Zvířata v pohybu: Opeření mistři letu

Ptáci jsou potomky druhohorních ještěrů, kteří unikli masovému vymírání před 65 miliony let. V té době už měli celou řadu typických ptačích rysů, jimiž se lišili od dinosaurů a jejich příbuzných.

Teorie a slepé uličky

Způsob, jakým se v druhohorách vyvinul u ještěrů ptačí let, je předmětem vědeckých sporů a vysvětluje ho řada konkurujících si teorií. Jedna z nich předpokládá, že předci ptáků šplhali na stromy a létat se naučili, když z korun stromů skákali na zem a rychlost pádu brzdili máváním předních končetin. Další teorie má přesně opačné východisko – ptáci se prý naučili létat při pokusech dostat se skokem ze země do větví stromů. Podle jiné teorie se let ptáků vyvinul u drobných dinosaurů, kteří potřebovali udržet rovnováhu při vybíhání do strmých svahů nebo na nakloněné kmeny stromů.

Ať už je pravda jakákoli, jisté je, že evoluce ptačího letu se někdy ubírala velmi podivnými cestičkami. Například druhohornímu ještěrovi označovanému jako mikroraptor pokrývalo tělo peří. V tom se podobal mnoha jiným dinosaurům.

Některým na předních končetinách vyrůstala i dlouhá pera, která jim zřejmě dovolovala klouzavý let. Mikroraptor měl ovšem taková pera nejen na předních končetinách, ale i na zadních nohách. Byl vybaven dvěma páry křídel a svým způsobem představoval jakýsi přírodní „dvouplošník“. Zřejmě šlo o slepou evoluční uličku, protože dnešní ptáci spoléhají výhradně na „jednoplošníkovou konstrukci“. Ta se osvědčila a ptáci s ní dosáhli na nejeden letecký primát.

Rekordmani dálky a rychlosti

Na cestě z aljašských hnízdišť do novozélandských zimovišť urazí břehouš rudý (Limosa lapponica) za osm dní bez jediné přestávky skoro 12 000 kilometrů. Přes tento mimořádný výkon není rekordmanem v ptačích nonstop letech. Primát patří rorýsi velkému (Tachymarptis melba), který při cestách z evropských hnízdišť do afrických zimovišť, během tamějšího pobytu a při jarním návratu na hnízdiště tráví všechen čas ve vzduchu. Nejnovější měření malými přístroji upevněnými na těle ptáků odhalila, že někteří rorýsi za celých sedm měsíců neusednou ani na okamžik. Ve vzduchu loví potravu, za letu pijí a dokonce i spí! Příbuzní rorýse velkého – rorýs východní (Hirundapus caudacutus) a rorýs obecný (Apus apus) – se taky zapsali do „ptačí knihy rekordů“. Drží totiž rekord v rychlosti letu. Ručička jejich pomyslného tachometru se šplhá až k tempu kolem 170 km/hod!

Sokol stěhovavý (Falco peregrinus) sice při střemhlavém útoku na kořist padá dokonce dvakrát vyšší rychlostí, ale tomu pomáhá významnou měrou volný pád. Rorýsi vděčí za svou rychlost jen a jen svým křídlům.

Do extrémních výšek

Největší výšky jen pomocí svých křídel prokazatelně dosáhl sup krahujový (Gyps rueppellii), který se nad Pobřežím slonoviny srazil s letadlem ve výšce 11 550 metrů. Není však jasné, jestli pták nebyl zanesen do této úžasné výšky nedobrovolně silnými vzestupnými proudy. Zcela pravidelně však v extrémních výškách létají husy indické (Anser indicus). Ty hnízdí v Tibetu a zimují v Indii. Na svých tazích pravidelně přelétají himálajské horské velikány včetně Mount Everestu. Proto se celé hodiny pohybují ve výškách až 9 000 metrů nad mořem, kde se většině živočichů nedostává kyslíku pro základní tělesné funkce, natož pak pro namáhavý let.

Husy indické jsou k pobytu v extrémně řídkém vzduchu dobře uzpůsobeny. Ve svalech mají desetkrát více „pomalých“ svalových vláken schopných dlouhodobé vytrvalostní zátěže než jiné druhy hus. Zásobování svalů kyslíkem a živinami a odvod zplodin látkové výměny z namáhaného svalstva zajistí mnohonásobně hustší síť krevních kapilár. Také nejtěžšího letce současné přírody najdeme mezi ptáky. Je jím drop velký (Otis tarda), který se dokáže vznést do vzduchu navzdory tomu, že váži i dvacet kilogramů.

Náročný pohyb na místě

Vedle tradičních způsobů letu, kdy ptáci překonávají často impozantní vzdálenosti za vydatného mávání křídly, najdeme i letce, kteří vynakládají spoustu sil, aby za letu mohli zůstat na jednom místě. V tomto způsobu pohybu vynikají především kolibříci (Trochilidae), kteří se kvůli náročnosti letu na místě musí živit energeticky vydatným nektarem. A právě při sběru nektaru z květů se jim vznášení hodí.

TIP: Kmitání létajících drahokamů: Kolibříci, „motýli“ mlžného pralesa

Kolibřík umí v letu i couvat. Vědci byli přesvědčeni, že je to pro něj výrazně namáhavější než let vpřed a může to klást podobné energetické nároky jako vznášení na místě. Měření ale ukázala, že při letu vzad se spotřebovává stejně energie jako při letu vpřed, tj. asi o 20 % méně než při vznášení na místě.

