Protože nejdříve musí být netopýr chycen. A příroda těmto zvířatům poskytla bohatý arzenál fyzických „zařízení“, s jejichž pomocí netopýři sami úspěšně loví. A stejně úspěšně se skrývají před těmi, kdo je chtějí lovit. Tento text je textem o fyzice netopýrů.
Sova, chaos, zhasnutá svíčka a šestý smysl
XVIII století. Teplá italská noc. Lazzaro Spallanzani sedí při svíčkách a přemítá o podstatě přírody. „Nejvýznačnější experimentátor, který se kdy narodil na Zemi“ – to o něm řekl Louis Pasteur.
Tušíme, že Pasteur se do Spallanzaniho zamiloval pro jeho zkušenost dokazující nemožnost spontánního generování života v jehněčím vývaru.
Z letu vědecké myšlenky vytrhla Spallanzaniho sova. Vletěla do okna, mávnutím křídla zhasla svíčku, začala se řítit po místnosti a způsobila zmatek. Normální člověk by se nad takovým vpádem zlobil. A vědce to překvapilo. Proč sova, zdánlivě noční predátor, sráží téměř vše, co by mohlo spadnout, zatímco netopýři, kteří pravidelně a stejně náhodně vlétají do místnosti, se chovají opatrně.
Tak praví vědecká legenda. Ať je to jak chce, Spallanzani obrátil svou intelektuální energii na studium netopýrů, nikoli sov. Pravda, neudělal to nejhumánnějším způsobem: vypálil jim sítnici, odstranil oční bulvy a vypustil je do volné přírody. Potom znovu chytil zvířata, slepá a zdravá, a porovnal obsah jejich žaludků.
Ukázalo se, že zvířata „z obou skupin“ měla přibližně stejnou kořist jak v objemu, tak ve složení – všichni stejný hmyz. Nedostatek zraku dietu nijak neovlivnil. Ukázalo se, že netopýři mají nějaký jiný smysl, který jim umožňuje navigovat a lovit.
Pak Spallanzani přešel na uši chiropteranů – začal je plnit voskem. Po takovém mučení se začali chovat jako pořádné sovy. Zvířata nebyla schopna nejen lovit, ale ani normálně vylétnout z rukou experimentátora. “Bez uší nevidí!” – uzavřel vědec.
Přibližně ve stejné době se ženevský chirurg Louis Jurin pokusil reprodukovat Spallanzaniho experimenty. Pouze sofistikovanější: ruce zkušeného chirurga jsou schopny nejen naplnit uši voskem, ale také je zbavit sluchu pomocí lékařského vybavení. To udělal Zhyurin. Výsledek byl stejný. Popsal také, že za letu zdraví netopýři neustále otáčejí ušima. Ale jak s nimi „vidí“, zůstalo nejasné.
Vědci konce XNUMX. století byli přesvědčeni, že tato zvířata byla obdařena určitým smyslem, který lidé nemají. A přesně o co šlo, se ukázalo, až když se ve fyzikálním arzenálu objevily lokátory, schopné detekovat vysokofrekvenční akustické signály našim uším nedostupné.
Nejen myši
Echolokace byla objevena ve 1930. století. Na začátku století vynalezl profesor fyziky z Harvardu G. W. Pierce piezoelektrický senzor, který převádí ultrazvukové vlny do slyšitelného frekvenčního rozsahu. Ve XNUMX. letech XNUMX. století profesora kontaktoval Donald Griffin, student ze stejného Harvardu, a společně poprvé „slyšeli“ ultrazvuk, který netopýři vydávají během letu.
O něco později, v roce 1938, Pierce a Griffin popsali fenomén echolokace. Zvíře vysílá signál, který se šíří po okolí a odráží se od fyzických překážek. Signál se ke zvířeti vrátí se zpožděním, „zachytí“ ho sluchové receptory a mozek pak na základě časového rozdílu vypočítá vzdálenost k objektu, od kterého se signál odrazil. Netopýr vydává několik stovek takových signálů za sekundu a ve své hlavě si nakonec sestaví 3D model okolního prostoru.
Ale nejen netopýři využívají echolokaci. V 1950. letech XNUMX. století byla tato schopnost objevena u zubatých velryb (včetně např. delfínů); ryby, které loví ozubené velryby; mnoho nočních savců; a v poslední době i u lidí. Experimenty ukázaly, že pokud umístíte předmět pohlcující zvuk před nevidomého v prázdné místnosti, pak tím, že mu klepou jazykem a poslouchají jeho pocity, subjekty tento předmět rychle najdou.
