Greguss Ferenc – Eleven találmányok (PDF könyv átirat)

HIÁBA KERESSÜK A KEREKET

Floridában nemigen merészkednek a ku­tyák a kisebb tavak partjára. Attól fél­nek, hogy megharapja őket egy hal. Aggodalmuk nem alaptalan, mert a ve­szély valóban ott leselkedik rájuk a par­ton mászkáló angolnaharcsák alakjában. Ez a ragadozó halfaj Dél-Ázsia és Ceylon vizeiben él, de Floridában is megho­nosították. Itt kezdődött a baj. A har­cias állat, amely fél méter hosszúra is megnőhet, nemcsak a vízben támadja meg a kisebb halakat, hanem a száraz­földre is kimerészkedik. Kopoltyújában olyan hólyag található, amelynek vér­erekkel gazdagon átszőtt fala közvetlenül a levegőből választ ki oxigént. így az állat több órán át tartózkodhat a szára­zon, miközben izmos mell uszonyaira tá­maszkodva halad előre, és még egy ku­tyát is megtámad, ha útját állja a kí­váncsi eb.

Ez a különös hal szinte élő bizonyítéka a több mint 350 millió évvel ezelőtt vég­bement fejlődésnek. A víziállatok kime­részkedtek a szárazföldre, hogy megves­sék lábukat – vagyis akkor még uszo­nyukat – a part menti ingoványokon. Róbert Silverberg amerikai író szinte köl­tőien érzékelteti ezt a folyamatot Tower of G láss című regényében: „.. .egyetlen ember sem létezett, csak hal volt. Egy síkos valami, kopoltyúkkal és pikkelyek­kel és kis kerek szemekkel. Az óceán mé­lyén élt, és az óceán olyan volt, mint a börtön, és a levegő olyan volt, mint egy tető a börtön felett. Senki sem tudott át­hatolni a tetőn. Meghalsz, ha felmész – mondta mindenki, és a hal felment és meghalt. És volt egy másik hal, amelyik felment és meghalt. De volt egy másik hal, és felment, és úgy érezte, mintha fejbe lőtték volna, és a kopoltyúi tüzeltek, és a levegő fullasztotta, és a nap fáklyaként égett a szemében, és feküdt a mocsárban, várva a halált, és nem halt meg. Vissza­kúszott az öböl szélére, a vízbe merült, és azt mondta: »Nézzétek, odafenn egészen másféle világ van.« – És újból felment, és ott maradt vagy két napig, és aztán meghalt. És más halak is kíváncsiak vol­tak arra a világra. És felkapaszkodtak a sáros partra. És ott maradtak. És meg­tanulták, hogyan kell levegőt lélegezni. És megtanulták, hogyan kell felállni, ho­gyan kell körbesétálni, és hogyan kell élni, szemükben a napsugarakkal…”

Ebből persze nem derül ki pontosan, hogyan alakultak ki a négylábú állatok, de a folyamat félreismerhetetlen. A vízi­állatok még úgy éltek – mint a hal a víz­ben. Nem kellett törődniük saját súlyuk­kal, remek merülőtartályuk (úszóhólyag­juk) révén súlytalanul lebegtek. Amint azonban valamelyikük felkapaszkodott a partra, meg kellett őriznie egyensúlyát, az „élére” állított hal ugyanis azonnal eldől.

Legalább két oldaltámaszra volt szük­ség, így a fejlődés évmilliói alatt a szá­razföldre látogató halak uszonyai egyre merevebbé váltak, és csontok fejlődtek bennük. A hal most már úgy állt két mell­uszonyán és a farkán, mint a háromlábú asztal. Később a medenceöv tájának

Amikor az állatok törzsfejlődése során a halak kimerészkedtek a szárazföldre, testük fokozatosan alkalmazkodott az új környezethez. így alakultak ki uszonyaikból a lábak. I: A sokúszós csukák családjának tagjai pihenéskor még napjainkban is húsos nyelű mellúszóikra támaszkodnak. 2: A tüdöshal szintén mellúszóira nehezedik, és lélegzésre is képes. 3: A bojtosúszós halak pikkelyekkel borított nyelű úszói már végtagokra emlékeztetnek. 4: A Labyrinthodontáknak nevezett kihalt kétéltűek a bojtosúszós halakból fejlődtek ki. 5: Pihenő helyzetben a gyíkok mellső lábukkal már felemelik testüket a talajról. 6: A tapadó gyíkok négy lábukon magasra emelkedve futnak a földön

uszonyai is egyre merevebbé váltak, a hal felemelhette testét a földről. Uszonyai la­posan támaszkodtak a földre, ami meg­könnyítette mozgását a sáros, mocsaras talajon. Ezekből a támasztóuszonyokból fejlődtek ki később a végtagok. Felépíté­sük meglepően hasonlít az ember karjá­hoz és lábához: először csak egy egyenes csont alakult ki. amely mintegy vízszin­tesen merevítette az uszonyokat (a fel­kar). majd ehhez két rövidebb csont csat­lakozott függőlegesen (az alkar), végül a talajra terülő uszonyrészben alakultak ki a kéztő- és kézközép-csontok. valamint az ujjak.

Ez a Z alakú szerkezet négy helyen nyúlt ki az állat testéből. A kétéltűek és a hüllők teste már ilyen felépítésű. Ezek a lábak csaknem mereven csatlakoznak oldalról a gerincoszlophoz, s a legbizto­sabb alátámasztást nyújtják, mert az állat súlypontja közel van a talajhoz. A gyí­kok éppen ezért képesek meredek sziklá­kon is felkúszni, súlypontjuk nem húzza hátra őket. Ezért is tudnak futás közben olyan villámgyorsan „lefékezni”. A törzs­fejlődés további útján a lábak egyre töké­letesebbé váltak, és egyre jobban kiegye­nesedtek. A ló súlypontja már olyan ma­gasan van, hogy ha egy 30 fokos dőlés­szögű deszkalapra helyezik élethü mo­delljét, nem áll meg rajta, hanem hátra­bukik.

Az állatok törzsfejlődése tehát a lábak kiegyenesedését és megnyúlását hozta magával. A talajra támaszkodó lábak négyszöge a gyíkoknál, krokodiloknál nagyobb, mint maga a test. Később a lá­bak a test alá kerültek, a négyszög össze­szűkült. Gyorsabb mozgás vált lehetővé, de csak kevésbé egyenetlen talajon. Amit a lovak, antilopok nyertek a réven, elvesz­tették a vámon. A kisebb támasztónégy­szög azt jelenti számukra, hogy súlypont­juk is könnyebben kibillen.

Ez valójában nem veszteség, csupán a sebesség és az egyensúly összehangolásá­nak egyik szélsőséges példája. Minden állat testének felépítése ezt az egymással szemben álló két követelményt igyekszik összebékíteni. A ..földszintes” állatok e képzeletbeli ..kétkarú mérlegnek” azon a végén helyezkednek el, ahol viszonylag kis sebességért biztos egyensúly kárpó­tolja őket. A patkányok, egerek és más rágcsálók valahol a mérlegkar közepe tá­ján találhatók, a gyorsan és kitartóan futó patás állatok viszont a sebességoldalon képviselik a másik végletet.

Miért nem borul fel a ló?

James Gray angol professzor, aki beha­tóan tanulmányozta az állatok mozgását, érdekes mechanikai ..trükköt” figyelt meg a négylábúakon: súlyuk nem egyenlete­sen oszlik el mind a négy lábon. Hogy miért van erre szükségük, gondoljunk előbb egy asztalra. Helyezzünk a köze­pére képzeletben egy súlyos lexikont, és próbáljuk meg észrevétlenül kivenni az asztal valamelyik lábát. Nem megy! Az asztal azonnal felborul. A négylábú álla­tok mégsem borulnak fel, ha felemelik valamelyik lábukat. Vajon miért?

Az asztal súlypontját a nehéz lexikon alkotja. Ha meghúzzuk az asztal téglalap­jának két átlóját, a könyv éppen a keresz- tezödési pontban van. Ezért borul fel az asztal. De most toljuk kissé előbbre a lexikont. Ekkor máraz asztal valamelyik hátsó lába észrevétlenül kiemelhető. A le­xikon-súlypont a három merev láb alkot­ta háromszögön belül van. Ez a szilárd alapállás legfontosabb feltétele mozgás közben.

Három láb is elég ahhoz, hogy a ló szilárdan támaszkodjék. Kissé előredőlve súlypontja azon a háromszögön belül van, amelyet két elülső és jobb hátulsó lába zár be. Bal hátulsó lábát bármelyik pillanatban felemelheti

E törvényszerűség alapján két csoport­ra oszthatók a négylábú állatok. Az első típusba tartozók súlypontja mellső lá­bukhoz van közelebb. Ha nyugodtan áll a ló, gyakran felemelve tartja egyik hátsó lábát. Megteheti! Elülső két lába és tá­maszkodó hátulsó lába olyan háromszö­get alkot, amelyen belül van súlypontja, sőt ha valaki felbosszantja, félelmetes erővel rúg hátra, anélkül hogy elveszítené egyensúlyát. Erre képesek a tehenek is, ezért járt pórul a kíváncsi Mehemed Móricz Zsigmond ismert gyermekversé­ben.

A másik csoportban a nyulak, móku­sok és medvék találhatók. Minthogy súly­pontjuk a hátulsó két lábhoz van köze­lebb, bármikor könnyedén felállhatnak; gondoljunk csak a mogyorót rágcsáló mókusra vagy a cirkuszi medvékre. Ha a

Rugókkal modellezett állatláb. Minthogy a talaj súrlódása nem engedi elmozdulni a láb végét, ezért a test tolódik előre. A jégen azért nehéz járni, mert ilyenkor hiányzik a támasztó súrlódás

súlypont a két hátulsó láb mögé kerül, az állat hátrabukik. Hacsak nem támaszt­ja meg testét. A természet ezt a lehető­séget is kipróbálta: a kenguruk például vastag, erős farkukra támaszkodva áll­nak két lábon, és hatalmas ugrásokkal közlekednek.

