Greguss Ferenc – Eleven találmányok (PDF könyv átirat)

HALÁSSZUNK TENGERALATTJÁRÓKRA!

Ecuador partjainak közelében különös meglepetés érte az egyik szovjet halász­hajót. Békésen ringott a vizen, amikor hirtelen megremegett a törzse, mintha torpedó fúródott volna az oldalába. A matrózok azonnal a hajófenékbe ro­hantak, hogy megkeressék a hibát. Leg­nagyobb meglepetésükre a beömlő vízben egy óriási kardhal roncsait fedezték fel. A későbbi vizsgálat kiderítette, hogy a víz alatt vadászó hal valószínűleg elté­vesztette zsákmányát, így rohant a hajó­nak. Az élő torpedó mozgási energiája olyan hatalmas volt, hogy fogazott kardja átütötte a hajó 8 cm vastag oldalát, és 46 cm széles darabot szakított ki belőle. Bár a váratlan összeütközéskor a hal ott­hagyta a fogát, az állattan kutatóit az a szerencse érte, hogy újabb adatot kaptak a ragadozó halak rendkívüli úszóképes­ségéről.

Pedig a halak nem is használnak kör­ben forgó hajócsavart, és mclluszonyuk- kal sem eveznek kitartóan, csupán kor­mányoznak. Aki megfigyelte egy akvá­rium kecsesen tovalibbenő halait, bizo­nyára eltűnődött, hogyan segíti elő a hal mozgását az S vonalban hullámzó test, és miért van szükség egyáltalán a test hajlítgatására. Talán a farokuszony egy- egy csapása ugyanúgy tolja előre az élő vízi jármüveket, mint a csobbanó evezők a csónakot?

Az úszás bonyolult haladási forma. Titkát több mint fél évszázada igyekez­nek megfejteni a kutatók, de csak a leg­utóbbi évtized hozott megoldást, amióta a biológusok mellett a matematikusok is hozzáláttak, hogy számok és képletek alakjában foglalják egységes rendszerbe a tarka forgatagban úszkáló vízi világ mozgásának fizikáját.

Az elméleti kutatások egy csavarvonal­ba hajlított szilárd csövei és egy meglepő kérdéssel kezdődtek: ha azonos átmérőjű rugalmas rudat (például hajlékony mű­anyag pálcát) csúsztat valaki a csőbe, kijön-e magától a mozdulatlan rúd?

A halak úszásának fizikai alapelvc.

A meghajlított rugalmas rúd ki akar egyenesedni.

A benne rejlő energia mozgássá alakul át, így a müanyagdarab kipattan az üvegcsőből.

A csavarvonalban feltekert mérőszalag szintén ezért fut ki tartójából

A sikló hullámmozgása szögekkel kivert deszkán. A bal alsó sarokból a jobb felső felé halad. A filmkockák azt mutatják, hogy meghajlított teste a szögeknek támaszkodva csúszik előre

Erre már a XVIII. század fizikusai is válaszolhattak volna. Akkoriban állapí­tották meg ugyanis azt az egyszerű, de bonyolultan hangzó szabályt, hogy „ha egy test változtatni tudja alakját és hely­zetét, mindig arra törekszik, hogy a leg­kisebb helyzeti energiával rendelkezzék”. A csőbe szorított hajlékony rúd esetében ez azt jelenti, hogy a rúd előbb-utóbb mégiscsak ki fog egyenesedni.

Ha nincs súrlódás a csőben, a rúd való­ban útra kel. Abba az irányba indul, ahol egyre kisebb görbülettel találkozik, tehát ahol egyre jobban kiegyenesedhet. Mind­ez a másodperc törtrésze alatt megy vég­be: a rúd szinte kipattan a csőből, aho­gyan az acél mérőszalag is egyetlen gomb­nyomásra kiszalad tokjából.

De mi történik, ha hullám alakú csövet választunk? (Ezt a szabályos görbét si­nusvonalnak nevezik a matematikusok, és még sokszor találkozunk majd vele.) A belecsúsztatott hajlékony rúd a leg­nagyobb görbületü szakaszból, a hullám csúcsából azonnal továbbsiklik a kiegye­nesedő ág felé. De innen már nem moz­dul tovább. Ismét előre kell tolni a kö­vetkező csúcsig, amíg teljesen be nem feszül, majd a következő pillanatban is­mét továbbpattan.

S ha egy siklót helyezünk a hullám alakú csőbe? Amire az élettelen rúd nem képes, hajlékony testével játszva megte­szi az állat. Csak a hullám csúcsaiban feszíti meg izmait, így kissé előbbre csú­szik. Ekkor testének megint azokat a szakaszait igyekszik kiegyenesíteni, ame­lyek éppen a hullámcsúcsokban vannak, megint elöresiklik. Minthogy izmainak összehúzódási helyeit folyamatosan tolja testén egyre hátrább, egyúttal folyama­tosan halad előre. Ehhez voltaképpen hullám alakú csőre sincs szükség. Szö­gekkel kivert deszkalapon is könnyedén halad. Ilyenkor a szögek nyújtanak tá­maszt testének, de a lényeg ugyanaz ma­rad : izmainak játéka révén a sikló teste úgy hajladozik, mintha egyre újabb hul­lámok haladnának végig rajta. Ez a hát­rafelé haladó hullám hajtja előre az álla­tot.

Hogyan érvényesül ez a mozgási sza­bály a halakon? A víz – ha lágyabban is – ugyanúgy ellenállást jelent a sikló vagy az angolna hullámmozgásával szem­ben, mint egy szilárd cső vagy egy szö­gekkel kivert deszkalap. így a vizek vilá­gának alacsonyabb fejlettségű tagjai haj­lékony hullámként siklanak előre. H. J. Lighthill angol kutató megállapítása sze­rint ezt a jellegzetes, angolnaszerü úszást alkalmazza a gerinctelenek többsége és a gerinces víziállatok egy része is. „Hul- lámúszással” közlekednek például a tü­dőshalak, mert ez a legegyszerűbb úszási forma.

Hajlékony evezők

Gyorsfelvevö kamerákkal készült film­kockákon meglepően tárul fel a különös hullámmozgás titka. Egy úszó angolná­ról 0,1 másodperces időközökben készí­tett felvételekről készült rajzunkon meg­figyelhető, hogy az állat teste valóban hullámzik. Ahogy az angolna siklik előre, a testhullám éppen ellenkező irányban vonul végig rajta.

A testhullám mindig gyorsabban fut visszafelé, mint ahogy a hal halad előre. A két sebesség közötti különbség annál kisebb, minél eredményesebben alakítja át testének helyzeti energiáját mozgási energiává. A mérések szerint az angolna úszási sebessége kb. 60 százalékkal kisebb a látszólagos hulláménál, amely saját tes­tének könnyed hajlítgatása révén halad visszafelé rajta. A hullámúszással tehát nem érhetők el nagy sebességek, de hosz-

IDŐ

A közönséges angolna hullámúszásának 0.1 másodpercenkénti mozgásszakaszai. A filmkockák alapján készült rajz jól érzékelteti, hogy ezen a hajlékony ..cipőfűzőn” mindig gyorsabban futnak hátrafelé a tcsthullámok (T). mint amilyen sebességgel ö maga úszik előre (U)

szú távra a test energiakészleteinek fel­használása szempontjából ez rendkívül gazdaságos úszási forma. Ezért indulhat­nak messzi vándorútra az óceánokon az angolna alakú halak.

