Britský synchrotron „Diamond Light Source“. Kredit: UKRI.

První poznatky o tom, jak se můry stávají pro své predátory neviditelné, podal až příchod vysokorychlostních kamer. Teprve až technika schopná snímat objekt takřka ve tmě odhalila, že noční motýli  frekvenci netopýřího biologického sonaru velmi dobře slyší a že na hrozbu hbitě reagují. Většinou volí taktiku „mrtvého brouka“. V letu se náhle propadnou, čímž se jim z pozorovacího úhlu predátora daří zmizet a hbitým manévrem si uchránit život.

Zvláště dokonalou akustickou kamufláží oplývá huňatý druh můry Periphoba arcaei. Kredit: Thomas R. Neil.

Snímkování ale také ukázalo, že ne všechny můry slyší a že hodně z nich je doslova hluchých. Ani ty ale v evoluci nezahálely a vytvořily si jinou účinnou obranu. Sedí na ní termín stealth.

Nyní se dostáváme k tomu, proč biologové na výzkumu můr začali spolupracovat s fyziky z jednoho z nejpokročilejších vědeckých zařízení na světě, známého pod jménem Diamond. Jde o britský národní synchrotron nacházející se v kampusu Oxfordshire.

Příroda vyřešila plášť „neslyšitelnosti“ překrývajícími se tvarovanými šupinkami. Kredit:  University of Bristol

Zařízení urychluje elektrony na rychlosti blízké rychlosti světla a výsledkem je světlo 10 miliardkrát jasnější než ze Slunce. Paprsky lze směrovat do laboratoří a využívat je i jako mikroskop s obřím zvětšením. S takovým pomocníkem vědci pronikají do tajů virů, vakcín, povrchu lopatek tryskových motorů a nově i motýlích křídel. Zmíněné použité zařízení je v porovnání s tradičním mikroskopem 10 000krát výkonnější a poskytlo dokonalý 3D obraz šupinek, kterými je motýlí křídlo poseto.

Marc W. Holderied,profesor senzorické biologie, vedoucí výzkumného kolektivu. Kredit: University of Bristol.

V podstatě jde o princip elektronového mikroskopu. Proč tedy výzkumníci volili zařízení synchrotronu? Protože v elektronové mikroskopii platí, že čím je vyšší energie elektronového paprsku, tím se dosáhne lepšího rozlišení (podrobněji jsme o technice zvané ptychografie informovali v článku zde).

To, co na nočních motýlech pohlcuje ultrazvukové cvakání netopýrů a tlumí ozvěny vracející se k uším dravce, jsou tedy šupinky, jimiž mají svůj pláštík neslyšitelnosti posetý.

Ukázka ptychografické rekonstrukce architektury motýlího křídla (bez umělého dobarvení). Kredit: Diamond Light Source.

Laboratorní měření vyjevila, že některé druhy hluchých můr mají pokryv tak dokonalý, že absorbuje z dopadající energie zvukových vln plných 85 procent. Denní motýli mají rovněž tělíčko kryté šupinatým chmýřím. Jejich šupinky ale nejsou tak husté a tudíž svému nositeli zvlášť významnou ochranu neposkytují.

Když některým z můr vědci jejich ochranný pláštík setřeli, následné měření ukázalo, že heboučká a nic vážící kamufláž velmi účinně plní funkci jak širokopásmového (20 kHz – 160 kHz) tak i vícesměrového ultrazvukového absorbéru a riziko odhalení snižuje můrám až o 38 procent.

Na složených obrázcích vědci předvedli, jak akustická tomografie vykreslí obraz pozorovaného objektu (šedě). Jde o techniku, která dovoluje měřit, kolik zvuku se od kterých částí objektu odráží. Kredit: Thomas R. Neil a Marc W. Holderied.

Šupinkatý porost na hrudi můry Antherina suraka absorbuje až 85 % zvukové energie netopýřího echolokačního cvaknutí. Kredit: Thomas R. Neil

Podle druhu netopýrů se jejich echolokační frekvence pohybují od 11 kHz (u Euderma maculatum, netopýra Severní Ameriky nazývaného skvrnitý) do 212 kHz (u Cloeotis percivali, netopýra z Afriky, zvaného Percivalův). Je rovněž známo, že netopýři průběžně mění frekvenci svého sonaru podle toho v jaké výšce a v jakém prostředí zrovna letí. K nižší frekvenci pulsů sahají v otevřenějším prostředí. Důvodem je, že nízkofrekvenční pulzy jim dovolují „dohlédnout“ dál. V další práci se vědci proto hodlají zaměřit na to, zda se i můrám podle jejich způsobu života, nějak přizpůsobuje kamufláž.  Která z nich je co nejuniverzálnější a vhodná pro využití v praxi. Případně jak odkoukanou motýlí nanoporéznost ještě vylepšit, aby akustický výkon pokrýval větší oblast pásma lidského sluchu.

Pravdou je, že povrchy tlumící zvuk již známe poměrně dlouho. Často jde o pěnové struktury podobné molitanu. Potkáváme se s nimi v nahrávacích studiích, provozovnách s přemírou hluku a i třeba v inkubátorech nedonošených dětí. Tlumiče zvuku na bázi struktury motýlích křídel nabízí vysokou účinnost absorpce s minimálními nároky na hmotnost a prostor. Jak vědci říkají – "mají šanci učinit svět tišším a zdravějším". Tenčí a lehčí materiál by praxe jistě uvítala. A nejspíš nejen ta civilní.

Místo obvyklého závěru jedna zajímavost navíc: Soudí se, že u předchůdců netopýrů se echolokace poprvé objevila někdy před 65 miliony let. Motýli nejsou jediní, kdo na tento vynález predátora zareagoval. Z jiné výzkumné práce Holderiedova kolektivu vyplývá, že i rostliny dokážou z ultrazvukového švitoření letounů těžit. Ty, které spoléhají na opylení od netopýrů, si modelují květy do tvarů, které netopýří „cvakání“ velmi dobře odráží. Funguje to obdobně, jako u jiných rostlin vůně. Nejspíš je tato zvuková navigace ještě přesnější a i ve tmě svým opylovačům signalizují: „Tady jsem, zrovna kvetu a mám pro tebe něco sladkého na zub“.

Animace 3D struktury povrchu křídla nočního motýla. Kredit: University of Bristol

Literatura

University of Bristol Research Portal

Diamond Light Source

Nikita M. Finger, et al.: Detection distances in desert dwelling, high duty cycle echolocators: A test of the foraging habitat hypothesis,PLOS ONE, May 19, 2022. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0268138

Thomas R. Neil et al.: Thoracic scales of moths as a stealth coating against bat biosonar, Journal of The Royal Society Interface (2020). DOI: 10.1098 / rsif.2019.0692