Jak se housenky naučily chodit

Pálava, Dívčí hrady Operophtera brumata (Linnaeus, 1758) – píďalka podzimníPohyb hmoty, ať již živé či neživé, mne odjakživa fascinoval. Jako snad každý jiný kluk zíral jsem ohromeně i já na vzájemnou interakci vagónků dětského vláčku, na jejich klikatý, elegantní posun po dráze vymezené kolejemi.

Užasl jsem nad kloubovým (housenkovým) trolejbusem, jenž mne za mého mládí vozil do školy, okouzlovala mne auta s vlečkou. Pohyb celku byl vždy sladěn s pohybem jeho jednotlivých částí, vše spolupracovalo, respektive bylo již implicitně vytvořeno coby nějaký komplexní organismus.

Vláček

Později trávil jsem hodiny při hře a zkoumání velmi podobného, posuvného plazení mírně přitroublých Žížal obecných (Lubricus terrestris, Linnaues, 1758) i mnohých jiných Červů. A také již více vynalézavého pohybu larev rozličného Hmyzu, zejména housenek. Lokomoce (pohyb) těchto dlouhých, článkovaných těl mi velmi připomínala zmíněný řetěz vagónků vláčků z dětství. Snažil jsem se pochopit princip i detaily jejich pohybu. U vlaku to bylo snadné, řidič nepotřeboval nestále myslet na individuální části soupravy, na jejich posun, nemusel ovládat každý zvlášť. Usměrňovat je v zatáčkách, zrychlovat či zpomalovat dílčí vagóny. Stupně volnosti jednotlivých vozů byly velmi omezeny – jednak připoutáním k předchozímu vozu a zejména kolejemi. To první snad více méně platí i u tělních článků housenek či žížal, jejich mozek (tedy spíše jen jejich nervové uzliny) proto nemusí nad některými věcmi ani přemýšlet. Přesto se zde jedná o již mnohem více uvolněný pohyb dílčích článků a sladit je, není vůbec jednoduché!

Vztyčnořitka lipová (Phalera bucephala (Linnaeus, 1758))

Začal jsem zkoumat také pohyb mnohých jiných „organismů”. Už jako dítě jsem s nepřítomným výrazem (a následně i se zarudlou tváří) zíral na svíčkovou omáčku na svém talíři, a zejména na její část nechtěně kapající z mého trička, zkoumal jsem vytékající kečup, hustou krev prýštící z rozbitého kolena. Přemýšlel jsem, jak je možné, že se zurčící potůček tak krásně klikatí loukou, co působí, že pohyb jednotlivých částí tekutiny, molekul při prvním zdání nijak nespojených, nevázaných, vede k přísně ukázněnému, jednoznačně definovanému proudění celku. Kdo je zde vlastně řidičem, co svazuje a poutá, vymezuje pohyb těch malých, samostatně neviditelných molekulárních vagónků. Fascinován jsem byl zejména způsobem řešení zatáček, které podobně jako tomu bylo u vlaku či u housenek, pomáhají překonávat terénní nerovnosti a překážky. Přemýšlel jsem, jak vznikají vlny na hladině pozorované, zda jsou projevem nerovnosti dna, vznikají v celém objemu proudu, či zda jde snad jen o jev povrchový. Jak vlastně proud zrychluje a úží se, jak pak zase v širokém místě zpomaluje.

Potůček na Božídarských rašeliništích

Později, díky souhře událostí, stalo se mým osudem právě proudění kapalin, dnes jsem – rheologem z povolání. Nebojte, nehraji si na vědce, živí mne praktické simulace vytlačování plastů, tedy kapalin složených z dlouhých propletených molekul. Nebudete věřit, ale tok takové viskózní kapaliny, za jistých okolností – kupříkladu na vyráběné fólii, vytváří podobné vlny, jaké jsme viděli na potůčku!

