Teoria kresu prehistorycznych gigantów cz.1

Celem badań naukowców opisanych w artykule, który przytaczam, jest wyjaśnienie przyczyn wyginięcia gigantycznych owadów w zamierzchłej przeszłości.

Wyniki badań grupy naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz opublikowane 4 czerwca 2012 r. wskazują na to, że zmniejszenie rozmiarów owadów zostało spowodowane pojawieniem się w powietrzu ptaków, które zaczęły na nie polować. Gigantyczne owady wymarły, inne przetrwały ewoluując do coraz mniejszych rozmiarów lub dzięki temu, że zawsze były niewielkie - jako lepiej dostosowane do zwrotnego, zwinnego lotu ratującego życie. 
   Olbrzymie owady królowały w powietrzu w czasach kiedy atmosfera Ziemi była znacznie bardziej bogata w tlen. Około 150 milionów lat temu (pod koniec jury i w kredzie), gdy pojawiły się ptaki, owady stały się mniejsze, mimo iż poziom tlenu znowu zaczął się podnosić. 
Największe rozmiary owady osiągnęły ok. 300 mln lat temu (późny karbon i [być może] wczesny perm). W tym czasie w powietrzu panowały gigantyczne drapieżne praważki osiągające rozpiętość skrzydeł 70 cm. Pewna teoria próbująca wyjaśnić powód osiągania przez owady [ale też i inne organizmy!] olbrzymich rozmiarów głosi, że to wysokie stężenie tlenu w ówczesnej atmosferze (ponad 30%, obecnie 21%) pozwoliło m. in. owadom pozyskiwać jego duże ilości na potrzeby metabolizmu, mimo, że nie posiadały płuc, a jedynie tchawki - całkiem wydajne zresztą, bo pozwalające na bezpośrednie dostarczenie tlenu do każdej komórki ciała z pominięciem układu krążenia. Ten sposób oddychania zapewnia wysoką wydajność wymiany gazowej, niezbędną do lotu. 

Prehistoryczne ważki

Skamieniałość późnojurajskiej ważki Cymatophlebia longialata, Niemcy (Solnhofen)
autor zdjęcia Dr. Alexander Mayer

Chciałabym wiedzieć jak teoria ewolucji wyjaśnia pochodzenie ważek. Niestety, dostępne źródła nie zaspokajają mej ciekawości. Oto, czego dowiedziałam się o ich historii.
Protodonata (praważki) pojawiły się w karbonie jakieś 320-325, a może i 350 milionów lat temu.  Najstarsze (odnalezione) skamieniałości praważek odciśnięte w węglu kamiennym datowane są na 320 milionów. Pod względem budowy praważki różniły się od współczesnych kilkoma szczegółami:

• wielkość ciała tych największych dochodziła do 43 cm, rozpiętość skrzydeł do 75 cm (największa współcześnie żyjąca ważka równoskrzydła Megaloprepus caerulatus ma 12(?) cm długości i 19 cm rozpiętości skrzydeł)
• waga dochodziła do 150 g
• skrzydła słabiej użyłkowane, bez pterostigm i węzełków; brak możliwości złożenia
• nieco inna budowa nóg, 
• znacznie mniejsze, słabiej rozwinięte oczy
• dłuższe czułki

Poza tym proporcje ciała i ogólny wygląd bardzo przypominają te współczesne.

Ważki od zawsze były drapieżnikami, w okresie karbonu nie miały żadnej konkurencji w powietrzu (wówczas nie było jeszcze ptaków).

Mity o prędkości lotu ważek. Obalam

Z informacją, że ważka w ciągu 1 sekundy jest w stanie pokonać odległość równą stu długościom jej ciała zetknęłam się już niejednokrotnie. To nasunęło mi pomysł, by zweryfikować tę informację, zwłaszcza, że nie mogę pogodzić się z mnóstwem rozbieżnych danych dotyczących faktycznej prędkości ważek. Pomału ustalenie tego faktu, zupełnie mimo woli, staje się moją małą obsesją :-P.

