Koel blijven

Helmkasuaris loost overtollige warmte via helm

Dankzij helm blijft helmkasuaris koel

Hoe blijft de tropische helmkasuaris koel als de temperatuur oploopt? Danielle Eastick en collega’s laten zien dat hij zijn opvallende helm gebruikt tegen oververhitting.

Alleen al vanwege zijn formaat en sterke poten – met een vervaarlijke dolkachtige klauw die 10 centimeter lang kan zijn – is de helmkasuaris een indrukwekkende vogel. En dan draagt hij ook nog een opvallende helm. Waartoe dient die eigenlijk?
Dat was tot nu toe onduidelijk. Misschien versterkt de helm het diepe geluid dat de vogel kan maken, dachten sommigen. Of misschien is het een extra versiering om de aandacht van mogelijke partners te wekken, naast de blauwe kop en de blauw en rode nek met lellen, was een andere veronderstelling. Of wellicht beschermt hij de kop als de vogel op hoge snelheid door de dichte vegetatie rent of in een gevecht verwikkeld is.
Maar Danielle Eastick en collega’s komen nu met een ander antwoord.

Snel oververhit

De helmkasuaris leeft in tropische bossen van Nieuw-Guinea en Australië. Als groot en donker dier kan hij bij hoge temperaturen snel oververhit raken, dus moet hij een mogelijkheid hebben om warmte kwijt te kunnen. Eastick bedacht dat de helm die mogelijkheid zou kunnen bieden en ging na of dat klopte.
En dat was zo.

De helm bestaat uit fragiel, sponsachtig bot en is deels hol; hij is bekleed met een laag hoorn. Vlak onder de oppervlakte ligt een omvangrijk netwerk van bloedvaatjes.
Uit infrarode opnamen die de onderzoekers maakten met een speciale camera bleek dat die bloedvaatjes zich verwijden bij hogere temperaturen, zodat de helm opwarmt. Dan kan de kasuaris warmte via de helm aan de lucht afgeven. Maar is het koud, dan trekken de helmbloedvaatjes samen, zodat er weinig bloed door de helm stroomt. Hij koelt af terwijl het dier zijn warmte vasthoudt.

De poten en het puntje van de snavel helpen op dezelfde manier om de temperatuur te regelen, maar de helm is het belangrijkst. Als het heel heet is, dompelt de vogel soms zijn kop in het water om extra warmte te verliezen.

Vormgeving

De mogelijkheid van temperatuurregulatie was al eens geopperd, maar nooit uitvoerig onderzocht.
Er zijn nog enkele tropische vogels met een helmachtige structuur die misschien dient om warmte af te voeren; zo hebben sommige neushoornvogels een helm op de snavel. En wellicht was ook de helm van sommige dinosauriërs indertijd een middel om warmte te verliezen.

Die functie voor de warmtehuishouding sluit niet uit dat de helm van de kasuaris ook een rol speelt bij de partnerkeus. Hoewel de vormgeving eerlijk gezegd niet zo bijzonder is.

Willy van Strien

Foto: Paul IJsendoorn (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY 2.0)

Bronnen:
Eastick, D.L., G.J. Tattersall, S.J. Watson, J.A. Lesku & K.A. Robert, 2019. Cassowary casques act as thermal windows. Scientific Reports 9: 1966. Doi: 10.1038/s41598-019-38780-8
Naish, D. & R. Perron, 2014. Structure and function of the cassowary’s casque and its implications for cassowary history, biology and evolution. Historical Biology 28: 507-518. Doi: 10.1080/08912963.2014.985669
Phillips, P.K. & A.F. Sanborn, 1994. An infrared, thermographic study of surface temperature in three ratites: ostrich, emu and double-wattled cassowary.  Journal of Thermal Biology 19: 423-430. Doi: 10.1016/0306-4565(94)90042-6

Afkoelen

Bromvlieg blaast bellen om warmte te verliezen

bromvlieg koelt af door bellen te blazen

Een bromvlieg laat vaak even een vloeistofbel tussen zijn monddelen naar buiten komen en haalt hem dan weer naar binnen. Zo voert hij overtollige warmte af, laten Guilherme Gomes en collega’s zien.