A törzsfejlődés során az angolnára jel­lemző hengeres testalkat fokozatosan megváltozott. Az úgynevezett csontos­halak rendjében a két oldalról lapított, orsó alakú test a farok felé elhegycsedik, így úszás közben kisebb a víz ellenállása. De a hullámúszáshoz szükség van a test eredeti szélességű keresztmetszetére, hi­szen úszás közben ez a szalag rugaszko­dik el a víztől. Az összenyomódott farok helyén tehát vékony uszonyok jelennek meg a háton és a hason: a farok függő­leges „kormánysíkká” változik.

A halak törzsfejlődésének szerteágazó családfáján ugyanakkor érdekes változás figyelhető meg. Egyre merevebbé válik a hal teste! Úszás közben csak a farok­rész mozog, a teljes testhossz fele-har­mada. Az angolnák testhullámából így egy negyedhullám marad: a test felező­pontja mozdulatlan, de a farok a hullám csúcsába csap. Ezzel a hirtelen „hullám­lökéssel” roppant oldalerök ébrednek a hal farkán.

A matematikai számítások szerint fő­ként ez a farokcsapás határozza meg a halak úszási képességét. Ettől függ, hogy lassan, de kitartóan úsznak-e. vagy sebe­sen, de nem sokáig. Összehasonlították a farok oldalirányú mozgásának sebessé­gét egy elméleti „vízszelet” elmozdulási sebességével, amelyet az oldalra lendülő halfarok taszít félre. Pontos összefüggést kaptak: minél nagyobb a halfarok és a vízszelet sebességkülönbsége, annál na­gyobb tolóeröt fejt ki a hal, tehát annál gyorsabban úszhat. Ha viszont a farok ütése lassan tolja félre a vizet, a hal „si­mábban”, kisebb erőpazarlással úszik.

Az oldalirányú ütőerő nagyságát a fa­rokuszony területe is befolyásolja. Minél nagyobb, annál több erőt fejthet ki, aho­gyan a nagyobb felületű evező is jobban húzza a csónakot. Miért keskenyedik mégis a farok fele a legtöbb hal alakja, mint a tőr? Hiszen ha a test hátrafelé szélesedne, még nagyobb erővel csaphat­ná oldalirányba a vizet! A vízi világban mégsem található ilyen megoldás.

A farok kitérései közben ugyanis örvé­nyek keletkeznek. Ezek a parányi pergő örvények a hal mozgási energiájából táp­lálkoznak. csökkentik haladási sebessé­gét. A haltest keskenyedő alakja éppen ezt a zavaró ..közjátékot” küszöböli ki. Amikor a farok oldalra lendül, legna­gyobb sebességű darabjának felületén – ahol legkeskenyebb a test – hirtelen lecsökken az ütőerő, így kevesebb örvény keletkezik. Ettől távolabb, a kiszélesedő farokuszony már nem kelt nagy örvé­nyeket, mert mindig a csapással ellenté­tes ívben hajlik.

A közönséges tok hullámúszása. Teste elkeskenyedik a farok felé. így kisebb ellenállással halad, mint az angolna. A hullámkeltéshez szükséges felületet a kettős farokuszony pótolja. Testhosszának kétharmadán csaknem teljes sinushullám keletkezik (fent). Úszásának mozgásszakaszai között 1 /4 mp volt az idökülönbség

A tőkehal csak farokcsapásokkal úszik. Az oldalra lendülő farok uszony negyedhullámot kelt, ami azt jelzi, hogy ez a halfaj gyors úszásra is képes, de nem kitartóan (fent). A mozdulatrajzok egy farokcsapás szakaszait jelzik a farok mozgásának irányával. Az ötödik mozdulat egy új farokcsapás kezdete

A hátuszony sem véletlenül helyezke­dik el a test közepe táján. A farokcsa­pások nagy oldalerőit ellensúlyozza, ezért tud nyílegyenesen úszni a hal. Fontos fel­adat jut a kétoldalt alul elhelyezkedő melluszonyoknak is: ezek elsősorban a hirtelen irányváltoztatásban nyújtanak segítséget. Különösen nagy szükségük van erre a „gyorsjáratú” halaknak, mert a vízben sokkal nehezebb fékezni, mint a szárazföldön. Sokan csodálkoznak, ha két hajó összeütközik a tengeren: hogy lehet ez, hiszen a víztükör végtelen. Csak­hogy néha a hajók útvonala keresztezi egymást, s amikor észreveszik a bajt, már nincs segítség. Egy félmillió tonnás teher­hajó lefékezéséhez több mint 8 kilométe­res útszakaszra van szükség! Ennél ki­sebb távolságon belül tehetetlenül egy­másba rohannak. Ám a halakat nem ér­heti ilyen katasztrófa. Ha nagy sebesség­gel úszva váratlan akadály kerül útjukba, hirtelen szétfeszítik melluszonyaikat. A „féklapok” pillanatok alatt megtörik az úszás lendületét, s a hal egy újabb farok­csapással már új irányban libbenhet tova.

Libegő körgallér

„Ahány halfaj – annyi farok.” Szinte köz­mondásnak is beillene ez a régi megálla­pítás, amely sok fejtörést okozott már a bionika kutatóinak. A gazdag választék a kerek, ovális farokuszonyoktól a villás alakúakig terjed. Honnan ez a nagy kü­lönbség? Hosszas keresés után végül a repüléstechnikai összehasonlító vizsgála­tok világítottak rá az első törvényszerű­ségre. Ahogy a hangsebességnél gyorsabb szuperszonikus gépek csak hátranyilazott szárnyakkal repülhetnek az óriási légel­lenállás miatt, ugyanez az alakváltozás következett be a „tökéletesedő” halak farokuszonyán is. A törzsfejlődés során csak úgy fokozhatták úszási sebességü­ket, hogy farokuszonyuk lassan hátrahaj- lott, mint a holdsarló, majd teljesen fel­vette a szuperszonikus repülők jellegze­tes szárny alakját.

A nagy sebességű halakon a farok­uszony előtt szinte tökéletes kúppá hegye- sedik a test (a nagy farokcsapások kel­tette örvények elkerülése miatt), az uszony viszont nagy felületű evezölapáttá széle­sedik. A farokuszony elülső éle azonban nem olyan borotvaéles, mint ahogy azt várnánk. Inkább vastag és lekerekített, mégis könnyedén hasítja a vizet. Erre az áramlástani mérések adnak magyaráza­tot: a repülőgépszárnyak „belépőéle” annál kevesebb örvényt kelt, minél leke-

Nyilazotl repülőgépszárnyra emlékeztet a bálna farka. A bionika szerint ez a gyorsúszási képesség egyik biztos jele. A vízi világ emlősállatainak farka a halakétól eltérően vízszintes helyzetben leng

Csapnivalóan rossz kormányos a menyhal (1). mert farok uszonya abba az örvényzónába esik, amely úszás közben a test mögött keletkezik. A közönséges tok (2) hátranyilazott farka és a tonhal (3) sarló alakú „kormánylemezc’’ sokkal pontosabb irányításra nyújt lehetőséget

rekítettebb. Ez figyelhető meg a gyors tengeri halak farokuszonyain is.

