Frank van Hertrooij
Scivolemo 10 Oktobro 2018
Pliaj artikoloj
Unu el la plej konataj rakontoj pri la malsukcesoj de sciencoj temas pri la burdo. Kiam la Franca entomologo (insektsciencisto) August Magnan kalkulis ke fizike burdoj ne kapablas flugi, tio fiksiĝis en la komuna scio, kiel ekzemplo pri kiel sciencistoj ne scias kion ili faras. Sciencistoj sciis kompreneble, ke tiu konkludo estas tute sensenca kaj hodiaŭ havas multe pli bonan modelon pri kiel insektoj flugas. La rakonto jam disvastiĝis tamen kaj la dikeco kaj ĉarma maleleganteco de la burdo kompreneble ne helpis. La problemo solviĝis en 2005, kiam esplorteamo sub la gvidado de Michael Dickinson pruvis per rapidegaj kameraoj ke la flugiloj de burdoj iras antaŭen kaj malantaŭen, dum Magnan pensis ke ili moviĝas supren kaj suben. La specifa horizontala moviĝo kun turno kreas kirlojn je la finoj de la flugiloj, kiuj donas aldonan supran forton. Aldone, ili uzis robotan modelon de burda flugilo por kontroli ekzakte kiom grandaj la fortoj kontraŭ la flugiloj estas. La rezultoj de la esploro surprizis la esploristojn, ĉar burdoj ne sekvas la regulojn, kiujn aliaj insektoj sekvas. Kutime insektoj frapas la flugilojn laŭ arko de preskaŭ 180 gradoj, dum burdoj frapas ilin laŭ arko de nur 90 gradoj. Tio kompreneble signifas ke ili bezonas pli rapide frapi la flugilojn por la sama rezulto. Kutime pli etaj insektoj frapas la flugilojn pli rapide ol pli grandaj insektoj (kaj tre rapide kompare al birdoj), pro tio ke tio estas aerodinamike pli saĝa. Kontraste, burdoj frapas la flugilojn pli rapide ol multe pli etaj insektoj. Komparu ekzemple burdon, kiu frapas 230 fojojn ĉiusekunde, al bananmuŝo, kiu frapas nur 200 fojojn ĉiusekunde kaj estas 80 fojojn pli eta. Burdoj ankaŭ strangas pro tio ke ili ne variigas kiom rapide ili frapas. Kiam ili volas pli forte frapi, ili anstataŭe pligrandigas la arkon laŭ kiu la flugiloj moviĝas, sen frapi pli frekvence. Ekonomie tio estas stranga metodo, pro tio ke ĝi kostas pli da energio ol frapi pli rapide, sed verŝajne la stranga konduto estas la rezulto de la anatomio de la muskoloj. Tio bele montras ke organismoj ne ĉiam estas perfektaj. En evoluo, sistemoj ne tiom draste ŝanĝiĝas, do se oni eniris specifan vojon, oni ne povas facile iri alidirekten. Burdoj do ja povas flugi kaj sciencistoj komprenas kiel, sed tio ne estas la ununura interesaĵo pri flugado en biologio.
Insektoj estis la unua grupo de organismoj, kiuj sukcesis flugi. Ili estas la solaj nevertebruloj, kiuj kapablas tion kaj la kapablo nur evoluis unu fojon. La novaj flugantaj insektoj havis plurajn avantaĝojn. Ankoraŭ ne ekzistis flugantaj vertebruloj, do insektoj nur bezonis kunhavi la aeron kun aliaj insektoj. Tio estis multe pli sekura. Aldone, insektoj havis la avantaĝon ke iliaj flugiloj evoluis tute malsame ol tiuj de vertebruloj. Ne gravas ĉu temas pri birdoj, vespertoj aŭ la pterosaŭroj, flugantaj vertebruloj uzas adaptitajn membrojn por flugi. Kiel rezulto, ili ofte ne plu povas uzi la fingrojn kaj la flugiloj povas esti en la vojo. Insektoj ne havas tiun malavantaĝon, ĉar la flugiloj venis de alia fonto, do ili daŭre povas uzi ĉiujn ses krurojn. La vera fonto de iliaj flugiloj, estas malklara rakonto tamen.
