Down in Jungleland: Wing It Like a Pro

Krídla hmyzu vyzerajú chabé, ale dokážu poraziť ohromujúcich 250-krát za sekundu, lietajú tak, ako sa ľuďom môže len snívať

Je úžasné, ako môže stvorenie tak krehké ako motýľ s krídlami tenkými ako tkanivo podniknúť transkontinentálne lety, pričom na ceste nejakým spôsobom prekonáva búrky a víchrice.

Závideli sme im, pravdepodobne od chvíle, keď sme si uvedomili, že oni vedia lietať a my nie; že oni mali krídla a my nie. A aby som to pochopil, matka príroda ukázala dva úplne odlišné, aj keď rovnako dômyselné, návrhy krídel a techniky letu, ktoré umožnili hmyzu a vtákom vzlietnuť do vzduchu rôznymi spôsobmi. Tu sa pozrieme na to, z čoho sú krídla hmyzu vyrobené a ako fungujú.

Krídla hmyzu sú vyrobené z dvoch vrstiev chitínu, ktorý je ohybný, pružný a húževnatý, zložený dohromady – z rovnakej látky, z ktorej sa skladá exoskeleton hmyzu. Môžu byť dúhovo priehľadné a lesklé ako celofán – ako krídla múch a vážok – alebo očarujúce farebné a vzorované ako motýle. Vyzerajú chatrné a zdajú sa byť také krehké, keď sa krútia a otáčajú – ale to je len ilúzia, pretože môžu biť 250-krát za sekundu, otáčať sa okolo svojej osi pri každom jednom údere a vytvárať a vrhať zúrivé malé tornáda (víry). robiť. Konštrukčnú pevnosť dodáva mozaika žíl (vzor je jedinečný pre každý druh hmyzu) a zatiaľ čo väčšina krídel je mŕtva, existujú niektoré nervové zakončenia, ktoré sú živé a citlivé. V pokoji nevyzerajú ani ako typické krídla – sú to ploché, rovné povrchy. Ale akonáhle sa dajú do pohybu, nadobudnú tvar krídel a poskytujú zdvih potrebný na to, aby sa v podstate neaerodynamicky vyzerajúci tvor dostal zo zeme a vyskočil do vzduchu.

Väčšina hmyzu má jeden pár krídel, hoci mnohí začali s dvoma pármi. Niektorí starodávni tradicionalisti ako vážky to stále robia. V klane chrobákov sa pár predných krídel vyvinul do farebných krytov krídel nazývaných elytra, ktoré sa zdvihnú, keď hmyz letí. Tiež prispievajú k malému výťahu. V iných, ako u pravých múch, sa zadné krídla vyvinuli do hrubších gombíkov známych ako ohlávky, ktoré poskytujú stabilitu počas letu. Niekoľko štvorkrídlových hmyzov, ako sú motýle, včely a osy, si pri lietaní spája alebo spája zadné a predné krídelká, takže fungujú ako jeden pár. Let hmyzu je mimoriadne zložitý a zmiatol nás veľmi dlho, kým sme na to začali prichádzať.

Možno najjednoduchší spôsob, ako to vysvetliť, je, že hmyz lieta rovnakým spôsobom ako helikoptéry - fúka vzduch pod a preč od nich, čím poskytuje zdvih a pohon. Zatiaľ čo helikoptéra nakláňa nos smerom nadol, aby dosiahla správnu kombináciu zdvihu a pohonu (aby jeho lopatky boli správne naklonené), hmyz to dosiahne otáčaním krídel okolo svojej osi ako osmička pri každom údere krídlom. Na vzlietnutie a lietanie týchto objemných, nohatých malých stvorení je potrebné zúrivé množstvo energie, ktorú zabezpečujú mohutné svaly v hrudníku hmyzu. Aj tu fungujú dva rôzne systémy.

Štvorkrídlový hmyz, ako sú vážky, má jeden pár letových svalov na krídlo, ktorý ovláda krídla priamo prostredníctvom dômyselného závesného mechanizmu – jeden sval je zodpovedný za zdvih a druhý za zdvih. Svaly sú v hrudníku umiestnené zvisle, sklopné k základni krídel zhora. Keďže každé krídlo má svoj vlastný súbor svalov, môže biť nezávisle od ostatných, čo hmyzu umožňuje vykonávať úžasné letové manévre. Na druhej strane, vážka nemôže biť svojimi krídlami viac ako 25 úderov za sekundu, aj keď sa zdá, že to vôbec neovplyvňuje jej vzdušný výkon – a dokáže dokonale pohodlne lietať aj s iba tromi krídlami. Hmyz ako včely a osy má dva páry nepriamych letových svalov, ktoré sú horizontálne a vertikálne spojené s hrudníkom a ich krídla sú pripevnené k bokom hrudníka. Zmršťovanie vertikálnych svalov ťahá hornú časť hrudníka nadol a spôsobuje, že jeho strany sa vybúria, čím sa krídla pohybujú nahor a kontrakcia vodorovného svalu vyklenie hrudnú strechu nahor, čo spôsobí, že sa krídla posunú nadol. Systém je tak pákový, že malý pohyb hrudníka má za následok relatívne veľký pohyb krídla a úžasný cvakací mechanizmus (skôr ako zapínanie a vypínanie vypínača elektrického svetla), ktorý funguje medzi hrudníkom a krídlami, zrýchľuje frekvenciu údery krídel.

Jedinečný kúsok hyperaktívneho svalového tkaniva nazývaný fibrilárny sval, ktorý sa po natiahnutí automaticky stiahne, zaisťuje, že dodávka energie do krídel pokračuje aj po zastavení impulzu z centrálneho nervového systému. Svaly sa tak môžu sťahovať a relaxovať oveľa rýchlejšie, ako im to môže prikázať nervový systém, čo umožňuje frekvenciu úderov krídel 250 úderov za sekundu. Okrem toho existuje niekoľko ďalších doplnkových svalov, ktoré umožňujú krídelkám krútiť sa a otáčať, čo umožňuje manévrovanie hmyzu tak oslnivo – a mucha môže pristáť prevrátená na strope! Rovnako ako väčšina motorov, aj letové motory hmyzu sa musia zahriať, aby mohli fungovať, a niektoré druhy hmyzu môžu odpojiť krídla od svalov (alebo jednoducho zatriasť krídlami), pričom ich rozvibrujú, aby dosiahli prevádzkové teploty (medzi 30 °C). a 40 stupňov Celzia). To je dôvod, prečo hmyz zvyčajne nelieta počas mrazivých zimných dní.

Je naozaj úžasné pomyslieť na to, ako môže tvor tak krehký ako motýľ s krídlami tenkými ako plátno podnikať transkontinentálne lety, pričom na svojej ceste nejako prekonáva búrky a víchrice; je dosť ťažké si predstaviť, ako sa s tým trhaným jojo letovým vzorom dokáže s takou presnosťou dotknúť vetrom ošľahaného kvetu (ako pri pristávaní helikoptéry na pohupujúcej sa lodi s mušľou!). Alebo, ako sa tá otravná mucha domáca ľahko vyhne vašej plácačke na muchy, drzo sa priblíži pred vašou tvárou a urobí štvornásobné prevrátenie dozadu, kým pristane hore nohami na strope, ešte raz.

Môžete mu dať iba perfektných 10.