TÉMA ČÍSLA: Jak létat i bez křídel

Živočichové poprvé dokázali ovládnout vzduch již před 300 miliony let. Tehdy přestal první vážky bavit pomalý a nebezpečný pohyb po vlastních nohou, a tak začaly zkoušet první primitivní způsob letu. I přes svou jednoduchost zřejmě fungoval, protože vážky dodnes létají stále stejně. Pohyb vzduchem však za tu dobu přeci jen prodělal mnoho změn a stal se tak efektivním, že si jej v mnoha podobách oblíbili i obratlovci.Živočichové poprvé dokázali ovládnout vzduch již před 300 miliony let. Tehdy přestal první vážky bavit pomalý a nebezpečný pohyb po vlastních nohou, a tak začaly zkoušet první primitivní způsob letu. I přes svou jednoduchost zřejmě fungoval, protože vážky dodnes létají stále stejně. Pohyb vzduchem však za tu dobu přeci jen prodělal mnoho změn a stal se tak efektivním, že si jej v mnoha podobách oblíbili i obratlovci.

Neuvěřitelné hmyzí vynálezy
 
Evoluce dala hmyzu k létání prostředky a schopnosti, které mu lidé mohou jen tiše závidět.

Stejně jako obratlovci se ani hmyz nedostal k létání najednou. Křídla mu nenarostla žádným zázrakem ze dne na den, ale postupně se vyvíjela z tvrdých výběžků pokožky sloužících jako ochrana končetin. Například předchůdci dnešních vážek časem zjistily, ze se jejich štíty dají využít i jinak, a začali s její pomocí plachtit.

Až 1000 kmitů za sekundu
Vážky jdou na udržení ve vzduchu hrubou silou. Jejich křídla totiž patří k největším v celé hmyzí říši, i když dnešní druhy se zdaleka nemohou měřit s rozměry svých prvohorních předků. Tehdejší vládci vzduchu dosahovali rozpětí až neuvěřitelných 75 cm.
Samotná nosná plocha jejich křídel by sice možná stačila na obyčejné plachtění, ke skutečnému letu je však také zapotřebí výkonný motor. I v této kategorii však primitivní letci vynikají. Zatímco většina hmyzu dokáže mávat křídly frekvencí kolem 520 kmitů za sekundu, někteří ovádi a pestřenky, tedy staré řády příbuzné vážkám, zvládají až 1000 kmitů za sekundu. Takto vysoké číslo se může z fyziologického hlediska zdát zcela nedosažitelné.
I když pro pomalé lidské smysly vypadá přenos nervových vzruchů z časového hlediska jako něco naprosto zanedbatelného, přeci jen nějaký čas k dosažení svého cíle vyžadují. Rychlost svalových stahů je proto limitována rychlostí přenosu nervových vzruchů a samotné schopnosti svalů na ně reagovat smrštěním. A tato rychlost se v žádném případě neblíží tisícině sekundy, spíše se počítá v řádech setin sekundy.

Nahřívání starobylých motorů
Jelikož vážky svá křídla přímo ovládají (narozdíl od vyšších řádů hmyzu) dvěma skupinami svalů, musely se s tou nesrovnalostí nějak vypořádat. Střídavým smršťováním a ochabováním obou svalových skupin pohybují křídly nahoru a dolů, mají však v zásobě schovaný ještě jeden fígl.
Jejich svaly mohou při zahřátí aktivovat jakési „turbo“. Z běžného režimu, kdy je ovládáno každé smrštění samostatně, přejdou do rychlých vibrací, které vážka kontroluje jen částečně, zato je však několikanásobně rychlejší. Bez takového ohřátí na potřebnou teplotu a následných vibrací létacích svalů žádná vážka nevzlétne.
Potřebná teplota je přitom přímo úměrná velikosti druhu. Zatímco menší vážky dokáží odstartovat již při 12 oC, velké druhy se potřebují zahřát na 20 oC. Nemusejí mít přitom strach, že by jim namáhavá činnost mohla přivodit nepříjemně zvýšenou teplotu. V případě, že se hmyz začne přehřívat, jednoduše přejde z frenetického mávání do režimu kluzáka a nechá se několik vteřin chladit proudícím vzduchem.

Když plachtit nestačí…
Primitivní řády hmyzu si své letecké umění začaly pěstovat ještě v časech, kdy byly jedinými vládci vzduchu. Neohrožoval je žádný pták ani netopýr a dokonce i úplně první létající obratlovci, pterosauři, je dokázali napodobit až za 50 milionů let. Hmyz si tedy mohl dovolit pouze klouzat, nebylo zapotřebí rychlých reakcí a změn směru, ve vzduchu jim žádné nebezpečí nehrozilo. I dnešní druhy vážek stále ještě vykazují sklony k tomuto primitivnímu typu létání a občas si zaplachtí.
Vyšší řády hmyzu však už takové štěstí neměly. Vyvíjely se až v období, kdy vzduch začal být téměř stejně nebezpečný jako džungle dole na zemi, a tak museli přijít s něčím účinnějším, než bylo jejich pradávné plachtění. Nejdokonalejší letci využívají svá křídla spíše jako vrtule helikoptéry než křídla letadel a plachtění zavrhují úplně.