I jiní ptáci se dokážou udržet ve vzduchu na jednom místě, ale v jejich případě nejde o pravé vznášení. Například poštolka obecná (Falco tinnunculus) se třepotáním křídel drží na jednom místě, ale dokáže to jen díky protivětru. Letí vlastně vpřed rychlostí, jakou ji protivítr unáší zpět. Výsledkem je nulová rychlost vůči zemi a vznášení na místě.

Hádanka letu s nehybnými křídly

Naprostým protikladem maličkých kolibříků, kteří křídly mávají tak rychle, že lidské oko jednotlivé kmity ani nezaznamená, jsou albatrosi. Žádný z dnešních opeřenců nemá větší rozpětí než albatros stěhovavý (Diomedea exulant) nebo albatros královský (Diomedea epomophora). Největší jedinci měří od jedné špičky roztažených křídel ke druhé i 360 centimetrů. Albatrosi nemusejí svými impozantními křídly mávnout celé hodiny, a přesto létají i rychlostí 80 km/hod a zdolávají dech beroucí vzdálenosti. Denně uletí i 900 kilometrů. Dokonce ani samičce s mládětem na hnízdě nedělá žádný problém vyrazit na čtyřdenní lov na širém moři a nalétat během něj skoro tisíc kilometrů. Ptáci bez rodičovských závazků podnikají ještě mnohem delší lety. Při jednom sledování albatrosa stěhovavého prostřednictvím satelitů podnikl pták za dva týdny tři lety nad oceán a překonal při nich celkovou vzdálenost bezmála 14 000 kilometrů.

Tisíce kilometrů nalétají albatrosi nad moři a oceány i za těch nejzuřivějších hurikánů. I ve chvílích, kdy si posádky moderních lodí zoufají a trnou, zda jejich plavidlo odolá běsnění živlů, zahlédnou nad bouřícími vlnami siluetu albatrosa klouzajícího bez nejmenší námahy vzduchem. Vědci se snaží přijít tajemství mistrného plachtění albatrosů na kloub už déle než století.

Let v „nekonečné osmičce“

Fyzikální vysvětlení pro efektní let albatrosů bez mávání křídel hledal už slavný anglický učenec John William Strutt. Tento vědec známější jako lord Rayleigh se proslavil například objevem argonu, za nějž dostal v roce 1904 Nobelovu cenu. V roce 1883 představil lord Rayleigh světu na stránkách věhlasného časopisu Nature teorii, podle které využívá albatros skutečnosti, že nad mořskou hladinou vane vítr pomaleji než ve větších výškách. Rychlost větru nad mořem roste za obvyklých podmínek kontinuálně od hladiny až do výšky 10 nebo 20 metrů. Lord Rayleigh byl přesvědčen, že albatrosovi stačí stoupat při letu proti větru a klesat, když zamíří po větru.

Albatros skutečně střídá let po a proti větru a při klesání ztrácí výšku jen velmi pozvolna. Často uletí dvaadvacet nebo třiadvacet metrů a neklesne přitom o více než jeden metr.

Letová dráha albatrosa má tvar jakési trojrozměrné osmičky. Pták na ní například vykrouží zatáčku doprava a zamíří proti větru. Přitom neustále stoupá s tím, jak vítr s narůstající výškou nabírá na síle. Na vrcholku své dráhy se stočí doleva, letí po větru a pomalu klesá. Když dosáhne nejnižšího bodu své trajektorie, obvykle jen malý kousek nad mořskou hladinou, otočí se opět proti větru a celou sérii manévrů opakuje.

Bezvětří mu nesvědčí

Většina biologů se shodne na tom, že albatrosi létají v uzavřené „nekonečné osmě“ po a proti větru. Všeobecná shoda mezi odborníky na ptačí let ale mizí, když dojde na otázku, v kterém bodu osmičky získává albatros maximální impuls pro další let. Jedna skupina vědců je přesvědčena, že k tomu dochází při obrátce v nejvyšším bodě. Tady přeci albatros zatáčí z letu proti větru na let po větru. Druhá skupina vědců ovšem tvrdí, že pro nabrání energie je klíčová fáze letu z nejnižšího bodu dráhy, kdy albatros po obrátce zamíří proti věru a začne nabírat výšku.

Ať už se to má s letem albatrosů jakkoli, jisté je, že při pohybu vzduchem vynakládají jen minimum energie. Například tepová frekvence letícího albatrosa je stejná, jako když pták nečinně sedí a odpočívá. Při klouzavém letu se nenamáhá dokonce ani s natažením křídel. Zvláštní uspořádání šlach v křídle funguje jako tuhá vzpěra. Ta udrží křídla dokonale natažená bez toho, že by musely pracovat svaly.

Pro albatrosa představuje největší dřinu start a přistání, kdy mu vítr příliš nepomáhá. Stejně tak by pro něj bylo velmi obtížné létat v naprostém bezvětří. Když se albatros ocitne v tišině bez podpory větru, raději usedne na vodní hladinu a počká, až se vítr zase zvedne.

TIP: Zbaveni zemské tíže: Kdy se vznesli první tvorové do vzduchu?

Konstruktéři letadel by rádi od albatrosů úsporný let okopírovali. Problém je v tom, že letadlo s pohonem založeným na stejném principu by se muselo pohybovat v prostorové osmičce. Trénovaná posádka by to zřejmě vydržela, ale většině pasažérů by se z neustálých zatáček, stoupání a klesání určitě dělalo špatně od žaludku.