Ale přesto jsou netopýři nejvhodnější pro navigaci pomocí ultrazvuku. Jejich hlasový aparát může produkovat signály různých frekvencí a trvání: některé jsou vhodnější pro lov, jiné pro navigaci. Ústní dutina těchto zvířat je navržena jako parabolické zrcadlo. Změnou jeho zakřivení mohou produkovat úzce směrovaný ultrazvukový paprsek (opět vhodné pro lov) nebo široce rozptýlený signál (vhodnější pro navigaci). Netopýři mají také velké uši s vyvinutými svaly, aby je mohli rychle otáčet a zachytit odražené signály z různých směrů.
Hlasitost signálu některých netopýrů ve vzdálenosti 10 cm od těla je 130 decibelů, což je mezi zvířaty absolutní rekord. Speciální „chlopně“ v jejich uších, schopné se zavřít a otevřít asi 500krát za sekundu, jim pomáhají vyhnout se tomu, aby ohluchli kvůli vlastnímu pískání.
Hluk 130 dB již u člověka způsobuje bolest a nad 140 dB otřes mozku.
“Echolokace” mozku
Lidé se naučili používat ultrazvukové záření později než rentgenové. V roce 1941 objevil rakouský neurolog Karl Dussick pomocí „hyperfonografie“ (jak svou metodu nazýval) u pacienta nádor na mozku. O pár let později se ukázalo, že si spletl odraz ultrazvuku od kostí lebky s nádorem, ale metoda už byla populární.
V 1950. letech 1960. století USA a SSSR aktivně rozvíjely využití ultrazvuku v různých oblastech a první sériově vyráběná zařízení, velmi podobná těm moderním, se ve státech objevila již v 1980. letech XNUMX. století. V Sovětském svazu se ultrazvukové přístroje široce používaly v XNUMX. letech XNUMX. století.
Pro lékařské účely se ultrazvuk obvykle používá ve frekvenčním rozsahu od 1 do 10 MHz: takové vlny mohou pronikat hluboko do tkání těla. Zvířata „pracují“ na nižších frekvencích. Horní hranice sluchu u zdravého člověka je 20 kHz. Netopýři používají k echolokaci zvuky v rozsahu 20-100 kHz (a někteří lidé slyší nejnižší frekvenci jejich volání). Delfíny lze považovat za šampiony ve sluchu: slyší zvuky s frekvencí až 150 kHz.
Ne ultra
Schopnost slyšet ultrazvuk lze nazvat superschopností. Netopýr vousatý Pteronotus parnellii jej používá k rozlišení hmyzu, který mává rychle křídly, od hmyzu, který mává křídly pomalu. Na základě těchto informací dokáže odvodit, která z obětí je větší, a neplýtvat energií na malý potěr.
V akustickém rozsahu slyší netopýři také sebevědomě. Bez toho to nejde. Ano, echolokace je při nočním lovu létajícího hmyzu nepostradatelná, ale pokud se kořist hemží v lesní půdě nebo se skrývá na spodní straně listu, pak se ultrazvuk jednoduše odráží od překážky a neposkytuje žádnou informaci o objektu. Zde pomáhají standardní pocity.
Netřeba dodávat, že lokátorové uši a pokročilé zvukové analyzátory činí sluch myší mnohem citlivější ve srovnání s lidmi. Pravda, jak zjistili vědci z Panamy, ve městech s jejich hlukovou zátěží netopýři téměř nepoužívají normální sluch, a proto se mění i jejich lovecké chování.
To bylo objeveno během neobvyklého experimentu, jehož výsledky zveřejnil jeden z předních vědeckých časopisů Science. Netopýři třásnití, kteří obvykle loví žáby, dostali na výběr tři modely. První zahrál žabí píseň a nafoukl hrdlo, druhý staticky kvákal a třetí nafoukl hrdlo, aniž by vydal hlas. Vědci přitom měřili čas před zahájením lovu a od jeho začátku až do objevení oběti, zaznamenávali pokusy o použití ultrazvuku a zohledňovali, jaký model si subjekty zvolí. Jedna série experimentů byla provedena v tichosti, druhá v hluku.
V klidných podmínkách trvalo listonosým zvířatům méně času, než začali lovit, a samotný proces trval stejně dlouho jako v hlučných podmínkách. Zároveň v tichosti myši méně využívaly echolokaci a dvakrát častěji si vybraly statický model vydávající zvuky. Na základě toho vědci dospěli k závěru, že v tichu jsou třásnité nosy více orientovány na normální sluch a v hluku se více spoléhají na echolokaci.
A také mají velké ruce
Pamatujete si na experimentátora Spallanzaniho a jeho ženevského kolegu chirurga? Od jejich práce to k objevu echolokace vypadalo jako půl kroku. Zapojte do práce více specialistů z různých oborů – a ultrazvuk se mohl objevit o století dříve!
