Jak latają owady?

Umiejętność latania ułatwia [umożliwia] owadom podążanie za partnerem lub ściganie zdobyczy [oraz przemieszczanie się]. Owady szybują krążą lub latają wirującym lotem, dysponują przy tym pomysłowymi mechanizmami kontroli lotu i nawigacji.
Owady mają z reguły dwie pary skrzydeł o bardzo zróżnicowanym kształcie i wielkości. Podczas szybowania w powietrzu owady trzymają skrzydła szeroko rozpostarte, a przy locie aktywnym z reguły machają nimi w górę i w dół.
Liczba uderzeń skrzydłami [na sekundę] jest charakterystyczna dla różnych gatunków owadów, np.:

• motyle machają skrzydłami około 8-20 razy (bielinek kapustnik 6-9 razy)
• ważki równoskrzydłe machają skrzydłami około 15 razy
• ważki różnoskrzydłe machają skrzydłami około 30 razy
• ćmy (motyle nocne) machają skrzydłami około 30-40 razy
• biedronki machają skrzydłami około 90 razy
• osy machają skrzydłami około 110 razy
• trzmiele machają skrzydłami około 123-230 razy
• pszczoły machają skrzydłami około 190 - 200 razy (inne źródło podaje: 440 razy na sekundę, gdy leci bez obciążenia i 330 razy gdy obciążona wraca do ula)
• muchy machają skrzydłami 140 - 330 razy
• muchy pokojowe machają skrzydłami 352 razy (Wikipedia zaś podaje... 33 razy!)
• komary machają skrzydłami 300 do 600 razy
• wodzień (Chaoborus), owad podobny do komara macha skrzydłami aż 2200 razy w temp. 37 stopni C i 1000 razy w temp. 27 stopni C

Dla porównania śmigło samolotu obraca się 25 razy na sekundę...

Resilin - tworzywo przyszłości?

Elementy budowy ważek, w pojęciu maszyn latających, a nawet robotów, stanowią nie lada gratkę i wyzwanie dla konstruktorów, którzy szukają sposobów na skopiowanie technicznych rozwiązań występujących w przyrodzie. Co takiego jest w skrzydłach ważek, że potrafią tak szybko, precyzyjnie i ekonomicznie fruwać? Jak wspomniałam w poprzednim wpisie, aparat lotu ważki działa inaczej niż u większości owadów (te fruwają na zasadzie garnka i dociskanej, bądź unoszonej pokrywki). Otóż skrzydła ważki wspomagane są przez mocne mięśnie lotne znajdujące się w tułowiu i połączone są ze skrzydłami za pomocą stawów lotnych. A stawy te zbudowane są z materiału o szczególnych właściwościach mechanicznych, nazwanego resilinem. 
Michał Ostrowski opisuje go tak: "Jak żaden inny materiał jest on [ów resilin] bardzo elastyczny potrafiąc jednocześnie gromadzić dużą ilość energii, by ją potem, w odpowiedniej chwili, wyzwolić. To tak jakby zgnieść plastikową butelkę, która natychmiast po zgnieceniu wraca do poprzedniego kształtu. Resilin razem ze skrzydłami stanowi taki system ruchu, który pracuje z określoną częstotliwością". (źródło)
 

Czym zatem jest resilin?

Resilin jest elastomerowa forma białka występująca u wielu owadów. Znajduje się w tych częściach ciała, które umożliwiają wielu gatunkom owadów skuteczne poruszanie się lub machanie skrzydłami. Po raz pierwszy resilin został odkryty przez duńskiego zoologa Torkel'a Weis-Fogh'a (1922–1975) w stawach skrzydeł szarańczy.

