Zdatny do lotu

Athayde Tonhasca Júnior

2023-06-01

M. Rimsky-Korsakov – Lot trzmiela (arr. Faustin Jeanjean) XIII Polski Festiwal Fletowy Sieradz 2021 (Zrzut z ekranu)

W latach 30. ubiegłego wieku w Niemczech pewien inżynier aerodynamiki jadł obiad z biologiem, gdy rozmowa zeszła na temat latających pszczół. Inżynier, prawdopodobnie ożywiony sznapsem lub dwoma sznapsami, pokazał biologowi kilka obliczeń na kawałku papieru, aby udowodnić, że pszczoły nie mogą wygenerować siły nośnej wystarczającej do latania. Najwyraźniej będąc pod wrażeniem przenikliwości swojego rozmówcy, biolog podzielił się ze swoimi rówieśnikami naukowym dowodem na to, że pszczoły nie potrafią latać. Prasa podchwyciła tę historię i narodził się mit – choć to tylko jedna z nielicznych opowieści wyjaśniających genezę powszechnego przekonania, że naukowcy udowodnili, że trzmiele nie potrafią latać (nikt nie wie, w jaki sposób trzmiele się w to wplątały).

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.