Aby dokonać obliczeń postanowiłam uwzględnić długość ciała największych i najmniejszych ważek występujących w Polsce. Do największych pod względem długości ciała należą husarz władca (84 mm) oraz dwa gatunki z rodziny szklarnikowatych: szklarnik leśny i szklarnik górski (w zależności od źródła i płci mogą one osiągać długość od 78 do 85 mm). Dla uproszczenia uwzględnię tylko husarza władcę.
Z kolei najmniejszą długość ciała spośród ważek różnoskrzydłych (latających szybciej od równoskrzydłych, dlatego te pominęłam) ma szablak przepasany - zaledwie 32 mm. Dorzucam jeszcze najdłuższą i najkrótszą ważkę świata (źródło), zakładając dla dobra sprawy, że obie są dobrymi lotnikami (na razie nic nie wiem o tych gatunkach. No, może tyle, że bardzo małe ważki wcale nie latają, tylko przesuwają się po roślinach, by coś upolować).

Oto moje pierwsze zestawienie:

100 długości ciała na sekundę - ile to kilometrów na godzinę? Mit o prędkości ważek - tabela nr 1.

Prędkość startowa ważki wg zdjęcia (część 2)

Powiedziawszy "aaa" postaram się powiedzieć "bee", czyli przyjrzeć się sprawie drugiego szablaka, który akurat startuje. Jaką prędkość zanotował aparat w czasie 1/400 sekundy? Powyżej jedno jedyne zdjęcie, które zrobiłam od przodu szablakowi czarnemu (szkockiemu) i wcale nie spodziewałam się, że ten zaraz się rozmyśli i odleci. Jego "rozmyślenie" uwieczniłam na zdjęciu poniżej i na szczęście - podczas czyszczenia katalogów zdjęć nie wyrzuciłam go do kosza. Oba te zdjęcia zostały zrobione w czasie 1/400 sekundy, Zoom 1,00, maksymalna wartość przysłony F 4,49, długość ogniskowej 20,02 mm. Plik EXIF nie udziela informacji o odległości od celu, a z tego co pamiętam było to około 1,5 m (± 0,3 m). Powyższe dane o zdjęciach podaję ot, tak na wszelki wypadek, bo mnie one ciągle  jeszcze niezbyt wiele mówią.
Za to gołym okiem widzę różnicę. Przed wykonaniem drugiego, z pewnością musiałam się wychylić bardziej do przodu, ponieważ na drugim zdjęciu suchych roślin widać mniej niż na pierwszym. Fotki nie zostały przycięte, by jak najwierniej zachować obrazy zarejestrowane w tym czasie.
Pierwszy kłopot - porównanie wielkości obiektu.
Drugi kłopot polega na tym, że ciało ważki widoczne jest w skrócie perspektywicznym, zatem długość jej ciała nie weźmie udziału w obliczeniach.
To znaczy weźmie, ale pośrednio.
Oczywiście, biorę pod uwagę, że moje próby oszacowania prędkości mogą okazać się nic/niewiele warte, ale postanowiłam spróbować i przećwiczyć. Mimo wszystko, takie rozmazane zdjęcie z linią błysków słońca, aż prosi się, by przyjrzeć mu się bliżej i potraktować je trochę jak... krótki film.

Szablak czarny zrywający się do lotu. Z jaką prędkością? Może da się to wyliczyć :-)

Jakie mam dane?

Budowa skrzydeł ważki

Znalazłam bardzo ciekawe opracowanie dotyczące ważek i wprost nie wyobrażam sobie, by go nie wykorzystać, zwłaszcza, że już dawno temu przygotowałam zdjęcia, które czekały tylko na naukowy, techniczny niemal opis. Tym razem chcę zaprezentować ważkę jako... maszynę latającą, którą żartobliwie nazwałam Fruvantus machina. Przyjmijmy, że wpisy z tego cyklu będą formą małej dokumentacji technicznej ważki, doskonałej istoty, niemal maszyny, stworzonej do fruwania.
Ostatnio pokazałam uszkodzone skrzydła szablaków, więc od nich dziś zacznę: jak skrzydła ważek są zbudowane i z czego wynika ich konstrukcja, o czym świadczy ich kształt i gęstość żyłek?