Že by čmeláci podváděli?
Snad nejčastěji odborně propíranými letci jsou čmeláci. Vědcům stále nejde do hlavy, jak mohou tak těžké tělo udržet ve vzduchu na tak malých křídlech, a div že čmeláky nepovažují za podvodníky.
Již po řadu let proto vychází každoročně několik aerodynamických studií, které se snaží objasnit energetickou stránku čmeláčího letu do poslední vydané kalorie. Všechny se od sebe trochu liší a všechny tvrdí, že konečně rozlouskly léta nepochopitelnou záhadu.
Přes jisté nesrovnalosti je však jasné jedno. Čmeláci otáčejí a víří křídly tak šikovně, že vytvářené vzdušné proudy produkují dostatečný podtlak k tomu, aby baculatého opylovače bez problémů udržela tam, kde zrovna potřebuje být. Vinu na tom nesou rozdíly rychlosti proudění mezi jednotlivými víry i masou vzduchu před a za tělem čmeláka.
K dostatečnému podtlaku však je zapotřebí i pořádná rychlost. Stejně jako vážky i čmeláci (a ostatní druhy blanokřídlého hmyzu) se museli nějak vypořádat s tím, že potřebují pohybovat křídly mnohem rychleji, než se mohou jejich svaly stačit stahovat.

Jak pracovat efektivně?
Vyspělejší hmyz tento problém však řeší poněkud jiným způsobem, než tepelnou aktivací „turba“. Jejich svaly prostě jen reagují na jeden nervový podnět hned celou salvou 40 stahů najednou. Navíc se neupínají přímo ke křídlům, ale k pružným stěnám hrudi, kterou rychlým stahováním rozvibrují. Odsud se pak pohyb přenáší na volně připevněná křídla.
Jejich kloubní ukotvení k tomu má jeden zcela zásadní důvod. Hmyzí křídla totiž postrádají jakékoli svaly, a tak nemohou, narozdíl od křídel obratlovců, měnit tvar. Proto je zapotřebí, aby se jimi dalo alespoň natáčet a při nepracovním pohybu (vřed a nahoru) tak měla co nejmenší plochu a kladla co nejmenší odpor.
Velkokřídlé druhy (například škvoři a cvrčci) zas efektivitu poměrně pomalého mávání zvyšují rozdělením křídel na dvě části. Při pohybu dolů „pracují“ celé plochy obou částí společně, přičemž k lepší souhře a stabilizaci polohy slouží háčky na předním okraji zadního dílu, jimiž se zachycuje za zadní okraj předního. Při pohybu nahoru se pak křídla skládají na sebe a tím zmenšují svou účinnou plochu.

Hmyzí design
Hmyz je nejpočetnější živočišnou třídou na Zemi (zahrnuje plných 80 % všech dosud objevených druhů) a většina jeho druhů má nebo alespoň kdysi měla křídla. Křídel existuje bezpočet typů, od tuhých broučích krovek až po ta hedvábná motýlí.
Základním a zároveň nejvíce zastoupeným typem jsou však křídla blanitá. Skládají se ze dvou tenkých vrstviček tkání, mezi nimiž probíhá síť žilek. Dlouhé podélné žilky nejčastěji spojují ještě příčné spojky a udržují tak pevný neměnný tvar křídla.
Některé druhy hmyzu (například kobylky) příčné žilky postrádají. Díky tomu je tvar jejich křídla pružný a při pohybu vpřed se může vějířovitě složit a snížit tak odpor vzduchu. Při pohybu dozadu se naopak roztáhne do plné šířky, aby mohla „zabrat“ co největší silou.

Rekordní křídla
Druhem s největším rozpětím křídel mezi zástupci hmyzu je největší motýl na světě, Thysania agrippina. Dokáže svá ohromná křídla roztáhnou do šířky 30 cm. Je rozšířen v jihoamerických Andách a kromě svého rekordního rozpětí je zajímavý i dokonalými mimikry. Pokud se s roztaženými křídly přitisknou ke kmeni stromu, jsou k nerozeznání od jeho kůry. Jejich maskování je tak účinné, že si jich často nevšimne ani pozorovatel, který o jejich přítomnosti na stromě ví.

Proč hadi létají?

Obratlovcům se začalo ve vzduchu líbit mnohem později než hmyzu, přesto se jejich cesta k létání v mnohém podobala. Například si velice oblibili plachtění.