A technika világában természetesnek tűnik, hogy a gépkocsik kerekeken gör­dülnek, de a természetben nyomát sem találjuk ilyen megoldásnak. Az élővilág­ban nem fejlődhetett ki olyan „alkatrész”, amely tengelye körül többször körbefor­dul, hiszen az állatok végtagjait idegek és vérerek hálózzák be, amelyek azonnal el­szakadnának a végtag forgása közben. Hogyan működnek tehát a lábak?

Olyan kereket képzeljünk el, amelynek hat küllője van, és azonnal fény derül a természet egyszerű szabadalmára. Ez a hat küllő hat lábbal helyettesíthető úgy, hogy a talpak egymásba érnek. De a ke­rék folyamatos gördüléséhez nincs is szükség mind a hat lábra. Egyszerűen megtakarítható belőlük négy, ha az a láb, amely a folyamatos gördülés közben ép­pen felemelkedett a talajról, a másik elé siet, és mire rákerül a sor, újból a földre támaszkodik. Lényegében így jár az em­ber is.

A gépkocsihasonlat annak megértésé­ben is segít, hogy a lábak miként viszik előre a testet. Különböző áttételek révén a motor elfordítja a kereket. Minthogy a gumiabroncsok a talajhoz tapadnak, a forgatóerő visszahat a gépkocsira, és ma­gát a kocsit tolja előre. A két láb „haj­tásához” olyan izmokra van szükség, amelyek elfordítják a talajnak feszülő lá­bat. A lábizmok összehúzódnak, s eköz­ben maga a test mozog előre. Amikor az egyik láb már elvégezte feladatát, felemel­kedik, és súlyánál fogva az ingához ha­sonlóan lendül újból előre. Ha mozgását az izmok gyorsítják, sebesebb a járás.

Lábak a levegőben

A négylábú állat járásának biztonsága abból következik, hogy haladás közben mindig csak egy lába van a levegőben. Ilyenkor még bármelyik pillanatban meg­állhat, ha veszélyt érez. Elvileg hatféle sorrendben rakosgathatok egymás után a lábak, de az egész négylábú állatvilágban legtöbbször ez a változat figyelhető meg: a bal hátulsó lábat a bal elülső emelése követi, majd a jobb hátulsó láb követke­zik, végül a jobb elülső láb zárja a négy­ütemű lépést. így megint ugyanolyan test­helyzetbe kerül az állat, mint ahogy elin­dult, tehát zavartalanul folytathatja a já­rást. Betűkkel jelölve – BH (bal hátulsó), BE (bal elülső), JH (jobb hátulsó), JE (jobb elülső) – a következő végtelen sort kapjuk: BH-BE-JH-JE-BH-BE-JH-JE- BH-BE-JH-JE. Ebből a sorból bárhon­nan kiemelhető egy négyütemű szakasz! így látszólag más lesz a lábak sorrendje, de a négylábú járás szempontjából ez mit sem változtat az alapképleten.

Miért éppen ez a sorrend alakult ki? Az állatok törzsfejlődésének logikus lán­colatából következik. Amikora kétéltűek megvetették lábukat a szárazföldön, mozgásuk még őrizte a halak S vonalú hullámait. A gyík, a tarajos gőte, de még a béka gerincén is ezek a testhullámok futnak végig haladás közben. S minthogy lábaik meglehetősen mereven vannak „beakasztva” a gerincbe, a lábak emelési sorrendjét is a gerinc hajlása határozza meg.

Ez a mozgási sorrend rendkívül hasz­nosnak bizonyult a későbbi fejlődés során a magasabb rendű állatok számára, de már a hüllők is élvezik előnyeit. Járás közben talajhoz tapadó három lábuk mindig olyan háromszöget alkot, amely biztosan támasztja testüket. A járás tehát a lábak alkotta háromszögek sorából te­vődik össze, s az állat súlypontja a gerinc hajlása következtében mindig abba a há­romszögbe tolódik át, amelynek sarkait a földön nyugvó lábak alkotják. Ezzel a módszerrel egy kényelmes béka akár 400 métert is megtehet óránként, ha nincs kedve ugrálni.

Vadászat vagy menekülés közben azonban növelni kell a sebességet. Ilyen­kor az állatok érdekesen gyorsítják járá­sukat. Sorrendben következő lábuk már akkor felemelkedik, amikor az előző még nem ért talajt. Nem várják meg, hogy ki­alakuljon a biztonsági háromszög. A filmfelvételek tanúsága szerint ezt a trük­köt már a béka is ismeri. Testének súly­pontja két támaszkodó lábának átlója mentén billen át, mialatt másik két lába (például a bal elülső és a jobb hátulsó)

A gyorsan sétáló béka jobb elülső lábát nyújtja előre (1). De nem várja meg, amíg ez földet ér, hanem már bal hátulsó lábát is emeli (2). A két támaszkodó láb átlóján átbillenve (3), végül ismét biztonságos háromszögállásba kerül (4). Súlypontját a kék pont jelzi

egyszerre van a levegőben. Ez kétségtele­nül meggyorsítja járását, hiszen nem kell megvárnia, amíg bal elülső lába földet ér, hogy csak azután emelje a jobb hátulsót. A béka ezt a gyorsítást minden négyüte­mű járási szakaszban kétszer tudja meg­csinálni.

A ló és a többi patás állat továbbfej­lesztett módszert használ. Járás közben a ló egyik lába mindig a levegőben van! Sőt ha teljes lépését – mialatt lábai ismét a kiinduló helyzetbe kerülnek – nyolc szakaszra osztjuk, megfigyelhetjük, hogy négy szakaszban egyszerre két lába van a levegőben. Csak ügyességi versenyeken látható néha olyan gépkocsi, amely két oldalsó kerekére billenve halad. A ló ugyanezt könnyedén megcsinálja két lá­bával anélkül, hogy odafigyelne.

Az ember ősidők óta figyeli az állatok járását, s a barlangrajzoktól a XX. szá­zadi festményekig évezredeken át igyeke­zett megragadni a négy láb mozgásának egyes pillanatait. Nem sok sikerrel! Hi­szen a négylábú állatok járása csak azóta elemezhető pontosan, amióta fényképe­ző- és filmfelvevő gépek állnak a kutatók rendelkezésére. Furcsa módon az első kezdetleges mozgástanulmányok óta nem jelent meg sok leírás az állatok mozgá­sáról. A ló járásának és futásának elem­zésére például még ma is az angol E. J. Muybridge elég kezdetleges felvételeit használják. A lelkes kutató annyi fény­képezőgépet helyezett el a lovaglópálya mentén, ahány képkockán akarta rögzí­teni a ló járását. Mindegyik kamera zár-

◄ Siető tarajos gőte mozgása. Először jobb elülső lábát nyújtja előre (1-7). azután bal hátulsó (8 14). majd bal elülső lába következik (15-21), végül a jobb hátulsó zárja a teljes lépést (22 28).

Ha lassan jár. mindig három lábára támaszkodik. Itt megfigyelhető, hogy mozgó lábával együtt átellenes végtagja is előrecsúszik közben kioldójáról vékony fonalat vezetett a pá­lya túlsó széléig. Amint a ló haladt, sorra elszakadtak a szálak, és a kamerák expo­náltak. Ma is meglepő, hogy a türelmes fotóamatör 1870 táján már olyan fényké­peket készített, amelyek hatezred másod­perces megvilágítási idővel rögzítették egy vágtató ló mozdulatait.

A mozgáselemzés még napjainkban is sok gondot okoz a kutatóknak. Lewis S. Brown amerikai biológus például egy­szerű modellt készített falapokból, ru­dak ból és golyókból. Az alkatrészeket könnyen mozgathatóan erősítette össze, így a kis szörnyszülött, ha nem is hason­lított egyetlen négylábú állatra sem, mégis segítséget nyújtott a járás kérdéseinek tisztázásában.

Számos fénykép- és filmfelvétel átta­nulmányozása alapján Brown pontosan ugyanazt a mozgássort kapta, amelyet James Gray pusztán elméleti úton veze­tett le. A tréfásan tudományos nevű mo­dell – a Carneirotherium – nyolc moz­dulata rögzíti legpontosabban a teljes lé­pés egyes szakaszait. Már az indulása is érdekes! Brown megfigyelése szerint nyu­godt álló helyzetből a ló mindig úgy indul, hogy bal hátulsó lábát emeli először, akárcsak a többi négylábú állat. Ha a ló csak arrébb poroszkál, néha a másik lábát emeli először, de nem tesz meg egy tel­jes lépést. Nem is tehet, mert akkor lé­pészavarba kerül.

A teljes lépés nyolc szakaszának elem­zését legjobb azzal a helyzettel kezdeni, amikor a két hátulsó láb és a jobb elülső láb háromszöge biztosan támasztja alá a ló testét. Ilyenkor a bal elülső láb éppen előrelendül. A 2. mozgásszakaszban a ló már felemeli a jobb hátulsó lábát is, ami­kor a bal elülső még nem ért földet. A test súlypontja ekkor a bal hátulsó és a jobb elülső láb átlója körül billen előre. A 3. szakasz ismét biztos pillanat: a két

Nyugodt járás közben a legtöbb négylábú állat hol három, hol két lábára támaszkodik váltakozva. A ..bizonytalan” kétlábú szakaszokat mindig a biztos alátámasztás háromlábú szakaszai követik. Az egyszerű modell (a Carncirothcrium) egy teljes lépés nyolc mozdulatát mutatja be

„átlós” láb és a földre érkező bal elülső láb alkot háromszöget.

A 4. szakasz a legérdekesebb. A ló nem várja meg, amíg előrelendülő jobb há­tulsó lába földet ér, hanem felemeli jobb elülső lábát is. Néhány pillanatig két bal lábára támaszkodva egyensúlyoz! Moz­gás közben ez nem is megy nehezen, mert amikor a 3. szakaszban háromszögállás­ba billen a test, egyúttal oldalra lendül a súlypont, így a 4. szakaszban az állat könnyebben egyensúlyoz két oldalsó lá­bán.

De ez a bizonytalanság nem tart soká­ig. Az 5. szakaszban földet ér a jobb há­tulsó láb, így ismét szilárd háromszögön nyugszik a test. Ezután ugyanaz a moz­gássorozat ismétlődik, mint az első négy szakaszban, csakhogy most úgy emelked­nek az állat lábai, mintha az előzőkhöz képest egy oldalt álló tükörben látnánk mozgását. így az 5. szakasz háromszöge után ismét „átbillenés” (6.), majd egy elül­ső háromszög (7.) következik, végül két jobb lábára billen az állat (8.), s a 9. moz­gásszakasz már pontosan egyezik a kiin­duló szakasszal.