Hoe vermijdt een druk zoemende bromvlieg eigenlijk dat hij oververhit raakt? Weinig mensen zullen zich dat ooit hebben afgevraagd, maar Guilherme Gomes en collega’s deden dat toevallig wel. En ze ontdekten dat de bromvlieg Chrysomya megacephala goed is staat is zich koel te houden door….. een bel te blazen.
Is het warm, dan kan een bromvlieg een druppeltje vloeistof uit zijn mondholte naar buiten persen en aan zijn monddelen laten hangen. Doordat wat vloeistof verdampt koelt de druppel snel af, en vervolgens haalt de vlieg hem weer binnen. Vaak herhaalt hij deze handeling; een druppel kan tot zes keer op en neer gaan. De vlieg slikt de afgekoelde druppel uiteindelijk door en zo verlaagt hij zijn lichaamstemperatuur. De vloeistof is een mix van sappen die uit het voedsel komen en speeksel.

Overdag en ’s nachts

De bromvlieg past deze bellentruc overdag toe als het warmer is dan 25 °C. Bij die temperatuur is het beestje opgewarmd en druk in de weer, zodat zijn spieren veel warmte produceren; afkoeling is dan noodzakelijk. Als het echt heet wordt, boven de 30 °C, komt de vlieg tot rust en produceert hij geen warmte meer. Hij maakt dan geen spuugbellen om af te koelen.
’s Nachts bubbelt hij meer dan overdag om koel te blijven. Zo verlaagt hij zijn stofwisseling en spaart hij energie.

Als de luchtvochtigheid hoog is, wil de vloeistof niet goed verdampen en zal een spuugbel dus niet afkoelen. Als de vlieg dan al een druppel naar buiten te brengt, zal hij hem niet meer innemen, maar uitspugen.

Alleen voor kleine beestjes

Het afkoelen via een spuugdruppel is alleen weggelegd voor kleine beestjes, en er zijn meer insecten die het lijken te doen. Grotere dieren kunnen geen vloeistofbel maken en hanteren die groot genoeg is voor een afkoelend effect. Wij hoeven het dus niet te proberen. Gelukkig maar – het zou geen gezicht zijn. Wij zweten om af te koelen, en dat kan een insect weer niet met zijn harde omhulsel met waslaagje.

Willy van Strien

Foto: Bromvlieg Chrysomya megacephala. gbohne (via Flickr, Creative Commons CC BY-SA 2.0)

Bron:
Gomes, G., R. Köberle, C.J. von Zuben & D.V. Andrade, 2018. Droplet bubbling evaporatively cools a blowfly. Scientific Reports 8:5464. Doi: 10.1038/s41598-018-23670-2

Koel vachtje

Zilvermier weerstaat woestijnhitte met driehoekige haren

Zilvermier kan goed tegen hitte

Pas als het goed heet wordt in de Sahara komt de zilvermier uit zijn nest te voorschijn. Door zijn zilveren glans kan hij in actie komen als andere dieren aan de hitte bezwijken of een veilig heenkomen zoeken, laten Norman Nan Shi en collega’s zien.