Oto żywy bionicopter, Fruvantus machina wylądował:

Szablaki należą do grupy ważek różnoskrzydłych (Anisoptera).

Szablaki należą do grupy ważek różnoskrzydłych (Anisoptera). Łatwo to poznać: kształt obu par skrzydeł różni się wyglądem i wielkością. Poza tym wszystkie ważki różnoskrzydłe przysiadając na podłożu nie składają skrzydeł wzdłuż ciała (odwłoka) unosząc je lekko do góry, lecz zawsze mają je rozłożone poprzecznie do osi ciała (jak samolot).

Skrzydła ważki różnoskrzydłej (tu: szablaka). W celu uwidocznienia cieniutkich, delikatnych, ale bardzo wytrzymałych skrzydeł zdjęcie zostało silniej skontrastowane.

Na powyższym zdjęciu widoczne są obie pary skrzydeł (druga jest większa), gęstą siatkę żyłek oraz pterostigmy - silnie zesklerotyzowane pólka na górnym brzegu każdego skrzydła. Pełnią one rolę stabilizatorów wibracji skrzydła w trakcie lotu.

Szablaki żółtonogie i czarnonogie - prezentacja

Gdy obejrzałam swoje notatki i tabele na blogu, tak jedną po drugiej - rzuciła mi się w oczy pewna prawidłowość, której wcześniej, na gorąco, nie zauważyłam. Mianowicie to, że szablaki żółtonogie pod względem długości ciała i rozpiętości skrzydeł, plasują się w dolnych częściach obu tabel. Wynika z tego, że grupa żółtonogich jest jednocześnie grupą ważek większych niż czarnonogie!
Oczywiście są wyjątki - żółtonogi szablak południowy ma najmniejszą rozpiętość skrzydeł (5 cm), ale pozostałe żółtonogie mają 6 i 6,4 cm (po 2 gatunki).
Z kolei pod względem długości ciała szablak południowy jest na 3. miejscu. Dwa pierwsze miejsca zajmują najmniejsze (najkrótsze) szablaki czarnonogie...
Oj, robi się zbyt skomplikowanie!

Przygotowałam zatem prezentację wizualną przedstawiającą wielkość szablaków.

• Kolejność gatunków wynika z długości ciała przyjętej jako główny wskaźnik. 
• Kolorowe słupki przedstawiają długość ciała poszczególnych gatunków. W niektórych przypadkach słupki są jakby nierówne, co oznacza, że dany gatunek może osiągać mniejszą lub większą długość lub coś pomiędzy tymi wymiarami. A może być też i tak, że długość ciała danego gatunku szablaka zależy od płci (?? - może kiedyś tego się dowiem)
• Jasnobłękitne słupki pokazują rozpiętość skrzydeł danego gatunku.
• Wysokość słupków jest proporcjonalna - prezentację wykonałam w arkuszu kalkulacyjnym i skopiowałam do Paint'a. 

Trochę żałuję, że pominęłam siatkę, ale z drugiej strony, prezentacja mogłaby stać się mniej czytelna. Ale i tak będę ją rozwijać i uzupełniać, więc nic straconego. Zatem słupki pokazują proporcję pomiędzy długością ciała, rozpiętością skrzydeł i pomiędzy poszczególnymi gatunkami szablaków.

Porównanie wielkości szablaków (9 gatunków występujących w Polsce). Zestawienie uwzględnia długość ciała oraz rozpiętość skrzydeł. Szablaki żółtonogie zostały zaznaczone żółta kropką.

Klasyfikacja szablaków wg rozpiętości skrzydeł

Myślę, że warto uporządkować szablaki pod kątem rozpiętości skrzydeł. Skoro i tak przygotowałam zestawienie gatunków, to dlaczego nie wykorzystać go bardziej uniwersalnie?
Dorzucam zatem zestawienie wg (maksymalnej) rozpiętości skrzydeł od najmniejszej do największej.
Pola z żółtym tłem oznaczają szablaki żółtonogie, a szare tło dotyczy szablaków czarnonogich. Przy tej samej rozpiętości skrzydeł dwóch czy więcej gatunków, podczas sortowania o kolejnej pozycji decydowała długość ciała.