I první zatím známí obratlovci, druhohorní plazi pterosauři, kteří před 220 miliony let zcela ovládli vzduch, se z větší míry spoléhali na plachtění, které jen občas doplnili nějakým tím mávnutím svých kožovitých křídel. To alespoň platí pro ty starší a velké druhy.
Dá se však předpokládat, že jejich zrodu předcházelo několik typů zvířat, která žádná křídla neměla. Ve výbavě měla jen kožní blány, natažené mezi prsty předních končetin, jež zvětšovaly povrch těla a umožňovaly zpomalování a prodlužování doskoků. Přesně tak to dodnes vidíme u některých současných druhů savců a plazů.

Veverčí rogalo
I když o létajících veverkách lze jen těžko říkat, že mají křídla, využívají přesně stejného principu jako křídla letadel či plachtících ptáků. Mezi předními a zadními končetinami jim narůstají kožní řasy, které se roztažením mohou napínat a zdvojnásobovat tak nosnou plochu těla svého majitele.
Létající hlodavec poletucha přitom záměrně zaujímá takovou polohu, aby zadní část těla byla o něco níže než přední a proudící vzduch se do ni při skoku opíral. Přesně jako křídlo letadla také veverka rozdělí masu vzduchu na dvě části. V horní proudí vzduch nezměněnou rychlostí, v dolní se zpomaluje. Rychleji proudící vzduch tak vytváří menší tlak, a tak spodní masa vzduchu tlačí křídlo nahoru. Funguje to tedy v principu stejně jako rogalo. Vzniklý vztlak stačí na to, aby veverkám a poletuchám prodloužil její skok ze stromu na strom až o stovky metrů. Například poletucha menší dokáže doplachtit i na vzdálenost 400 metrů.
Aerodynamiku takto na výbornou zvládají evropské a severoamerický druhy létajících veverek, poletuchy z jihovýchodní Asie a některé druhy australských a novoguinejských vačic.

Podivné hadí zvyky
Skákat do dálky však dokáží i plazi. K pravděpodobně nejzajímavější skupinám patří stromové bojgy z jihovýchodní Asie a Afriky, 1 – 1,5 m dlouzí zástupci čeledi užovkovitých. Ty si plachtění tak oblíbily, že kvůli němu neuvěřitelným způsobem změnily celou svou anatomii.
Důvod, proč poletování mezi větvovím byly ochotny obětovat některé své hadí zvyklosti, je jednoduchý. Za svou největší pochoutku totiž považují ptáky, netopýry a gekony. Tyto mrštné ještěrky ani jiná létající drobotina by před mlsným plazem, který není schopen odpoutat se od větví stromů, asi rychle utekly, a tak bojgám nezbylo, než se naučit létat.
Pro hady nepříliš obvyklý pohyb jim umožňuje skutečnost, že dokáží svá žebra z „klidové“ svislé polohy přestavět do téměř vodorovné a tím několikanásobně zvětšit plochu svého těla. Stačí se tedy několik esovitými pohyby „rozeběhnout“, na konci větve nebrzdit a pak už jen roztáhnout žebra a plachtit.

Ohnivý dráček
Bojgy však nejsou jedinými zástupci dnešních plazů, kterým se ve vzduchu zalíbilo. Velmi zajímavým druhem je zvláštní gekon, jemuž vědci přisoudili trefný název dráček létavý (Draco volan). Za běžných okolností se tato 25 cm dlouhá šedohnědá ještěrka prochází po stromech v pralesech jihovýchodní Asie a loví mravence. Není na ní přitom vidět vcelku nic zvláštního.
Když se však dostane do nebezpečí a potřebuje utéct před hladovými čelistmi některého ze svých nepřátel, případně změnit lokál a jít pojídat hmyz na další strom, „přestaví“ se na tvora podobného malému ohnivému drakovi. Podobně jako bojga má totiž i dráček roztažitelná žebra, která jsou navíc lemována kožní řasou. Dokáže je roztáhnout do jasně červeného vějíře, širokého asi 10 cm.
Taková nosná plocha mu však stále nestačí, a tak vypíná i záhyby na krku, takže jeho hlava potom vypadá, jako by se nějaký nenasytný sysel nacpal do lícních kapes oběd i s talířem. Blány mezi prsty všech čtyř končetin mu pak společně s dlouhým ocasem umožňují snazší manévrování za letu.

Dokonalá letecká výbava
Létat ale dokáží i některé stromové žáby z Jižní a Střední Ameriky či z jihovýchodní Asie. Drobným žabkám pomáhají při plachtění blány mezi prodlouženými prsty na nohou, břišní vpadlá strana těla ve tvaru U, kožovité lemy podél končetin nebo zvláštní kožní útvar na zádech – jakási kapsa, která se při pohybu vzduchem nafoukne a nadlehčuje tělo.
Některé rosničky takto například dokáží doplachtit až do vzdálenosti 15 m. To je, vzhledem k několikacentimetrové velikosti jejich tělíček opravdu úctyhodný výkon.