Ez a lójárás valójában nem olyan bo­nyolult, mint amilyennek a leírásból tű­nik. A Carneirotherium mozdulatainak rajzsorozata mindennél ékesebben beszél. De arra is figyelmeztet, hogy ezek a vil­lanásnyi szakaszok rendkívül nehezen figyelhetők meg az állatok járása közben. Nem csoda, hogy egy-egy téves mozdu­latrajz évezredeken át öröklődött a mű­vészetben az ókori görögöktől napjain­kig. L. S. Brown véleménye szerint a világ valamennyi festményének és szobrának több mint a felén hibás az állatok moz­gásábrázolása.

A hibás ábrázolás hagyománya néha kormeghatározó jelentőségű. Ez is segí­tette a kutatókat abban, hogy a New York-i Metropolitan Művészeti Múzeum egyik állatszobrát leleplezzék. 1967-ben fogott gyanút az egyik muzeológus, hogy a 2400 évesnek hitt görög bronzlovacska hamisítvány. Az egymásnak ellentmondó adatok sorában érdekes, döntő érv akadt: a szobor csaknem tökéletesen ábrázolja a ló mozgását, tehát nem valószínű, hogy görög művész készítette. A hamisító ép­pen a helyes mozgásábrázolással hibá­zott.

Most már magunk is vadászhatunk a művészettörténeti könyvekben vagy a te­reken olyan lovakra, amelyek ha megele­venednének, azonnal belezavarodnának lépteikbe, vagy a következő pillanatban éppen felborulnának. Rómában a Piazza dél Campidoglión áll például Marcus Aurelius római császár remekbe készült lovas szobra. De hiába a drága érték, az aranyozott bronz, ez sem tünteti el a mű­vész tévedését: a ló természetes járásában ilyen mozgáspillanat nem létezik. Ez per­sze mit sem von le az alkotás művészi értékéből; a művészi mondanivalón van a hangsúly, nem a megjelenítés pontossá­gán. Érdekes, hogy Donatello, majd Ver- rocchio, a reneszánsz kor két nagyszerű művésze, akik példaképnek tekintették ezt a szobrot, talán észrevették ezt a hibát.

A ló nyugodt járásában tökéletes szépséggel tűnnek elő a szabályos ritmus sinusvonalai. A négy görbe a négy láb helyzetét jelzi: melyik van a levegőben és melyik a talajon az egyes szakaszokban.

A talajszinten a görbék metszéspontja azt a pillanatot jelzi, amikor egy láb

éppen földet ér vagy felemelkedik. (BH = bal hátsó. BE = bal első, JE = jobb első, JH = jobb hátsó láb)

Marcus Aurclius császár lova most kezdi emelni bal hátulsó lábát, hogy szilárd háromszögállásból átbillenjen jobb hátulsó és bal elülső lábának állóján. Csakhogy a természetes lójárásban ilyen hegyesszögű háromszög nem alakul ki. mert ennek támasztóterülete kisebb, mintha a jobb elülső lábbal alkotna háromszöget. Andrea Vcrrocchio mester a mintaképül választott szoborhoz képest

nyilván ezért cserélte fel Colleoni zsoldosvezér lovának két elülső lábát. Voltaképpen még ez sem tükrözi pontosan a természetes lójárás pillanatát, mert egyes szakemberek szerint ezeket a lovakat

a himbáló ritmusú tevejárásra tanították be

mert Gattamelatát, illetve Colleonit már olyan lovakon ábrázolták, amelyek való­di járás közben dermedtek örök mozdu­latlanságba.

A teve és a zsiráf más ritmusban rakos­gatja lábait. Anna Innis Dagg svéd ku­tató, aki főként a járás közben mozgó zsiráfnyakra volt kíváncsi, fényképeinek elemzéséből arra következtetett, hogy a „póznanyakú” állat hol a jobb, hol a bal hátulsó és elülső lábát lendítve halad elő­re. Ebből a szempontból P. P. Gambar- jan szovjet kutató 1972-ben megjelent könyve nyújtja a legteljesebb összefog­lalót a különféle négylábú állatok haladá- 44 sí módszeréről. Csak ennek olvastán le­pődhetünk meg igazán, hogy a lábak sok­féle mozgásának ritmusa milyen nehezen szorítható néhány alapképletbe a sétától a rohanásig. Itt csak arra van lehetősé­günk, hogy a legáltalánosabb mozgási típusokat vegyük szemügyre.

A zsiráfot még a nyaka is segíti ebben a furcsa járásban: a mozgáselemzés azt mutatja, hogy haladás közben hol előre- hajlik. hol ismét hátralendül. Ha táblá­zatba foglaljuk a hajlásszögeket, ismét megjelenik a sinusvonal, s összevetve a járással, meglepő az egyezés: amikor az állat két lábra „billen”, a nyaka is előre

Pillanatképek a négylábú járás szakaszaiból. A kép közepén ballagó elefánt éppen háromszögállásba került, eközben nyugodtan emeli bal hátulsó lábát

A mexikói fehérfarkú öz éppen bal elülső és jobb hátulsó lábának átlóján billen át. Az ügető zsiráf balra dől. amint bal elülső és bal hátulsó lábára helyezi át súlypontját

A teve járási ritmusa nem olyan egyenletes, mint a lovaké. De ebben is megfigyelhető olyan pillanat, amikor az állat két oldalsó lábon lendül tovább

hajlik, ami szintén lendületet ad. A hátsó háromszögállásban viszont hátrahajlik, hogy a súlypont a háromszögön belül maradjon.

Noha az állatok járás közben végzett fejmozgásáról még nem sok elemzés je­lent meg. bizonyos, hogy minden négy­lábú állat nyakának hajlásszöge pontos ritmusban van járásával. Sőt valószínű, hogy segíti az ütemes mozgást. Ha a ló például felemeli fejét, súlypontja kissé hátrább tolódik, leszegett fejjel pedig súlypontja előbbre kerül. A nyak ..játé­kában” így hasonló hullámmozgás figyel­hető meg, mint ami a halaktól a hüllőkön keresztül a négylábú emlősökig öröklő­dött valamennyi állat mozgásában a törzsfejlődés folyamán. A ritmikus sinus­hullám tökéletesen bevált!

Sétáló gépek

Mennyivel könnyebb dolguk volt lóháton kocogó őseinknek! Bármerre indultak, erdön-mezön kényelmesen barangolhat­tak. A városi gépkocsik áradatában las­san elfelejtjük, hogy lovak is léteznek. A diadalmas kerék végiggördül az egész világon – legalábbis ott. ahol utak van­nak. mert a sziklás, homokos területeken már rendszerint csődöt mond.

Korunk mérnökei egyre világosabban látják, hogy a kerék nem mindig áll helyt a közlekedésben. Néha jobb szolgálatot tennének a géplábak, csak az a kérdés, hány lábuk legyen az efféle járműveknek. A természet ugyanis bőséges választékot kínál. Valószínűleg az a dél-afrikai ..óriás ikerszelvényes” tartja a rekordot, amely­nek összesen 680 lába van. Hogyan lehet ennyi lábbal közlekedni? Aránylag egy­szerűen. Mindegyik láb egy pillanattal később érinti a talajt, mint az előző. Aho­gyan a lábak mozgatási parancsa végig­fut az állat testén, úgy emelkednek a le­vegőbe és ereszkednek a talajra az apró végtagok. Oldalról nézve így a megnyúlt testű állat végtagjain az ismert hullám­mozgás fut végig. Amilyen sebesen halad hátrafelé ez a látszólagos hullám, ugyan­olyan sebesen halad előre maga az állat.

Ennek mintájára az angol M. W. Thring professzor terepjáró „százlábúit szerkesztett, de modelljének mozgását lé­nyegesen leegyszerűsítette. A rugózó lá­bak végtelenített acélszalagra erősítve jönnek előre a jármű alján, így hozzájuk képest a jármű mozdul előre. Amelyik láb a gép végén felemelkedik a talajról, a fu­tószalagon ismét elörevándorol, hogy újabb támaszul szolgáljon. A számítások szerint ez a teherszállító jármű óránként 50 km-es sebességet is elérne, ha megépí­tenék. De még túl kezdetleges ahhoz, hogy valódi méretű példányt készítsenek belőle.

Nyolclábú kocsit viszont életnagyság­ban is készítettek már az amerikai űrku­tatási hivatal szakemberei. A gép válto­gatva emeli négy-négy lábát, így egyenet­len talajon is könnyen közlekedhet. Kor-

Féltonnás terhet vihet úttalan utakon az amerikai gépló. Szerkezeti felépítésében az a legfurcsább, hogy hátulsó lábai ugyanabban az irányban törnek meg. mint az elülsők. Holott minden négylábú állat hátulsó végtagjának „térdhajlata” hátrafelé néz

mányzása egyszerű, villanymotorját ak­kumulátorok táplálják, kezelése szinte gyerekjáték. Egyik felhasználási lehetősé­ge a béna gyermekeken segít: ilyen kocsi­ban ülve még lépcsőkön is felmehetnek.

1970-ben egy gépló kísérleti példánya is elkészült. A 3,3 m magas, 1350 kg súlyú monstrum 8 km-es óránkénti sebesség­gel haladhat, ha vezetője ügyesen vezérli acél lábainak mozgását. A gépló ugyanis különös parancsra jár: a vezetőfülkében álló kezelő mozdulatait utánozza négy­szeresen felnagyítva. Ha a „lovas” feleme­li például a bal kezét, a ló bal mellső lába hasonló mozdulatot tesz. Ha a kezelő egy helyben jár, a hozzá kapcsolt mechanikus érzékelők ugyanabban az ütemben rakos­gatják egymás után a gépló hátulsó lá­bait.

A régebbi járó-kelő robotberendezé­sekhez képest ezzel először sikerült meg­valósítani, hogy a kezelő is érezze, hová lépnek a géplábak, és milyen erővel nyo­módnak a talajhoz. Az erőérzetet hidrau­likus rendszer közvetíti a vezérlőfülke gépkarjaiba. Kellő gyakorlattal a géplo­vas akár behunyt szemmel is irányíthat­ja a „ló” mozgását, sőt még olyan bi­zonytalan egyensúlyi átmeneteket is beik­tathat a járásba, amilyeneket a ló alkal­maz.

