Je pátek, „zvíkendnívá se“, pro mnohé možnost si vydechnout, odsunout alespoň na chvíli pracovní povinnosti. Ideální čas shlédnout krátké video, které překvapí, poučí a snad i potěší. Alespoň ty, kteří nezapomněli žasnout nad fascinujícími výsledky evolučních adaptací. Video je součástí studie, která odhaluje půvabní způsob letu i zajímavou strukturu křídel titěrného, necelý půl milimetr (ca 400 mikrometrů) „velkého“ broučka druhu Paratuposa placentis z Vietnamu. Je nejmenším ve své hmyzí čeledi pírníkovití (Ptiliidae), jejichž všichni členové jsou menší 2 milimetrů. Studie, kterou 19. ledna zveřejnil a volně zpřístupnil nejznámější odborný časopis Nature, potěší i z jiného důvodu – alespoň ty mírumilovné. Je výsledkem spolupráce ruských entomologů, německých biologů a japonských IT expertů. Všichni pracují ve významných institucích akademické sféry (Lomonosova Moskevská státní univerzita; Výzkumné centrum informatiky a výpočtové techniky v Tokiu; Technický ústav v Tokiu; Fakulta strojírenství Univerzity v Čibě, Japonsko a Ústav biologických věd Univerzity v Rostoku, Německo).
Komentář ve videu je ve velmi srozumitelné angličtině, nicméně pod videem nabízíme stylisticky upravený český přepis. Připomínáme, že podrobnosti a další poutavé obrázky jsou dostupné ve zmíněném článku.
Video: Flying in miniature: Secrets of the featherwing beetle
Létání může být celkem ošemetnou záležitostí. Když ale máte méně než půl milimetru, jako tento „opeřený“ brouk, je to ještě složitější. V tomto měřítku fungují fyzikální zákony jinak – vzduch se jeví spíše jako sirup.
Donedávna byli entomologové přesvědčeni, že tento brouček vůbec nelétá, nýbrž jej unáší vítr podobně, jako mořské proudy plankton. On však létá – a umí to skvěle. Nyní vědci pomocí nejmodernějších technik přicházejí na kloub tomu, jak to dělá. Obvykle platí, že čím větší tvor, tím rychlejší let. Tento drobček, zvaný Paratuposa placentis, se však tomuto trendu vymyká – létá stejně rychle jako třikrát větší zástupci jeho hmyzí třídy.
Cesta za poznáním začala ve Vietnamu, kde vědci broučky sesbírali z plísní. Pomocí vysokorychlostních kamer pak zachytili jejich let rychlostí téměř čtyři tisíce snímků za sekundu současně ze dvou různých perspektiv. Údaje z těchto pozorování umožnily týmu vytvořit 3D simulace pomocí adaptivní mřížky – na videu je vidět, jak se přizpůsobuje mávání „křídel“ brouka a umožňuje tak zachytit všechny důležité detaily. Několik mikroskopických technik pomohlo důkladně, do detailů zobrazit strukturu podivných křídel připomínajících peří. Všechny tyto zobrazovací postupy byly použity již dříve, ale jejich aplikace na výzkum pohybu tak malého tvora představovala novou výzvu. A ta se vyplatila – vedla k odhalení zcela nového způsobu létání. Klíčovou se ukázala zvláštní štětinovitá struktura křídel. Jejich neobvyklý tvar je evoluční optimalizací dvou selektivních tlaků – co nejmenší hmotnost a co největší výkon. Výsledek broučkovi usnadňuje mávání křídly, která, na rozdíl od jiného hmyzu, se pohybují dopředu i dozadu. Paratuposa placentis totiž kmitá křídly ve tvaru osmičky. V horní poloze dokonce o sebe plácnou, čímž se sníží odpor vzduchu. Důležitou roli hrají i krovky, které pohyb křídel vyrovnávají a udržují stabilitu těla. Všechny tyto vychytávky dohromady pomáhají broukovi překonat některé jedinečné výzvy letu v mikroskopických dimenzích. Když jste tak drobní, změní se rozhodující fyzikální faktory, ze tření vzduchu (viskozity) se stává hlavní problém. A jak dokládá P. placentis – odlišná fyzika znamená, že potřebujete odlišnou taktiku.
Odhalení tajemství letu P. placentis je jen špičkou ledovce. Tým doufá, že se jim podobnou cestou podaří odhalit rozmanité techniky létání i u dalších druhů drobného hmyzu. To by mohlo vědcům pomoci pochopit, jak funguje let v různých měřítkách a za různých podmínek. A možná to jednoho dne dokonce lidem umožní sestrojit zcela nové druhy létajících strojů. Velké dopady výzkumu malých křídel.
Literatura
Sergey E. Farisenkov et al.: Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles, Nature (2022)