Jakým směrem létají roje včel?

Květy různých rostlin se otevírají v určitou dobu, takže včely mohou určit čas pomocí „květinových hodin“. Otázka času pro včely není zdaleka nečinná a má praktický význam: včela může sbírat pyl a nektar pouze tehdy, když se otevřely okvětní lístky. Aby včela pracovala efektivně, musí nějak umět určit směr k místu bohatému na nektar a nejpříznivější denní dobu pro sběr pylu a nektaru. Poslední funkce je u včel často označována jako „pocit času“. Přísně vzato, smysl pro čas přímo nesouvisí s problémem orientace, ale schopnost navigace v prostoru tak úzce souvisí se schopností navigace v čase, že je rozumné je posuzovat společně.

Pocitu času u včel si poprvé všiml na začátku století švýcarský lékař, kterého každé ráno otravovaly včely shromážděné na marmeládě podávané k snídani na zahradní terase. Dorazili ve stanovený čas a když se v domě podávala snídaně. Poté lékař zaznamenával výskyt včel na terase každý den, bez ohledu na to, zda tam byl svůdně vonící lusk nebo něco pro ně méně zajímavého.

První experimenty byly provedeny na konci dvacátých let. Hřbety včel, aby se daly rozlišit, byly označeny různými barvami. V krmítku umístěném v blízkosti úlu byl včelám každý den od 10 do 12 hodin nabízen cukrový sirup. Zpočátku se včely vracely do krmítka mnohokrát denně, ale po 6-8 dnech poznaly, že má smysl létat za úplatek jen v určitou dobu – v těch dvou hodinách, kdy je v krmítku cukrový sirup. Následná pozorování ukázala, že bez ohledu na to, kde se krmítko nacházelo a bez ohledu na to, v kterou denní dobu do něj byl nalit cukrový sirup, včely se naučily létat na správné místo podle daného rozvrhu za maximálně 9 dní. Předpokládá se, že doba prezentace sirupu se od sebe liší minimálně o 20 minut. Po odstranění cukrového sirupu včely ještě několik dní současně létaly ke krmítku, pilně nahlížely do všech koutů a znechuceně odlétaly.

Včely mají smysl pro čas. Na třech různých místech ve třech různých časových obdobích (označených černými rámečky) byl včelám vystaven cukrový sirup. Včelám trvalo 6 až 8 dní, než si zapamatovaly dobu prezentace potravy.

Toto chování včel je také spojeno s biologickými hodinami. Pokud jsou včely umístěny v laboratoři za konstantních podmínek, pak se čas, kdy navštíví krmítko, nezmění. Zvýšení nebo snížení teploty neovlivňuje smysl pro čas: v teplotním rozsahu od 18 do 35 ° C určují čas s téměř stejnou přesností.

Stejně jako v případě jiných biologických rytmů byly činěny pokusy ověřit, zda smysl času u hmyzu není vysvětlován působením rytmických změn nějakého dosud neznámého, velmi jemného faktoru prostředí (magnetické nebo elektrické pole, nějaký druh záření). atd.). Ale i v hlubinách Alp, ve štolách solných dolů v hloubce 180 metrů od povrchu země, včely neomylně poznaly, že nastala hodina krmení.

Ke stejnému účelu byly vybaveny dvě zcela totožné laboratoře v New Yorku a Paříži. Nejprve byly včely vycvičeny, aby v určitou dobu létaly do Paříže za potravou, poté byly poslány letadlem do New Yorku. V obou laboratořích byly včely chovány za stejných podmínek. Po příchodu na nové místo se včely vydaly ke krmítku podle pařížského času, přesně 24 hodin po posledním krmení v Paříži. Vzhledem k tomu, že časový rozdíl mezi Paříží a New Yorkem je 5 hodin, očekávaný vliv hypotetického vnějšího faktoru by změnil dobu letu včel s posunem o 5 hodin. To se ale nestalo.

A opět vyvstává otázka: jak včely najdou místo, kde je krmítko instalováno? Ukazuje se, že k předání potřebných informací včely používají neobvykle zajímavý jazyk znaků nebo jazyk tance. Za tento objev obdržel německý fyziolog Karl von Frisch v roce 1973 Nobelovu cenu. Experimentátoři umístili kolem úlu 8 krmítek a do jednoho umístili cukrový sirup. Do stěny úlu vyřízli malý otvor, zakryli ho sklem a začali pozorovat chování včel.