Julius Mackerlecseh mérnök viszont a százlábúak hullámmozgását igyekszik kerekekre vinni a jövő terepjárójának megvalósítása reményében. Minden keré­ken 12 gumilabda-rugalmasságú légtar­tály sorakozik, s ezek egymás után fel­fúvódva ugyanúgy hajtják előre a szer­kezetet, mintha lábakon járna. Noha a Rotoped „labdakerekein” folyamatos hajtóerő keletkezik, valószínű, hogy ez az út nem járható a jövő terepjáróinak szer­kesztői számára.

Még mindig a négy láb tűnik a legegy­szerűbb megoldásnak. Csakhogy mecha- 48

nikus szerkezetekkel utánozni egy láb minden porcikáját szinte lehetetlen, és a lábak mozgásának összehangolása sem könnyű. A. Frank amerikai professzor néhány éve olyan quadrupedet (négylá­bút) szerkesztett, amelynek „végtagjai” csak csípőben és térdben hajlíthatok egy- egy beépített apró villany motorral. Ezt a szerkezetet viszont könnyebb vezérelni, mint az óriás géplovat. Elektronikus szá­mítógép küldi a lábak villanymotorjaiba a villamos parancsokat. Ha egyszer a „gépagy” emlékezetébe véste azokat az elektromos jeleket, amelyek az egyes lá­bak helyzeteit és állásszögeit jellemzik, ettől kezdve megfelelő sorrendben oszto­gatja vezérlési parancsait a négy lábnak.

A kísérleti példány egyelőre szűk labo-

Még ügyetlenül lépked, de már azoknak a robotoknak az előfutára, amelyek két lábon járva közlekednek majd.

Japánban a Wascda Egyetem kutatói az emberi léptek utánzására szerkesztették

ezt a robotlábat, amelyet a kísérletező vezérel

G. P. Katisz szovjet professzor intézetében ügyesen „lép át” egyik asztalról a másikra a kísérleti terepjáró. Súlypontját a tengely jobb végén elhelyezkedő vezérlőegység alkotja. Ha a bal oldal már szilárdan támaszkodik, a tengelynek erre a végére siklik át a doboz

ratóriumban tanul járni, és a vezérlő komputerből kábelkötegen át kapja a vil­lamos parancsokat, de nem lehetetlen, hogy néhány év múlva a komputerek tér­fogatának csökkentése nyomán közvet­lenül a járógépre is felszerelhetik a szá­mítógépet. Ha a villamosenergia-ellátás problémáját is sikerül megoldani, nem elképzelhetetlen, hogy ez a berendezés lesz a jövő évszázad terepjárója.

De ezek a szerkezetek még messze van­nak az állatok mozgásának tökéletessé­gétől. Legtöbbjük például nem tud felka­paszkodni egy lépcsőn. Egyes kutatók ezért a kerék irányából próbálják meg­közelíteni a lépcsőn sétáló terepjárót. Thring professzor például olyan kocsit tervezett, amelynek kerekeiből apró acél­tüskék nyúlnak ki, ha lépcsőhöz ér a jár­mű. Általában a mérnökök azzal a dilem­mával küzdenek, hogy nem tudják eldön­teni: a természetet utánozzák-e, vagy a gépek világának törvényei szerint igye­kezzenek továbbfejleszteni a járó-kelő szerkezeteket. G. P. Katisz szovjet pro­fesszor mindenesetre az állatok súlypont­eltolási művészetét tanulmányozta, ami­kor megalkotta Vándor nevű terepjáró­ját.

A furcsa szerkezetnek három-három merev lába van, amelyek egy-egy apró „piramist” alkotnak. Ezeket a berendezés rúd alakú törzse köti össze, amelyen a gép vezérlőegysége és energiaellátó rendszere foglal helyet. Ez a doboz fogaskeréklánc­cal hajtva, a törzs bármelyik végébe el­csúszhat. Ahogyan a négylábú állatok járás közben változtatják súlypontjukat, ugyanígy a Vándor is csak akkor emeli fel törzsének valamelyik végét a három lábbal, ha súlypontja a törzs másik végé­ben van. A tengely ekkor elfordulva új támaszt keres, és ha az érzékelők szilárd pontot jeleznek, a leereszkedő lábak nyo­mán a súlypont átgördül erre a rúdvégre, a terheletlenül maradt vég pedig a magas­ba lendül. A szerény Vándor nemcsak a Földön alkalmazható a geológiai kuta­tásban, hanem nagy segítséget nyújthat idegen égitesteken is, ahol a felderítő ro­botgépnek önállóan kell döntenie, biztos támaszt nyújt-e számára a következő lé­pés. Noha 1971-ben csak a Vándor asz­tali modellje készült el, bizonyosan hal­lunk még róla.

Eltűnt léptek

Ha a négylábú állat futni kezd, megvál­tozik lépteinek ritmusa. A ló vagy a zebra futását elemezve világossá válik, hogy a szilárd támaszkodás pillanatai, a három láb alkotta háromszögek teljesen eltűn­nek. E „türelmetlen” járás során az állat nem várja meg a kialakuló háromszöge­ket, mert közben már soron következő lábát emeli. így alakul ki az ügetés rit-

Ügetés közben a ló két-két lába érinti egyszerre a földet. Ez az átbillentés a testátlók mentén olyan szabályos mozgássorozat, amely egyenletes és gazdaságos energiafelhasználásra nyújt lehetőséget hosszú távon az állat számára

A vágtató ló sohasem támaszkodik három lábbal a talajra. Sőt időnként mind a négy lába a levegőbe lendül. Alsó ábránkat érdemes összevetni a 43. oldaléval. Vágtában a ló a 4., 6. és 8. szakaszban két lábra.

az 1. és 3. szakaszban csak egy lábra támaszkodik, a 2. szakaszban pedig szinte repül

1

musa, amikor mindig két láb érinti csak a földet.

Ilyenkor a ló teste például a bal hátulsó és a jobb elülső láb alkotta átló körül „billen” balra előre, de a jobb hátulsó és a bal elülső láb egyszerre ér földet; ezek újabb átlót alkotnak, s ekkor jobbra- előre billenés következik. Az állat szinte cikcakkban szalad, s csak úgy tudja fenn­tartani egyensúlyát, ha elég gyorsan vált át a következő kétlábas támaszba.

A négylábú haladás leggyorsabb válto­zata a vágta. Két lábnál több sohasem érinti a földet! De vannak olyan szaka­szok is, amikor csak egy láb dobban a földre. Ilyenkor a járás már voltaképpen ugrások sorozatából áll, s ha az állat teste megkapta a lökést, szinte a levegőben úszik. Ezzel a módszerrel válnak a négy­lábú állatok léptei a leghosszabbakká. A mérések szerint egy-egy „teljes lépés” a vágtató lónál 6,9 méterre nyúlik, a ki­sebb testű gepárd pedig még hosszabb „léptekkel” haladhat. M. Hildebrand vizsgálatai szerint a négylábú állatok kö­zött a gepárd a futóbajnok: óránként 110 km-es sebességet érhet el. A ló má­sodpercenként „csak” 2,5 teljes lépést tesz, a gepárd viszont 3,5-et. Ezt a gyor­saságot néhány érdekes biomechanikai „szabadalom” is elősegíti a vágtató álla­tok testében.

Annál gyorsabb például a futás, minél közelebb van a lábakon a combcsont for­gáspontjához mozgás közben a combot „lengető” izmok csatlakozási helye. Más állatokhoz viszonyítva így ugyanolyan hosszú lábbal gyorsabb mozgás érhető el. Igaz, ehhez nagyobb izomerőre van szük­ség. de nem kell az izomnak gyorsab­ban összehúzódnia, csupán nagyobb erőt kell kifejtenie. Ugyanolyan fizikai tör­vény érvényesül, mint a sepregetésnél: minél közelebb fogjuk a végéhez a söprű-

Az állatvilág kengyclfutója. a gepárd szinte a nyaka közé szedi a lábát, úgy rohan. Rövid távon a száguldó gépkocsival is felveszi a versenyt. így még a gyors lábú gazellák sem menekülhetnek előle

A csontváz ..rugózása” növeli a vágta lendületét. A 110 km/óra sebességgel száguldó gepárd gerince a levegőbe lendülve meggörbül, majd nagy erejű rugóként hirtelen kiegyenesedik. Hozzá képest a ló gerince rohanás közben csaknem teljesen merev

nyelet, annál gyorsabban lengethetjük a padlón.

A „mozgólépcső-elv” is érdekes szerke­zeti megoldásban valósul meg. Ha valaki a metróból a felszínre sietve szaladni kezd a mozgólépcsőn, gyorsabban felér, mint ha egy helyben áll. A lépcső és az ember sebessége ugyanis összeadódik. Ugyanez figyelhető meg a gyors futásra képes állatok végtagjain. Minden izületi csat­lakozásban a láb darabjai egy irányban mozognak, s az izmok egyszerre húzód­nak össze. így amilyen gyorsaságra egyet­len izom sem lenne önmagában képes, a lábcsontok izmainak sebességéből ösz- szeadódva alakul ki a lábvégen a leg­nagyobb sebesség.

A rohanó gepárd vagy a farkas hátge­rincére is fontos feladat hárul futás köz­ben. A földet érés pillanatában a gerinc­oszlop nagy ívben behajlik, mint egy meg­feszített késpenge. Amikor az állat újra elrugaszkodik a földtől, gerince hirtelen kiegyenesedik, ami fokozza az ugrás len­dületét, ahogyan a penge is messzire re­pül, ha elengedjük. Ezzel a módszerrel a gepárd óránként 10 kilométerrel növeli haladási sebességét.

