Zdatny do lotu

Podczas gdy trzmiele uparcie zaprzeczały nauce, robiąc to, czego rzekomo nie są w stanie zrobić, jedna grupa ludzi znalazła wyjaśnienie tego paradoksu: kreacjoniści. „Oczywiście nasz Bóg Stwórca wie, jak sprawić, by trzmiel latał, nawet jeśli najlepsi współcześni naukowcy nie potrafią tego rozgryźć” (Creation Moments, amerykańska rozgłośnia kreacjonistyczna); „Bóg stworzył wszystkie żywe istoty, dlatego dokładnie wie, jak sprawić, by trzmiel latał, nawet jeśli jest to sprzeczne z logiką, a nawet najlepsi współcześni naukowcy nie mogą tego rozgryźć” („The Washington Informer”, amerykańska publikacja kreacjonistyczna).

Latający trzmiel: cud w akcji © marsupium photography , Wikimedia Commons.

Niestety, tym, co anonimowy inżynier udowodnił łatwowiernemu biologowi, było to, że modele matematyczne z lat 30. XX wieku były zbyt prymitywne, by wyjaśnić lot pszczoły. Dostępne wówczas teorie aerodynamiki opierały się na obserwacjach i eksperymentach ze sztywnymi skrzydłami samolotu. W tych modelach pszczoła nie byłaby w stanie latać bez względu na moc machania skrzydłami, jaką posiadała; jej skrzydła są zbyt małe jak na jej rozmiar ciała i generowałyby zbyt duży opór.

Lot pszczoły jest jednak znacznie bardziej złożony niż lot samolotu. Skrzydła pszczół nie są sztywnymi konstrukcjami, które trzepoczą w górę i w dół; zginają się, skręcają i obracają, tworząc szybkie, łukowate i zamaszyste fale do przodu i do tyłu. Ustawienie skrzydeł pod kątem i bardzo wysoka częstotliwość uderzeń skrzydeł tworzą wiry niskiego ciśnienia pod pszczołą, utrzymując ją w powietrzu. Tak więc pszczoły są bardziej podobne do prymitywnych helikopterów niż do samolotów. Aerodynamika pszczół została dokładnie zbadana i wyjaśniona bez potrzeby udziału niebios (np. Sane, 2003. “Journal of Experimental Biology” 206: 4191-4208; Altshuler i in., 2005. “PNAS” 102: 18213-18218).

Lot pszczoły miodnej obejmuje ruchy w górę i w dół, ruchy do przodu i do tyłu oraz skręcanie (częściowy ruch obrotowy skrzydła wokół jego długiej osi). Końcówka skrzydła opisuje długą, wąską i ukośną ósemkę © Arizona Board of Regents /ASU Ask A Biologist:

Nawet przy tak skomplikowanych manewrach latanie jest wyzwaniem dla masywnej pszczoły, takiej jak trzmiel. Aby rozwiązać problem z wagą, potrzebna jest brutalna siła: trzmiel uderza skrzydłami z prędkością do 200 razy na sekundę. Tak ogromna prędkość jest możliwa tylko dzięki morfologii pszczoły. W przeciwieństwie do ptaków i nietoperzy, latające mięśnie pszczół nie są przyczepione bezpośrednio do skrzydeł, ale do tułowia. Mięśnie grzbietowo-brzuszne biegną od góry do dołu tułowia, a mięśnie grzbietowo-podłużne biegną od przodu do tyłu tułowia (inną konfigurację mają mięśnie skrzydeł jętek, ważek i karaluchów). Poprzez naprzemienne rytmiczne pulsowanie tych mięśni, pszczoła ściska i rozszerza tułów, generując ogromną ilość energii, która pozwala na trzepotanie skrzydłami z niesamowitą prędkością, podobną do wibracji cięciwy. Obejrzyj cały cykl w zwolnionym tempie i rezultat w prawdziwym życiu. 