Ilyen „gyorsúszók” például a tonhalak, a kardhalak és általában a nagy testű ragadozók, amelyek számára létkérdés, hogy könnyen utolérjék a menekülő zsák­mányt. Noha a delfinek emlősállatok, úszásuk a halakéhoz hasonló, és farok­uszonyuk alakja alapján a gyorsúszók közé sorolhatók egy furcsa különbséggel: „evezőjük” nem függőleges, hanem víz­szintes, így úszás közben hol felfelé, hol lefelé csap. Hogy miért fordult el a törzs­fejlődés során a farkuk? Ezt még ma sem tudjuk. Talán a bionika erre is választ talál a jövőben.

A halfarok azonban nemcsak egy hajó pergő propellerét helyettesíti, hanem a kormánylapátot is. A kormányzás és a farok uszony alakja közötti összefüggésre J. G. Alejev szovjet biológus figyelt fel elsőnek, amikora folyami menyhal úszá­sát tanulmányozta. Érthetetlennek tűnt számára, miért van korong alakú farok­uszonya ennek a halnak. A vízcsatornás kísérletek során megoldódott a rejtély. Azokon a halakon található ilyen farok­uszony, amelyek „lassú járatúak”, akár a folyami vontatóhajók. Nincs szükségük gyors irányváltásokra, ezért a legegysze­rűbb kormánylemezt használják. Mint­hogy ez a farok végéről leszakadó örvé­nyek zónájában helyezkedik el, elég bi­zonytalan vele a kormányzás. A tonhal és a cápa farokuszonya viszont annyira széles, hogy messze kinyúlik az örvény­rétegből, így tökéletes kormánylapátként használható.

Még egy érdekesség figyelhető meg a cápák és a tonhalak függőleges farok­uszonyán: a felső szárny nagyobb, mint az alsó. Nem véletlenül! Amikor úszás közben jobbra-balra leng a farok, felső része kissé megdől a vízben, mint egy fer­dén tartott evezőlapát. így nemcsak toló­erő, hanem felhajtóerő is ébred rajta. Az úszóhólyag nélküli halaknak szüksé­gük is van erre a „trükkre”, máskülönben úszás közben egyre mélyebbre merülné­nek. Apró szárnyakká merevedett mell­uszonyaikkal is a felhajtóerőt fokozzák. A gyorsjáratú víziállatok valóságos úszó repülőgépekre emlékeztetnek.

A természet azonban más lehetősége­ket is kipróbált a törzsfejlődés folyamán. A gitáros halak óriási melluszonyt fejlesz­tettek ki, így alig van szükségük farok­uszonyra, a ráják melluszonya pedig egyetlen óriás körgallérrá alakulva vég­képp feleslegessé tette legtöbb fajuknál a farokuszonyt. Ezek az élő csészealjak lé­nyegében a függőleges hullámúszást al­kalmazzák, vízszintesen lebegő korong alakú testükön a hátrahaladó hullámok termelik a tolóeröt. Rendszerint a parti vizek homokjában várják gyanútlan ál­dozatukat, a támadáshoz tehát valóban ez a legelőnyösebb közlekedési forma szá­mukra, máskülönben csak akkor kezd­hetnének úszni, ha előbb „élére” állítanák testüket.

A halak úszástípusainak sorát a sima lepényhal zárja. Ez a fél méter átmérőjű, kerek hal fiatalkorában még függőleges síkban úszik, angolnaszerü hullámmoz­gással. Fejlődésének bizonyos szakaszá­ban azonban oldalára fordul, settől kezd­ve csak a fenéken mászik és vadászik. Alulra került szeme felvándorol, s olyan furcsa lesz a tekintete, hogy ennél bánato­sabb „arckifejezést” alig találni a vizek világában. Ettől kezdve úszó mozgása is teljesen a rájákéhoz hasonul.

Ahogyan egy gépkocsi vagy egy repülő­gép alakjából következtetni tudunk se-

A rája olyan ügyesen lengeti ..körgallérját”, hogy a hátrafelé haladó függőleges testhullámok könnyedén hajtják előre

bességére, a hidrodinamikai vizsgálatok tanúsága szerint ugyanígy elég egy pillan­tást vetni bármely halra, s máris fogalmat alkothatunk úszási képességeiről. Egy hal kétségtelenül annál gyorsabban úszik, minél „nyilazottabb” a farokuszonya, mi­nél áramvonalasabb a teste, minél keske­nyebb a törzse a farokuszony előtt, és minél kisebb a hátuszonya. De van még egy döntő szempont! A haladási sebes­ség a testhosszal és a farokcsapások szá­mával is összefügg. Sz. V. Persin szovjet kutató mérései szerint általában az angol- naszerüen úszó halak – amelyek akár két méter hosszúságot is elérhetnek – legfel­jebb 10 km/óra sebességre tehetnek szert; a farokcsapásokkal haladók viszont, ha több mint egy méter hosszúak, elvileg 150 km/óra sebességgel szelhetik a vizet. R. Bainbridge, aki több halfaj úszását is megvizsgálta, gyorsfényképező kamerái­nak filmfelvételeit elemezve megállapítot­ta, hogy azonos sebességek elérésekor a

halak farokcsapásainak száma és test­hosszuk fordítottan arányos egymással. De a rekordok szempontjából minden­képpen a testhossz a döntő! Egy 4 cm hosszú pisztráng hiába lengeti másodper­cenként 18-szor a farkát, a parányi állat csak 2,3 km/óra sebességet ér el. Ez arra sem elég, hogy egy folyóparti gyalogost lehagyjon. A heringek és a tonhalak vi­szont, amelyek testhossza meghaladhatja az egy métert, másodpercenként tíz fa­rokcsapással több mint 70 km/óra sebes-

Szinte mérnöki pontossággal működnek a halak „hajtómotorjai”. Matematikai összefüggés mutatható ki hosszúságuk, farokcsapásaik száma és úszási sebességük között. így minden halfaj „scbességollója” felrajzolható. Ennek két alsó szára közé helyezve a halat, leolvasható a táblázatból, miként függ az úszási sebesség a farokcsapások számától. A pisztrángok rövidebb nyelű scbességollója azt jelzi, hogy ez a halfaj jobb úszó, mint a makrahalak

Néhány hiteles úszási sebesség James Gray angol professzor összeállitása szerint. A csúcstartók között a kardhalfélék és a vitorláshalak családjának tagjait tartják számon a kutatók. V. P. Szocsivko szovjet szakember adatai szerint több méteres példányaik 120 150 km óra sebességet is elérnek

ségre gyorsulhatnak. A tonhal tehát ugyanúgy megérdemelné a Kék Szalag­díjat, mint a világ leggyorsabb utasszál­lító hajója, a United States óceánjáró, amely 70 km/óra csúcssebességgel nyerte 18 az Atlanti-óceán átszelésére meghirdetett gyorsasági versenyt.

Általában nem könnyű a halak úszási csúcssebességének megállapítása, ezért szerepelnek a különböző könyvekben

szokszor teljesen eltérő adatok. Ha egy hal kitartóan követi a sebesen úszó hajót, még könnyű a mérés. Szovjet kutatók vi­szont néhány évvel ezelőtt a folyami menyhal úszási sebességének tanulmá­nyozására érdekes módszert próbáltak ki. Apró. 25 gramm súlyú elektronikus ké­szüléket helyeztek a kifogott hal hátára, majd újra vízbe bocsátották. A készülék számunkra hallhatatlan ultrahangokat bocsátott ki, így a folyópart mentén meg­felelő mikrofonnal pontosan követni tud­ták a halat. Kiderült, hogy a folyami menyhal úszási sebessége a napszakok szerint változik. Napközben szinte alig úszik, naplemente után viszont mozgása egyre élénkebbé válik, de sohasem ha­ladja meg az óránkénti 600 métert.