Když se rybám znelíbí voda…
Kromě dvou skupin sladkovodních ryb, které dokáží vyskakovat a na malou vzdálenost plachtit vzduchem za kořistí (africké motýlí ryby a jihoamerické sekernatky) se létáním proslavila zejména mořská čeleď letounovitých (Exocoetidae) čítající přibližně 50 druhů. Ty naopak využívají plachtění k útěku před predátory.
Pohyb vzduchem jim umožňují abnormálně velké prsní ploutve, které je dokáží nad hladinou udržet 4 – 10 vteřin, za něž urazí 30 – 50 m.  Ve vzduchu se pak dokáží pohybovat až dvojnásobnou rychlostí než ve vodě, tedy až 60 km/hod. Za příhodných podmínek však mohou uletět i stovky metrů daleko (nechají se vymrštit silnou vlnou).
Některé druhy si přitom pomáhají i stejně přerostlými břišními ploutvemi. Většina létajících ryb obývá teplé vody Atlantského, Indického a Tichého oceánu a živí se planktonem. Při plavání mají svá „křídla“ složená u těla a pohybují se za pomoci ocasu.

Byli ve vzduchu první savci, nebo ptáci?
Na konci loňského roku se v americkém vědeckém časopise Nature objevil článek o nejstarším létajícím savci. Podle zkamenělých pozůstatků nalezených v Číně se podobal dnešním poletuchám (hlodavcům s koženou blánou mezi končetinami, umožňující mu plachtění po skoku ze stromu). Paleontologové odhadují jeho stáří na 130 až 164 milionů let.
Dosud nejstarším nálezem létajícího savce byl 51 milionů let starý netopýr, zatímco první známý pták archeopteryx žil přibližně před 150 miliony let. Existuje tedy šance, že primitivní savci dobyli vzduch dokonce dříve než ptáci. Absolutní prvenství mezi obratlovci však nadále patří plazům, kteří měli svého létajícího zástupce, pterosaura, již před 250 miliony let.

Největší živé rogalo všech dob
Dlouhou dobu si paleontologové mysleli, že největšími létajícími živočichy historie byli obrovití pteranodoni. Žili před 90 miliony let a v dospělosti dosahovali rozpětí křídel kolem 8 m (jejich hmotnost je odhadována na pouhých 15 kg). Největší současní ptáci kondoři se přitom pyšní rozpětím 3,5 m.
Na konci roku 2005 se však německým a britským vědcům podařilo v Mexiku nalézt 150 milionu let starou zkamenělinu Quetzalcoatla jehož křídla byla při roztažení dlouhá 18 m (tedy rozpětí, kolem kterého se pohybují i dopravní letadla střední velikosti). I když podle velmi úzkého tvaru křídel (dosahovaly šířky pouze přibližně 1 m) lze předpokládat, že k pohybu vzduchem využíval zejména plachtění a mávl si jen občas pro zvýšení rychlosti či změnu směru, byl v tom údajně mistr. Dokázal najít vzestupné proudy a klouzat i v těsné blízkosti nad hladinou moře, kde lovil ryby.

Vládci vzduchu jsou ptáci!

Jako první obratlovci se před  250 miliony let od země odpoutali pterosauři. Mohlo by se tedy zdát, že se za tu dobu se živočichové v leteckém umění podstatně zdokonalili.  Opak je však pravdou, menší druhy pterosaurů byly v historie Země nejdokonalejšími letci.

Druhohorní ptakoještěři představovali velmi rozmanitou skupinu. Našli bychom v ní druhy, které nebyly větší než dnešní sýkorka, ale i obry, kteří by velikostí  mohli soupeřit se stíhacím letounem. Dlouho byli pterosauři považováni za nedokonalé letce, odsouzené spoléhat se na rozmary povětří. Vědci jim přisuzovali roli neohrabaných rogal, která ke startu vyžadovala vyvýšená místa a při letu se spoléhala na vzestupné proudy a sílu větru.
V roce 2003 se však objevila přelomová studie pterosauřích lebek a křídel, která ukázala, že většina druhů měla celý let zcela pod kontrolou a mohla provádět i kousky, o jakých se dnešním ptákům ani nesní.

Proč se ptákům nezatočí hlava?
Orientace ve vzduchu vyžaduje trochu odlišný systém řízení než přízemní pohyb obyčejných neletců. Prudké změny polohy těla ve třech dimenzích nesmějí za žádných okolností „pilota“ vyvézt z míry. Pokud by se mu při každém prudším pohybu křídel zamotala hlava, v lepším případě by dravci unikl oběd. V tom horším by si na vlastní kůži vyzkoušel fyzikální poučky o gravitačním zrychlení, hybnosti a deformaci těles…
Ptáci proto mají oproti lidem mnohem lépe vyvinutu část mozku, nezbytnou pro kontrolu polohy těla a pohybu. Jedná se sekci mozečku zvanou flocculus (vločka), v níž se vyhodnocují informace o vzájemném postavení trupu, krku a hlavy a z níž se pak na základě těchto údajů odesílají příkazy okohybným svalům. Podobná koordinace je nezbytná pro to, aby i za prudkých pohybů mohl živočich udržet zrak stále na stejném bodě, například na kořisti.