Studium „šestého smyslu“ zastavil autoritativní paleobiolog Georges Cuvier, současník Spallanzaniho a Jurina. Jejich experimenty se zdají kruté a dokonce poněkud divoké nejen nyní, ale v 18. století na to Cuvier upozornil. Předpokládal také, že netopýři navigují pomocí rukou.
Údajně intenzivně mávají křídly a tenká kůže natažená mezi prsty, která tvoří křídlo, zachycuje odrazy chvění vzduchu od překážek. (Mimochodem, ryby mají ve skutečnosti podobný mechanismus a funguje to: cítí poruchy ve vodě celým tělem pomocí boční linie.) A tato mylná teorie ovládla vědu na další století a půl.
I když ne tak špatně. Hmat je u netopýrů skutečně mnohem lépe vyvinut než u lidí. V jejich arzenálu jsou kromě klasických hmatových tělísek vibrissy a citlivé chlupy, kterými jsou posety letové blány a velké boltce. A při létání hraje u netopýrů podstatnou roli hmat. Vědci se pokusili vypustit oslepená zvířata do speciálních experimentálních místností, kde byly nataženy tenké a pevné nitě. a co? I v těchto obtížných podmínkách myši úspěšně upravovaly svůj let po nitích, téměř aniž by se do nich zamotaly nebo se dotýkaly okolních předmětů.
Kde krev pulzuje
Obrovské uši a „kožená křídla“ vypadají neatraktivní. Kromě toho jsou jejich majitelé aktivní výhradně v noci a přes den spí hlavou dolů, zabaleni do stejných strašidelných křídel – není divu, že mnoho tradičních kultur nemá o netopýru zrovna nejpozitivnější představu. Ve skutečnosti to samozřejmě nejsou zlí duchové, kteří lákají unavené cestovatele do bažin, aby z nich vysáli poslední zbytky vitality. A ne přisluhovači hraběte Drákuly. Ale silné spojení s upíry nevzniklo z ničeho nic.
Z 1300 druhů chiroptera se pouze 3 skutečně živí krví: upír obecný, upír bělokřídlý a upír huňatý. Tyto tři druhy tvoří podrodinu upírů z čeledi netopýrů listových. Setkat se s nimi můžete pouze v tropech a subtropech Nového světa (nebo pokud je odtamtud někdo přiveze).
Vědci považují slova „upír“ a „ghúl“ za etymologicky příbuzná s kořeny ve slovanských jazycích. Používaly se v mytologii k označení polomrtvých nebo mrtvých, nočních a někdy v podobě netopýra.
V západoevropských jazycích se slovo „upír“ objevilo v písemných pramenech až v roce 1732. A slovo „ghúl“ ve stejném významu poprvé použil A. S. Pushkin v roce 1836 ve stejnojmenné básni. Pak to byl neologismus, který později v jazyce pevně zakotvil.
Rozdíl ve způsobu krmení se projevil především v arzenálu „přístrojů“, kterými evoluce zvířata vybavila. Upíři připomínají stíhačky na nosičích vybavené citlivými infračervenými detektory.
Nech mě to vysvětlit. Upíři mají speciální infračervené receptory na špičce nosu, který připomíná spíše čenich. Ani Hulk a Captain America je nemají, natož obyčejní lidé! Pomocí sluchových orgánů, jejichž citlivost je posunuta do oblasti nízkofrekvenčních zvuků, najdou upíři spící teplokrevnou oběť. Dále infračervené receptory určují podle teploty oblast na povrchu těla, kde se nachází pulzující céva v blízkosti kůže.
Napětí skončilo, akce začíná. Pomocí ostrých tesáků upír propíchne kůži a začne aktivně olizovat krev vytékající z rány. V této době se maximálně soustředí a dbá na to, aby oběť nic necítila a dál klidně spala.
Krev je bohatá na bílkoviny, ale chudá na hlavní zdroje energie – sacharidy. Proto musíte pít co nejvíce krve. K tomu je nutné za prvé, aby co nejdéle vytékal z rány, a za druhé mít k dispozici prostornou nádobu na sběr.
Prvnímu úkolu pomáhá koktejl enzymů, které upíři vstřikují do rány při kousnutí. Tyto enzymy zabraňují srážení krve (jako heparin ze slinných žláz pijavic), což způsobuje, že rána déle krvácí. Vědci dali jednomu z enzymů samovysvětlující název draculin a na základě druhého vytvořili lék desmotepláza, který pomáhá například při léčbě mozkové mrtvice.
Při řešení druhé otázky pomohla i evoluce – poskytla upírům elastický žaludek schopný několikanásobného zvětšení. Po 30-60 minutách krmení může 30gramový upír sníst až 70 gramů.
