16. 4. 2023
Čmeláci létají s nákladem, který odpovídá až osmdesáti procentům jejich tělesné hmotnosti. Zvládají to díky záhadnému úspornému režimu.
Let čmeláka může na první pohled působit neohrabaně, ale hmyz při něm podává úctyhodný výkon. Už frekvence kmitání křídel kolem 120 mávnutí za sekundu vyžaduje zvláštní adaptaci svalů. Žádný ze svalů lidského těla by nebyl něčeho podobného schopen. Ve velehorách létají čmeláci v nadmořských výškách až do 5 600 metrů. I to je výkon hodný obdivu vzhledem k tomu, že řídký vzduch hůře nese a obsahuje méně kyslíku. Dělnice čmeláků nasbírají při svých výpravách za potravou těžký náklad pylu a nektaru a do hnízda se mohou vracet se zátěží, která se blíží hmotnosti jejich těla. S takovým nákladem se obtížně chodí, natož pak létá.
Tým pod vedením Stacey Combesové z University of California v Davisu podrobil bedlivému zkoumání „těžkotonážní“ výkony létajících čmeláků amerického druhu Bombus impatiens a výsledky jejich experimentů zveřejnil vědecký časopis Science Advances. Combesová a spol. nebyli první, kdo sledoval energetický výdej hmyzích opylovačů létajících se zátěží. Dosavadní výsledky jsou však rozporuplné. Jedna ze studií například prokázala, že když se dělnice včely medonosné vracejí do úlu s nákladem pylu a nektaru odpovídajícím 20 až 40% jejich tělesné hmotnosti, vynakládají pouze o 6% více energie, než když letí s prázdnou.
Let včel a let čmeláků se však významně liší. Úhel, který opisuje včelí křídlo mezi nejvyšším a nejnižším bodem záběru, je kolem 90°, a včela se tak řadí k hmyzu s krátkým záběrem. Při takové práci křídel vzniká významná část vztlaku rotací křídla na konci záběru. Čmeláci mají naopak dlouhý záběr, když jejich křídlo opisuje mezi nejvyšším a nejnižším bodem záběru úhel kolem 140°. Při tomto způsobu letu se generuje většina vztlaku při pohybu křídla nahoru a dolů.
Záhada úsporného stylu
Aby vědci zjistili, jak je pro čmeláky let s těžkým nákladem náročný, umístili hmyz do duté plastové komůrky a k tělu mu připevnili různě těžká závaží z kousků pájecího drátku. Následně nechali čmeláky létat s tímto nákladem a uvnitř komůrky měřili množství oxidu uhličitého, které hmyz za letu vydýchal. Vyloučený objem této metabolické zplodiny přímo odráží množství spálených cukrů, jež čmelák získává z nektaru. V průběhu pokusů natáčeli vědci čmeláky vysokorychlostní kamerou.
Výsledky měření výzkumníky zaskočily. Zdravý selský rozum by napovídal, že s narůstající dobou letu bude čmelák stále lehčí, protože mu ubyde „spálený“ nektar. Čmelák by proto měl s postupem času vynakládat na let méně energie. Měření však ukázala pravý opak. V přepočtu na celkovou hmotnost těla včetně zkonzumovaného nektaru a „nákladu“ spotřebovávali čmeláci nejméně energie při největší zátěži. Jak se jim ulevovalo, spotřeba energie na jednotku hmotnosti stoupala.
„Byli při letu energeticky o to úspornější, oč těžší náklad nesli. A to z hlediska využívání energie nedává smysl,“ komentovala výsledky Stacey Combesová.
Záběry kamery prozradily, že čmeláci se při letu vypořádávají s velkou zátěží dvěma různými styly. V obou případech se snaží o delší záběr křídla, a úhel záběru tak může narůst ke 170°. Při prvním způsobu letu zvýší také frekvenci záběrů křídel. To vše stojí nějakou námahu a nese to s sebou zvýšený výdej energie.
Ale čmeláci mohou letět s těžkým nákladem také v „úsporném režimu“, kdy sice prodlouží záběr křídla, ale nezvýší frekvenci záběrů. Při tom vydávají méně energie. Není však jasné, jak si zajistí dodatečný vztlak ke zvládnutí těžkého nákladu. Vědci spekulují, že čmeláci změní způsob, jakým rotují křídly na konci záběru. Vypadá to, že si mohou vybrat, jakým stylem poletí. Pokud mají menší náklad nebo si před letem odpočinuli, dosáhnou potřebného nárůstu vztlaku zvýšením frekvence záběrů. Ale pokud nesou opravdu těžký náklad, zvolí záhadný úsporný režim. Frekvenci záběrů křídel skoro nezvýší a v některých případech ji dokonce o něco sníží.
I náročný styl má výhody
Vědci sice zjistili, že čmeláci mají pro přepravu těžkých nákladů tajnou zbraň v podobě úsporného režimu, ale zatím zůstává záhadou, jaký trik k šetření silami používají. Navíc není jasné, proč čmeláci nelétají v úsporném režimu stále. Proč plýtvají silami na energeticky náročnější styl letu? Stacey Combesová se domnívá, že let se zvýšenou frekvencí záběrů křídel musí čmelákům nabízet nějakou významnou výhodu. Je možné, že napomáhá udržet stabilitu při letu turbulentními proudy vzduchu nebo dovoluje lepší manévrování a bezpečnější let kolem překážek. Vědci studující biomechaniku letu hmyzu pomalu mění náhled na celou problematiku. „Měli jsme tendenci vidět v hmyzu maličké létající stroje. Mysleli jsme si, že používají jeden styl letu, když nenesou žádný náklad, a druhý styl, když letí s velkou zátěží. A byli jsme přesvědčení, že to dělají pokaždé stejně. Teď jsme museli přijmout jako fakt, že let je chování a hmyz se rozhoduje, jak to udělá. Dokonce i jeden a ten samý čmelák může v různé dny při podobných příležitostech využívat jiný způsob mávání křídly,“ říká Stacey Combesová.
Jaroslav Petr