Vzdušní akrobati
Podrobná počítačová tomografie nalezených zkamenělých lebek pterosaurů ukázala, že jejich vločka zaujímala téměř čtyřikrát větší objem než u ptáků. Zatímco opeřenci si vystačí s 2 procenty objemu svého mozku, u pterosaurů činila 7,5 procenta. Podobně pak dopadlo i porovnání rovnovážného ústrojí.
Všem obratlovcům vybíhají z vnitřního ucha tři polokruhové kanálky, které jsou k sobě navzájem kolmé. Obsahují tekutinu, jež vinou setrvačnosti při pohybu hlavy poněkud zaostává za ostatními tkáněmi a naráží na citlivé stěny kanálků. Tyto nárazy tekutiny aktivují nervové impulsy, odcházející na vyhodnocení do mozečkové vločky. A pterosauři měli rovnovážné ústrojí přibližně dvakrát větší než ptáci. Je přitom prokázáno, že čím rychleji se živočich musí pohybovat, tím větší kanálky v uchu má. Zatímco rozvážný slon je má v poměru k celkové velikosti těla vcelku zanedbatelné, mrštné veverky se v tomto ohledu blíží ptákům.
Velikost vločky i rovnovážného ústrojí napovídá, že se pterosauři dokázali poprat s rychlejším pohybem a krkolomnějšími změnami směru než současné létající druhy.

Křídla jako citlivé senzory
Také jejich křídla napovídají, že průběh letu měli dávní plazi pod kontrolou mnohem více, než dnešní vrabci nebo sokolové. Využívali je nejen jako nosnou plochu a vzdušná pádla, ale zároveň i jako citlivé senzory, podobně monitorující okolní prostředí. Doslova si s jejich pomocí ohmatávali vzdušnou cestu.
Uvnitř tenkého blanitého křídla, nataženého na silně prodlouženém čtvrtém prstu přední končetiny, byly vetkány tenké „vlásky“. Ze zkamenělin dlouho nebylo patrné, že se tyto útvary skrývají uvnitř, a tak je paleontologové považovali za obyčejné osrstění.
O jejich pravém umístění je přesvědčily až dobře zachovalé fosílie z jemných usazenin. Ukázalo se, že sloužily jako jemné výztuže z vazivové tkáně, jakási žebra napojená na nervová i svalová vlákna. Jejich vibrace mohly pterosaura přesně informovat o poloze křídla i proudění vzduchu, a zvíře tak mohlo účinně a včas reagovat na jakoukoli změnu.
Blanitá konstrukce nesla nesčetně jemných svalových vláken, protkaných hustou sítí nervů, která mozku předávala informace o teplotě vlhkosti i proudění vzduchu a zároveň i o činnosti svalů. Jejich citlivost naopak umožňovala rychlé reakce na podněty a jemnými pohyby desítek svalů přesné nastavování polohy křídla. Pro rychlé, obratné a velmi přesné „stíhačky“ pak nebylo žádným problémem lovit za letu ryby nad neklidnou hladinou druhohorních moří.

Trochu větší netopýři
Ze současných zvířat jsou pterosaurům vzhledově nejvíce podobní letouni. Ti druhovým zastoupením představují nejpočetnější řád savců (na 900 druhů). Stejně jako jejich pradávní předci využívají k pobytu ve vzduchu blanitá křídla,  napjatá na předních končetinách. A stejně jako oni mohou, díky poměrně velké nastavitelnosti nosné plochy, velmi dobře manévrovat a měnit směr letu. Nicméně tady veškerá podobnost končí.
Zatímco pterosauři měli odlehčenou konstrukci těla (stejně jako u ptáků byly jejich kosti duté a naplněné vzduchem) a výrazný hřeben na prsní kosti, na kterou se (stejně jako u ptáků) upínaly mohutné létací svaly, netopýři se musejí obejít bez těchto anatomických výhod. Vše si vynahrazují velkou nosnou plochou a značnou pohyblivostí křídel.
Pterosauři manévrovali za pomoci dlouhých a tenkých křídel, natažených na jediném prstu, netopýři si však blánou potahují nejen čtyři prodloužené prsty, ale také celý loket a paži. Do nosné plochy zapojili i zadní končetiny.

