies wird als evolutionäre Konvergenz bezeichnet, bei der sich ähnliche Merkmale unabhängig voneinander in entfernt verwandten Organismen entwickeln – zum Beispiel das Fliegen sowohl bei Wirbeltieren (Vögel und Fledermäuse) als auch bei Wirbellosen (Insekten).

„Zum Glück hatte ich es nicht eilig, ich habe mich einfach entschieden, den Artikel nicht in dieser Form zu veröffentlichen“, sagt Colwell. „Schließlich wurde im Jahr 2014 von einer Gruppe unter der Leitung von Jimmy McGuire in Berkeley eine Phylogenie für 284 Kolibrisarten veröffentlicht.“

Colwell maß weiter und begann nach seinem Eintritt in die Fakultät der UConn mit Margaret Rubega und ihren Doktoranden Rico-Guevara und Yanega zusammenzuarbeiten, die auf Colwells Anregung hin begannen, Kolibrifüße zu messen, während sie ihre Feldforschung durchführten und Museumssammlungen besuchten. In der Zwischenzeit begann Sustaita, eine dritte Rubega-Doktorandin und Spezialistin für Vogelfüße und die Biomechanik des Sitzens, die bei Kolibris beobachteten Mechanismen des Sitzens zum Fressen zu modellieren.

Rangel, ein ehemaliger Student in Colwells Gruppe, arbeitete an phylogenetischen Statistiken, und Fučiková vom Labor der UConn-Ökologie- und Evolutionsbiologie-Professorin Louise Lewis entwickelte alternative Phylogenien, um Unsicherheiten zu berücksichtigen, und kartierte die evolutionären Ursprünge des Nahrungssuchverhaltens.

Schließlich sammelte das Team Messungen von 1.172 Museumsexemplaren und 386 Feldfängen, die 220 Kolibrisarten repräsentieren. Darüber hinaus fassten die Forscher alle Verhaltensdaten über Kolibris, die sich an Futter klammerten, zusammen, die sie aus der Literatur und aus ihrer eigenen Feldforschung finden konnten, und Colwell ging jedes Foto und Video auf der Birds of the World-Website durch, um nach weiteren Beispielen zu suchen. Bei 66 Arten fanden sie Hinweise darauf, dass sie sich an Futter klammerten.

„Mit diesem großartigen Team haben wir letztendlich herausgefunden, dass es tatsächlich einen negativen Zusammenhang zwischen Fußgröße und Schnabelgröße gibt“, sagt Colwell.

Colwell erklärt, dass die negative Korrelation zwischen Schnabelgröße und Fußgröße, wenn man die effektive Körpergröße und die Auswirkung phylogenetischer Beziehungen sowie etwaiger physiologischer Unterschiede durch in verschiedenen Höhenlagen lebende Arten ausschließt, auf Arten mit kurzen Schnäbeln zurückzuführen ist, von denen viele Nektarräuber sind.

„Wir zeigen im Stammbaum, wo dieses Verhalten entstanden ist, und dieses Verhalten, sich hinzusetzen oder sich an Futter zu klammern, trat in zwei Dutzend unabhängigen Fällen auf. Diese evolutionäre Konvergenz ist eine große Sache und es ist sehr selten, mehr als ein paar Beispiele innerhalb eines Evolutionsbaums zu finden.“ eine Klade. Die Tatsache, dass wir so viele unabhängige Ursprünge haben, ist ein starkes und ungewöhnlich reichhaltiges Beispiel für evolutionäre Konvergenz.

Colwell fügt hinzu, dass diese Konvergenz sinnvoll sei, da das Schweben die energieintensivste Fortbewegungsart in der Tierwelt sei und Kolibris jeden Tag etwa ihr eigenes Körpergewicht an Zucker zu sich nehmen müssten, um zu überleben.

„Überall dort, wo ein Kolibri Nektar oder Arthropoden bekommen kann, ohne zu schweben, ist das von Vorteil“, sagt Colwell. „Es besteht immer ein starker Selektionsdruck, um das Schwebebedürfnis zu minimieren, das Langschnabelvögeln durch die Art und Weise aufgezwungen wird, wie Pflanzen langröhrenförmige Blüten präsentieren. Sich an Futter zu klammern, spart viel Energie und die Klammervögel haben kürzere Schnäbel und längere Füße.“ können kurze Blüten rechtmäßig bestäuben und sich von ihnen ernähren, obwohl viele Nektar durch die Blütenbasis entziehen.

Die Fressgewohnheiten der Nektardiebe scheinen der Blüte oft keinen Schaden zuzufügen, sagt Colwell, und manchmal gelingt es der Blüte, das Loch zu verschließen. Andernfalls greifen die Kolibris über bereits vorhandene Öffnungen auf den Nektar zu. Der einzige Nachteil der Blüte besteht darin, dass sie nicht bestäubt wird, sondern dass diese Art der Fütterung die Blüten für Kolibris, die sich rechtmäßig ernähren und die Blüten bestäuben, weniger attraktiv macht, sagt Colwell. Weitere Untersuchungen werden anhand der vom Team gesammelten Daten neue Erkenntnisse zu dieser und vielen anderen Fragen liefern.

„Nach 50 Jahren konnte dies dank der wunderbaren Kollegen, die ich hier bei UConn hatte, endlich Früchte tragen. Ich bin sehr, sehr glücklich über das Ergebnis und sehr stolz auf das Team, das wir zusammengestellt haben.“