Könnyű a hosszú lábú állatoknak gondolhatjuk -, hiszen rövid lábbal nehezebb futni. De a gyors iramhoz nem­csak hosszú lábakra van szükség. A tal­pak is „beleszólnak” a futás sebességébe. A medve, az oposszum és más gerin­cesek a talpukra támaszkodnak, ezért is meglehetősen lassú a járásuk. Ha fel akarják gyorsítani mozgásukat, először a talpukat kell megemelniük. Fáradságos munka! A ló viszont eleve „Iá bújj hegyen” jár. Patája az erőteljes középső ujj végét borítja, és ez igen meredek szögben csat­lakozik a kéz-, illetve a lábközépcsonttal az alkar-, illetve a lábszárcsonthoz. Ha földet ér a láb. akkor a kéz-, illetve láb­közép rugalmasan lehajlik, miközben ín­szalagja megfeszül. Amikor eléri legna- 1

Az állatok képzeletbeli olimpiáján legalább annyi futószámban kellene összemérni a versenyzők képességeit, amennyiben a sportolók is rajthoz állnak. Itt a rövidtávú futás helyezettjeinek sorrendje látható. (A strucc, a kenguru még rajtol, a szarvas a célba ért)

gyobb feszültségi állapotát, nagy erejű rugóként pattan vissza. Ezzel hozzájárul a láb gyors kiegyenesítéséhez. futáskor pedig újabb fokozattal növeli a haladási sebességet.

Hol van a futás sebességhatára? Ez el­sősorban a lábak mozgatási sebességétől függ. Ha a futó állat földet ér, saját tes­tének sebességénél gyorsabban kell lábát elfordítania, mert csak így taszíthatja ma­gát előre. Ha lassabban mozgatná lábát, „befékezné’’ magát, mint a lejtőn haladó gépkocsi, amelynek motorját azért kap­csolja be a vezető, hogy a legkisebb se­bességfokozattal csökkentse a gurulás lendületét. Az állatok futásának sebesség­határát tehát a végtagok mozgatási sebes­sége határozza meg, ami a test felépítésé­től és az izomzat fejlettségétől függ. Annyi bizonyos, hogy az állatok olim­piáján a futószámok összetett versenyé­ben a ló érné el a legelőkelőbb helye­zést: nemcsak gyors, hanem kitartó futó is. Nem véletlen, hogy az emberiség leg­ősibb háziállata, és legősibb közlekedési eszköze. Tanulhatnak tőle a mérnökök!

1

Élő katapultok

Amikor egy sugárhajtású gép pilótája bajba kerül, csak egy módon menekülhet: a hangsebességnél gyorsabban száguldó repülőben egy gombnyomással felrob­bantja az ülésbe rejtett dinamitpatront. és kirepül a gépből – az üléssel együtt. Ezt a katapultberendezést ma már minden sugárhajtású gépben felszerelik, mert a pilóta nem tudná másképp elhagyni a sérült gépet a nagy sebesség és az orkán­szerű légáramlás miatt.

A „katapultálás” módszere az állat­világban sem ismeretlen, csakhogy ve­szély esetén az állatok saját magukat

„lövik ki”. Általában minden négylábú állat tud ugrani, de ha jó ugrókat kere­sünk, elsősorban a kenguru, a béka, a szöcske és a bolha jöhet számításba. Távolugrási rekordjaikat arányosan ösz- szehasonlítva. a bolha vinné el a pál­mát, mert saját testhosszának kétszáz­szorosát ugorja, a kenguru viszont ala­posan lemaradna testhosszának ötszörö­sével. Persze a testnagyság döntően meg­határozza a fizikailag lehetséges eredmé­nyeket, saját „súlycsoportjukban” tehát ezek az állatok egyformán jó ugrók. De ugyanarra a dobbantóvonalra felsora­kozva kétségtelenül a kenguru jut a leg­messzebbre 7,8 méteres ugrásával, a bolha viszont az utolsó helyen ér földet kb. 30 -50 cm távolságban.

Hány fokos szögben kell az állatnak elrugaszkodnia, hogy a legmesszebb érjen földet? Erre a kérdésre a hajítások törvé­nye adja meg a választ a fizikában: az eszményi szög 45 fok. Ha az okos kertész a legtávolabbi virágágyakat is meg akarja locsolni, 45 fokos szögben tartja a locsoló­csövet. Valószínűleg a békák is kitapasz­talták ezt, mert 35 40 fokos szögben ugornak előre, sőt James Gray professzor olyan békát is talált, amelyik pontosan a 45 fokos szöget választotta.

Ha csak az ugrási magasságot vesszük szemügyre, a fizika itt is érdekes törvény­szerűségre figyelmeztet. Az elérhető ma­gasság nem függ a testsúlytól! Akár az ember, akár a bolha dobbant egy helyből, mindketten akkor repülnek például egy

A béka ugrásának négy pillanata. Elrugaszkodásakor lábának egyes szakaszai fokozatosan egyenesednek ki, a több lépcsős rakéta elvén gyorsítva fel testét. Körülbelül 35-45 fokos szögben löki el magát a talajtól. A fizikai törvények szerint így repül a legmesszebbre

méter magasra, ha másodpercenként 4,5 m-es kezdősebességgel szakadnak el a talajtól. Az ember számára ez nem is okoz nehézséget, de a bolha erre képtelen. Pedig testsúlyához viszonyítva nem gyen­gébb, mint az ember. De itt már közbe­szólnak a testméretek!

A test tömegét fel kell gyorsítani a kez­dősebességre. Minél hosszabb út áll ehhez rendelkezésre, annál kisebb gyorsulásra van szükség. Ha az ember leguggolva készül az ugráshoz, félméteres úton gyor­síthatja testét addig a pillanatig, amíg elhagyja a földet. Minthogy izmai 0,225 mp alatt egyenesítik ki lábait, a lehulló kőnél csupán kétszer gyorsabban mozog­va éri el kezdősebességét. (A leejtett tár­gyak 1 g gyorsulással esnek a föld felé, így az elrugaszkodás pillanatáig az ember 2 g-vel mozog.)

De mit csináljon a bolha? Még ha tel­jesen kinyújtja lábait, akkor is csak egy milliméterrel kerül magasabbra. Ezen az útszakaszon kell tehát felgyorsítania tes­tét az ugráshoz. Minél nagyobb kezdő­sebességet akar elérni, annál rövidebb idő alatt kell elrúgnia magát a talajtól, mert így annál nagyobb gyorsulással mozog­hat. „Katapultja” a mérések szerint 0,001 másodpercig működik, s teste ezalatt 200 g gyorsulással mozog, akár egy pisztolygolyó. Az emberbolha ezzel a módszerrel kb. 20 cm-es magasságot érhet el, ami 1,5 milliméteres testhosszához képest nagyszerű rekord.

Mindebből sejthető, hogy a jól ugró állatoknak miért olyan hosszú a lábuk. Az ugrás kezdősebességének eléréséhez az ismert „mozgólépcsőtrükkel” gyorsít­ják testüket. Ugrás előtt a béka össze­hajtogatja lábait, izmai megnyúlnak. Amikor elérkezik a pillanat, a legerősebb combizmok állnak először munkába, ez­után az alsó lábszár izmai folytatják a gyorsítást, végül a sarok és az ujjak 56

feszítőizmai tolják tovább a levegőbe lendülő állatot.

Érdekes azt is megfigyelni, miként javítja ugrásának hatásfokát a béka. Mellső lábait testéhez szorítva csökkenti légellenállását, szemeit pedig, mint va­lami modern gépkocsireflektort, behúzza fejébe. De a legfurcsább, hogy miután megcélozta áldozatát, lehunyja szemét, ugrása mégis mindig célba talál. Sőt a kutatók azt is megfigyelték, hogy ugrás közben – ha kissé rossz az irányzók – még repülési irányát is módosítani tudja, mint egy célkövető ellenrakéta.

A massachusettsi technológiai intézet munkatársai oldották meg a csukott szemű béka rejtélyét. Vizsgálataik szerint

Ezt az akrobatamutatványt nap mint nap megismétli a sáska. Minthogy súlypontja éppen combjának tövével egy vonalban helyezkedik el, a felugrás után nem pördül meg a levegőben, hanem megőrzi ferde tartását. így a lábain rugózva ér földet

az állat ugyan lehunyja szemét, de alsó szemhéja fényáteresztő, így továbbra is lát, csak homályosabban. Ugrásának pontosságát úgy érzékeli, hogy szemideg- hártyájának mindig azonos pontjára esik az áldozat képe. Ha repülés közben a kép elmozdul, ez azt jelzi számára, hogy teste eltért a helyes iránytól. Ilyenkor repülés közben reflexszerűen felhúzza valamelyik lábát, ezzel megváltoztatja súlypontjának helyzetét, s most már pon­tosan ér a célba.

Biomechanikai szempontból a sáska és a szöcske teljesen hasonló ugrása is figyelemre méltó. Behajlított lábainak „katapultjával” egy sáska kb. 45 cm magasra ugrik. Ahhoz, hogy elérje ezt a magasságot, másodpercenként három méteres kezdősebességgel kell elszakadnia a földtől. Minthogy rendszerint 60 fokos szögben rugaszkodik el, a fizikai kép­letek szerint ehhez mindegyik lábának egyenként 15 gramm tolóerőt kell szol­gáltatnia. Szép teljesítmény, hiszen így saját testsúlyánál nyolcszor nagyobb erőt fejt ki! G. Hoyle amerikai kutató kísér­letileg is igazolta ezt az értéket. Plaszti­linba ágyazott egy sáskát, és lábára 20 grammos súlyt erősített. A láb ezt is fel­emelte, a valóság tehát igazolta az elmé­letet.

Ez az érték még meglepőbbé válik, ha alaposabban megvizsgáljuk a sáska lábát. 30-^40 mm hosszú combja, a láb harma­dik íze voltaképpen olyan kétkarú emelő, amelynek másik vége mindössze 0,75-1 mm-re van a forgásponttól. Mintha valaki

A sáska hátsó lába élő katapultként dobja az állatot a levegőbe. Combja olyan parányi kétkarú emelő, amelynek forgáspontját a „csapszeg” alkotja, amikor a feszítőizom „rugója” hirtelen összehúzódik. Rendszerint a repülés megkezdésekor is ezzel a „kilövési” módszerrel emelkedik a levegőbe

újfajta gyerekhintát készítene, amelynek egyik fele 3 méter hosszú, a másik viszont csak 7,5-10 cm lenne. A hosszabbik deszka végére ültetett tízkilós gyerek akkor hintázhatna a papájával, ha az leg­alább 300 kg súlyú lenne. A sáska lábán tehát úgy keletkezik 20 gramm emelőerő, hogy összehúzódó izomzata csaknem 800 gramm húzóerőt fejt ki. Minthogy a rovar 2 grammos súlyának 1/25 része a láb­izmok súlya, így izmainak minden grammja elvileg 20 000 gramm, vagyis 20 kg húzóerőt lenne képes kifejteni. A biológusok szerint az egész állatvilág­ban csak a kagylóknak van ilyen erős izomzatúk.