Vlnová nestabilita

Pro  pochopení toku taveniny polymeru je třeba složitých rovnic popisujících vzájemnou interakcí částic, jde zde o komplikovanou formu zachování kontinuity, momentu. Zdá se Vám to příliš obtížné? Moc matematiky a fyziky? Pomohla by nějaká zjednodušující analogie? Snad i proto dnes moderní věda staví i na práci francouzského vědce Pierra-Gillese de Genes, jenž si již v roce 1971 představoval pohyb molekul polymeru jako změť propletených hadů posunujících se v jakýchsi rourkách (reptation theory). Nejsem tedy sám, kdo se začasté uchyluje zpět k příměrům, ke zjednodušujícím představám nahrazujících tok kontinua jakýmsi pohybem žížal, či housenek, prostě jakýchsi vláčků, tvořených malými vagónky, usměrňovanými oním geniálním strojvůdcem zvaným hydrodynamika. A vše se rázem zdá být jednodušším, pochopitelnějším, názornějším.

Zpět proto k housenkám, neboť koneckonců o těch má být můj článek především. Že na nich není nic zajímavého? Právě naopak – způsob jejich pohybu je mimořádně vynalézavý a vůbec ne samozřejmý. Jak to celé u housenek funguje? Hledání odpovědi na tuto jednoduchou otázku věnoval jsem dlouhý čas a stále jako by to bylo málo. Zkoumám běžné druhy, jakož i ty vzácnější, porovnávám jedince z různého prostředí. Většina z nich má drobounké nožky na spodní straně těla. Tato larva Drvopleně obecného (Cossus cossus (Linnaeus, 1758)) se prodírá drtí v kmeni, či v tlustých větvích stromů.

Drvopleň obecný (Cossus cossus (Linnaeus, 1758))

Tři páry nohou na předních článcích proto doplňují specializované panožky. Vybaveny vějířem drápků  jsou opravdu schopny zabrat a odtlačit se od podkladu.

Drvopleň obecný (Cossus cossus (Linnaeus, 1758))

Bekyně velkohlavá (Lymantria dispar (Linnaeus, 1758)) má rovněž, kromě tří páru pravých nohou, panožky téměř na všech tělních článcích.

Bekyně velkohlavá (Lymantria dispar (Linnaeus, 1758))

Mnohé Píďalky zase disponují zejména silnými zadními panožkami.

Píďalka

Nožky a panožky housenek, ač zcela běžné, nekráčí ale tak, jak jsme zvyklí my. Tedy nejsou tím osvaleným, silným zdrojem pohybu. Nohy zde spíše jen vytváří oporu pro jejich posuvný pohyb. A nemají to jednoduché – tělo Červů či Hmyzích larev je totiž měkké, poddajné a tvárné. Není se zde o co opřít, není kosti co by nesla sval, která by umožnila jeho stah, co by přenesla sílu svalu na podložku. Představte si na chvíli, že by ve Vašem těle nebyla jediná kost, dokonce ani nic pevného. Asi byste neudělali ani krok, viďte?! Každý stah svalu byl by poddajnou hmotou absorbován, žádný odpor, žádný pohyb! Bez kostí pro nás jakoby nebylo pohybu.

Některé larvy Hmyzu jsou opravdu měkké a téměř beztvaré. Kupříkladu tato nádherná larva Pilatky dubové (Caliroa cinxia Klug, 1814) vypadá jako kus tekoucího a poddajného rosolu.

Pilatka dubová (Caliroa cinxia Klug, 1814)

Skupinka těchto nedospělých vos se jeví coby shluk jakýchsi živých kapek. Přesto – list pod nimi je spásán zcela cílevědomě, pohyb je tedy řízený a usměrňovaný!

Pilatka dubová (Caliroa cinxia Klug, 1814)

Červi, housenky, housenice, ač zcela bezpáteřní, ba dokonce bez jakékoli drobné kůstky či výztuhy, přesto cíleně lezou! Pravda není to úprk, cval či trysk, jsou ale schopni/y obdivuhodně efektivního pohybu. Příroda našla řešení. „Dejte mi pevný bod a pohnu vesmírem”, řekla si evoluce a vymyslela – hydrostatický skeleton.