Včela dělnice při hledání potravy narazí na krmítko s cukrovým sirupem a okamžitě se vrátí do úlu. Tam svůj objev „vypráví“ ostatním včelám pomocí tance, který předvádí na vertikálních plástvích,
postava připomínající zploštělou osmičku. Včely, schoulené k sobě, úzkostlivě sledují kroky tančícího skauta. Z tohoto tance získávají včely všechny potřebné informace: jakým směrem se nachází potrava, v jaké vzdálenosti od úlu a kolik jí tam je. Vertikale na plástu vždy odpovídá směru Slunce. Úhel mezi osou osmičky a vertikálou se rovná úhlu mezi směrem ke Slunci a směrem, ve kterém se nachází jídlo. Vzhledem k tomu, že se Slunce každou hodinu posouvá po obloze o 15°, musí se osa „osmičky“ také otáčet vůči vertikále, jinak šťastná otvíračka zásob jídla vyvede z omylu své sousedy v úlu. Pro někoho, kdo má biologické hodiny, to není problém. Pokud je po návratu skautské včely východ z úlu zablokován a dělnice nesmějí tři hodiny vyletět pro potravu, pak si všimnete, že úhel mezi osou „osmičky“ popsaný ve skautském tanec a vertikála se postupně mění – rychlostí 15° za hodinu. Jakmile se úl opět otevře, dělnice létají pro potravu správným směrem.

Byl proveden i opačný pokus: včela, která našla potravu, byla ulovena u krmítka nebo na květině a umístěna na 3 hodiny do tmavé krabice. Včela vypuštěná do přírody okamžitě letěla správným směrem a vrátila se do úlu, to znamená, že její biologické hodiny upravily úhel, který svírají směry ke Slunci a k ​​úlu pro zdánlivý pohyb Slunce.

Schopnost včel určovat směr ke Slunci není vrozená, ale získaná a včely se ji učí postupně během mnoha dní. Nejprve si včela pamatuje úhel mezi směry ke zdroji potravy a Slunci a teprve později se pomocí biologických hodin naučí korigovat zdánlivý pohyb Slunce.

Trénink trvá mnohem déle u mravenců, kteří se také pohybují kolem Slunce, například u červených lesních mravenců. V létě a na podzim mravenci snadno zohledňují zdánlivý pohyb Slunce, ale na jaře se to ještě nestihnou naučit.

Směr ke zdroji potravy je označen osou „osmičky“ (přímka mezi smyčkami), kterou včela nakreslí během tance. Vertikální čára na plástu vždy odpovídá směru ke Slunci. Úhel mezi osou obrázku a vertikálou se rovná úhlu mezi směrem ke zdroji potravy a směrem ke Slunci (podle Karla von Frische).

Možná si někdo pomyslí, že včely se umí orientovat jen za jasného slunečného počasí a pošmourná obloha je trápí neméně než nezkušené turisty. Tento názor je nesprávný: včely se mohou snadno orientovat i v zataženém počasí, kdy zatažená obloha není rovnoměrně osvětlena nebo je někde na mýtině vidět kousek jasné oblohy. Vysvětluje se to tím, že včely, stejně jako mnoho jiných bezobratlých, vnímají výkyvy v rovině polarizace světla, jejíž poloha závisí na tom, kde se nachází Slunce. Včely tedy mají jemný mechanismus spojený s biologickými hodinami, který jim umožňuje najít pole kvetoucích medonosných rostlin a vrátit se do úlu. Rozdíl mezi naším způsobem orientace podle náramkových hodinek a způsobem orientace včel podle Slunce je v tom, že můžeme určit pouze směr sever-jih a už když to víme, rozhodnout se, kterým směrem se máme pohybovat, zatímco šíp včely “kompas” vždy udává směr letu hmyzu. Včely mohou tento směr změnit, pokud se na novém místě najde větší pole kvetoucích medonosných rostlin.

Zdroj. “Biorytmy”. Detari L. Kartsagi V. -M. ; Svět. 1984.s.103-105.

V roce 2007 se objevil film „Bee Movie“ věnovaný hmyzu. Film není špatný, ale zazněl v něm názor, že včely by podle zásad letectví létat neměly, ale ony létají. Tento názor se rychle rozšířil a novináři, popularizátori vědy i obyčejní lidé jej začali všemožně opakovat. Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že mylná představa o nemožnosti letu včel a čmeláků existovala dávno před filmem – někde od začátku XNUMX. století.

Problém je, že včely, čmeláci a další létající hmyz vůbec nejsou letadla. Samozřejmě, pokud spočítáte zdvihací sílu včelích křídel pomocí matematického aparátu výroby letadel, závěr bude jako ve filmu – včely a čmeláci by neměli létat. Jejich malá křídla jednoduše nevyvinou dostatečný zdvih, aby zvedla hmyz do vzduchu. Ve skutečnosti je vše mnohem složitější a zároveň zajímavější.

