Vítězství nad gravitací: Kdy a proč nadělila evoluce ptákům křídla?

Na světě existuje přibližně deset tisíc druhů ptáků, z nichž až na pár výjimek všichni dovedou létat. Nejde však o jediné obratlovce, jimž příroda uvedenou schopnost dopřála: „Konkurují“ jim letouni, tj. netopýři a kaloni, kteří se 1 400 druhy představují nejpočetnější řád savců hned po hlodavcích. Ve srovnání s hmyzem jde ovšem o zanedbatelné číslo. V jeho případě se totiž počet druhů odhaduje na více než milion a většina je alespoň v určité fázi života okřídlená.

Člověk naopak k letu uzpůsoben není, nicméně biologické nedostatky jej neodradily a po mnoha odvážných i tragických pokusech v balonech, vzducholodích a strojích těžších než vzduch se pro nás cestování letadlem stalo všední záležitostí.

Způsob, jak zvířata a stroje vyrobené člověkem létají, se na první pohled podobá – což dává smysl, neboť v obou případech je nutné pokořit stejné fyzikální zákony. Avšak cesty, jež k letu vedly, se diametrálně liší. Zatímco za každým strojem stojí lidský konstruktér, křídla živoucích tvorů nikdo předem nenavrhoval a vznikala postupnou evolucí bez vize konečného výsledku, jak podotýká slavný evoluční biolog Richard Dawkins.

Do boje i na obranu

Proč je vlastně létání užitečné? Dawkins připomíná, že pokud se ptáme, k čemu jsou určité vlastnosti či chování dobré, musíme se zpravidla uchýlit k darwinistické odpovědi – tedy k přírodnímu výběru neboli přežití nejzdatnějších. Ve skutečnosti je slavná formulace trochu nepřesná. Nejde totiž jen o přežití, ale v první řadě o předání genů další generaci. Létání k tomu tedy musí nějakým způsobem přispívat. Například ptákům křídla pomáhají uniknout před predátory pohybujícími se po zemi. Nejedná se však pouze o obranu, nýbrž i o prevenci. Proto si opeřenci stavějí hnízda na stromech nebo na těžko dostupných útesech, kam by se bez křídel nedostali. Netopýři se zas uchylují do jeskyní, kostelních věží a na další podobná místa.

Létání je užitečné také při hledání partnerů či potravy. Supi stoupají vysoko nad krajinu, odkud pátrají po mršinách, a mnoho jiných dravců vyhlíží z výšky i vhodnou živou kořist. Díky schopnosti létat mohou ptáci a netopýři lovit hmyz přímo ve vzduchu, a někteří dravci takto chytají dokonce i jiné opeřence. V případě nedostatku potravy přenesou křídla svého majitele rychle do vhodnější lokality, což se týká také sezonní migrace do teplých krajin, kterou každý rok absolvují miliardy z nich. 

Hmyz bez konkurence

Stejně jako létání samotné, přitahuje pozornost vědců také evoluce dané činnosti, jež do určité míry zůstává záhadou a předmětem akademických polemik. Zmíněná dovednost se v živočišné říši objevila přinejmenším čtyřikrát: Jako první, podle některých odhadů již před 400 miliony let, dobyl nebesa prvohorní hmyz a primát zřejmě získal tvor pojmenovaný Rhyniognatha. V prvohorách neměl hmyz ve vzduchu konkurenci a zhruba před 300 miliony let se v karbonu nad krajinou vznášely vážky s rozpětím křídel téměř tři čtvrtě metru. Pravděpodobné vysvětlení tehdejších obřích rozměrů hmyzu a dalších členovců spočívá ve vyšší koncentraci kyslíku v atmosféře. O víc než 150 milionů let později se pak objevily první včely, jejichž evoluce šla ruku v ruce s vývojem kvetoucích rostlin.

Jako první obratlovci dokázali asi před 225 miliony let aktivně létat pterosauři, kteří nebi vládli až do konce druhohor, kdy patrně padli za oběť hromadnému vymírání. Ptáci se objevili zhruba před 150 miliony let a podobný osud je naštěstí minul, načež aktivní let dovedli k dokonalosti. Pomohl jim k tomu další revoluční „vynález“ v podobě peří, jež zřejmě vzniklo modifikací plazích šupin a původně nejspíš plnilo funkci tepelné izolace, podobně jako srst savců. Coby poslední skupina se k aktivnímu letu asi před 50 miliony let dopracovali letouni. 