De a sáska nemcsak ugrik, hanem sétál is, akárcsak a szöcske. Ez pedig lassú összehúzódást követel izmaitól. Hogyan képes a rovar ezt a két szélsőséges fel­adatot ugyanazzal a lábbal megoldani? G. Hoyle mikroszkópos vizsgálatai érde­kes mechanizmusra derítettek fényt. A láb izomkötegciben „gyors” és „lassú” ideg­szálak vannak. Amikor a szöcske jár, csupán „lassú” idegszálai adnak paran­csot az izomkötegek összehúzódására. Ha azonban ugrani készül, hirtelen megáll. Villamos idegjel fut valamennyi izom­szálhoz: figyelem, készenléti állapot! S amikor az ugrás következik, a „gyors” idegek parancsára egyszerre húzódik ösz- sze valamennyi izomszál, így hihetetlenül rövid idő alatt gyorsul fel a test.

Az ugrópókok a biztonsági kötelet is feltalálták. Úgy lendülnek a levegőbe, mint a hegymászók, akik a derekukra erősített kötéllel ugranak át a szakadék felett. Ugrás közben fonalat enged maga után a pók. Ha veszélyt érez, hirtelen leállítja a fonaleresztést, és megkapasz­kodik a szálban. így repülés közben is képes „lefékezni” magát. A biztonsági „kötél” nem engedi továbbszállni, hama­rabb földet ér, még a veszélyes pont 58

előtt, és van ideje menekülni. Ennek hasznát veszi akkor is, ha rosszul becsülte mega távolságot. Ilyenkor nem repül túl a célon, mert előbb lefékez, és még idejében lecsap áldozatára.

A pattanóbogár meghúzza a ravaszt

Bármennyire kellemetlen élősködő is a parányi bolha, mérnökszemmel nézve valóságos technikai remekmű. Olyan katapulttal rendelkezik, amely óriási erő­vel gyorsítja fel testét az ugrás kezdő­sebességére. Az üregi nyúl bolhája álta­lában 5 cm magasra ugrik, az emberbolha viszont 20-30 cm magasságba lendül, testhosszának 200-szorosát is elérheti. Távolugrásban kb. fél méter a rekordja.

Ebben a 0,5 gramm súlyú testben hihe­tetlen energiák szabadulnak fel az ugrás pillanatában. Valóban szcmpillantásnyi ez az idő, hiszen a két hátsó láb mindössze egy ezred másod perc alatt egyenesedik ki. H. C. Bennet-Clark angol kutató főként arra volt kíváncsi, milyen mecha­nizmus hajítja magasba a bolhát. A láb­szerkezet elemzéséhez hallatlan türelem­mel látott hozzá, de segítségére volt egy tanulmány is, amelyben két amerikai kutató már 1920 táján pontosan leírta e pirinyó állat anatómiáját. Ami az ember­ben a „felső lábszár”, az a rovaroknál a combíz, latin tudományos nevén femur. A vizsgálatokból kitűnt, hogy ugrás előtt a bolha összehajtja lábát, így a combja függőleges helyzetbe kerül, mint­ha valaki a földön ülve felhúzná a lábait. Az ugrás pillanatában a femur hirtelen vízszintes helyzetbe csapódik, miközben a lábfej ízei a talajra támaszkodva ki­egyenesednek.

Amikor az állat ugráshoz készülődik, halk kattanás hallatszik. Ilyenkor a comb negyedfordulattal elcsavarodik, izom-

kötcge megfeszül. Abban a pillanatban, amikor a femur kétkarú emelője függő­leges helyzetbe kerül, lenyúló apró vége annyira meghúzza a feszítőizmot, hogy ez elszakadna, ha nem állna készenlétben egy furcsa izomcsomó. Ez a rövid, hen­geres izomköteg a rezilin, amely az óriási feszítőerő hatására kissé eltorzul, így hihetetlenül nagy energia halmozódik fel benne. A számítások és kísérletek szerint ennek az izomkötegnek egy gom- bostüfcjnyi darabja annyi energiát tárol, amellyel 15 gramm súlyt lehetne 1 cm magasba emelni. Ugráskor ez a hirtelen felszabaduló energia 200 g gyorsulással mozgatja a bolha testét az elrugaszkodás pillanatáig. Közben a láb tüskés vége a talajra támaszkodik. Ha üveglapra he­lyezik a bolhát, nem képes felugrani, az élő katapult felmondja a szolgálatot.

A modellkísérletek világosan igazol­ták, hogy a bolha ugrószerkezete valóban ezen az elven működik. Kétségtelen, hogy az apró állat rengeteg energiát használ fel minden egyes ugrásakor, ezért számára nem gazdaságos ez a közlekedési forma. De meneküléskor vagy gyors „lakáscsere” esetén (ha új gazdát keres) feltétlenül hasznát veszi.

A legtöbb bogár azonban akkor kerül igazán bajba, ha egy fűszálról lepottyanva a hátára esik. Ilyenkor rémülten kapá- lódznak, valamilyen támpontot keresve. Csak a pattanóbogarak népes családjá­nak tagjai nem jönnek zavarba! Olyan katapultjuk van, amely éppen ebből a kínos helyzetből menti meg őket. A kuta-

Amikor ugrás előtt felhajtja lábát a bolha (I). apró kattanás hallatszik. Mintha egy regi pisztoly kakasát húznák fel a lövéshez. Ilyenkor a parányi izomcsomó megfeszül, és nagy energia halmozódik fel benne (2). Az ugrás pillanatában a ferde izomszál összehúzódik, ezzel húzza meg a bolha a ..ravaszt”. Az izomcsomó ..rugója” működésbe lép. és elforgatja a lábszerkezctet

tók a legutóbbi időkig nem sejtették, hogyan pattan fel a hátáról a bogár, és hogyan érkezik vissza a „talpára”. Csupán 1972 végén derült fény a pattanóbogarak rejtélyes szerkezetére G. Evans angol kutató vizsgálatai nyomán. A lassított fii mfelvételek bői kitűnt, hogy egy 12 mm hosszú pattanóbogár 30 cm magasra ugrik, miközben legalább egyet bukfen­cezik a levegőben. De nem használja lábait az ugráshoz. Nem is tudja, hiszen hanyatt fekszik. A törzsfejlődés folyamán a pattanóbogarak különös akrobatamu­tatványt gyakoroltak be. Ugrás előtt fordított V alakban megfeszítik, majd az ugrás pillanatában zsebkés módjára hir­telen „becsattintják” testüket, és valódi V alakot vesznek fel.

Eközben a 12 mm hosszú bogár súly­pontja 0,6-0,7 mm-rel kerül magasabbra. A 30 cm-es ugráshoz 2,4 m/mp-es kezdő­sebességgel kell elszakadnia a rovarnak a talajtól, tehát a milliméter töredéke áll csak rendelkezésére, hogy ezen az úton felgyorsítsa testét. A mérések szerint mindössze 0,64 ezredmásodperc alatt „csattintja” meghajlított törzsét az ellen­kező V alakba, s így 380 g gyorsulást ér el!

Egy idegparancsra összehúzódó izom már képtelen lenne ilyen gyors mozgásra, ezért a készülődés idején homorítva feszíti mega bogára torából a potrohába vezető izomköteget. Amikor pattanásig nyúlik az izom, a tor végéből kiálló kemény pecek beleakad a potroh parányi mélye­désébe. Pontosan úgy, ahogy a vadász­puska felhúzott kakasát a ravasz rögzíti. Az ugrás pillanatában a rovar egy vé­kony izomszállal meghúzza a „ravaszt”: a pecek kiakad, és a megfeszített izom- köteg óriási erővel hajlítja testét hirtelen az ellenkező V alakba.

Meg kell adni, a pattanóbogár egyál­talán nem szédülős! Még a legedzettebb űrhajósok sem képesek elviselni 10-15 g- nél nagyobb gyorsulást. A bogár feje viszont az ugrás pillanatában – minthogy 3,5 mm-re van a tor és potroh forgás­pontjától 2000 g gyorsulással mozog. Úgy látszik, a törzsfejlődés évmilliói alatt már hozzáedződött ehhez a szédítőan gyors mozgáshoz.

pecek mélyedés

Nem esik kétségbe a pattanóbogár, ha véletlenül a hátára pottyan. Fordított V alakba hajlítja testét, ezzel megfeszül benne a „katapult-izom”. A támasztópecek kioldásával az izom hirtelen összerántja fejtorát és potrohát. Tehetetlen testtömegének mozgási energiájával a bogár a levegőbe pattan, majd megperdülve talpra esik

Ugráló dobozok

A kenguru óránként 80 km-es sebességű „vágtája” régóta nyugtalanítja a mérnö­kök képzeletét. Hogyan lehetne olyan járművet tervezni, amely utánozná a ken­guru mozgását? A kerekek nyilván szóba sem jöhetnek, hiszen ilyen új jármű ter­vezésekor éppen az a cél, hogy járatlan utakon is könnyedén haladjon.

Szovjet mérnökök végül olyan terep­járót terveztek, amely lábak helyett ru­galmas „gumipapucsokon” közlekedik. Minden papucsban ferde tengely körül két-két súlyzó forog egymással ellentétes irányban. Amikor minden egyes fordulat során a súlyzók a legmagasabb pontra kerülnek, tehetetlenségi erejük a jármű­vet is magasba lendíti; ha viszont a leg­mélyebb ponton vannak, a jármű a föld­höz szorul. Igaz, ez a mozgás nem a kenguru ugrásának utánzásából ered, de mechanikai szempontból ugyanolyan ugrásokat eredményez.