La komenco de insektoj estas daŭra diskuto inter paleontologoj. Ĉiu nova fosilio de antikva insekto altiras longajn debatojn. Unu el plej antikvaj fosilioj estas tiu de Rhyniognatha hirsti. Aĝante pli ol 400 milionoj da jaroj, ĝi estas inter la plej antikvaj insektaj fosilioj iam ajn. Malgraŭ tio, la ”makzelo” havas tre specifan tondilecan strukturon, kiun oni kutime nur trovas inter flugantaj insektoj. Aliflanke, la organismo ne havis konservitajn flugilojn. Oni povus klarigi tion per la fakto ke la medio de la fosilio, varma akvofonto, ne bonas por konservi insektajn flugilojn. Alia klarigo de la manko de flugiloj estas ke R. hirsti eble tute ne estas insekto. En 2017 teamo de sciencistoj uzis precizegan fotografion por montri ke la fosilio pli verŝajne estis centpiedulo (tute alia grupo ol insektoj) kaj neniu centpiedulo povas flugi. Konsiderante nur fosiliojn pri kiu la scienca komunumo konsentas, oni vidus ke la plej aĝaj insektoj ekaperis antaŭ 380 milionoj da jaroj kaj la unuaj flugantaj insektoj antaŭ 325. La flugantaj insektoj el tiu tempo jam havis tre avancitajn flugilojn, do oni povas konkludi ke pli aĝaj, pli simplaj flugantaj insektoj jam ekzistis antaŭe. Tio ankaŭ donus pli da tempo al flugantaj insektoj por diversiĝi, kio klarigus kial oni havas tiom nekredeble multe da flugantaj specioj hodiaŭ. Ankaŭ la DNA de vivantaj specioj konfirmas tion, pro tio ke flugantaj insektoj devas aĝi 406 milionoj da jaroj por havi tiom da mutacioj kiel nun. La plej frua insekto, kiu ne flugis, aĝus 440 milionoj da jaroj tiukaze.
Alia grava diskuto pri la evoluo de flugantaj insektoj estas de kie la flugiloj fakte venas. Birdoj klare devis oferi siajn brakojn por flugi kaj fari la aliajn taskojn per la beko. Kiam temas pri insektoj, la debato temas pri la demando ĉu la flugiloj kreskis kiel tute nova strukturo, aŭ ĉu ili estas adaptiĝoj de ekzistinta strukturo. Se la lasta estas la kazo, ili povus veni de la brankoj, kiujn insektidojn foje havas. Ili situas laŭ la flankoj de la insekto kaj eĉ povas moviĝi iomete. Nuntempe, pli kaj pli da sciencistoj kredas tamen, ke la flugiloj estas tute novaj strukturoj. Tio en si mem ne solvas multe tamen, ĉar la demando nun estas ĉu la flugiloj venis de la flankoj, aŭ la supro de la korpo. La supro de la korpo povus doni fortecon al la flugiloj, kio necesas kiam ili levu pezon, sed la flankoj donus moveblecon. La kruroj venas de la flankoj de la korpo kaj eble la genoj, kiuj provizas moviĝantajn krurojn, ankaŭ povus esti uzataj por krei moviĝantajn flugilojn. Alia eblo estas kombino de la du. Kelkaj antikvaj insektoj havis malmolajn ”flugilojn”, kiuj venis el la supro de la korpo. Kvankam ili ne sufiĉis por flugi, ili ja povus esti utilaj por glisi de unu planto al la alia. Poste la flugmuskoloj kreiĝis el la flankoj de la korpo kaj estis uzataj por movi la flugilojn, kio poste evoluiĝas al flugado. Kiel kun ĉiuj rakontoj en paleontologio, oni neniam scios la tutan rakonton kaj nur povas plibonigi la teorion.
Ĝis nun oni priskribis ĉ. milionon da insektaj specioj, kompare al ĉ. 66 mil vertebruloj, kaj atendas trovi kaj priskribi ankoraŭ milionojn pli. La granda plejparto el tiuj insektoj flugas, do malgraŭ la fakto ke flugado ekaperis nur unu fojon inter insektoj, ĝi havis sufiĉe da ŝancoj por adaptiĝi. Unu ekzemplo de la diverseco estas la muskoloj kiuj osciligas la flugilojn. Libeloj kaj efemeroj havas verajn flugmuskolojn. Ili uzas relative grandajn muskolojn por frapigi la flugilojn kaj pli etajn, precizajn muskolojn por regi la direkton de la flugilo. Ĉiuj kvar flugiloj povas moviĝi sendepende, kio igas libelojn ekstreme lertaj flugistoj. Tion ili bezonas, ĉar libeloj kaptas siajn predojn en la aero. Aliaj insektoj, kiel abeloj, muŝoj kaj skaraboj, anstataŭe tiras kaj osciligas la korpon. Tiel la flugiloj, kiuj estas konektitaj al la korpo, nerekte tiriĝas. La pli precizaj muskoloj ja rekte tiras la flugilon. Malkiel libeloj, multaj insektoj ne havas kvar grandajn, videblajn flugilojn. Por ili, du flugiloj sufiĉas, do la aliaj flugiloj estas uzataj por aliaj celoj. Skaraboj ekzemple, nur uzas unu paron de flugiloj por vere flugi. La alia estas multe pli forta kaj protektas la vundeblajn flugilojn kiel ŝirmilo. Tiuj adaptitaj flugiloj nomiĝas elitroj..
