Jak latają owady? Naukowcy odkryli, dlaczego to one są pionierami lotu

Owady stanowią najbogatszą gatunkowo grupę zwierząt, a ich sukces wynika z pomysłu aktywnego lotu.

W przeciwieństwie do pterozaurów, ptaków i nietoperzy skrzydła owadów nie wyewoluowały z kończyn, ale są nowatorskimi strukturami przymocowanymi do ciała za pomocą złożonego biomechanicznie zawiasu. Ten zawias okazał się kluczem - czytamy w opracowaniu przełomowych badań na temat owadziego lotu zamieszczonych w "Nature".

Ten istotny detal wielu osobom umyka, a jest ważny. U kręgowców skrzydła to de facto kończyny, głównie przednie (kopalne gatunki miały przystosowane do lotu także tylne). To one przekształciły się w narzędzia służące do aktywnego lotu i tym samym kręgowce takie jak ptaki, nietoperze czy pterozaury owe kończyny mają związane skrzydłami. Poświęciły je w ten sposób.

Owady poszły zupełnie inną droga i na dodatek zrobiły to wcześniej. Ich skrzydła nie są kończynami, one stanowią zupełnie inną strukturę, dzięki której odnóża pozostały wolne.

Pomysł na lot owadów jest zatem zupełnie inny niż w wypadku kręgowców, a że był to pomysł przełomowy, nie trzeba nikogo przekonywać. To owady okazały się pierwszymi latającymi zwierzętami, to one podbiły przestworza i zmieniły świat. Lot stanowił dla nich pewną supermoc pozwalającą na sukces ewolucyjny.

Korzyści były ogromne. Po pierwsze - owady mogły łatwiej uciec drapieżnikom, którzy w powietrzu nie mogli ich dogonić. W dawnych wiekach nie było zwierząt, które byłyby w stanie tam na nie polować. Długo przestworza należały wyłącznie do owadów.

Po drugie - lot pozwalał łatwiej się przemieszczać i zdobywać nowe tereny, podbijać nowe ziemie, ekosystemy, rozprzestrzeniać się. Poszukiwać nowych partnerów wreszcie, czyli znacznie zwiększać pulę genową i szybciej ewoluować.

Lot do dzisiaj jest kluczem owadziego sukcesu. Warto zwrócić uwagę na to, że wszystkie owady to zwierzęta latające, z tym zastrzeżeniem, że niektóre tę zdolność utraciły np. pchły. Utraciły ją jednak wtórnie. Inne owady jak chociażby mrówki czasowo zyskują zdolność lotu. Nie zmienia to faktu, że podbój przestworzy to podstawa sukcesu tych bezkręgowców.

Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego zbadali sposób poruszania się owadów i doszli do wniosku, że kluczem jest zawias łączący skrzydła tych zwierząt z resztą ciała. Jest on znacznie bardziej złożony niż jakikolwiek staw w organizmie. Umożliwia subtelne obroty, precyzyjne przechylanie i skomplikowane ruchy, zapewniając owadowi niesamowitą zwinność podczas lotu. Czegoś podobnego nie potrafi zrobić żaden innych organizm. Relatywnie nawet sokoły, jerzyki, nietoperze nie osiągnęły takiej sprawności lotu jak owady z technicznego punktu widzenia.

Wedle opisu badań w "Nature" zawias składa się z układu maleńkich, stwardniałych struktur zwanych sklerytami, które są połączone ze sobą elastycznymi stawami i regulowane przez aktywność wyspecjalizowanych mięśni kontrolnych. Cały ten system przekształca drobne oscylacje wyspecjalizowanych mięśni o wysokiej częstotliwości w odchylające się do tyłu ruch skrzydeł w przód i w tył.

"Zawias w skrzydle zwykłej muchy jest prawdopodobnie najbardziej tajemniczą i niedocenianą konstrukcją w historii życia na Ziemi" - wyjaśnił profesor Michael Dickinson z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego.

W budowie skrzydeł muchy i poruszających nimi stawów zawiasowych 12 mięśni bezpośrednio kontroluje ich ruch. Każdy z tych mięśni odbiera sygnały bezpośrednio z mózgu muchy, kierując ich precyzyjnymi i szybkimi działaniami niezbędnymi do lotu.

To niezwykle istotne, bowiem okazuje się, że owady nie mają bezpośredniego wpływu na ruchy swych skrzydeł jak ptaki czy nietoperze. Nie kontrolują tego procesu. Ptaki są zmuszone korzystać z tysięcy neuronów, aby latać. Mucha osiąga podobny poziom kontroli i zwinności przy znacznie mniejszych zasobach neuronowych, co wskazuje na wysoce wydajny i wyspecjalizowany system kontroli lotu u tych małych owadów.