Tajemství netopýří akrobacie

Náhlý vstup netopýrů na scénu evoluce je už dlouho středem pozornosti nejen biologů, ale dokonce i teologů. Kreacionisté, věřící, že živá příroda vznikla v důsledku tvůrčího záměru nadpřirozené inteligence, ho používají jako jeden z nejpádnějších argumentů.

Biologové přísahající na darwinovskou evoluci v tomto zápase před několika lety zabodovali, když se na Denverské univerzitě podařilo zjistit, že ke vzniku dlouhých prstních kostí tvořících netopýří křídla stačila mutace jediného genu. Vnesení tohoto genu do myšího genomu opravdu způsobilo nápadné prodloužení prstů.

Ani tento úspěch ale záhadu nerozřešil – mezi dlouhými prsty a schopností létat je asi stejná vzdálenost jako mezi sochou okřídleného anděla a Boeingem 737.

Přestože anatomické struktury umožňující vývoj křídla se mohly objevit v evolučně krátké době, přechod od pozemního tvora k výkonnému letci sotva mohl být o moc kratší než například dlouhý návrat některých suchozemských savců k životu v oceánu. Jiní vědci se proto zaměřili na studium netopýřího letu. Jejich výzkum sice zatím nedospěl k vyřešení záhady, přináší ale jedno překvapení za druhým.

Zájem leteckého průmyslu
Netopýři jsou už několik staletí středem zájmu konstruktérů usilujících o vývoj letadel. První motorový stroj, kterému se roku 1890 prokazatelně podařil krátký skok vzduchem, byl letoun Eole francouzského leteckého průkopníka Clémenta Adera. Na první pohled to byl vlastně obrovský model netopýra opatřený vrtulí. Od létajících savců si bral inspiraci i nezaslouženě opomíjený český samouk Čeněk Chalupský.

Průkopníci letectví také brzy zjistili, že není velký problém sestrojit letadlo schopné klouzavého letu. Mnozí z nich se proto domnívali, že cesta k motorovému letadlu vede přes kluzák, který později opatří mávavými křídly.

Praxe je ale rychle vyvedla z omylu: dnešní letadla ani vrtulníky nemají s létajícími živočichy téměř nic společného. Přesto biologové na stejném omylu stále setrvávají. Podle donedávna všeobecně uznávané teorie se netopýři vyvinuli ze stromových savců, kteří zpočátku využívali blánu mezi prodlouženými prsty ke klouzavému letu, podobně jako dnešní veverky poletuchy. Pak už stačilo jen šikovně zamávat – a netopýr byl na světě.

Americká bioložka Kristin Bishopová však nyní dokázala, že tak jednoduché to vůbec není. Výsledky jejího srovnávacího výzkumu netopýrů a poletuch naznačují, že mezi klouzavým letem a máváním křídly prakticky neexistují styčné body. Jinými slovy: stejně jako v letectví kluzáky nevedly k postavení použitelného stroje s mávavými křídly, ani v přírodě se vývoj od nelétajícího tvora k netopýrovi nejspíš neubíral přes fázi klouzavého letu.  Kristin Bishopová může svůj výzkum uskutečňovat v nejmodernějších aerodynamických tunelech mimo jiné i proto, že letecké firmy ani v době tryskového pohonu neztrácejí o netopýří let zájem.

„Jak přední letecké firmy, tak i netopýři jsou odborníky na létání,“ říká americký evoluční biolog Adam Summers z University of California. „Každý ale k problému přistupuje úplně jinak. Pevné křídlo letadla vyvozuje stabilní vztlak za přesně stanovených podmínek. Naproti tomu netopýří křídlo má tenké, ohebné kosti, pružný povrch a mění tvar v každém okamžiku letu.“

Veverka v aerodynamickém tunelu
Kristin L. Bishopová se netopýry zabývala už jako studentka Brown University v Providence (Rhode Island). Pod vedením Sharon M. Swartzové tu zkoumala netopýří let v aerodynamických tunelech a vytvářela matematické modely fungování křídel létajících savců.
Už předtím vědci věděli, že netopýří let nemá obdoby nejen u leteckých konstrukcí, ale ani v přírodě. Na rozdíl od ptáků nemají netopýři ocas, který usměrňuje proudění vzduchu od křídel. Chybí jim také jejich možnost natočit peří tak, aby křídlo při pohybu vzhůru kladlo nižší odpor. Přesto jsou skvělými letci a zejména jejich manévrovací schopnosti nemají v přírodě obdoby.

Výsledky výzkumu Sharon Swartzové a Kristin Bishopové přinesly další překvapení. Ukázalo se, že mezi ohebností tenkých kůstek netopýřích křídel, elasticitou jejich pokožky a složitými pohyby za letu existují přesně vybalancované vztahy, které využívají mechanické vlastnosti „materiálu“ na samé hranici únosnosti.
Modely také potvrdily to, co experimentálně zjistili už někteří průkopníci letectví: aerodynamika netopýřích křídel nemá nic společného s klasickými letadly.

Mezitím Kristin Bishopová dokončila svá studia a nyní pokračuje ve výzkumu létajících savců na University of California v Davisu. „Mým základním výzkumným zájmem je evoluce pohybu křídel netopýrů a s tím spojená schopnost letu,“ říká.

Ukazuje se, že klouzavý let a let poháněný křídly vyžadují od organismu zcela odlišné adaptace. Někteří odborníci proto soudí, že vývoj od klouzavého letu k létání za pomoci křídel je z mechanického hlediska nemožný. Podle nich proto museli netopýři ke svým schopnostem dospět nějakou jinou cestou.

Existuje ale také početná skupina biologů, podle kterých stačila pouze malá adaptace, aby tvor plachtící z větve na větev náhle začal aktivně létat. Tvrdí, že je to jediná možná evoluční cesta vedoucí ke vzniku netopýrů.

Zatím nebyla objevena jediná fosilie, která by představovala přechodný typ mezi klouzavým letem a mávavými křídly.  Kristin Bishopová proto začala kromě netopýrů zkoumat i anatomii a způsob pohybu dnešních savců, kteří používají klouzavého letu. Jedná se o šest odlišných skupin, mezi nimiž jsou někteří lemuři, hmyzožravci, hlodavci, vačnatci a další. U každé z nich se tato schopnost vyvinula nezávisle na ostatních, přesto vykazují společné anatomické znaky.

„Pokud by platilo, že předchůdci netopýrů používali klouzavý let, pak zjištěním společných znaků u současných plachtících savců můžeme provést rekonstrukci hypotetického předka netopýrů,“ vysvětluje Kristin Bishopová.

Badatelka proto v aerodynamickém tunelu zkoumala charakteristiky savců využívajících klouzavého letu, zejména veverky poletuchy. Závěry jejího výzkumu zatím dávají za pravdu spíš těm vědcům, podle nichž předchůdci netopýrů neplachtili. Anatomické rozdíly mezi současnými plachtícími savci a netopýry jsou podle Kristin Bishopové nejen příliš velké, ale navzájem téměř protichůdné. Například poletuchy mají krátké, silné končetiny s krátkými prsty, zatímco u netopýrů je to přesně naopak. Tyto rozdíly se vyvinuly díky zcela odlišným aerodynamickým charakteristikám klouzavého a mávavého letu. Evoluce se tedy v tomto případě nejspíš neubírala jednou cestou od klouzání k aktivnímu létání, ale po dvou odlišných liniích.

Záhada „náhlého“ objevení se netopýrů tedy stále trvá.