Eĉ pli strangaj estas la grupo de la dipteroj, kiu enhavas interalie muŝojn kaj kulojn. Ĉe ili nur restas la antaŭaj flugiloj, dum la malantaŭaj draste malgrandiĝis. Kio restas estas du etaj organoj, kiuj nomiĝas balancieroj. Ili estas tre sentemaj kaj oscilas dum la insekto flugas. Se la insekto poste ŝanĝas sian direkton, ĝi sentas tion per la balancieroj, kio ebligas al ĝi tre akrobate flugi. La sentemaj organoj ankaŭ povas senti la subtilan venton de la alproksimiĝo de mano aŭ ĵurnalo. Estas pro tio ke insektfrapiloj etas plenaj je truoj. Ili kreas malpli da vento tiumaniere. Interesa fakto estas ke krom la dipteroj ankaŭ la grupo Strepsiptera havas balancierojn pro konverĝa evoluo. Malkiel dipteroj, ili havas funkciantajn malantaŭajn flugilojn, dum la antaŭaj flugiloj transformiĝis al balancieroj.
Oni ne povas paroli pri flugantaj insektoj, tamen, sen mencii papiliojn. Homoj ĉiam miris la brilantajn kolorojn kaj belajn ŝablonojn sur iliaj flugiloj kaj donis ĉiajn kulturajn signifojn al ĝi. Same kiel libeloj, papiloj havas kvar funkciantajn flugilojn. La diferenco estas ke libeloj movas ilin sendepende kaj tre lerte flugas, dum tiuj de papiloj kuniĝis kaj funkcias kiel du grandaj, malelegantaj flugiloj. Papilioj ne povas resti en fiksa loko en la aero kaj eĉ ne povas flugi rekte, sed malgraŭ tio, kelkaj specioj flugas longajn distancojn por migrado. Plej interese pri papilioj kompreneble estas kiel la flugiloj aspektas. La koloroj povas esti utilaj por du celoj, nome kamuflado kaj averti predantojn. La lasta estas efika, pro tio ke brilaj koloroj kutime signifas ke organismoj estas toksaj kaj strangaj ŝablonoj kiel falsaj okuloj povas igi la beston aspekti pli granda ol ĝi vere estas. Multaj bestoj produktas ĉelojn plenajn je pigmentoj por kolorigi sin, sed papilioj uzas fizikan strukturon anstataŭ ĥemiaĵojn kaj la efiko estas eĉ pli bela. Morpho menelaus estas tute blua de supre kaj bruna de sube. Tio igas ĝin aspekti kiel lampo, kiu ŝaltiĝas kaj malŝaltiĝas tuttempe kiam ĝi flugas. En la etaj skvamoj sur la flugiloj troviĝas mallarĝaj fendoj. Kutime lumo povas senprobleme iri trans truojn, sed kiam ili estas sufiĉe etaj, la lumo kurbiĝos kaj disiĝos kiam ĝi trairas. La distanco inter la fendoj estas ĉirkaŭ 200nm, duono de la ondolongo de specifa blua koloro. Kiam la blua lumo trairas, la ondoj interagas tiel, ke la sumoj kaj la valoj ekzakte korespondas, kio plifortigas la ondon. La blua lumo estas reflektata kaj la resto absorbata de melanino. Ĉi tiu metodo ankaŭ estas uzata de birdoj kiel pavoj kaj donas tre intensan koloron, kiu dependas de la angulo tra kiu oni rigardas. Homoj ne havas tiom brilajn kolorojn kiel papilioj, sed oni ja inspiriĝis de ili. Nuntempe oni povas uzi nanoteĥnologion por krei strukturojn bazitajn sur ĉi tiu efiko. La bildoj kreataj per ĉi tiu teĥniko havas tute malsamajn kvalitojn ol kutimaj farboj kaj povas uziĝi interalie kiel sekurilo sur papera mono.
Konklude, ili eble ne estas la unuaj pri kiu oni pensas, kiam oni imagas bestojn, sed flugantaj insektoj estas ĉie kaj estis ĉie dum longa tempo. Dum milionoj da jaroj, ili perfektigis flugadon laŭ ĉiaj vojoj por fronti kontraŭ malsamaj defioj. Estas klare ke oni ankoraŭ povas lerni multe pri ili kaj kiu scias, kiajn novajn produktojn oni povos krei surbaze de ili?