Jak viset a nespadnout?
Taková konstrukce je také důvodem, proč netopýři odpočívají zavěšení u stropu jeskyně hlavou dolů. Plného napnutí své létací blány (tzv. patagia) mohou totiž dosáhnout pouze v případě, že natáhnou i zadní končetiny. Nemohou se tedy nijak rozeběhnout, ani odrazit. Jediné co jim zbývá je využít váhy vlastního těla a prostě spadnout.
Pro tento svůj zvláštní zvyk si vyvinuli důmyslný mechanismus, který jim zaručuje, že ve visu mohou spát neomezeně dlouho a nemusejí na udržení vynakládat žádnou energii. Pokud totiž chtějí všichni ostatní savci ohnout prsty, musejí smrštit svaly na jejich vnitřní straně, čímž zatáhnou za šlachy na koncích článků a přitáhnou je k době.
Vychytralý netopýr ale přišel na to, že bude lepší prstní šlachy napojit rovnou na trup, žádné svaly. Ve visu hlavou dolů pak za šlachy tahá hmotnost jejich těla a k sevření prstů kolem větve nebo výstupku ve stěně jeskyně tedy není zapotřebí vyvíjet sílu. O zaháknutí se stará gravitace, od netopýra se žádná aktivita nečeká. Kdyby dokonce v této poloze zemřel, zůstane viset, dokud ho nesežere jiný tvor. 

Radar místo očí
Netopýří let se od toho pterosauřího kromě jiného zásadně liší i systémem orientace v prostoru. Letouni totiž místo zraku využívají echolokaci. Neustále neslyšně „piští“, přičemž za vteřinu dokáží vydat kolem stovky vysokofrekvenčních zvuků. 
Podle charakteru odražených zvukových vln posléze určují přesnou polohu všech předmětů ve své okolí. Ty si pak ukládají po paměti, přičemž si dokáží zapamatovat až 4000 různých signálů. Jejich vzdálenost, velikost nebo směr pohybu kořisti vyvozují z délky odezvy i frekvence vln.

Ptáci se vyvinuli z pterosaurů
I když se ptáci na první pohled pterosaurům podobají méně než letouni, mají s nimi mnohem více společného než jediní létající savci naší planety. Pterosauři byli velmi blízkými příbuznými dinosaurů a ptáci se z dinosaurů pravděpodobně přímo vyvinuli. Také mnohá anatomická přizpůsobení letu (například výše zmíněné duté kosti a hřeben prsní kosti) mají tyto dvě živočišné skupiny společné, zatímco savci si je osvojit nedokázali.
Narozdíl od pterosaurů, kteří brázdili velmi teplé ovzduší nad tropickými druhohorními pralesy, močály a oceány, musejí dnešní ptáci snášet výrazně nepříznivější klimatické podmínky. K tomu jim slouží nejdokonalejší přírodní izolační materiál, peří, které je zároveň tak lehké, že zvyšuje hmotnost ptačího těla několikanásobně méně než srst.

Dokonalé materiálové inženýrství
Peří je stejně jako srst nebo plazí šupiny, ze kterých se vyvinulo, kožním derivátem. Zatímco jemné prachové peří slouží pouze k tepelné izolaci ptačího těla, obrysové má kromě ochrany prachového peří před povětrnostními vlivy za úkol zvětšovat plochu křídel a ocasu.
Prachové peří tvoří jen jemně roztřepený stvol, stavba letek, ocasních per a dalšího obrysového peří je však podstatně složitější. Ze silné středového ostnu (brku) vyrůstají příčné větve, jež na obě strany vysílají tenoučké paprsky. Horní paprsky pak ještě nesou háčky, které se přichycují na spodní paprsky následující větve. Díky tomuto systému může lehoučký prapor (plošná část pera kolem brku) udržet tvar i při velmi silných náporech větru.
Nejdelší pera má japonský fénix, jehož ocasní ozdoba dosahuje délky až deseti metrů.

Odlehčená konstrukce
Ptáci jsou ale -pobytu ve vzduchu přizpůsobeni i dalšími anatomickými zvláštnostmi. Z dutých kostí, vyztužených hustou sítí příčných jemných lamel (tzv. voštin), je postavena i lebka, která je přes svou značnou pevnost několikanásobně lehčí než lebka savců.
Ptáci se zbavili i zbytečných ocasních obratlů, které srostly v jeden celek, tzv. pygostyl. Těžké ozubené čelisti zas nahradily lehké rohovité zobáky, v kůži scházejí potní žlázy, které by zvlhčovaly a neúměrně tak zatěžovaly peří, samice mají pohlavní orgány nepárové a mimo reprodukční období jim (stejně tak i samcům) zakrňují. A to vše jen proto, aby ptáci snížili svou váhu na minimum.
Přes veškeré odlehčovací „konstrukční“ úpravy je létání mimořádně namáhavá činnost. Svědčí o tom hmotnost hrudních svalů, které slouží k pohonu, tedy k mávání křídly. Tvoří celou polovinu hmotnosti těla. U plachtících ptáků, jako jsou například albatrosi, je pak svaloviny znatelně méně. O to víc si to vynahrazují podílem šlach a vazů, které jim umožňují mít dlouhou dobu roztažená křídla, aniž by na tuto činnost museli vynakládat příliš mnoho energie.

