火烈鸟制造水龙卷风来诱捕猎物
火烈鸟通过沿着浅水湖底向前拖动扁平的喙来觅食。为了提高进食效率，它们会跺脚跳舞搅动底部，用头制造上升流涡流，并不断拍打嘴，将食物（如卤虾）吸入嘴里。图片来源：Aztli Ortega
一只智利火烈鸟在浅水中觅食。图片来源：Victor Ortega Jiménez，加州大学伯克利分校
（蜘蛛网eeook.com）据加州大学伯克利分校（罗伯特·桑德斯）：火烈鸟平静地站在一个浅碱性湖中，头部被淹没，似乎在平静地进食，但水面下发生了很多事情。
通过对纳什维尔动物园的智利火烈鸟的研究，以及对它们的脚和L形喙的3D打印模型的分析，研究人员记录了这些鸟是如何利用它们的脚、头和喙在水中产生漩涡风暴，以有效地集中和吸吮猎物的。
加州大学伯克利分校综合生物学助理教授维克托·奥尔特加·希门尼斯专门研究生物力学，他说：“火烈鸟实际上是捕食者，它们正在积极寻找在水中移动的动物，它们面临的问题是如何集中这些动物，把它们拉到一起觅食。”。“想想蜘蛛，它们会结网诱捕昆虫。火烈鸟正在用漩涡诱捕动物，比如卤虾。”
亚特兰大佐治亚理工学院的奥尔特加·希门尼斯及其合作者；佐治亚州玛丽埃塔肯尼索州立大学（KSU Marietta）；纳什维尔动物园本周在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。
研究人员发现，火烈鸟用它们柔软的蹼脚搅动底部沉积物，并将其以螺旋状向前推进，然后像柱塞一样向上猛拉头部，将其吸引到水面，形成迷你龙卷风。一直以来，鸟类的头部在水漩涡中都是倒置的，它们倾斜的喙在吱吱作响，形成较小的漩涡，将沉积物和食物引导到嘴里，在那里食物被挤出。
火烈鸟的喙的独特之处在于，它的前端呈扁平状，因此当鸟的头在水中倒置时，扁平部分与底部平行。这使得火烈鸟能够采用另一种称为撇油的技术。这涉及到用它长长的S形脖子向前推它的头，同时快速拍打它的喙，形成片状涡流——冯·卡门涡流——来捕捉猎物。
奥尔特加·希门尼斯说，这套主动进食行为掩盖了火烈鸟作为被动滤食者的声誉。
他说：“看起来它们只是过滤被动粒子，但事实并非如此，这些动物实际上是在捕食正在移动的动物。”。
他发现的原理可用于设计更好的系统，用于从水中浓缩和吸收微小颗粒，如微塑料；基于抖动的更好的自清洁过滤器；或者像火烈鸟一样可以在泥里行走和奔跑的机器人。
颤动
奥尔特加·希门尼斯是墨西哥普埃布拉人，在新冠肺炎大流行前，他与妻子和女儿参观亚特兰大动物园时，对火烈鸟的觅食行为着迷。在拍摄这些鸟的觅食行为时，他只观察到表面有涟漪。
他说：“我们不知道里面发生了什么。这是我的问题。”
当时，佐治亚州肯尼索州立大学的博士后奥尔特加·希门尼斯将火烈鸟喂食作为他的下一个研究项目。他说，他认为自己是一位现代达尔文主义博物学家，研究从线虫、苍蝇到跳虫和鸟类等所有类型动物的行为，重点研究动物如何与周围环境相互作用和操纵周围环境，包括空气、水和电磁场。
他从肯尼索州搬到佐治亚理工学院，在Saad Bhamla的实验室工作，在那里他与工程师合作，他们在纳什维尔动物园接触到了智利火烈鸟。研究小组拍摄了它们在一个大托盘里进食的过程，使用激光照射水中的气泡，以观察动物头部和喙产生的涡流。
在搬到奥罗诺的缅因大学担任助理教授后，奥尔特加·希门尼斯改进了火烈鸟喙和脚的3D打印模型，以更精确地研究鸟类在进食时拍打喙或“叽叽喳喳”时水和颗粒的运动。
2024年，他再次搬到加州大学伯克利分校，在那里他进行了实验，以了解喋喋不休和跺脚在捕捉活卤虾方面的效果。这篇新论文总结了所有这些合作工作。
在加州大学伯克利分校，他将一个真正的火烈鸟喙连接到一个致动器上，以模拟抖动，并在嘴里添加了一个小泵，以模拟舌头并吮吸嘴里捕获的卤虾。通过这种设置，他能够确定喋喋不休是火烈鸟觅食的关键。
他说：“实际上，通过管道的卤虾数量增加了七倍。”。“所以很明显，这种喋喋不休的声音增加了被喙捕获的个体数量。”
跳街舞
奥尔特加·希门尼斯说，喂食行为始于脚。如果你在非常浅的水中观察火烈鸟，你经常可以看到它在原地跳舞或绕圈跳舞的行为。
脚有蹼，但和许多涉水鸟一样，它们是松软的，所以当鸟抬起脚时，蹼会塌陷并从底部脱离，而没有吸力，这使得人类很难在泥中行走。在行走或奔跑时，火烈鸟似乎会将脚滑入水中，而不是跺脚，这种技术可以帮助机器人在水中或泥地中行走。
Ortega Jiménez创建了刚性和柔性火烈鸟脚的模型，以比较这两种设计如何影响流体流动，他发现松软的脚在将沉积物涡流推出每一步之前更有效。刚性织带主要产生湍流。
他创建了一个L形喙的3D模型，能够证明在水中向上直拉头部会产生一个围绕垂直轴旋转的涡流，再次集中食物颗粒。他测得头部速度约为每秒40厘米（每秒1.3英尺）。小型龙卷风的强度足以困住甚至敏捷的无脊椎动物，如卤虾和被称为桡足类的微小甲壳类动物。
颤振也会在喙周围产生漩涡。奥尔特加·希门尼斯发现，在这种情况下，火烈鸟保持其上喙静止，尽管它能够独立运动，并且只移动下喙——在喋喋不休的过程中每秒大约移动12次。
该论文的合著者、KSU Marrieta的教授Tien Yee利用计算流体动力学在计算机上模拟了喙和脚周围的3D流动。他证实，漩涡确实会聚集颗粒，类似于在水槽中使用3D打印头进行的实验，水槽中既有主动游泳的卤虾，也有被动漂浮的卤虾卵。
奥尔特加·希门尼斯说：“我们观察到，当我们把一个3D打印的模型放在水槽里模仿我们所谓的撇食时，它们在喙的侧面产生对称的涡流，使水中的颗粒再循环，从而使它们真正进入喙中。”。“这就是流体动力学的把戏。”
他的下一个项目是确定火烈鸟活塞状舌头的作用，以及喙的梳状边缘如何将猎物从盐水中过滤出来，有时是有毒的水。
他说：“火烈鸟是过滤式喂养的超级专业动物。”。“不仅仅是头部，还有颈部、腿、脚以及它们用来有效捕捉这些微小而敏捷的生物的所有行为。”
除了Yee，该论文的其他合著者还有佐治亚理工学院的博士后研究员Pankaj Rohilla、研究生Benjamin Seleb和Saad Bhamla教授；田纳西州纳什维尔动物园的杰克·贝莱尔。
