Co se stane, když mravenec spadne na zem z výšky 1 km?

Představte si, že letíte v horkovzdušném balónu 1000 metrů nad zemí. Sáhnete do sáčku se svačinou a najednou vám po ruce leze mravenec. Než stihnete zareagovat, mravence strhne poryv větru a zmizí v prázdnotě. Co se s ním stane? Spadne na zem jako kámen? Vítr ho odnese kilometry daleko? A hlavně, může takový pád vůbec přežít? Pojďme se na to podívat.

Lehký jako peříčko

Na rozdíl od člověka nebo kamene, kteří padají rychle směrem k zemi, mravenec zažívá něco úplně jiného. Díky své nepatrné hmotnosti (asi jen 1–10 mg) se vzduch kolem něj chová spíš jako hustý sirup než prázdný prostor. Malí bezobratlí totiž čelí nepoměrně silnějšímu odporu vzduchu vzhledem ke své hmotnosti. Studie skákavého hmyzu, jako jsou blechy nebo sarančata, ukazují, že odpor vzduchu výrazně omezuje jejich zrychlení a rychlost pádu [1].

Jakmile začne mravenec padat, odpor vzduchu působí proti gravitaci. Během prvních 1–2 metrů pádu se tyto síly vyrovnají a mravenec dosáhne své konečné rychlosti, která činí pouhých 1–2 m/s (3,6–7,2 km/h). Pro srovnání: lidský parašutista padá volným pádem rychlostí kolem 50 m/s (180 km/h), než otevře padák. Mravenec má díky své nízké hmotnosti a velkému povrchu těla v poměru k váze padák jakoby neustále otevřený. Takže suma sumárum: pád z výšky 1 km by mu trval přibližně 10–11 minut! Místo volného pádu by to bylo spíše pomalé plachtění vzduchem [2, 3]. Pokud by mravenci dokázali ocenit dobrý výhled z výšky, tak by si zajisté tuto dlouhou cestu dolů užili.

Unášen větrem

Samozřejmě, ve skutečném světě nic nepadá z výšky přímo dolů. I slabý vánek by unášel mravence do strany minimálně stejnou rychlostí, jakou padá, což znamená, že by mohl přistát i několik kilometrů od místa, nad kterým reálně z balónu vypadl. Radarové studie létajícího hmyzu, například slunéček sedmitečných ukazují, že drobní živočichové jsou často vzdušnými proudy unášeni desítky kilometrů daleko, aniž by museli aktivně létat [4].

A nejde jen o pohyb do boku. Pokud by se mravenec dostal do stoupavého proudu, mohl by ve vzduchu zůstat ještě mnohem déle. Například pavouci využívající „ballooning“ (vizte Další čtení) byli nalezeni i několik kilometrů nad zemí, kde se nechávají unášet vzdušnými proudy na obrovské vzdálenosti – dokonce i přes oceány [5]. Ačkoli tohle mravenci záměrně neprovádějí, jsou také náchylní k unášení stoupavými proudy. To znamená, že by náš padající mravenec mohl ve vzduchu strávit ještě více času [6].

Tvrdé přistání, které vlastně až tak tvrdé není

Nicméně i po velmi dlouhém letu musí někdy následovat přistání. Síla nárazu se přitom odvíjí od konečné rychlosti (která je, jak jsme si řekli výše, malá) a tělesné hmotnosti, která je rovněž zanedbatelná. To znamená, že tělo mravence je vystaveno jen velmi slabému nárazu. Výpočty dokonce ukazují, že síla dopadu u mravence je tisíckrát nižší než u padající myši nebo ptáka [2, 8].

Abychom si to lépe představili: Když člověk spadne z velké výšky, nárazová síla roztříští jeho kosti, protože jeho váha je soustředěna do velkého a těžkého těla. Mravenec je mnohonásobně lehčí, a proto téměř žádnou nárazovou sílu nevytváří.

Klíčovou roli hraje také jeho pevný vnější kostra (exoskelet), který náraz rovnoměrně rozkládá a funguje jako brnění. Výzkumy v oblasti biomechaniky ukazují, že exoskelety efektivně pohlcují a rozptylují síly nárazu, což chrání hmyz před poškozením i při nárazech ve vysoké rychlosti [9].

A co větší hmyz? Tady se situace začíná komplikovat. Švábi, kteří jsou výrazně větší než mravenci, mohou při pádu z velké výšky utrpět zranění. Experimenty ukázaly, že větší druhy švábů si při pádu mohou poškodit exoskelet nebo utrpět vnější poranění [3]. U některých jedinců dokonce došlo po pádu k prasknutí těla a dalším smrtelným zraněním. To ukazuje, že i když je hmyz obecně velmi odolný, velikost těla hraje roli.

Hmyz, který „létá“ bez křídel

Protože pád z výšky pro mravence nepředstavuje téměř žádné riziko, některé druhy tento mechanismus pohybu dokonce využívají ve svůj prospěch. Mravenci se například při útoku ptáků záměrně pouští z větví stromů – tento jev je známý jako „mravenčí déšť“ [10]. Některé druhy jdou ale ještě dál a svůj pád dokáží aktivně řídit. Jedním z nejpozoruhodnějších příkladů je mravenec z amazonského deštného pralesa (Cephalotes atratus). Tito mravenci místo nekontrolovaného pádu směřují svůj dopad ke kmeni stromu, podobně jako parašutista míří na přistávací plochu. Studie s vysokorychlostní kamerou ukázaly, že více než 80 % těchto mravenců úspěšně přistane zpět na „svém“ stromě, čímž se vyhnou nebezpečí na zemi. Svých zploštělých končetin a jemných pohybů těla využívají k řízenému plachtění, což dokazuje, že „létat“ dokáže i hmyz bez křídel [7].

Také druhy mravenců, kteří přirozeně nelétají, při pádu instinktivně roztahují nohy, aby zvýšily odpor vzduchu, a tak zpomalily pád, podobně jak parašutisté rozpažením stabilizují svůj let. Tento typ vzdušeného manévrování je rozšířen mezi mnoha druhy hmyzu, protože jim pomáhá přežít nečekané pády i útoky predátorů [11].

Pro Zeptej se vědce odpovídali Eva a Petr

Zdroje:

[1] https://doi.org/10.1242/jeb.82.1.105

[2] Physics Van, Univ. of Illinois (2007). An ant dropped off the Empire State Building? Dostupné z: https://van.physics.illinois.edu/ask/listing/2099

[3] Miorelli, N. (2015). If a Bug Is Dropped From a Tall Building, Will It Splat? (Ask an Entomologist blog). Dostupné z: https://askentomologists.com/2015/07/09/splat/

[4] https://doi.org/10.1371/journal.pone.0082278

[5] https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2004405

[6] https://doi.org/10.1038/s41598-017-04503-0

[7] https://doi.org/10.1038/nature03254

[8] Physics Stack Exchange. (2015). Small Animal Terminal velocity. Dostupné z: https://physics.stackexchange.com/questions/109467/small-animal-terminal-velocity

[9] https://doi.org/10.1007/s00339-021-04439-3

[10] https://doi.org/10.1006/anbe.1996.0428

[11] https://doi.org/10.1098/rsfs.2016.0075