Pohon pro letecké svaly
Ptačí plíce se vychlipují do několika vzdušných vaků, komunikujících i s dutinami v kostech. Jejich úkolem je nejen nadlehčovat ptačí tělo, ale hlavně sloužit jako zásobárna vzduchu pro dýchání. Tady se vzduch před vstupem do plic předehřívá na přijatelnou teplotu. Zároveň tato vaky fungují jako chladiče pro namáhané svaly.
Také letecký metabolismus se od „spalování“ nelétavých zvířat podstatně liší. Ptáci mají několikanásobně vyšší tepovou frekvenci, vyšší krevní tlak i hladinu krevních cukrů, které jsou rychlým zdrojem energie pro svaly. To vše zvyšuje účinnost rozvodu „paliva“, a tak mohou snášet mnohem větší fyzickou zátěž, než by vydržel například člověk.
Samotné létání je umožněno zvláštnostmi v uspořádání pažního pletence. Ptáci mají velmi výrazný hřeben prsní kosti, na který se upínají stahovače křídla, nejmohutnější svaly jejich těla. Ty mají za úkol pažní kosti přitahovat k hrudníku a mávat křídlem dolů, tedy nadnášet tělo. Klíční kosti srostly do tvaru „v“ a slouží jako opora speciálním kostem krkavčím, které nikde jinde než u ptáků nenajdeme. Jejich úkolem je spojovat rameno s hrudní kostí a vytvořit tak pevnější oporu pro létací svaly.

Ptačí rekordmani
Největším létavým ptákem současnosti je jihoamerický dravec kondor andský, který dokáže svá křídla roztáhnout do šířky až 3,2 m a váží kolem 10 kg. Jeho hmotnost se však zdaleka nedá srovnat s nejmohutnějším ptákem vůbec, pštrosem dvouprstým, který váží kolem 150 kg dosahuje výšky 2-2,5 m.
Za nejrychlejšího letce je považován sokol stěhovavý, který při střemhlavém letu při lovu dokáže vyvinout rychlost až 400 km/h.
Rekordmany v počtu držených rekordů jsou kolibříci. Našli bychom mezi nimi nejmenšího ptáka na světě, kalyptu nejmenší (Mellisuga heleneae), který měří pouhých 5,5 cm (včetně 2,5cm ocasu a 1,5cm zobáku) a váží jen 1,6 g. Kolibřici také ze všech ptáků nejrychleji mávají křídly (až 200 za vteřinu), mají nejméně per, nejmenší vajíčko i nejmenší hnízdo. Kromě toho se mohou pochlubit ještě největším zobákem, tedy alespoň v poměru k celkové velikosti těla)

Praotec pták
Za nejstaršího ptáka je zatím považován archeopteryx, který naši planetu obýval přibližně před 150 miliony let. Jeho tělo pokrývalo stejné peří, jaké nosí dnešní druhy a měl dokonce i srostlé klíční kosti, což je jednoznačný znak toho, že dokázal létat. Zůstalo mu však i mnoho znaků zděděných po plazech – ozubené čelisti, pohyblivý ocas vyztužený obratly a drápy na koncích křídel. Vědci jejich funkci odhadují na šplhání po stromech, jelikož archeopteryxe podezírají z toho, že dokázal jen plachtit. Aby si mohl zalétat, musel tedy nejdříve vylézt na strom a skočit. 
V roce 2005 se však objevila studie amerických vědců, která poněkud poupravila dosavadní představy o vzhledu archeopteryxe. Podle jejich verze se náramně podobal dravým dinosaurům – běhal po silných zadních končetinách, na nichž měl dokonce stejné silné první prsty s mohutnými drápy, sloužícími k trhání kořisti jako jeho předci. Běhání s roztaženými křídly mu zaručovalo stabilitu ve větším předklonu, tím i posunutí těžiště a zvýšení efektivity vynakládané energie na běh. A pravděpodobně se občas nechal i poponést vzduchem. Drápy na křídlech by v tomto případě pak jasně sloužily k přidržování kořisti.