Het zand van de Sahara wordt overdag gloeiend heet. Daar houdt geen enkel beestje het op uit, zou je denken. Toch is er één die zich juist laat zien als de temperatuur van het zand is opgelopen tot een schroeiende 60˚C: de zilvermier, Cataglyphis bombycina.
Hij heeft een goede reden om dan te voorschijn te komen. Insecten en andere kleine beestjes die hij eet zijn dood neergevallen en het voedsel lig dus voor het oprapen. Maar nog belangrijker: zijn eigen roofvijanden, hagedissen, trekken zich terug in een koel hol. De kust is veilig om het voedsel te gaan verzamelen.
De zilvermieren komen massaal hun nest uit, het hete zand op.
Maar al snel raken ook zij oververhit. Ze moeten regelmatig op een steentje of een stengel klimmen om af te koelen; vlak boven de grond is de temperatuur al merkbaar lager. En dan nog kunnen ze maximaal slechts een minuut of tien buiten blijven. Proberen ze langer de brandende zon te trotseren, dan leggen ze het loodje. Veel mieren zijn niet snel genoeg terug in hun nest en gaan dood.
Toch verdragen ze de hitte veel beter dan andere dieren. Hoe doen ze dat?

Norman Nan Shi en collega’s schrijven het toe aan de dichte beharing die de rug en de zijden van de mieren bedekt en die ze hun zilveren glans geeft. Ze laten zien dat die haren een unieke vorm hebben: ze zijn driehoekig op doorsnee. Twee van de drie zijden hebben een geribbeld oppervlak, de derde zijde, aan de onderkant, is glad.
Die haren hebben twee koelende effecten, blijkt uit een serie proeven met mierenlijfjes. Sommige waren intact en andere onthaard, en de onderzoekers vergeleken hun eigenschappen. Op de eerste plaats weerkaatsen de haren een groot deel van het opvallende zonlicht, zo constateerden ze. Daardoor warmen de mieren minder snel op. Op de tweede plaats maken de haren het mogelijk dat de dieren, met een lichaamstemperatuur rond de 50˚C, wat van hun warmte uitstralen naar buiten als ze op een verhoging staan af te koelen: ze laten die warmtestraling namelijk goed door.

Aan de buikzijde missen de mieren die zonlichtweerkaatsende en warmtedoorlatende beharing. En dat is precies goed: zonlicht bereikt de onderkant toch niet en de warmte die het gloeiende woestijnzand afgeeft moet zoveel mogelijk buiten blijven.

Willy van Strien

Foto: Zilvermieren rond een prooi. Bjørn Christian Tørrissen (Wikimedia Commons)

David Attenborough vertelt over de zilvermier Cataglyphis bombycina

Bron:
Shi, N.N., C-C. Tsai, F. Camino, G.D. Bernard, N. Yu & R. Wehner, 2015. Keeping cool: Enhanced optical reflection and heat dissipation in silver ants. Science, 18 juni online. Doi: 10.1126/science.aab3564

Weg van die kou

Meeste trekvogels ontvluchten de barre winter

Zijn Amerikaanse trekvogels van oorsprong zuidelijke soorten die in het rustige noorden gingen broeden, of noordelijke vogels die hun overwinteringsgebied verlegden naar het warmere zuiden? Het antwoord dat Benjamin Winger en collega’s geven gaat in tegen de meest populaire opvatting.

Er zijn nogal wat soorten vogels die tweemaal per jaar een indrukwekkende tocht ondernemen. Ze vliegen van de streek waar ze ’s zomers broeden naar hun overwinteringsgebied en terug.
Die neiging zit er bij vogels, evolutionair gezien, van oudsher al ingebakken, maar is niet dwingend: er zijn vogels die trekken, maar ook vogels die honkvast zijn. Veel trekvogels stammen af van een standvogel, een vogel die het hele jaar op dezelfde plaats leeft; omgekeerd stammen veel blijvers af van een trekker.