Aparat latający pszczoły: skurcz mięśni podłużnych i rozluźnienie mięśni pionowych rozszerza tułów do góry i kieruje skrzydła w dół. Rozluźnienie mięśni podłużnych i skurcze mięśni pionowych popychają tułów na boki, unosząc skrzydła do góry © John R. Meyer i David B. Orr, North Carolina State University.

Trzmiel ziemny (Bombus terrestris) – i przypuszczalnie inne gatunki trzmieli – jeszcze bardziej komplikuje swoje życie, trzepocząc niezależnie lewym i prawym skrzydłem, co jest aerodynamicznie nieefektywnym, nie wspominając o nieeleganckim, sposobem podróżowania (Bomphrey i in., 2009. Experiments in Fluids 46: 811–821). Ale nieefektywność nie powstrzymuje trzmieli. Niektóre gatunki są w stanie migrować setki kilometrów (aczkolwiek z pomocą prądów wiatrowych); inne zostały zarejestrowane w siedliskach górskich na wysokości do 5000 metrów, gdzie poziom tlenu i temperatury są obciążające dla większości latających stworzeń. Trafnie nazwany Bombus impetuosus może wznieść się wyżej: samce wpuszczone do komory z atmosferą rozrzedzoną do ciśnienia odpowiadającego 9000 m wysokości (wyżej niż Mount Everest) mogą utrzymać lot, po prostu machając skrzydłami szerszymi ruchami (Dillon i Dudley, 2014. Biology Letters 10 : 20130922). Zimno i brak jedzenia uniemożliwiłyby taką przygodę, ale nie aerodynamika.

Przelecieć nad tym kopcem? Żaden problem dla B. impetuosus © Rdevany, Wikimedia Commons.

Dzięki wysokoenergetycznemu paliwu – nektarowi – trzmiele mogą z łatwością przelecieć kilka kilometrów w poszukiwaniu pyłku i większej ilości nektaru. Mogą, ale wolą tego nie robić. Krótsze podróże są bardziej energooszczędne niż długie podróże, więc trzmiele mają tendencję do trzymania się swoich gniazd (w promieniu od 50 m do 2 km), o ile otoczenie jest satysfakcjonujące pod względem pożywienia. Inne pszczoły zachowują się podobnie. Nawet małe gatunki mogą przekroczyć granicę 10 km, a pszczoła Euplusia surinamensis wydaje się być rekordzistą: oznaczona i wypuszczona pszczoła znalazła drogę do domu z odległości 23 km przez dżungle Ameryki Środkowej (Janzen, 1971. „Science” 171: 203-205).

Pszczoła E. surinamensis, lotnik długodystansowy. Grafika: Dru Drury, 1770. Wikimedia Commons.

Odległości lotu pszczół są zwykle skorelowane z rozmiarem ciała, ale ogólnie pszczoły mają tendencję do maksymalizowania zasobów energii poprzez żerowanie na niewielkie odległości. Ma to wpływ na zarządzanie siedliskami owadów zapylających. Zgodnie z ogólną zasadą, opartą na wynikach badań wielu gatunków pszczół, grządki kwiatowe najlepiej umieszczać w odległości kilkuset metrów od siebie, aby ułatwić żerowanie i zmniejszyć ryzyko pustego przebiegu pszczół (Zurbuchen i in., 2010. „Biological Conservation” 143: 669-676).

Lot pszczoły nie jest czymś tajemniczym ani cudownym, ale jest czynnością złożoną i wymagającą. Pszczoły używają go rozsądnie, aby przetrwać.

Marzenie o lataniu: specjalista od wszystkiego Tito Livio Burattini (1617-1681) gwarantował, że lądowanie na jego szybowcu Dragon Volant spowoduje „tylko najlżejsze obrażenia” pilota. Podobno pierwszym i ostatnim pasażerem był kot (Hart, 1985. The Prehistory of Flight, U. of California Press). Wikimedia Commons.

Link do oryginału: https://whyevolutionistrue.com/2023/05/20/readers-wildlife-photos-1853/

Why Evolution Is True, 20 maja 2023

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

* Athayde Tonhasca Júnior

  Brytyjski entomolog.