Vztlakové klapky a dynamické stání

U konvenčních letounů mají křídla poměrně tuhou konstrukci, jsou připevněna k tělu letounu a tvoří s ním jeden celek. Mají jistou míru pružnosti, ale z aerodynamického hlediska to nemá zásadní vliv. Právě díky nepohyblivosti křídel letounu zajišťují výrazný vztlak, který stačí k tomu, aby se letoun těžší než vzduch zvedl z hladiny a mohl letět.

Křídla letounu mají specifický aerodynamický profil. Pokud zvětšíte úhel křídla vzhledem k proudění vzduchu, křídlo vytvoří větší vztlak. Pokud je však úhel příliš velký, zvednutí zmizí, což je efekt zvaný zastavení. Pokud výtah zmizí, letadla havarují.

Včely, stejně jako mnoho jiného hmyzu, nemají pevná křídla jako letadlo. Aby mohli létat, potřebují aktivně mávat křídly – to jim umožňuje odtlačit vzduch a vytvořit vztlak. Během procesu mávání provádějí křídla neuvěřitelně složitou trajektorii pohybu. Křídlo provádí složité pohyby od počátečního bodu do koncového bodu. Mávající křídlo vytváří vztlak prostřednictvím různých fyzikálních jevů.

První — vytvoření silného víru na náběžné hraně křídla. Tento jev se nazývá dynamické zastavení nebo absence zastavení. Křídlo je při pohybu nahoru a dolů ve velmi vysokém úhlu náběhu. Úhel náběhu je úhel mezi směrem vektoru rychlosti proudění dopadajícího na těleso a charakteristickým podélným směrem zvoleným na tělese, například u křídla letadla to bude tětiva křídla, u letadla – podélná konstrukční osa, u projektilu nebo rakety – jejich osa symetrie.

V důsledku toho se proud vzduchu rozdělí a vytvoří vír na náběžné hraně křídla. Během letu zůstává vír na stejném místě díky charakteristice proudění. V důsledku tlakového rozdílu vzniká velká zvedací síla. Pokud by vír nevznikl, nebyl by žádný výtah.

Druhý – efekty v důsledku rotace hmyzích křídel. Jak se křídlo otáčí, vír na náběžné hraně se zvyšuje a vztlaková síla se odpovídajícím způsobem zvyšuje. Změnou bodu otáčení křídla můžete měnit sílu vztlaku při každém zdvihu.

Diagram ukazující rozdíl v aerodynamických charakteristikách křídel v pokročilých, symetrických a pomalých rotačních režimech. Černé čáry představují křídlo a tečka znázorňuje náběžnou hranu. Červené šipky ukazují velikost a směr sil. Tato data byla shromážděna pomocí modelu mávajícího robotického křídla. (Dickinson, Lehmann & Sane, 1999)

A co jiný létající hmyz?

Složité letové mechanismy jsou pozorovány nejen u včel, ale také u jiného hmyzu a ptáků. Mnoho druhů má vlastní techniku ​​pro zvýšení vztlaku a zároveň optimalizuje energii potřebnou k provedení švihu. Motýli se širokými křídly vrhají za letu diskrétní vírové prstence. U tohoto hmyzu se se zvyšující se rychlostí letu řetězec vírových prstenců otevírá nejprve v horním bodě klapky, čehož je dosaženo energickým máváním křídel nad zády, a poté ve spodním bodě.

Výsledkem je, že během nejrychlejšího migračního letu, stejně jako během vzletu, motýlí křídla vrhají diskrétní vířivé kroužky: když křídla tleskají v horním bodě, kroužek je odhozen zpět a motýl je postrčen dopředu; V nejnižším bodě klapky mává motýl křídly a hází prsten dolů, čímž dostává tlak směrem nahoru. Konečně, u vysokofrekvenčního hmyzu se odlévání malých, diskrétních kroužků stává primárním prostředkem pro generování užitečných aerodynamických sil.

U mnoha hmyzu dochází při kývání vzhůru ke krátkodobému impulsu síly v důsledku expanze dříve vytvořeného prstence se zrychlením vzduchu směrem dozadu. Zásadní roli hrají také speciální pohyby křídel, včetně tleskání v horní nebo spodní části klapky.

Čmeláci používají zhruba stejný letový mechanismus jako včely. A také bez problémů létají. Problém s vysvětlením mechanismu letu tohoto hmyzu vznikl právě kvůli složité trajektorii křídel. Včela udělá asi 230 úderů křídlem za sekundu, čmelák – 300, v některých případech – 400. Díky rychlosti a také skutečnosti, že aerodynamický povrch s pohyblivou amplitudou vytváří mnohem větší vztlak než pevně upevněné křídlo, hmyz létat.

Problém s „nemožností letu včely“ vznikl kvůli nesprávné interpretaci zákonů aerodynamiky, jak jsou aplikovány na pohyblivá křídla, bez zohlednění řady principů viskózní mechaniky a dynamiky plynů.