Je zajímavé, že u žádných dalších savců, kupříkladu velmi početných a rozmanitých hlodavců, se již daná schopnost nevyvinula. Mnoho savců a jiných obratlovců si však osvojilo plachtění: Patří k nim třeba poletuchy či vakoveverky a z nesavčích druhů létající žáby jako létavka černoblanná nebo hadi, například některé bojgy.

V trávě číhá predátor

Nicméně na otázku, jak se vůbec schopnost aktivního letu vyvinula, neexistuje ani u jedné skupiny definitivní odpověď. V každém případě se muselo jednat o postupný proces. Křídla hmyzu mohla vzniknout proměnou vnějších žaber, jakými dnes disponují například larvy jepic, nebo se vyvinout z vychlípenin, jež původně sloužily k „plachtění“ po vodní hladině. Dawkins zas razí hypotézu, že jde o přeměněné hrudní výčnělky, které zpočátku fungovaly jako miniaturní solární panely pro zachytávání slunečních paprsků. Postupně se pak zvětšovaly, až nakonec získaly vhodné aerodynamické vlastnosti a vznikla z nich skutečná křídla.

Jasno není ani v případě obratlovců, kdy se teorie dělí na tzv. arboreální a kurzoriální, přičemž mezi vědci se o něco větší oblibě těší první jmenovaná. Podle ní dokázali předci ptáků, letounů či pterosaurů lézt po stromech a větvích a přeskakovali mezi nimi tak dlouho, až se u nich objevily pomocné adaptace: Jednalo se třeba o kožní vychlípeninu či lépe opeřenou končetinu, díky níž dovedl tvor přeskočit o trošku větší mezeru, a získal tak výhodu. Hůř vybaveným jedincům pak hrozilo, že větší vzdálenost nepřekonají a spadnou nebo že se budou muset na vedlejší strom vydat po zemi, kde mohl číhat predátor. Vznik letových ploch umožňujících plachtění, jaké má třeba poletucha, nicméně nestačil – ke skutečnému aktivnímu letu bylo nutné je rozpohybovat.

Mezi blánou a křídlem

V souvislosti s ptáky jsou populární i teorie kurzoriální, jichž Dawkins vyjmenovává hned několik. Opeřenci se například mohli vyvinout z plazů, kteří uměli rychle běhat po dvou a přední končetiny měli již porostlé peřím. Kdyby při úprku před predátorem vyskakovali, peří by jejich skok o něco prodloužilo, což by zvýšilo šanci uniknout. Větší letová plocha by svým nositelům poskytovala výhodu a postupně by rostla, až by nakonec skákání přešlo v let. Podle další hypotézy se křídla podobným procesem vyvinula u dravců, kteří ze zálohy útočili na kořist. 

Pozoruhodná je rovněž představa, že druhohorní plazi chytali pomocí opeřených předních končetin hmyz poletující ve vzduchu. Pera se postupně zvětšovala a vytvořila jakousi loveckou síťku, jež rostla a zároveň sloužila coby letová plocha, která predátorovi umožnila vyskočit o něco výš. Výhoda zmíněné hypotézy tkví v tom, že rovnou zahrnuje i máchání „křídly“.

Jistotu o evoluci létání každopádně nemáme a je možné, že ptáci, pterosauři i letouni dospěli k uvedené schopnosti odlišnými cestami. Pro jedny může platit teorie arboreální, kdežto pro druhé některá z variant té kurzoriální. Rozdíly koneckonců panují už v samotné stavbě křídel: U ptáků slouží coby nosná plocha peří pokrývající přeměněnou přední končetinu, zatímco u letounů jde o kožovitou blánu, stejně jako u pterosaurů. U dávných ptakoještěrů se napínala mezi prodlouženým čtvrtým prstem, tělem a zadní končetinou; u letounů je to pak podobné, jen s tím rozdílem, že mají prodloužené všechny prsty přední končetiny.