Geniální a jednoduché řešení umožňující pohyb jak mořským medúzám, chobotnicím či hvězdicím, tak i suchozemským červům či housenkám. Je to technika založená na stahu kruhových vnějších svalů, které stlačí v měkké tkáni uzavřenou kapalinu. Vzniklý tlak vytvoří pevné místo, o které pak je možno se opřít. Podélné vnitřní svaly mohou o takovou uměle vytvořenou „kost” zabrat a přenést sílu dál, přes panožku či nožku až na podložku samotnou. A část těla se tak posune kupředu. V tu chvíli místo stah uvolní a naopak se napnou kruhové svaly o něco dál. A následující drobný posun tak potlačí zase další část tvora kupředu. Zní to neobratně, avšak vhodnou synchronizací postupných stahů vzniká jakási tělní vlna, která účinně přenese housenku o kousek dál.

Celou techniku dobře ukazují následující fotografie. Mnohé housenky jsou často tak chlupaté, že pozorovat pohyb jednotlivých článků je velmi obtížné.  V tomto případě jsem proto fotil téměř holou housenku Zavíječe zimostrázového (Cydalima perspectalis (Walker, 1859)), nevítaného imigranta z jihu, jenž napadá zahradní zimostrázy (buksus). Larva při úprku nejprve zatne kruhové svaly v zadní části těla, zúží průřez a zpevní se. Pak se odstrčí od takového pevného místa. Vlna postupuje kupředu a na housence můžeme vidět, jak se ono ztlustlé místo před stahem samotným posunuje. Pozorujeme také souhru končetin posouvajících se kupředu vždy o jeden až dva housenčí články. Panožky se po posunu kupředu zachytí a podélné svaly pak přitáhnou zadní část těla. Vlna jde za vlnou, na těle dlouhých housenek, přebornic v tomto typu lezení, uvidíte současně i více vln, tedy jedna ještě nedoběhla a už začíná nová.

Zavíječ zimostrázový (Cydalima perspectalis (Walker, 1859))

Zavíječ zimostrázový (Cydalima perspectalis (Walker, 1859))

Zavíječ zimostrázový (Cydalima perspectalis (Walker, 1859))

Princip pohybu je založen na rozdílné rychlosti jednotlivých částí těla. Jakmile dojde ke stahu a tedy zúžení v průřezu, je tato změna tvaru automaticky kompenzována (dle rovnice zachování hmoty) protažením v onom třetím rozměru, tedy v délce. Housenka se tedy ani nemusí příliš odstrkovat od zpevnělého místa. Stačí stahem zmenšit průřez a pohyb dopředu (i dozadu) je neodvratný. Pak už je jen třeba nožkami či panožkami zabránit pohybu dozadu, uvolnit či nadzvednout panožky vepředu tak, aby se mohl pohyb realizovat.

Při tomto druhu pohybu se pohybujete efektivně a přímo, je tedy výhodný právě pro takové druhy tvorů, které se prodírají zemí (žížaly), drtí ve stromech (housenka Drvopleně), ale také třeba u těchto malých larev Motýlků Minovníčků. Těm se stala domovem úzká prostora mezi dvěma stěnami listu.

minování

Výhodou pohybu založeného na hydrostatickém skeletonu je, že tělo nemusíte příliš deformovat. Housenky se řídí středoškolskou matematikou. Změnou průměru jen o pár desítek procent dosáhnou třeba i dvojnásobného podélného posuvu. A to se v těsném prostoru nesmírně hodí. Hydrostatický skeleton je vynález jednoduchý, ale nesmírně účinný. Jestli jej považujete za nedokonalý, tak Vám připomenu, že i my lidé jej hojně využíváme. Právě v těsných prostorách jeho účinnost vyniká. Na principu hydrostatického skeletonu funguje mužský penis, ale také  kupříkladu náš jazyk. Kost v něm nenajdete, přesto se velmi citlivě pohybuje do stran i ve směru předozadním. Rovněž každá rehabilitace, cvičení, ale také každá bojová technika, začíná výukou dýchání, zpevněním břišní stěny, dna pánevního. Svaly se napnou a stlačí břišní dutinu. O takovou pevnou oporu je možno se opřít. Naše tělo pracuje tedy v jistém ohledu stejně, jako tělo housenek!