A másik mérési módszer: vízzel telt át­látszó tartályba helyezik a halat, majd egyre nagyobb sebességgel forgatják a ko­rong alakú hengert. Amikor felülről néz­ve úgy tűnik, hogy a hal egy helyben mozog, úszási sebessége éppen a tartály forgási sebességével egyezik. Két angol kutató így mérte meg, hogy egy 55 cm hosszúságú tőkehal például 7,2 km/óra sebességet érhet el, a tengeri pisztrángok pedig több mint tíz kilométeres órán­kénti sebességgel haladhatnak.

A rekorderek között a kardhalat, a vitorláshalat és a barrakudát tartják szá­mon a kutatók 120-150 km/óra sebesség­gel. Ez már valóban szédítő tempó a víz alatt, hiszen a korszerű atom-tengeralatt­járók is legfeljebb 45-50 km/óra sebessé­get érhetnek el. De ezeket az úszási ada­tokat még nem ellenőrizték laboratóri­umi körülmények között. Annyi bizo­nyos, hogy a halak különleges nyálkával is csökkentik testükön a víz súrlódását. M. W. Rosen és N. E. Cornford amerikai kutatók különböző mennyiségű vízben oldották fel a halak bőréről lekapart nyú­lós anyagot, és megfelelő műszerrel mér­ték a víz áramlási sebességét. így leple- zödött le a barrakuda titka. Ez a csen­des-óceáni ragadozó hal 66 százalékkal képes csökkenteni testének súrlódási el­lenállását a vízben. Minthogy a nem ra­gadozó halak esetében ez az érték kisebb, nem csoda, hogy e találmány is hozzá­járul a sikeres zsákmányszerzéshez.

Mire tanítottak a halak?

Az orsó formájú, merev tengeralattjárók alakja nem nagyon emlékeztet a „gyors járatú” halakéra, de a bionikusok már több kísérletet tettek, hogy lemásolják

Még a repülőgép-tervezők is tanulhatnának a halaktól. Ha például a 40 méter hosszú Boeing 707 típusú gépet a tonhal alakjáról mintáznák, 160 helyett 480 utas férne cl benne, és aerodinamikai tulajdonságai is kedvezőbbek lennének (fent). A helyből felszálló gépet az oldalából kinyúló sugárhajtású motorok emelnék a magasba (lent). A modelleket H. Herte) berlini professzor tervezte

ezeket az élő vízi jármüveket. Az amerikai Skipjack atomhajtású tengeralattjárót pontosan a tonhal mintájára tervezték. Gondosan ügyeltek arra, hogy teljes hosszának és legnagyobb átmérőjének aránya 100:36 legyen, ami eszményi áramvonalat ad a hajótestnek. De a ton­haléhoz képest csak feleakkora sebes­séget sikerült elérniük. A fordulékonyság terén viszont kiváló tulajdonságokra tett szert az új tengeralattjáró. Egy nagyobb hajó általában saját hosszánál 4 5-ször nagyobb sugarú körben képes megfordul­ni, a Skipjack még nagy sebességgel ha­ladva is hirtelen változtathat irányt, és kisebb sugarú körben fordul meg.

Épül a Gazana nevű angol gáztartályhajó.

A 178 méter hosszú jármű orra hatalmas körteként dudorodik ki a hajótcstböl. Ez a szerkezeti megoldás lényegesen csökkenti a hullámcllcnállást

A hajótervezők azt a felismerést is hasz­nosították, hogy nem véletlenül tompa a nagyobb sebességű víziállatok „orra”. Furcsa módon ez kisebb hullámcllenál- lást kelt a vízben, főként akkor, ha az állat a vízfelszín közelében úszik. A vilá­gon először Japánban készítettek olyan „körteorrú” hajót, amely egy hasonló típusú, de hagyományos hajóhoz viszo­nyítva több mint 50 százalékkal gyorsab­ban halad. Ma már egyre több hajót épí­tenek ezzel a hullámtörö megoldással, s ha a tv-híradó új tengerjáró vízre bocsá­tását mutatja, bizonyára ott látjuk majd az orrtőke alján a jellegzetes kidudoro- dást. Több tervező a csapkodó halfarok mozgását próbálta utánozni mechanikus szerkezettel. Készült olyan csónak is, amelyen evezők helyett hajlékony kor­mánylapát rúdját kell jobbra-balra moz­gatni, így keletkezik a tolóerő a vízben.

Nem lehetetlen, hogy a szárnyashajók ötletét a cápák tanulmányozásából me­rítették a mérnökök. Ahogyan a cápa me­rev mell uszonyain jelentős felhajtóerő ke­letkezik, ugyanúgy egy súlyos hajótestet is a víz fölé emelhet néhány apró, merev szárny. Ha a hajó elér bizonyos sebes­séget, a víz alatti szárnyakra támaszkod­va teste kiemelkedik a vízből, így sokkal kisebb ellenállással haladhat tovább. A szovjet szárnyashajók közül a Dunán is közlekedő Sirály 60 km/óra sebességgel száguld, a Volga és a Rakéta típusú hajók pedig 80 90 km/óra sebességet is elérhet­nek.

Csaknem negyven évvel ezelőtt a híres­sé vált Gray-paradoxon irányította elő­ször a bionikusok figyelmét a delfinek felé. Az angol kutató ugyanis megállapí­totta, hogy a delfinek furcsa módon na­gyobb sebességet érnek el, mint amennyi izomerejük alapján várható. Az ellent­mondás nyomán a delfinbörre terelődött a gyanú. A mikroszkópos vizsgálatok sze-

rint a bőr külső vékony hámrétege alatt ún. „csírázó réteg” található. Ebbe alul­ról egy irharéteg rugalmas szemcséi nyúl­nak, a legalsó rétegben pedig rugalmas kötőszöveti rostok húzódnak, amelyeket folyékony zsír tölt ki. Mindez nem sokat mondott a biológusoknak, ám a bionika szakemberei nagyon elcsodálkoztak. Ez a több rétegű bőr olyan rugalmas, mint a legfinomabb kárpitozott heverő. Ahol nyomás éri, lágyan behajlik, miközben a szemölcsök közül kipréselődik a zsír.

Mire jó ez a különös delfinbőr? A víz­csatornás vizsgálatok szerint így alakul ki a delfin körül a legsimább vízáramlás.

A fotelok rugalmasságán is túltesz a delfinbör.

A lágyan barázdált külső hámréteg alatt

a ..csírázó réteg” (1): az irharéteg (2): kötőszöveti rostok (3). Ez a metszet csak 19 része a delfinbör teljes vastagságának

A delfin testének arányai elősegítik a gyors úszást: törzse négyszer hosszabb, mint legnagyobb átmérője.

Szovjet kutatók is gondosan tanulmányozták a delfin alakjának áramlástani tulajdonságait, és formálták meg ennek alapján kísérleti merülő jármüvüket

Csak a farok tövében szakadnak le azok az örvények, amelyek a vízben úszó test mozgási energiáját csökkentik. A test egész hosszában a rugalmas bőr tökéle­tesen lecsillapítja az apró örvényeket, így az áramvonalas delfin több mint ötven kilométeres óránkénti sebességet is el­érhet.