Waar ligt de oorsprong van trekvogels die afstammen van standvogels? Leefden hun niet-trekkende voorouders jaarrond in een warm klimaat? En hebben zij op een goed moment de gewoonte ontwikkeld om in het voorjaar hun concurrenten te verlaten om te gaan broeden in een gematigde of koele streek, waar ’s zomers volop voedsel is en de dagen lang zijn? Of zaten ze oorspronkelijk juist in een gematigde streek en zijn ze in de subtropen of tropen gaan overwinteren om de kou en honger van de winter te ontvluchten?
De eerste mogelijkheid – dat migranten hun broedgebied verlegden ten opzichte van (sub)tropische voorouders – sprak biologen het meest aan. Want de tropen tellen veel meer soorten vogels dan de gematigde streken, dus dan lijkt het logisch dat trekvogels van oorsprong tropische vogels zijn die ’s zomers de drukte zijn gaan ontlopen.
Toch ligt het anders, melden Benjamin Winger en collega’s. In elk geval voor Amerikaanse trekkers. De meeste van hen hebben niet hun broedgebied, maar hun overwinteringsgebied verschoven; ze stammen af van soorten uit gematigd of koel Noord-Amerika.

De onderzoekers kwamen daar achter door uit te gaan van de evolutiestamboom van een grote groep zangvogels, bestaande uit onder meer Amerikaanse zangers, mussen, gorzen, troepialen, kardinalen en tangaren. Hun gezamenlijke voorouder kwam ooit Noord-Amerika binnen via de toenmalige Beringlandbrug tussen Siberië en Alaska. Bij elkaar zijn er nu ruim 800 soorten die van die pionier afstammen.
De onderzoekers onderscheidden standvogels uit Noord-Amerika (dat zijn er maar een paar), standvogels uit Midden- en Zuid-Amerika (dat zijn de meeste) en trekkers (120 soorten), en gaven die indeling aan op de stamboom. Het klinkt eenvoudig, maar het vereiste een pittige computerklus.
Het resultaat is een duidelijke patroon. Er zijn trekkers die afstammen van Noord-Amerikaanse standvogels, en er zijn trekkers die afstammen van Midden- en Zuid-Amerikaanse blijvers. Maar die eerste groep is veel groter – tegen de oude gedachte in.

De Amerikaanse zangers en troepialen vormen een goed voorbeeld. Ze vormen een grote groep soorten die afstammen van een Noord-Amerikaanse standvogel die, lang geleden, zijn overwinteringsgebied verlegde naar het warme zuiden en de uitputtende en riskante tocht op de koop toe nam.
De zangers en troepialen die van die vroege migrant afstammen zijn niet allemaal trekkers gebleven. Veel soorten vertoeven jaarrond in Midden- en Zuid-Amerika. Kennelijk gaf een deel van de migranten hun reis op om het hele jaar in de warme tropen te blijven. Dat is één van de redenen, denkt Winger, dat de tropen zo rijk aan soorten zijn. Van die tropische soorten heeft een klein aantal later het broedgebied naar het noorden verlegd; deze vogels gingen weer trekken.
Al met al een dynamisch plaatje. Het laat zien dat vogels, op evolutionaire schaal bekeken, vrij gemakkelijk kunnen overgaan tot trekgedrag, of daar weer van afstappen.

Zouden ook vogels die trekken tussen Europa en Afrika voornamelijk afstammen van noordelijke soorten die de winter ontvluchtten? Ik ben benieuwd. Het zou leuk zijn als iemand dat eens uitzocht.

Willy van Strien

Foto: Blauwvleugelzanger, Vermivora cyanoptera, een Amerikaanse trekvogel. Wolfgang Wander, Wwcsig (Wikimedia Commons)

Bron:
Winger, B.M., F.K. Barker & R.H. Ree, 2014. Temperate origins of long-distance seasonal migration in New World songbirds. PNAS 111: 12115-12120. Doi: 10.1073/pnas.1405000111

Wie onderhoudt het dak?

Republikeinwever werkt aan gezamenlijk nest als familie profiteert

Op de droge savannen van de Kalahari in zuidelijk Afrika hangen enorme vogelnesten in Acacia-bomen. Honderden republikeinwevers vliegen de vele nestopeningen in en uit.
Deze nesten, die zijn gemaakt van stevig gras en tonnen kunnen wegen, zijn beslist iets bijzonders. Het overkoepelende ‘dak’ dat de nestkamers ondersteunt moet apart gemaakt en onderhouden worden. René van Dijk en collega’s vroegen zich af welke vogels bereid zijn om dit klusje op zich te nemen.