K pohybu ale hydrostat nepoužíváme. V protažení nám brání kosti uvnitř těla. Pro rychlý posun proto používáme mnohem efektivnější nástroj – chůzi. Tedy pohyb založený na ohybu, krčení. Krok či chůze jsou vynálezem, jenž rychlost hydrostatu násobně překoná. Vždyť i některým housenkám se jeho pohyb nezdál dostatečně rychlý. Jeden z pokusů, jak jeho rychlost zvýšit, možná trochu zvláštní, přesto však zajímavý, ukazuje toto video. Housenky na něm vlastně lezou jedna po druhé, pohybují se tak coby vrstvy nějaké proudící kapaliny. Rychlost pohybu, umožněného hydrostatickým skeletonem, byť omezená, je takto násobena. Ve výsledku se všichni pohybují až 2.5x rychleji, než by jim byla dovolovala jejich stavba těla. Vynalézavé, přesto si však myslím, že se zde jedná o techniku obtížně šířeji využitelnou, pravděpodobně o slepou vývojovou cestu.

Hydrostatický skeleton je ale v jistém ohledu nepřekonatelný. Umožňuje totiž pohyb i velmi měkkým tělům červů a housenek. Vždyť pro ně je zůstat měkkými nesmírně důležité. Nejen že bezpáteřní zastánci elastických těl žijí uvnitř úzkých prostor, jsou také pružností tkáně výborně chránění před úrazem pádem nebo úderem. Juvenilní stádia se navíc vyznačují překotným růstem, u kterého by se jakákoli výztuha nebyla schopna dostatečně rychle měnit.

Každá výhoda může ale, za jistých okolností, stát se nevýhodou. Housenky žijí na souši a musí se tedy bránit před vysycháním, plazí se po drsném povrchu a musí tedy mít alespoň pevnou, odolnou kůži. Jsou také napadány nepřáteli, vystaveny nepřízni počasí a musí se tedy chránit ochlupením. Vnější část těla tak nabývá na pevnosti a stává se stále méně elastickou. Mnohé housenky pevné tělo potřebují. Imitují totiž stéblo trávy, větvičku. Zkuste si čnít pár minut takto vzduchem, uchyceni pouze zadním koncem těla.

Vršatec

Mimochodem, nevíte někdo jak se tato Píďalka, co vypadá jako monstrum z jezera Loch Ness, odborně jmenuje?

Vršatec

Pohyb s využitím hydrostatického skeletonu je založen na deformaci, tedy na schopnosti smršťování a protahování. A naráz je třeba právě tuto schopnost omezit! To je rozpor v zájmech. Housenky řeší tento problém jednoduše. Články Vztyčnořitky lipové (Phalera bucephala (Linnaeus, 1758)) jsou sice sklerotizované, zpevněné, přesto stále schopny přijatelného zmenšení průžezu.  V protažení pak dobře poslouží spoje mezi články, které zůstávají měkké, elastické, přebírající podélnou deformaci.

Vztyčnořitka lipová (Phalera bucephala (Linnaeus, 1758))

Ale Hmyz dokáže mnohem víc!

Housenka Stužkonosky (Catocala) sp., žijící na borovici, je mistrem maskování. Pohybuje se proto pomalu, s využitím svého hydrostatického skeletonu.

Stužkonoska (Catocala) sp.