Az is fokozza a delfin siklóképességét, hogy bőre víztaszító. A. Glagoljeva és Z. Afonyin szovjet kutatók mérései sze­rint ilyen felületen kevesebb örvény ala­kul ki, mint egy „nedvesedé” bőrrétegen. A víztaszító test olyannak tűnik a vízben, mintha csapágyon gördülne: körülötte a molekulahalmazokból gyűrűszerű szer­kezetek alakulnak ki. Ez a felszíni vízré­teg szoros molekulahártyaként simul a delfin testéhez, tovább csökkentve az 22

„energiafaló” örvények keletkezésének lehetőségét.

1960-ban O. Kramer amerikai kutató e felismerések alapján elkészítette a Lami- noflow nevű műbőrt. A 3.5 mm vastag, hajlékony műanyag lemezben két határ­réteg között apró pálcák sorakoznak, amelyek bizonyos erőhatásra ugyanúgy összenyomódnak, mint a delfinbőr irha­szemölcsei. A pálcikák közötti teret rez­géscsillapító folyadék tölti ki. Ez a del­finbőrt utánzó műanyag beváltotta a hozzá fűzött reményeket. Torpedókat vontak be Laminoflow-val. így 30 száza­lékkal nagyobb sebességet értek el, mint a régi acélburkolattal. A bionikusok most már azon gondolkodnak, hogyan lehetne a tengerjáró hajók sebességét is növelni ezzel a különös delfinbörrel.

 

 

A rugalmas delfinbör irharélegénck szemcséi ilyennek látszanak a mikroszkóp alatt (fent). Ezt a találmányt a technika is lemásolta (középen). A lábtörlöszerü mesterséges delfinbör (lent) több rétegben egymásra ragasztva és folyadékkal megtöltve csökkenti a fékező örvényeket

Vigyázat! Merülünk!

„Folytatjuk az aláereszkedést, most már rendkívül lassan. Benzinkészletünk to­vább hűl, és mivel a benzin összehúzódá­sa következtében egyre több víz jut az úszódobba, ez egyre nehezebbé tesz ben­nünket. Úgy érzem, mintha ereimben áramlana ez a sok száz liter víz.” Jacques Piccard, a neves mélytengerkutató írta ezt, aki valóban különleges élményben részesült. Trieste nevű batiszkáfja 1960. január 23-án a Csendes-óceán nyugati térségében, a Föld legmélyebb pontján, a Mariana-árokban 10 912 méter mélyre ereszkedett.

Nyugalmi helyzetben a különleges mélytengeri kutatójármü a vízfelszínen úszik. Ahhoz, hogy lemerüljön, nehezeb­bé kell válnia. Honnan veszi ezt a súly­többletet? A Trieste úszódobjaiban több mint 100 köbméter benzint tárolnak. A merülési parancsra szelepek nyílnak meg, amelyeken át tengervíz áramlik a benzintartályokba. A növekvő víznyo­más egyre kisebb térfogatra szorítja össze a könnyű folyadékot, a tartályok egyre nehezebbé válnak, a jármű süllyedni kezd.

Ha később emelkedni akar, benzint szivattyúznak át az úszódobokba. A víz­nél könnyebb folyadék kiszorítja a vizet, s a batiszkáf a felszínre emelkedik. A ten­geralattjárókon általában csak levegő tölti ki a merülötartályokat, majd sürített levegővel nyomják ki belőlük a tenger­vizet, ha emelkedni kell.

Ez az ötletes és egyszerű merülési mód­szer már évmilliók óta megtalálható a ter­mészetben. Nemo kapitány csodálatos Nautilus tengeralattjárójának ősi válto­zata. a fejlábú puhatestűek osztályába tartozó csigáspolip, a Nautilus több mint 50 millió éve „tudja”, hogyan lehet rend­kívül gyorsan több száz méterre süllyed­ni. majd újra a felszínre emelkedni. Maga az állat a spirálisan, de egy síkban fel- tekeredett héj legkülső kamrájában, szin­te a bejáratnál lakik, a belső rekeszeket pedig részint gáz, részint víz tölti ki. A Nautilus merülöautomatikája pontosan úgy működik, mint a Trieste-é: ha a mély­be akar ereszkedni, egyre több vizet enged gázzal töltött kamráiba. így az élő jármű

Röntgenkép a Nautiius csigáspolip mészvázáról, amely a térbeli csavarvonal szerkesztésének matematikai remeke. Az állat a különös lakókocsi feketének látszó üregét foglalja el. A bordázott kamrákat gáz tölti ki, amellyel a merülés szabályozható a vízben

Ha merülni akar a Nautiius csigáspolip, gázzal töltött kamráiba vizet enged, így megnő a fajsúlya. Kiegyensúlyozott állapotban a vízben lebegve súlypontja alacsonyabban van, mint a ráható felhajtóerő támadáspontja.

A Nautiius így nem bukfencezik tehetetlenül a vízben, mert ha megbillen, azonnal visszatér vízszintes úszási helyzetébe

egyre súlyosabbá válik, és vízbe ejtett kő módjára süllyed lefelé. Ha ismét a fel­színre kívánkozik, gázt választ ki szerve­zetéből. A gáz egyre több kamrából szo­rítja ki a tengervizet, növekszik a héjra ható felhajtóerő, és a Nautiius légbubo­rékként száll fel a vízben.

A polipok egyik közeli rokona, a szépia is meglepetéssel szolgált nemrég a bio­fizikusoknak. Erről a közismerten tinta­halnak nevezett állatról sokan csak azt tudják, hogy ha ellenség közelít felé, hir­telen barnásfekete folyadékot („tintát”) lövell ki, elködösítve maga körül a vizet, hogy biztonságosan kereket oldhasson. A biológusok azonban tűnődve vizsgál­ták azt az uszonyszerü lapos csontot, amely bőre alatt húzódik, és testsúlyának csaknem egytizedét teszi ki. A mikrosz­kópos vizsgálatok során kb. száz vékony, lyukacsos szerkezetű réteget találtak ben­ne. Minthogy a csont sűrűségét 0,6 g/cm’- nek találták, megnyugodva tették félre, önként adódott a megfejtés: egy 1000 grammos tintahal térfogata azért lehet 960 cm’, mert éppen a csont kisebb faj­súlya által 40 grammot „veszít” a súlyá­ból. így a szépia bárhol nyugodtan lebeg­het a vízben.

E. Denton és J. B. Gilpin-Brown angol kutatók számára azonban nagyon gya­núsnak tűnt a furcsa csontdarab. Miért hurcolja magával minden tintahal olyan kitartóan ezt a tetemes tömegű lemezt? Tengeri akváriumban kezdték el vizsgá­lataikat. szépiapéldányokat gyűjtve a víz­felszínről és a tengerfenékről. Az eltá­volított szépiacsontok mérési adatai ér­dekes eltérést mutattak. A fenéken talált tintahalak csontja 0,7 fajsúlyának bizo­nyult, teljes súlyuk 30 százalékát a ré­teges szerkezet hajszálrepedéseit kitöltő víz adta. A felszínről gyűjtött lábasfe- jüek csontja viszont 0,5 sűrűségű volt, s csupán 10 százalék vizet tartalmazott.