Rozpiętość skrzydeł u szablaków - zestawienie

Gatunek szablaka	Długość ciała (D)	Rozpiętość skrzydeł (RS)
szablak południowy   Sympetrum meridionale	35	50
szablak przepasany (górski)  Sympetrum pedemontanum	32	55
szablak czarny (szkocki)   Sympetrum danae	35	55
szablak krwisty    Sympetrum sanguineum	34 – 40	55 – 60
szablak późny (podobny)   Sympetrum striolatum	40	60
szablak zwyczajny    Sympetrum vulgatum	40	60
szablak przypłaszczony    Sympetrum depressiusculum	29 – 34	62
szablak żółty   Sympetrum flaveolum	32 – 37	64
szablak wędrowny (wiosenny)   Sympetrum fonscolombii	33 – 40	64

Klasyfikacja szablaków wg długości

Doprawdy, nie jestem zachwycona ilością i wiarygodnością informacji o szablakach, do których dotąd dotarłam. Często są one niejednoznaczne, nieścisłe, niekompletne i często ukryte w potoku nieistotnych sformułowań, mających na celu ubarwienie... języka. Odnoszę też wrażenie, że niektóre dane o gatunkach są sprzeczne, lecz nie wiem skąd się to bierze. Tak więc będę musiała rozłożyć je na części pierwsze i samodzielnie próbować złożyć je w najbardziej prawdopodobną całość. Będzie to wymagało sporo wysiłku i determinacji.
Dziś zrobię zestawienie rozmiarów szablaków i uporządkuję je wg wielkości, ale ciągle jeszcze rozmyślam o tym szwie między okiem a czołem. Zetknęłam się z informacją, jakoby samica (szablaka południowego) nie posiadała go, a samiec tak. Czymże jest więc ów szew? Mnie zdaje się być czarnym zgrubieniem biegnącym wzdłuż oczu złożonych - początek na wysokości czarnych przyoczek (oczu prostych ułożonych poziomo między ciemieniem a czołem), a koniec zanika zwykle poniżej połowy czoła).

1. Na ile (nie)obecność szwu jest charakterystyczna dla danego gatunku, a na ile zależy od płci szablaka?
2. Czy obecność szwu może zmieniać się z wiekiem konkretnej ważki? 

Chciałabym to wiedzieć. Dopuszczam ewentualność dopisania samicy szablaka południowego do tych "bezszwowych", ale na razie obstaję przy dotychczasowych ustaleniach z poprzedniego wpisu.
A teraz zestawienie szablaków wg długości ciała (D) z podaniem rozpiętości skrzydeł (RS)
Długość ciała niektórych gatunków została podana w widełkach. Podaję zatem cały zakres rozmiaru, ale o pozycji na liście będzie decydowała maksymalna długość ciała. Przy tej samej długości dwóch czy więcej gatunków, podczas sortowania o kolejnej pozycji decydowała rozpiętość skrzydeł.

Szablaki wg długości ciała - zestawienie

Gatunek szablaka	Długość ciała (D)	Rozpiętość skrzydeł (RS)
szablak przepasany (górski)  Sympetrum pedemontanum	32	55
szablak przypłaszczony    Sympetrum depressiusculum	29 – 34	62
szablak południowy   Sympetrum meridionale	35	50
szablak czarny (szkocki)   Sympetrum danae	35	55
szablak żółty   Sympetrum flaveolum	32 – 37	64
szablak krwisty    Sympetrum sanguineum	34 – 40	55 – 60
szablak późny (podobny)   Sympetrum striolatum	40	60
szablak zwyczajny    Sympetrum vulgatum	40	60
szablak wędrowny (wiosenny)   Sympetrum fonscolombii	33 – 40	64