Pokud ale potřebuje lézt rychleji, vlna na jejím těle zesílí a pak se náhle nadzvedne, tělo se ohne. Ano, tuhé články již nemohou být podrobeny takové deformaci, aby prostým střídavým protažením a smrštěním housenka lezla dostatečně rychle. Protažení snad ještě není takový problém, k němu může dojít díky mezičlánkovým prostorám, horší je však potřeba podélného smrštění. K němu je rigidní tělo velmi neochotné.

Proč? Housenka má nejen na svém povrchu, ale také uvnitř těla, pevnější části. Třeba její střevo je obvykle naplněno nestrávenou, obtížně deformovatelnou a pevnou rostlinnou stravou. Jakoby byla plná dlouhých pilin. Protáhnout ji není problém, vše uvnitř i na povrchu se snadno orientuje ve směru protažení, deformace v průřezu je malá. Problém je ale smrštění, zkrácení. Tedy zabrzdění pohybu. V tomto případě se původně  podélně orientované dlouhé piliny (to je jen příměr samozřejmě, myslím tím vše v housence pevné, neprotažitelné) uskládají náhodně, nechtějí se více deformovat, navíc hrozí housenku propíchnout. Smrštění je jednoduše problém!

Jen si zkuste naplnit třeba starou punčochu sirkami. Její protažení bude stále snadné, sirky se přizpůsobí, orientují. Avšak při smrštění dojde nejprve k rozšíření a k lokálnímu chaotickému uskládání sirek v punčoše, o chvíli později se již nutně uplatní energeticky výhodnější postup. Celá punčocha se deformuje ohybem, pokrčením, vlnou!

Stužkonoska (Catocala) sp.

Takový pohyb je mnohem úspornější, dovoluje výrazně větší deformaci, smrštění i protažení. Všimněte si také, že věci kolem nás, pokud zrychlují, jsou protahovány, naopak pokud zpomalují, jsou stlačovány. Zase je v tom prostá rovnice kontinuity, můžete si ale představit, že nejprve zpomaluje vždy ta přední část, až pak začnou zpomalovat ty následující. Protahovaná žvýkačka, guma, tekoucí voda potůčku, ale i zrychlující předměty, jsou silou protahovány. Pokud však musí prudce zabrzdit, změnit rychlost, je kontinuita sice nejprve uspokojována změnou průřezu, velmi rychle ale převládne mnohem výhodnější vlna, ohyb, pokrčení. Proto ony vlny na hladině potůčku, proto se papír při muchlání pokrčí, auto při nárazu zdeformuje.

A housenka, pokud chce střídat opravdu rychle protažení se smrštěním, musí své tělo ohnout – musí se vlastně naučit chodit po našemu. Krok za krokem, stále rychleji. Chůze v pravém slova smyslu!

Geniální invence!

Také mnohé housenky Píďalek, lezou-li pomalu, zůstávají nenápadné díky kontrolovanému hydrostatickému pohybu.

Operophtera brumata (Linnaeus, 1758) – píďalka podzimní

Pokud však chtějí lézt rychleji, začnou své tělo ohýbat, začnou vlastně kráčet!

Operophtera brumata (Linnaeus, 1758) – píďalka podzimní

Teď už chápeme proč mají některé larvy panožky po celém těle, zatímco třeba housenky Stužkonosek nebo Píďalek jen na koncích těla. Pro pohyb kráčením, tedy takový posun, kdy se tělo neprotahuje, ale spíše ohýbá, deformuje, vlní, je potřeba panožek méně, zato na těch potřebných místech.

Pálava, Dívčí hrady Operophtera brumata (Linnaeus, 1758) – píďalka podzimní

Tato larva Píďalky podzimní (Operophtera brumata (Linnaeus, 1758)) není jediným kráčejícím druhem Motýlích housenek. Vzpomeňte na Píďaličku srpkovou (Eupithecia centaureata (Denis & Schiffermüller, 1775)), kterou jsem Vám již představil v článku o Bázlivci.

Píďalička srpková (Eupithecia centaureata (Denis & Schiffermüller, 1775))

„Kupředu levá?!”.