A szépia ovális csontlemcze (felülnézetben) a legmegfelelőbb merülőtartály. Süllyedés előtt vizet szivattyúz a lyukacsos szerkezetű anyagba (lent oldalnézetben), tehát megnő a súlya. Emelkedéskor fordítva hajtja végre ugyanezt a műveletet

Ezzel választ kaptak sejtésükre. A szé­piacsont nemcsak egyszerű „mentőöv”, hanem önműködő merülőtartály is. A vizsgálatok szerint merülés előtt a tinta­hal – vérkeringésének segítségéve) – ten­gervizet szivattyúz a csontba. Minél több víz szivárog ide, annál nagyobb lesz a csont fajsúlya, így az egész tintahal súlya is: az állat merülni kezd. Ha viszont fel­sőbb vízrétegekbe emelkedik, kiszorítja a csont parányi csatornáiból a vizet. Mi­lyen módszerrel? Erre még nem találtak magyarázatot. De tény, hogy a próbafo­gások során Plymouth kikötőjében 30-75 méter mélységben is találtak szépiákat, más adatok szerint pedig a különös élő tengeralattjárók akár 180 méter mélyre is lemerülhetnek.

A halak tökéletesebb módszerrel me­rülnek. Nem bajlódnak a vízszivattyúzás­sal, ehelyett rugalmas falú gáztartályt használnak, amely kitágulva növeli, ösz- szehúzódva csökkenti a testükre ható fel­hajtóerőt. Ennek a különös berendezés­nek – az úszóhólyagnak – kettős felada­ta van: egyrészt bármely vízmélységben ellensúlyozza a hal testére nehezedő víz­nyomást, másrészt szabályozza az emel- kcdést-süllyedést.

A legtöbb csontoshalban megvan ez az érdekes „léggömb”, de az alacsonyabb rendű porcoshalakból (ilyenek például a cápák, ráják stb.) még teljesen hiányzik. Általában a gerincoszlop alatt helyezke­dik el, s aszerint, hogy van-e vagy nincs kivezetése a szabadba, a biológusok lég­járatos és zárt úszóhólyagos halakat kü­lönböztetnek meg. A légjáratos halak – így például a pontylárvák – egy-másfél nappal azután, hogy az ikrából kikeltek, a víz felszínére úsznak, hogy levegőt nyeljenek úszóhólyagjuk feltöltéséhez.

Kostojanc és Vasziljenko szovjet kuta­tók arra is kíváncsiak voltak, hogy ez a „lenyelt” levegő továbbra is megmarad-e a légjáratos halak úszóhólyagjában. Meg­lepő módon egészen más gázösszetételt találtak benne, mint ami a szabad leve­gőre jellemző. A tengeri angolna úszó­hólyagját 87,7 százalékban oxigén tölti ki, a szivárványos pisztrángban viszont 95,5 százalék nitrogént mértek, scsak 3,7 százalék oxigén volt kimutatható, holott közismert, hogy a levegő 78 százalék nitrogént, 21 százalék oxigént és 0,03 százalék széndioxidot tartalmaz. Miért vannak ilyen nagy eltérések? Ezt még nem sikerült megállapítani, de a megvál­tozott gázösszetétel nyilván élettani okokra vezethető vissza.

Az úszóhólyag segítségével a hal bár­mely vízrétegben szinte súlytalanul lebeg, és könnyen úszik, hiszen farokcsapásai­val csak haladásához kell erőt termelnie. Ha a légjáratos hal kissé lejjebb akar merülni, egyszerűen összébb szorítja

Amikora hal tökéletes nyugalomban lebeg a vízben, a testére ható felhajtóerő éppen egyenlő a saját súlyával (felső kép). Merüléskor összehúzza úszóhólyagját. Ezzel csökken testének térfogata, csökken a ráható felhajtóerő is, és süllyedni kezd (középső kép). Minél kisebbre zsugorodik merülőtartálya, annál nagyobb süllyedési sebességet ér el (alsó kép)

úszóhólyagját, néhány apró légbuboré­kot ereszt, s testének fajsúlya máris egy árnyalatnyival nehezebb lesz a vízénél. Ha emelkedni akar, szétfeszíti tartályát, így a víz szinte magától „dobja fel”.

A zárt úszóhólyagosok merüléskor gáztartályuk biztonsági szelepét nyitják ki. Ez a fényképezőgépek rekesznyílásá­hoz hasonlóan szabályozható, csakhogy izomgyürük nyitják: a felesleges gáz a véráramba kerül, az úszóhólyag kissé összehúzódik, s az állat merülni kezd. Az elveszett gázt természetesen pótolni tudja, méghozzá „saját gyártmányú” gáz­zal, amely gázmirigyeiben termelődik. De ha kisebb magasságkülönbségekről van szó, csak izomerővel változtatja úszóhó­lyagjának térfogatát. A szabályozás olyan pontos, hogy egy akvárium lakói­nak könnyed lebegése mindenkit meg­győz e találmány tökéletességéről.

Bár a porcoshalakban még nincs kifej­lődve az úszóhólyag, a cápák mint tud­juk – könnyen segítettek magukon: nagy, erős melluszonyaik víz alatti szárnyak módjára emelik testüket úszás közben. E. Corner és munkatársai néhány évvel ezelőtt érdekes kérdést kezdtek feszeget­ni. Miért van néhány mélytengeri cápa májában túlságosan sok ún. telítetlen szénhidrogén, amely a víznél kisebb faj­súlyú vegyület? A vizsgálatok érdekes vá­laszt adtak: a cápák és más fajok mája tulajdonképpen az úszóbója szerepét tölti be. Amikor külön-külön megmérték a májtól megfosztott cápa testek, majd a májak fajsúlyát, kiderült, hogy a máj mindig annyival könnyebb a víznél, amennyivel nehezebb a test. Tehát a por­coshalak rendjének tagjai is használnak „mentőövet”, csak nem úszóhólyag alak­jában.

Ezzel fény derült arra a biofizikai ta­lányra is. hogy a hidrodinamikai számí­tások szerint miért nem .jött ki” akkora felhajtóerő a melluszonyokon, amekkora a legkisebb úszási sebességnél is nélkülöz­hetetlen volna a cápatest emeléséhez. Most már világos, hogy ezek az állatok w kisebb melluszonnyal is boldogulnak, mert májuk gondoskodik a tenger sós vizében a test pontos „kidekázásáról”.

Élő búvárharangok

Amikor a Trieste búvárhajó földet ért a Mariana-árokban, alig néhány méternyi­re tőle élő halat pillantottak meg a kuta­tók. „Ez a mintegy 30,5 cm hosszú és 15 cm széles hal, amely nyilvánvalóan a félszegúszók családjába tartozott, lassan, nagyon lassan távolodott tőlünk, félig a fenékiszapban úszva. Azután eltűnt a vaksötétben, örökletes birodalmában”

– írta Jacques Piccard. Ezzel a biológu­sok végre választ kaptak a régi kérdésre: milyen mélységben élhetnek még halak az óceán vizében? Most már bizonyos, hogy a legnagyobb mélység sem riasztja vissza őket.

Hogyan bírja ki az élő szervezet ezt az iszonyatos víznyomást? Hozzávetőle­ges számítás szerint 10 kilométer mély­ségben egy hal testének minden négy­zetcentiméterére egy tonna súly neheze­dik! Mintha egy mokkás kockacukorra húsz cementes zsákot raknának! Köny- nyen elképzelhetjük, hogyan roppan ösz- sze a kockacukor – a ha) azonban ezt a nyomást is elviseli, aminek kézenfekvő a magyarázata: testszöveteit víz tölti ki, a víz pedig gyakorlatilag összenyomha­tatlan.