Dat is een goeie vraag. Je kunt je namelijk voorstellen dat elke republikeinwever die gemeenschapstaak het liefst aan zijn nestgenoten overlaat en al zijn eigen tijd en energie in zijn voortplanting steekt. Toch zijn er kennelijk altijd genoeg vogels die zich om het dak bekommeren. Anders zou het gemeenschappelijke nest in verval raken, en dat gebeurt niet. Integendeel: de nesten blijven tientallen jaren in stand.
En daar profiteren alle bewoners van, ook zij die niet aan het dak werken. De constructie biedt niet alleen een structuur voor de nestkamers waarin ze broeden en rusten, maar beschermt ook tegen extreme hitte en kou. De temperatuur buiten kan overdag oplopen tot boven 40˚C en in winternachten dalen tot rond het vriespunt. In de nestkamers zijn die schommelingen wat gedempt.
Bovendien zijn de vogels in het gemeenschappelijke nest veiliger tegen roofvijanden. De republikeinwevers verliezen veel jongen aan slangen, en zonder gemeenschappelijk nest zou dat verlies waarschijnlijk groter zijn.
Alle vogels hebben de constructie dus hard nodig, maar alleen degenen die eraan bouwen dragen de lasten. Welke vogels zijn daartoe bereid?

Van Dijk en collega’s gingen aan de slag in het Benfontein Natuurreservaat in Zuid Afrika. De kolonies van de versamelvoël daar worden al tientallen jaren onderzocht; de vogels, die 16 jaar oud kunnen worden, dragen kleurringen om de poten waaraan ze individueel herkenbaar zijn. De biologen observeerden de republikeinwevers en deden DNA-onderzoek om vast te stellen welke vogels familie van elkaar waren.

Die familierelaties blijken de sleutel te zijn tot het antwoord op de vraag welke vogels zich inzetten voor de gezamenlijke nestconstructie.
Het dakonderhoud is mannenwerk, en mannetjes repareren vooral het gedeelte boven hun eigen nestkamer. Maar slechts de helft van alle mannetjes helpt mee. De mannetjes die zich met het dak bemoeien, zo laat het onderzoek zien, zijn mannetjes die familieleden als buren hebben. De vogels die van hun inspanningen profiteren zijn dus niet zomaar nestgenoten, maar nauwe verwanten, waaronder hun nakomelingen. Dan is de bereidwilligheid goed te begrijpen.

En er zijn veel mannetjes die vaders, zoons of broers als buren hebben, want mannetjes blijven in de kolonie als ze volwassen zijn, terwijl vrouwtjes uitvliegen. In de kolonie zoeken mannetjes een plaats in de buurt van hun ouders. Omdat mannelijke familieleden vaak bij elkaar in de buurt blijven zijn er voldoende mannetjes bereid om het gezamenlijke nest te onderhouden. Voor zichzelf en voor hun familie.

Willy van Strien

Foto’s: René van Dijk

De republikeinwever en zijn gemeenschappelijke nest op YouTube

Bronnen:
Dijk, R.E. van, J.C. Kaden, A. Argüelles-Ticó, D.A. Dawson, T, Burke & B.J. Hatchwell, 2014. Cooperative investment in public goods is kin directed in communal nests of social birds. Ecology Letters, 6 juli online. Doi: 10.1111/ele.12320
Dijk, R.E. van, J.C. Kaden, A. Argüelles-Ticó, L. M. Beltran, M. Paquet, R. Covas, C. Doutrelant & B.J. Hatchwell, 2013. The thermoregulatory benefits of the communal nest of sociable weavers Philetairus socius are spatially structured within nests. Journal of Avian Biology 44: 102-110. Doi: 10.1111/j.1600-048X.2012.05797.x