Píďalička srpková (Eupithecia centaureata (Denis & Schiffermüller, 1775))

Objev chůze někomu může připadat jednoduchý a prostý. Já v něm ale vidím záblesk génia přírody, nikdy nekončící schopnost vynalézat nové způsoby, nové metody. Že podle Vás už to vše také lidé dávno popsali, že neustále objevuji objevené? Tak ať! Mne to prostě baví, příroda mne nepřestává okouzlovat. Doufám také, že na Vás kousek svého nadšení přenesu.

Vrátím se s Vaším dovolením ještě ke svým polymerním řetězcům. Dnes už, díky pochopení pohybu vláčků a zejména deformace housenčích těl rozumím lépe i vzniku vln u vytlačovaných výrobků. Protažení tuhých molekul připomínajících larvy Píďalek nepůsobí ohyb či vlnu (jak se mnozí domnívají). Ta vzniká až při náhlé dekompresi, při zpomalení toku, při brzdění. Pokud se jedná navíc o koextruzi, kdy jednotlivé proudy molekul se vzájemně přetlačují,  vzniká vlna právě tehdy, kdy ty tužší zpomalují a v proudu se zároveň vyskytnou jiné, které jsou protahovány a tak deformaci ohybem uhnou.

Už se těším jak studentům a zákazníkům ukážu a vysvětlím svou housenčí analogii. Snad je bude zajímat – řeší totiž skutečný a vážný výrobní problém. A kráčející housenky jim mohou pomoci jej buď vyřešit, nebo alespoň pochopit příčiny jeho vzniku.

Galerie fotografií

Jiří Švábík se představuje:

V životě člověka mnohé věci nadchnou a pak zase omrzí. Příroda mne ale stále vždy znovu překvapí a zabaví (alespoň zatím). Jsem amatér a své foto příběhy z přírody píši pro sebe a svou rodinu. Já je narcisticky čtu, rodina ne. Tak už to je.
Příspěvek byl publikován v rubrice Bionomie, Hymenoptera, Lepidoptera (Motýli). Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

4 reakce na Jak se housenky naučily chodit

  1. Anonymní napsal:

    Dobrý den, pane Švábíku,
    mám radost, že po delší odmlce se zase vracíte – Vaše chytré a zajímavé příspěvky i skvělé fotografie mi chyběly. Doufám, že v nadcházejícím roce nás potěšíte častěji.
    Vše nejlepší přeje
    Jan Hošek

  2. Krásné vánoční období a děkuji za odkaz na článek, housenky jsou krásné a záběry na ně fascinující, ale přiznám se, že můj pohled tentokrát stále bloudil po vláčku .-)Krásný Nový rok a těším se na nové článečky.Máří

  3. Zuzana Sedlackova napsal:

    Ahoj Jirko. Vše zajímavé, po chlapsky složitě rozebrané. Zajimavé čteníčko. Napadá mě, housenky se mají, aspoň někoho nebolí záda. Vše nej do Nového roku. Zuzana

  4. Ing. Jiří Chromý napsal:

    Srdečně po nějaké době zdravím a tak mne napadlo, že zde by naši technici našli potřebné spousty detailů třeba při vývoji robotů – jak stále připomínám, přes entomologii k technické dokonalosti.
    Skvělé jako vždy, s pozdravy Jiří Chromý
    P.S. Něco přidávám následně.

Zanechat odpověď

Vyplňte detaily níže nebo klikněte na ikonu pro přihlášení:

Logo WordPress.com

Komentujete pomocí vašeho WordPress.com účtu. Odhlásit /  Změnit )

Google photo

Komentujete pomocí vašeho Google účtu. Odhlásit /  Změnit )

Twitter picture

Komentujete pomocí vašeho Twitter účtu. Odhlásit /  Změnit )

Facebook photo

Komentujete pomocí vašeho Facebook účtu. Odhlásit /  Změnit )

Připojování k %s