1959-ben a szibériai fémipari kutató­intézet udvarán már egy valódi modell is sétára indult. Egyetlen pillantással bárki meggyőződhetett róla, hogy a teljesen zárt ládán nyoma, sincs kerekeknek, mégis előrehalad – apró ugrásokkal. Az elv ugyanaz: a forgó súlyzók hol megemelik, hol pedig a földhöz szorítják a dobozt. Csakhogy ebben a dobozban vízszintes tengely körül forognak a sú­lyok. A szerkezetet úgy tervezték, hogy amikor a doboz kb. 10 mm magasra ugrik, egyúttal kb. 50 mm-t csúszik előre a súly­zókhoz képest. Ily módon a sétáló doboz másodpercenként 1,2 méter utat tehet meg. Technikai szempontból nagy előnye a furcsa mechanizmusnak, hogy a doboz teljesen zárt. Semmilyen kapaszkodó nincs rajta! Mintha Münchhausen báróra hasonlítana, aki a saját hajánál fogva húzta ki magát lovastul a mocsárból. De ami a mesében lehetséges, a valóságban lehetetlen. Csakhogy itt tényleg olyan erők ébrednek, amelyekből haladó moz­gás születik.

K. Karpuhin és Sz. Kupcov szovjet feltalálók viszont „bólogató” motort sze­reltek kísérleti modelljükre. A motoron forgó súlyzók legmagasabb és legmé­lyebb helyzetük váltakozásakor előre- hátra billentik a nagy tömegű motort, s ez minden egyes hátradőléssel kissé előre­csúsztatja a „karosszériát”.

Ezek a kísérleti járművek a technika világából igyekeznek megközelíteni az ugrás mechanikáját, ezért nincs sok re­mény továbbfejlesztésükre. Valódi ugró járművek csak akkor készülhetnek, ha az állatok mechanizmusát utánozzák tö­kéletesen a feltalálók. Az állatvilág egyéb mozgási rendszerei azonban már eddig is sok esetben nyújtottak segítséget. A sark­vidék hómezőin például csődöt monda­nak a kerekes járművek, a pingvinek vi­szont ősidők óta kitapasztalták, hogyan lehet gyorsan közlekedni a síkos havon. Apró lábaikon totyogva nehézkesen jár­nak, de veszélyt sejtve különös módon menekülnek. Hirtelen a hóba vetik magu­kat, és hason csúszva, lábaikkal és szár­nyaikkal „lapátolva” menekülnek 30 km- es óránkénti sebességgel.

Erre a mozgásra gondolt A. F. Nyiko- lajev szovjet mérnök, amikor olyan te­repjárót szerkesztett, amely a pingvinek kúszását utánozza. A jármű kerekeiben gumival bevont „szárnyak” rejtőznek. Nyugalmi helyzetben a keréken csak 12 apró gumiborda fedezhető fel, a behúzott szárnyak végei. Amikor azonban a jármű

A szovjet Pingvin terepjáró a „frakkos” madarak kúszó haladását utánozza, ha csúszós talajra kerül.

A tengelygyürü elforditásával gumivégű kapaszkodó „szárnyak” nyúlnak ki kerekeiből.

A jármű elsősorban a sarkvidéki közlekedésnél használható

mozgásba lendül, valósággal szárnyai nőnek: egy hidraulikus rendszer kitolja a kerekekből a kapaszkodókat. Minthogy az 1,3 tonna súlyú terepjáró alja sima műanyagból készült, „hason csúszva” közlekedhet, miközben a kerekeiből „ki­nőtt” szárnyak a fagyott talajba vagy a hóba kapaszkodnak. A Pingvin terepjáró még három mázsa teherrel is gyorsan halad: 50 km-es óránkénti sebességgel közlekedik az örök hó és jég birodalmá­ban.

Hullámok a szárazföldön

Lehet-e lábak nélkül sétálni? Természe­tesen! Hiszen az állatvilágban számos példa található erre. De a természetben 62 csak egyetlen „hajtómotor” létezik: az összehúzódó izom, ezért az izmok ügyes elrendezéséből alakultak ki azok a külö­nösélő szerkezetek, amelyek lábak nélkül is haladó mozgásra képesek. A gyűrűs­férgek a legkezdetlegesebb mechanizmus­sal közlekednek. Testükben kétféle izom­csoport van: a hosszanti izmok, amelyek az egész testen végighúzódva megrövi­díthetik a test hosszát, és a körkörös izmok, amelyek körülfogják az állat megnyúlt testét, így összehúzódásukkal azegyes szelvények keresztmetszetét csök­kenthetik.

Ezt a kétféle izommozgást hangolja össze haladás közben a pióca, de testének elején a szívókorongra, végén pedig a ta­padókorongra is szüksége van, ha tovább akar jutni. Tapadókorongjával először megkapaszkodik, és összegömbölyödött testét a körkörös izmok megfeszítésével egyre kisebb keresztmetszetűre zsugo­rítja: mindjobban megnyúlik. Amikor elérte legnagyobb hosszát, szívókorong- jával megkapaszkodik, és működésbe lépnek hosszanti izmai, amelyek a lehető legrövidebbre húzzák össze testét. Ebben a „gömbölyű” állapotban a pióca koron­got vált, ismét hátulsó tapadójával ka­paszkodik meg, és az egész mozgássoro­zat kezdődik elölről. Fáradságos munka, kis sebesség, de a pióca ennyivel is beéri.

A földigiliszta lényegesen hosszabb a piócánál, és tapadókorongjai sincsenek, mégis ugyanezzel a módszerrel halad. Csakhogy hosszanti izmai nem egyszerre, hanem szakaszonként rövidülnek meg, és körkörös izmai sem egy csapásra hú­zódnak össze, hanem testszelvényenként. A vastagodások és keskenyedések szaka­szai így egymást követve haladnak végig a giliszta testén, miközben előrecsúszik. Ezek tehát voltaképpen testhullámok? Igen, csak hosszanti irányban, ahogyan egy megrázott tekercsrugón is „sűrűsö­dések” és „ritkulások” futnak végig. A csúszó giliszta testének mindig azok a pontjai támaszkodnak éppen a földre, amelyek összehúzódtak, tehát a legvas­tagabbak. Ezeken a szilárd támaszpon­tokon a giliszta 2-8 gramm erővel tolja hátra a földet, így önmaga mozdul el.

A pióca és a giliszta testében mindkét oldalon egyszerre húzódnak össze a hosz- szanti izmok. Más állatok két oldalán ez az összehúzódás ellentétes. Amikor az egyik oldalon az izomszálak megrövi­dülnek, a másik oldalon megnyúlnak. így az állat jobbra-balra hajlik. Ha az egy oldalon levő izmok nem egyszerre, hanem egymás után húzódnak össze, az egész testen hullámok sora alakul ki. Az a bizonyos testhullám! így jutunk el a kígyókhoz.

A piócának nincsen szüksége lábakra a haladáshoz. Először gyűrűs izmaival kinyújtja (1-2). azután hosszanti izmaival összehúzza testét (3-5). Közben szívó- és tapadókorongjával felváltva kapaszkodik a talajba

A hullám, amely végighalad a kígyó testén, pontosan ugyanakkora sebesség­gel mozog hátra, mint ahogy a kígyó halad előre. Már a halak úszásakor meg­ismerkedtünk a testhullámmal, csakhogy a vízben például az angolna sohasem sik­lik olyan gyorsan előre, mint amilyen gyorsan végigfut rajta a testhullám. A szárazföldön azonban a szilárd talaj biz­tos támasztékot nyújt.

A kígyó hullámzó mozgásához legalább három támaszpontra van szükség, s ezek közül egynek mindig a test átellenes ol­dalán kell lennie. Ilyen módon a kígyók a laboratóriumi mérések szerint – óránként 6,4 km utat tesznek meg, bár a természetben valószínűleg nagyobb se­bességgel haladnak. De minek köszön­hetik rendkívüli hajlékonyságukat?

Az emlősök gerincoszlopa 24 csigolyá­ból áll, a kígyókban viszont 100-400 csi­golya található. A biológusok már régóta csodálják ezt a rendkívül hajlékony szer- 1

Hajlékony gerincoszlopának köszönheti a kígyó, hogy hullámmozgással haladhat a szárazföldön is. Egy-egy csigolyán nem nagy szögben fordul el. de a gerincoszlopon összeadódnak ezek a szögek. A röntgenfelvételen az elmosódott, fekete árnyék egy parányi rövidhullámú rádió, amely a kígyó testének belső állapotáról ad tájékoztatást a kutatóknak

kezetet. A mérések szerint két szomszédos csigolya egymáshoz képest 28 fokos szögben hajolhat fel vagy le, és 50 fokos szögben térhet ki jobbra vagy balra. Noha a különféle testszövetek nyilván csökkentik ezt a hajlékonyságot, a gerinc­oszlop kitűnően alkalmas a hullámmoz­gás megvalósítására, hiszen elvileg már nyolc csigolya is elég lenne ahhoz, hogy teljes gyűrűbe csavarodjon a kígyó.

A testhelyzetet tehát minden pillanat­ban a csigolyák egymáshoz viszonyított elhajlása határozza meg, ez pedig mind­két oldalon az őket összekötő izmok fe­szülésétől függ. Külön izomkötegek te­remtenek kapcsolatot a kígyó törzse és rendkívül rugalmas bőre között. A gerinc­hez képest tehát elmozdulhat a bőr, ami különösen jó szolgálatot tesz egyes kígyó­féléknek, amelyek (mint például a boák és a viperák) nem hullám alakban mo­zognak, hanem nyílegyenesen siklanak előre.

Első pillantásra teljesen érthetetlen, miképpen haladhatnak így. És hová tűnt a testhullám? A részletes elemzésből ki­tűnik, hogy ilyenkor a kígyó bőrének ritmikus összehúzódása és kinyúlása – a bordákhoz kapcsolódó izmok játéka ré­vén – szintén haladó mozgást eredmé­nyez. Ilyenkor bizonyos szakaszonként a pikkelyek összetorlódnak a testen, eze­ken a pontokon támaszkodik a kígyó a földre, ezekhez képest csúszik előre. A bordákhoz kapcsolódó izmok a tám­pontok közelében mindig összehúzzák a bőrét, két-két támpont között viszont kinyújtják. Ha a kígyó kúszni akar, eze­ket a támpontokat, vagyis a megrövidült testszakaszokat egyre hátrább tolja tes­tén, így önmaga előrecsúszik. Ezeknek a szakaszoknak a szabályos váltakozása voltaképpen a sinushullám szabályos rit­musának felel meg.