Ami a mélytengeri halak szervezetének alkalmazkodása révén érthető, annál meglepőbb a 20-30 méter hosszú ámbrás cetek esetében. Ezek az emlős monstru­mok több ezer méter mélységbe is leme­részkednek. 1951-ben például a Lissza- bon-Málaga közötti tenger alatti kábel­ba gabalyodva 2200 méter mélységben találtak egy elpusztult cetet. Hogyan tu­dott ilyen mélyre merülni? A vizsgálatok szerint az ámbrás cetek tüdejének légút­jaiban apró billentyűk találhatók. Ami­kor az állat a mélybe merül, lezáródik ez a bonyolult zsiliprendszer. Az állat testének minden négyzetcentiméterére akár kétmázsás nyomás is nehezedhet, akkor sem illan el a levegő. Ugyanakkor vérében nagy mennyiségű légzőpigment (hemoglobin) található, amely oxigént tartalékol a szervezet fokozott igénybe­vételének idejére. Izmai is sok oxigént kötnek le, ezért olyan sötétvörös a húsa. S végül a mélymerülés legfontosabb biz­tosítéka: csaknem száz százalékban nyo­másálló folyadék itatja át testszöveteit.

Az élő tengeralattjárók másik érdekes változatát a telepes vagy hólyagos medú­zák képviselik, amelyek furcsa állattár­sulást alkotva kalandoznak a vízen. A te­leptörzsön parányi falópolipok tanyáz­nak, és az egész rendszer jól szervezett vadásztársasághoz hasonlít, akik éppen hajóra szálltak. Vagy inkább léghajóra! A telep tetején ugyanis léghólyag talál­ható. A Stephanomia nevű állatok úszó­bójája például mindössze gombostűfej nagyságú, de az egész „társaságot” le­begve tartja a vízfelszínen. Voltaképpen ez a parányi gömb a merülőtartály. A gáztömlö tetején megfelelő izommoz­gással apró szelep nyitható vagy zárható. Amikor az állat kiereszti belőle a gázt, villámgyorsan merül a mélybe újabb va­dászterületekre. Ha ismét a felszínre akar jutni, működésbe lépnek gázmirigyei, fel­töltik a gömböt, és a Stephanomia vízi léghajója felemelkedik.

A Hippopodius, amely szintén a tele­pes medúzák rendjébe tartozik, még siet­tetni is képes merülését. Amikor veszélyt érez, felszedi horgonyát: úszóharangjai közé emeli mélybe lógó teleptörzsét. Ezzel az egész telep súlypontja eltolódik, a Hippopodius – mint egy túlterhelt csónak – hirtelen felbillen, de még a víz­felszínen lebeg. Ekkor bekapcsolja víz­sugárhajtását, és „fejjel lefelé” sebesen a mélybe süllyed.

A vízsugárhajtás a természet egyik leg­ősibb találmánya. Azon a fizikai jelensé-

Szívesen lebeg fejjel lefelé az egyik mélytengeri tintahal, a Heliocranchia pfefleri. Ez a faj testét használja merülőtartálynak, amelyet víznél könnyebb testfolyadék tölt ki. Gyorsabb helyváltoztatáskor rakétahajtásra tér át. A ..hatás-ellenhatás” fizikai elvét sokkal régebb óta alkalmazza.

mint korunk rakétatechnikája

gén alapul, hogy minden erővel szemben azonos nagyságú és irányú ellenerő lép fel, ahogyan az elsütött puska is „vissza­rúg”. Az űrkutató rakéták ezért száguld­hatnak légüres térben: amekkora erővel távoznak a rakétafúvókából a forró gá­zok, ugyanakkora erő hat a rakétára, és tolja előre a „semmiben”.

A csend világában persze gázok helyett vizet lövellnek ki az állatok. Ezt az egy­szerű hajtóművet használják az ősvilág­ból itt felejtett csigáspolipok és a kecse­sen lebegő medúzák is. A medúza először a kupolájába engedi a vizet, majd ennek peremén a gyűrűs izmokat összehúzza, s a víz sebesen áramlik ki a szűkületen.

A medúzákhoz hasonló áttetsző testű szalpák, ezek a zsákállatok törzséhez tar­tozó különös lények valóságos kétütemű szivattyúrendszert dolgoztak ki. Száju­kon át először testüregükbe szívják a vi­zet, majd a beömlö-szelepet lezárva, a testüreg izomkötegeinek összehúzásával préselik ki. A szitakötő lárvája a létfon­tosságú légzéssel kapcsolta össze a sugár­hajtást. Ahhoz, hogy kopoltyúszerü lég­zőszervei oxigént vehessenek fel a vízből, állandóan friss víznek kell átáramlani az állat testén. Ezért az elöl beszívott vizet hátul kipréseli, így veszély esetén akár félméteres lökésekkel menekülhet táma­dója elől.

A tengeri fésűskagylók héjpereme kö­rül két izmos köpenyszegély alkot olyan szoros vízszigetelést, mint a fémfedelü konzcrvüvegek gumigyűrűje. Csak a csuklóspánt tövében van kétoldalt egy- egy apró nyílás. Amikor a kagyló hirtelen összezárja héjait, víz lövell ki a nyíláso­kon, s az állat még idejében elkerülheti a barátságtalan találkozást például egy tengeri csillaggal.

A lábasfejüek sok faja is jól ismeri ezt a „mentőrakéta”-elvet. A közönséges tin­tahal rendszerint körgalléros uszonyának hullámoztatásával úszkál, ám ha mene­külnie kell, vízzel szívja tele hasoldali kö­penyüregét, szívónyílását gyorsan lezárja két nyomógombszerü porclcmczzel, majd a zsák másik nyílásán szorítja ki a vizet. Vízsugárhajtásának tökéletességére jel­lemző, hogy a mérések szerint 54 km/óra sebességet is elérhet.

Úszásuk stabilizálására a lábasfejüek romboid alakú vízszintes kormánysíkot használnak, és fúvókájuk finom irányvál­tásaival kormányozzák magukat. A nyolclábú közönséges polip általában mulatságos balettléptekkel jár a tenger­fenéken, de veszély esetén szintén sugár­hajtásra kapcsol, és másodpercenként öt lökéssel halad előre.

Jó széllel idegen partra

„Szegény ember vízzel főz” – tartja a régi közmondás. Ez leginkább a vízfelszínen kalandozó hólyagmedúzákra érvényes, amelyek önálló hajtóenergia híján a szelet hívják segítségül hosszú és viszontagsá­gos tengeri utazásaikhoz. A portugál gá­lyának nevezett élő vitorlás – amelyen polipok és medúzák laknak békés társ­bérletben – egyetlen nagy léghólyag fel­hajtóerejét hasznosítva lebeg a vízfelszí­nen. Kékes színű fogófonalai kuszán csüngnek a vízben, sokszor 50 méter mélyre is lenyúlnak.