Dobře živený upír připomíná nafoukaného komára – a zde mohou nastat problémy se vzletem. Výhodou je, že při startu z hladiny nebude snadné získat rychlost. Ale ani tady ho evoluce neopustila v nesnázích – obdařila ho pružnými nohami, odrážejícími se, s nimiž zvíře téměř okamžitě nabírá rychlost až 2 m/s. Stejně jako stíhačka, která byla vypuštěna z letadlové lodi pomocí katapultu. Zvířata použijí stejné katapultové nohy, pokud se oběť náhle probudí a rozhodne se nesdílet svou krev jen tak s nikým.
Alespoň v některých ohledech není chladnější než lidé
Vyvinutou echolokaci, katapultové nohy, citlivý sluch a hmat můžeme jen závidět. Ale netopýři za tyto superschopnosti a zařízení zaplatili zrakem a čichem. Jejich evoluční cena je jasně viditelná, když porovnáme netopýry s jejich bratranci v řádu Chiroptera, kaloně. Jsou převážně býložraví a v životě se více spoléhají na zrak a čich. Kdežto netopýři preferují maso a využívají především sluch (včetně echolokace) a hmat. Tento rozdíl se odráží i v genomu.
Čínští vědci sekvenovali genomy dvou nejpokročilejších netopýrů v echolokaci: netopýra himalájského (Hipposideros armiger) a vrápence čínského (Rhinolophus sinicus). Ukázalo se, že mnoho z jejich genů souvisejících se zrakem se změnilo v pseudogeny neschopné exprese. Podobně je tomu s geny zodpovědnými za čich.
Navíc tyto evoluční přeměny začaly u společného předka všech netopýrů. A geny spojené se sluchem neustále podléhaly pozitivní selekci. V evoluční minulosti kaloňů podobné trendy ani nebyly.
Proč jsme museli platit za echolokaci zrakem a čichem, proč nemůžeme nechat všechno? Evoluční vědci naznačují, že důvody jsou energetické. Údržba neuronů a receptorů je nákladná. A zdroje jsou distribuovány výhradně do oblastí, kde jsou nejvíce žádané.
Vesmír lze považovat za RPG hru s neomezeným otevřeným světem. Minimálně jednu z jejích lokalit – planetu Zemi – obývají rozmanití tvorové. Tato stvoření vnímají fyzický svět prostřednictvím vjemů a používají stejnou fyziku ke vzájemné komunikaci. V závislosti na jejich stanovišti si různá stvoření vyvinou různé sady dovedností a vlastností. Někteří lidé potřebují slyšet ultrazvuk, aby mohli přesně určit polohu procházející oběti ve tmě, zatímco jiní potřebují čich a pocit znechucení, aby nejedli výkaly jiných lidí a nenakazili se cholerou. A v této hře platí v současnosti nepopulární pravidlo – každému podle jeho potřeb.
Gadgety ze světa zvířat
Magnetický radar. Ptactvo. A také bakterie, mnoho bezobratlých, ryby, obojživelníci, plazi a savci. Někomu „magnetický smysl“ pomáhá vybrat si prostředí vhodné k životu, jinému zapamatovat si souřadnice „domova“, dalším najít místo pro rozmnožování a dalším pro transkontinentální migraci.
Horolezecké rukavice. Gekoni. Na 1 mm2 prstu gekona se nachází až 14 000 nanohairů, z nichž každý je na špičce rozštěpen na 400-1000 vláken. Takové „rukavice“ umožňují plazům lézt na jakýkoli povrch, dokonce i na zcela hladký, v jakékoli poloze. Alespoň hlavou dolů.
UV vidění. Nějaký hmyz. Slouží specifickým potřebám opylujícího hmyzu – umožňuje vám vidět „označení“ květin. Na obrázku světa včel a denních motýlů vypadá všechno červené jako černé a všechno hladké jako pruhované. Tímto způsobem můžete vidět „tipy“ rostliny, jak sedět v jejím květu, abyste se dostali k nektaru. A zároveň se zamazat v pylu.
Vibrační gyroskop. Hmyz z řádu dvoukřídlých. Veškerý hmyz má dva páry křídel, ale u dvoukřídlých (které zahrnují koňské mouchy, gadflies, komáři, mouchy, ovocné mušky, pakomáry atd.) se druhý pár změnil v halteres. Z fyzikálního hlediska se jedná o vibrační gyroskopy, které jsou potřebné pro stabilizaci letu. Podobnými zařízeními jsou vybaveny stabilizátory pro digitální fotoaparáty, chytré telefony a kvadrokoptéry.