Technika lotu - ważki kontra inne owady

Tematu skrzydeł ważek nadal nie wyczerpałam, a to bardzo interesująca konstrukcja sama w sobie, ale także w aspekcie sprawności (prędkości, zwrotności i precyzji), jak i niebywałej ekonomiki lotu.
Omawiając techniki lotu ważek posłużę się niemal w całości informacjami zaczerpniętymi z pracy Michała Ostrowskiego, pozwolę sobie jednak zrobić to w podpunktach [w nawiasach kwadratowym dodaję własne uwagi, uściślenia i pytania, na które szukam odpowiedzi]  

• W słoneczne dni ważki potrafią  szybować nad stawem całymi godzinami, pomimo że prawie nie poruszają skrzydłami. 
• Gdy tylko pojawi się jakiś owad, który mógłby być ich zdobyczą, chwytają go w błyskawicznym zwrocie. 
• Kiedy zjawi się jakiś uciążliwy rywal, wtedy ważki [samce, jak sądzę] stosują lot spiralny do góry i okrążając go w ten sposób przepędzają intruza. 
• W gęstych sitowiach, nad moczarami, potrafią szybować elegancko i z dużą szybkością, bez obawy, że zahaczą o coś delikatnymi skrzydłami [to ciekawe, jak udaje im się przemykać pośród gęsto rosnących roślin przy tak dużej rozpiętości skrzydeł?]. 
• Ważki nad wodą poruszają się jak niesłyszalne helikoptery. Uderzając skrzydłami tylko około 30 razy na sekundę, latają one absolutnie bezgłośnie. Jedynie gdy napięte powierzchnie nośne skrzydeł dotkną się, lot ważek zdradza cichy szelest. [30 uderzeń na sekundę to nie tak dużo i, jak dotąd, nie jestem pewna czy jest to maksymalna ilość. Ważki równoskrzydłe o "słabszym" użyłkowaniu uderzają tylko 15 razy/s. Te najszybsze ważki osiągają prędkość od 36 do 58 km/h, a spotykam informacje w całkiem poważnych źródłach, że i 80 km/h, a nawet jeszcze więcej... Dla porównania - komar uderza skrzydłami nawet 600 razy/s, ale jego prędkość maksymalna to 5,5 km/h. Tym bardziej należy docenić ekonomikę lotu ważki ]
• Skrzydła, oprócz tego, że służą do latania odgrywają także poważną rolę w zdobyciu partnera; na kołyszących się źdźbłach służą ważkom jako powierzchnie pozwalające utrzymywać równowagę; jako kolektory słoneczne, a nawet jako oręż obrony przeciw językom żab! [Przypuszczam, że skrzydła mogą służyć ważkom również do schwytania ofiary. Można to zaobserwować na filmie w poprzednim poście: ważka wcale nie dogoniła ofiary, lecz... czekała, aż muszka, chyba wbrew swojej woli zbliżyła się do ważki, a ta pochwyciła ją. Czyżby skrzydła wywołały prąd powietrza, który zawrócił muszkę i zassał ją wprost w "szpony" ważki? Tak właśnie to wyglądało]
• Ruchy skrzydeł przednich i tylnych mniej zgrabnie latających ważek równoskrzydłych nie są zsynchronizowane. Natomiast uderzenia obu par skrzydeł ważek różnoskrzydłych, wyjątkowo zwrotnych w locie, synchronizowane są przy pomocy systemu nerwowego.

Technika lotu większości owadów

Większość owadów lata według zasady „garnka do gotowania”. To tak jakby przykryć garnek mniejszą przykrywką, pod którą wkładamy dwie duże łyżki. Przyciskając pokrywkę do środka – łyżki unoszą się, podnosząc pokrywkę – łyżki opadają. U większości owadów działają jedynie siły wytworzone w obrębie tułowia pomiędzy „dnem” garnka a jego „pokrywką”.
Wyobrażam to sobie tak:

O muszce, która ważce dała się upolować

Ważka jest drapieżnikiem, gdyż aktywnie poluje i zjada inne owady. Jest bardzo pożyteczna, gdyż przyczynia się do ograniczania populacji m.in. much czy komarów (moskitów w innych częściach świata). Badacze ustalili, że jest doskonałym i bardzo skutecznym łowcą. Jej pościgi uwieńczone są sukcesem w 95-97 procentach, co oznacza, że zaledwie 3 do 5 owadów na 100 zdoła jej umknąć. Jest to tak niewielki odsetek "ocalonych", że przypuszczam, iż wynika ze szczęśliwego dla ofiary przypadku - np. w kulminacyjnym momencie znajdzie się akurat pośród gęstych zarośli, gdzie ważka nie zdecyduje się kontynuować pościgu, lub nie może go już kontynuować, gdyż... sama stanie się ofiarą ptaka.
Dla porównania, "król" zwierząt (każdy wie, że to lew  ;-) ) osiąga zaledwie 50% skuteczności.
Na określenia "drapieżnik" i "ofiara" godzę się bez dyskusji - tak jest urządzony świat przyrody. Natomiast irytują mnie określenia typu: "bezwzględny zabójca", ale traktuję je jako określenia zastępcze ubarwiające opis, synonimy skutecznego drapieżnika. Bo przecież owa "bezwzględność zabójcy" w świecie zwierząt to nic innego jak właśnie wysoka skuteczność polowania - schwytanie ofiary i zabicie "na śmierć" w celu zaspokojenia swoich potrzeb (głodu), ale nie mordowanie ot, tak sobie, dla chorej przyjemności.

Poniżej przedstawiam kolejny film, nakręcony w wysokiej jakości (1000 klatek na sekundę), na którym można zobaczyć najpierw błyskawiczny (i skuteczny!) akt polowania ważki na maleńką muszkę, a następnie w zwolnionym tempie obejrzeć to wszystko jeszcze raz. Coś, co trwało mgnienie oka i zdawało być się przelotem ważki z liścia po lewej stronie i zniknięciem jej z kadru po prawej, z małym "zamieszaniem" pośrodku ekranu, okazało się być pełną sekwencją polowania ważki od zamysłu do finału: najpierw dostrzeżeniem muszki jeszcze z liścia, następnie startem w jej kierunku, zawróceniem i ustawieniem się do celu, schwytaniem i zjedzeniem zdobyczy oraz odfrunięciem w nieznane. W czasie rzeczywistym wszystko trwało zaledwie 3 sekundy, z czego ostatnia sekunda to właściwie opuszczenie sceny, gdy było już po wszystkim.

Oto moje spostrzeżenia dotyczące głównie drugiej części filmu (sekwencja w zwolnionym tempie):

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?

Polowanie ważki to więcej niż pościg

Ważki są doskonałymi myśliwymi, osiągając skuteczność ponad 95% (97% - wyniki innych badań) swoich ataków ukierunkowanych na zdobycz. Naukowcy badający ważki próbują zrozumieć, na czym polegają ich niesamowite umiejętności łowieckie.
Ważki mają ogromny apetyt. Według badań przeprowadzonych przez doktora  Stacey'a Combes'a z Uniwersytetu w Harvardzie (USA), jedna ważka potrafi zjeść 30 muszek z rzędu bez oznak przesytu :-). Dziennie ważki zjadają kilkaset takich malutkich owadów (oczywiście atakują i zjadają także znacznie większe).
Ważki mogą śledzić (i skutecznie ścigać) swoje ofiary dzięki wysoko rozwiniętemu mózgowi, oczom i skrzydłom. Potrafią one przewidywać trajektorię lotu upatrzonego ruchomego celu oraz błyskawicznie dostosować tor własnego lotu, by zwiększyć prawdopodobieństwo schwytania zdobyczy.
Combes powiedział: "Zanim zabrałem się do zbadania skuteczności ważek w polowaniu założyłem,  że polega ona na aktywnym pościgu... Wygląda jednak na to, że jest to bardziej wyrafinowane: ważka zbliża się do zdobyczy od tyłu i poniżej, tak że ofiara nawet nie spodziewa się, że znalazła się w niebezpieczeństwie. Przypomina to zasadzki urządzane przez drapieżników".
Mimo, że większość owadów latających nie jest lubiana przez ludzi, z ważkami jest inaczej (są postrzegane pozytywnie). Zjadają one mnóstwo nieznośnych moskitów/komarów, a niektóre mogą zjeść ich setki dziennie(!!).
Ważki potrafią latać z prędkością do 30 mil/h, czyli ok. 48,28 km na godzinę (ale proszę pamiętać o rekordzistce - 58 km/h).