A léghólyag felső részén bíborszínü ezüstös fésű található – ez a portugál

Mint a vízbe ejtett léggömb, olyan könnyedén úszik a felszínen az arasznyi hosszúságú Physalia hólyagmedúza. A tetején húzódó csillogó sáv a vitorla, amelybe a legenyhébb szellő is belekap. Zsákmányszerző fogófonalai a fordulatok végrehajtásánál és a sebesség szabályozásánál is segítenek

gálya vitorlája. Ha enyhe szél kerekedik, kifeszíti vitorláját, fogófonalait még mé­lyebbre ereszti, és úgy kormányozza ma­gát, hogy kb. 40-45 fokos szöget zárjon be a széllel. Számításba veszi a vízáram­lás irányát is. Fogófonalait a vitorlások vészhorgonyához hasonlóan mindig a szél, az áramlás és haladás irányának há­romszöge szerint állítja be. Időnként ten­gelye körül megfordulva manőverezik.

Az apró gályák azonban nem egyfor­mák. Egyetlen különbség van közöttük: egyikük vitorlája csak balról, másikuk vitorlája csak jobbról érkező szélben mű­ködőképes. így idővel a két típus a világ­óceán két különböző pontjára hajózik, ezért a tudósok sokáig azt hitték, két fajtájuk létezik. Miért különböznek egy­mástól? Még ma sem tudjuk. A vitorlás „gályák” azonban kétségtelenül jó közle­kedési eszközök: 680 cm/mp sebességű szélben 0.5-9.0 cm/mp-es felületi víz­áramlásban csaknem tíz kilométeres óránkénti sebességgel suhannak titokza­tos úticéljuk felé.

A vitorlás medúzák – a velellák – in­kább úszó csészealjra emlékeztetnek. 30 cm átmérőjű korongjukon S alakban haj­lított vitorla található. Közöttük is egyen­lő arányban fordulnak elő bal és jobb vitorlaállású egyedek. Az ember alkotta vitorlások jóval tökéletesebbek, mert a vízszintes vitorlarúd (a boom) átfordítá­sával követhetik a szélirány változását,

A portugál gálya (a Physalia) a szél energiáját hasznosítva siklik a felszínen. Amikor kedvező a légáramlás, zavartalanul halad úticélja felé (I). Ha azonban hirtelen megfordul a szél (például 90 fokkal), kedvezőtlen helyzetbe kerül a vitorla (2). A Physalia manőverezni kezd : fogófonalainak horgonyába kapaszkodva lassan elfordul (3), majd élével csaknem szembekerül a széllel (4). végül továbbfordulva, ellenkező irányban folytatja útját (5)

miközben a hajó megtartja eredeti irá­nyát. A velella viszont, ha fúj a szél, mindig úgy helyezkedik el, hogy vitor­lája 25-30 fokos szöget zárjon be a szél­lel. így a legenyhébb légáramlat is köny- nyedén lendíti előre.

A rovarok a ..hároméltű” jármű régi álmát valósították meg a természetben. A csíkbogár például fut, repül és úszik, testének három része (a fej, a tor és a potroh) egymásba olvadva olyan áram­vonalas karosszériát alkot, mintha gon­dos hidrodinamikai mérések alapján ter­vezték volna. A 3 cm hosszú bogár még a súrlódás csökkentéséről is gondosko­dik: kemény kitinburkolatára olajos vá­ladékból von finom réteget. Nem csoda, hogy rövid ideig másodpercenként akár 60 cm-es sebességgel is száguldhat a vízen,

A csíkbogár (lent) fut. repül és úszik, a keringöbogár nagy sebességgel száguld a vízen (jobb oldalt)

ami arányos nagyításban egy motorcsó­nak sebességének felel meg.

De a rekordot a pöttömnyi, 4 6 mm hosszú keringöbogár tartja. Tökéletes mechanizmussal rendelkezik: lábai csuk­lós evezők, amelyek másodpercenként 50-60 csapással mozognak. Evezői mind­össze 0,01 mm vastagok, és önműködően összecsukódnak, haclörehúzza őket, hát- ratoláskor viszont kifeszülnek, így közeg­ellenállásuk 40-szeresre növekszik. Film­felvételek mutatják, hogy a bogár mi­lyen villámgyorsan kezeli evezőit: mind­össze 4 milliomod másodperc alatt len­díti őket előre. A bionika kutatói ugyan tanulhatnak ettől a parányi rovartól!

Száraz lábbal a vízen át

Vannak olyan állatok is, amelyek a vízen sétálnak. Ez nem meglepő egy fizikus szá­mára, aki jól tudja, hogy a nyugodt víz­felszínen feszes hártyát alkotnak a víz­molekulák. Ha borotvapengét lapjával ejtünk egy pohár vízbe, nem süllyed el, pedig nehezebb a víznél. Ugyanígy ma­radnak fenn ezen a láthatatlan hártyán a vízipókok, a molnárpoloskák is vízta­szító papucsaik segítségével.

Sokáig rejtélyesnek tűnt, hogy ezek a vízfelszínen könnyedén korcsolyázó pa­rányi rovarok miként tudnak partot érni. Egy üvegtartály falán a víz lejtős peremet

A tófenékre vetődő árnyék leplezi le a molnárkát. Hosszú, vékony lábai alatt rugalmasan behajlik a víz felületi hártyája, amint ezt fekete „papucsai” mutatják

alkot. Amikor például egy molnárka ne­kifut ennek a „lejtőnek”, már félúton vissza kellene csúsznia, mert lábának nincs mibe kapaszkodni. És mégsem csú­szik vissza. René Baudoin francia kutató­nak sikerült megfejtenie ezt a talányt. Megfigyelte, hogy a kicsiny szemesholy- va,ez a holyvák családjába tartozó bogár a lejtős vízfalnak nekiszaladva, hirtelen olyan anyagot termel, amely többé nem taszítja, hanem vonzza a vizet. Lába át­nedvesedik, s ettől a pillanattól fogva már a vízlejtőbe kapaszkodva ugrik a partra. Egy másik faj még vegyszert sem használ, csupán egyszerű fizikai trükköt alkalmaz. Ha felszalad a meredek vízlejtön, félúton egyik lábának erős ütésével átszakítja a felületi hártyát. így a lábához tapadó víz már nem engedi lecsúszni – egyetlen len­dülettel vetődhet partra.

A törzsfejlődés folyamán évmilliók alatt „kísérletezték ki” a különféle állat­fajok mindazokat a módszereket, ame­lyek a legkisebb energiabefektetéssel te­szik lehetővé mozgásukat a csend vilá­gában. Az úszási módszerek tökéletessége általában az egyes állatfajok szerveze­tének fejlettségével arányos, de szorosan összefügg az állat életmódjával is. Ezek a feltételek határozták meg egy-egy öt­letes „találmány” kialakulását. De kü­lönleges esetekkel is találkozhatunk. Az édesvízi hidra például minden más úszási formát sutba dobva, apró cigánykerekek­kel halad előre. A víz alatti talajon állva előbb hétrét görnyed, tapogatóit a talajra helyezi, karjaival kézállásba lendül, majd ebből a helyzetből ismét talpra áll. A bio­nika még értetlenül áll e mozgásformák előtt. Bizonyos, hogy nem véletlenül ala­kult ki a hidra különös mozgása, és szük­ség esetén talán a technika is sikerrel al­kalmazhatná. A vízi világ haladási mód­szereinek tanulmányozása kétségtelenül sok meglepetést tartogat még a bioniku­sok számára.

Ló és lovasa szinte száll a levegőben. A négy láb rendkívül hasznosnak bizonyult az állatvilág törzsfejlődésében, de bizonyos fajok sikeresen illeszkedtek be környezetükbe a helyváltoztatás egyéb módszereivel is