Opeřenci se zvyklostmi hmyzu
Většina ptáků létá za pomoci kombinace plachtění a vytváření vztlaku máváním křídly dolů (které pochopitelně musí střídat nepracovní zdvih do horní polohy).
Nejobratnějšími opeřenými letouny jsou však kolibříci, kteří podobně jako hmyz křídly víří a vytvářejí vztlak za pomoci rozdílů rychlosti proudícího vzduchu před a za tělem. Zatímco běžní ptáci při letu konci křídel opisují pravidelnou elipsu, kolibříci kreslí ležatou osmičku. To jim umožňuje uspořádání pažního pletence, kdy kosti pažní jsou značně zkrácené a většinu křídla tak nesou kosti loketní, záprstní a prstní. Díky tomu získává kolibřík pro pohyb značnou volnost a může křídly libovolně otáčet téměř v polokruhu.
Výsledkem je, že mu nečiní žádné problémy střelhbitě zastavit, „stát“ ve vzduchu, zabočit do pravého úhlu, či dokonce letět pozadu. K provádění takových kousků není pochopitelně nutná pouze volnost manévrování křídly, ale i rychlost kmitání. A kolibříci jsou v tom opravdu mistry. Za běžných okolností kmitají křídly 50 – 80 x sekundu, při svatebním letu dokonce dokáží zrychlit až na 200 mávnutí za sekundu. Odpovídá tomu i 75% podíl svaloviny na celkové hmotnosti těla a rychlost metabolismu, která je desetkrát větší než u člověka (podobně jako srdeční tep, ve kterém jsou kolibříci devětkrát rychlejší než člověk – jejich srdce v klidu udeří 615x za minutu).

Více se dozvíte:
www.nature.com
www.science.com
www.newscientist.com
www.wikipedia.com
O. Reece: Fyziologie domácích zvířat, Grada 1998
Z. Veselovský: Obecná ornitologie, Academia 2002

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Paleontologové objevili fosílii prehistorického tučňáka

Paleontologové objevili fosílii...

Na Novém Zélandu našli odborníci fosílii prehistorického tučňáka, který zde žil...
Neobvyklý nález z dob vlády dinosaurů

Neobvyklý nález z dob vlády...

Kachna, krokodýl, labuť či tučňák. Každý z těchto živočichů vypadá...
Psi jsou chytřejší než kočky

Psi jsou chytřejší než kočky

Častým sporům milovníků psů a koček o inteligenci jejich domácích mazlíčků mohou...
Jak utočí sokol?

Jak utočí sokol?

Mezioborový tým specialistů z Oxfordu dokázal popsat, jakým způsobem řídi...
Brouk v hlavě? Parazit v mozku!

Brouk v hlavě? Parazit v mozku!

Většina živočišných druhů na naší planetě jsou paraziti. A také každý...
Dvorská Zoo podnikla kroky proti vyhynutí nosorožce Cottonova

Dvorská Zoo podnikla kroky proti...

V Keni i v Evropě se začalo s přípravami na zákrok, který by mohl...
V ZOO Praha se uskutečnil křest tygřat

V ZOO Praha se uskutečnil křest...

Dnes v odpoledních hodinách proběhl v pavilonu kočkovitých šelem v ZOO Praha...
Ryba, co žije osm kilometrů pod hladinou

Ryba, co žije osm kilometrů pod...

Americkým oceánologům se podařilo popsat rybu Pseudoliparis swirei, která žije...
Želví invaze v Praze

Želví invaze v Praze

V pražských Štěrboholích se pohybovalo 264 chráněných želv zelenavých (Testudo...
Genetické mapování populace vlků ve střední Evropě

Genetické mapování populace vlků ve...

Čeští vědci zapojení do středoevropského týmu pomocí genetických metod zmapovali...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se stalo, že tento křesťanský svátek dodržujeme do dnešních časů? Jaké...
Pohani v Česku: Krvavé pohřební orgie na Býčí skále!

Pohani v Česku: Krvavé pohřební...

Na první pohled vypadá téměř obyčejně. Když se ale přiblížíte k jejímu vchodu, možná se...
VIDEO: Keifer Sutherland a jeho Bedna vod whisky

VIDEO: Keifer Sutherland a jeho...

Kiefer Sutherland (*1966) je sice hvězdou řady úspěšných...
Vlčí smečky: Jediná chvíle, kdy se Churchill opravdu bál

Vlčí smečky: Jediná chvíle, kdy...

„Nemůžeme snít o tom, že bychom britskou flotilu mohli porazit v bitvě. Naše jediná možnost spočívá...
Víte, jak funguje lidské srdce?

Víte, jak funguje lidské srdce?

V České republice jsou srdeční choroby nejčastější příčinou smrti a...
Neskutečné: Předběhli Kolumba i Řekové a Římané?

Neskutečné: Předběhli Kolumba i...

Existenci Ameriky si Evropané uvědomili až koncem 15. století. Přitom k jejím...
Pohřeb zaživa: Jakou máte šanci dostat se ven?

Pohřeb zaživa: Jakou máte šanci...

Probudíte se v naprosté tmě a tichu. Jak kolem sebe šmátráte, pochopíte, že...
VIDEO: Zbytky koncentráku z Schindlerova seznamu pokryl plevel!

VIDEO: Zbytky koncentráku z...

 V roce 1992 je polský filmový scénograf Allan Starski (*1943) postaven...
Chcete zbohatnout? Zajděte si o Vánocích pro poklad!

Chcete zbohatnout? Zajděte si o...

Muž usilovně kope. Ví, že ve sklepení domu v Lanžhotu na něj čeká hromada zlata....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.