Ez a ritmus az állatvilág haladó moz­gásának egyik legérdekesebb törvény­szerűsége, amely a vízből a szárazföldre is elkísérte az állatokat a törzsfejlődés folyamán. Nem csoda, hogy a csigákon is megfigyelhető. Mozgás közben a csiga talpának (vagyis lábának) két szélén egy­mással párhuzamosan fut hátrafelé a két sinushullám. Ha az apró háztulajdonos nagyon siet, percenként 3 cm-es sebesség­gel is haladhat. Forduláskor a megfelelő oldalon csökkenti a hullámok sebességét, mint egy parányi lánctalpas traktor.

Szűk csatornában is könnyen kúszik előre a kígyó. Legalább két hullámhossznyi távolságon hajlítgatja testét. Ha a hullám lefut a farkáig, újat kezd a fejénél. Teste a hullámvonal csúcspontjaiban támaszkodik a csatorna falának

A viperák és a boák egyenes vonalban siklanak előre. Ez a meglepő haladási forma annak köszönhető, hogy a kígyó ilyenkor csigolyáihoz tapadó izmaival mozgatja rugalmas bőrét gerincoszlopához

képest. A hátrafelé mozgó ..gyűrődések” voltaképpen hosszanti testhullámok. Amekkora sebességgel fut hátra ez a hullám, ugyanakkora sebességgel kúszik előre a kígyó. 1: támaszpont. 2: nyúlik. 3: halad.

4: összehúzódik

Kiélezett helyzet a laboratóriumi asztalon. Átmászik-e a csiga a borotvapengén?

Talpának hullámmozgásával fokozatosan emeli át testének egyes szakaszait. így zavartalanul folytatja útját

A csiga lábmechanizmusa rendkívül érdekesen működik, amint ezt 1970-ben H. D. Jones és E. R. Trueman angol kutatók felderítették. Mindkét oldalán függőleges izomkötegek sorakoznak, amelyeket testnedvvel telt apró üregek választanak el egymástól. Egyúttal a csiga „lábán” keresztirányban olyan izomkö­tegek is húzódnak, amelyek „mennyeze­tet” alkotnak a lassan áramló testnedv fölött. Amikor a haladó hullám ritmusá­ban a soron következő függőleges izom- köteg összehúzódik, nyomást gyakorol a folyadékkal telt testüregre. A testnedv sem felfelé, sem hátrafelé nem nyomód-

——►

Ahogyan az egy helyben forgó csavar menete hátrafelé halad, ugyanúgy mozgatja talpát a csiga. De minthogy a talajra támaszkodik, nem a föld tolódik hátra a hullámok alatt, hanem ő maga megy előre kényelmesen

hat, csak előre. így a folyadéktömeg pa­rányi ingaként lendíti előre az előtte füg­gő, összehúzódott izomköteget. Amikor ez ismét megnyúlik, a láb széle már mesz- szebbér földet, mint ahonnan felemelke­dett. Ezeknek az emelkedő és süllyedő szakaszoknak a ritmusából alakul ki a csiga lábán a haladó hullám. Ha leg­közelebb kerti csigát látunk, amint komó­tosan sétál a földön, ezt is érdemes rajta megfigyelnünk.

Évezredek óta nézte vágyakozva az ember a madarak és a rovarok röptét. De csak korunk technikájának sikerült ellesnie és lemásolnia néhány megoldást az állatvilág évmilliós tapasztalataiból. A vörösbegy éppen friss zsákmányával emelkedik a levegőbe

SZÁRNYAK A PILÓTA HÁTÁN

Jensen dán kutatónak minden önuralmát össze kellett szednie, nehogy a sarokba vágja azt a parányi sáskaszárnyat, amely- lyel órák óta bíbelődött. Nehéz dologra vállalkozott, de most már kár lett volna abbahagyni. Elhatározta, hogy egy sáska repülésének lassított filmfelvétele alapján minden egyes mozdulatot újra beállít egy élettelen sáskaszárnyon, és megméri, mek­kora felhajtóerő ébred ezen. A szélcsator­nába helyezett szárnyat egymás után csa­vargatta finoman a megfelelő görbületü alakzatokba, majd bekapcsolta a lég­áramlatot, és gondosan leolvasta a mű­szereket. Az adatokból kirajzolódó grafi­kon végül érdekes titkot árult el. Bár a sáska első pár merev szárnya alkalmasabb volna az állandó emelőerő termelésére, mégis csapkodó hátsó szárnyán keletke­zik repülés közben a felhajtóerő 70 száza­léka.

Ezek az aprólékos vizsgálatok megérik a fáradságot, mert a bionikusok számos „eleven” találmányra bukkanhatnak még, amelyek nemcsak a repülés terén haszno­síthatók, hanem új adatokat árulnak el az állatvilág aviatikusairól is. Ha egy szem­telen légy cikázik orrunk előtt, inkább bosszankodunk, mintsem azon tűnő­dünk, hogyan működik ez a tökéletes technikai kivitelű, parányi repülőgép. Pedig a különös légi jármüvek megér­demlik a figyelmet. Ahány tömzsi, szőrös, karcsú vagy kecses rovar létezik, vala­mennyi őrzi a repülésnek azt a titkát, amelyet az ember csak ebben a században fejtett meg sikerrel.

Persze a közel negyedmillió repülő rovarfaj közül nem mind repül egyformán jól. Általában az egyes fajok annál tökéle­tesebb módszereket sajátítottak el, minél nehezebb életkörülményekkel kellett megbirkózniok. Némelyek csak szánal­masan vergődnek, alig-alig tudnak repül­ni. Ilyen például a selyemhernyó lepkéje. A fejlődési sor végén viszont ott találjuk a kellemetlen, de csodálatosan repülő házi legyet, amely minden bravúrra képes, ami csak a levegőben megvalósítható. A repülőgép-tervező irigy szemmel figyel­heti a rajzasztala fölött hancúrozó le­gyeket. Korunk anyagaival és szilárd szerkezeteivel még a legkorszerűbb repü­lőgépeken sem valósíthatók meg ezek a repülési tulajdonságok.

Első pillantásra ezek a hártyás szár­nyú, zümmögő repülőgépek helikopterre hasonlítanak. Azt is mondhatnánk, min­den rovar óriás légcsavar, amelynek ten­gelye és motorja a rovar teste. Csakhogy döntő különbség van közöttük: a heli­kopter csavarszárnya körbeforog, a rova­rok szárnyai viszont nem forgathatók körbe, csupán rendkívül gyorsan rezeg- tethetök. Amikor a szárny le-fel csap, a lágy hártya vége kissé elhajlik, s ezzel önműködően kialakul a repülés nélkü­lözhetetlen eleme, a lejtős felület. Az ide-oda rezgő mozdulatok hatására a szárny mindig a csapás irányával ellen­kező oldalra hajlik. Vízszintes szárny- rezegtetéskor ennek az a következménye, hogy tiszta emelőerő keletkezik. Ha ugyanez a rezgés függőleges síkban megy

végbe, a lejtős szárnyak a repülőgép­csavarhoz hasonlóan vonóerőt termelnek. A rovarnak természetesen egyszerre kell a levegőben maradnia és haladnia, így szárnyának rezgési síkját a függőleges és a vízszintes között ferdén beállítva te­remt egyensúlyt a két követelmény kö­zött.

A szárnycsapások irányváltásakor ér­dekes aerodinamikai jelenséggel találko­zunk. Amikor a rovarszárny lefelé csap, a levegő sebesen áramlik utána. Az alsó holtponton ez a léglökés nemcsak a szárnylcjtö átbillenését segíti elő, hanem a hirtelen felfelé lendített szárnyon tovább növeli a vonóerőt. A levegő így „nem marad le” a mozgó szárnytól (amint ez gyakori jelenség a helikoptercsavaro­kon), tehát a legnagyobb rezgési sebesség­gel együtt lép fel a legnagyobb vonóerő.

Ha vízszintesen rezeg a rovar szárnya, a parányi légcsavar csak emelőerőt termel (1). Ha a szárnyak rezgése függőleges, akkor vonóerő keletkezik (2). Vízszintes repüléskor ferde sikban csapkod a rovar, s így a szárnyán ébredő ferde légerő eloszlik a vízszintes vonóerőre és a függő­leges emelőerőre, miközben ez az utóbbi erő éppen kiegyenlíti a rovar súlyát (3)

Mit visz a légy a hóna alatt?

A rovarszárnyak különféle változatai a régi „kétfcdeles repülők” alaktípusából fejlődtek ki. Csakhogy a két szárny nem egymás alatt, hanem egymás mögött he­lyezkedik el a rovar középső részén, a toron. A méhek, darazsak, fürkészek, fémdarazsak, egyszóval a hártyás szár­nyú rovarok általában összekapcsolva használják két pár szárnyukat, így ezek aerodinamikai szempontból egyetlen pár­ként működnek. De az önálló szárny­párok is hasznosak lehetnek, amint ezt a sáska is bizonyítja. A legszélsőségesebb példa pedig a szitakötő, amelynek két pár szárnya egymástól eltérő feladatokat lát el.

A bogarakon az elülső pár szárny ke­mény szárnyfedővé alakult, s ez a vastag kitinfedő nyugalmi állapotban kitünően védi a hajszálvékony, könnyen szakadó hátulsó szárnyakat. Repülés közben a

legtöbb bogárnak útjában van a kitárt szárnyfedő, de egyesek ügyesen felhasz­nálják repülésbiztonságuk fokozására. Enyhe V alakban szétfeszítve, a ..rovar­repülőgép” oldalbillenéseit csillapítja, hasonlóan a fémszerkezetű óriások úgy­nevezett harántstabilizálásához. Ha egy széllökés felbillenti a rovart, a felemel­kedő szárnyvégen olyan ellenerő keletke­zik, amely ismét az eredeti helyzetbe kényszeríti szárnyait. Végül az utolsó csoportba a legyek és más apró rovarok tartoznak, amelyek hátulsó szárnypárja parányi „bunkóvá” zsugorodott. A légy szárnytövében például csak figyelmesebb vizsgálat után fedezhető fel ez a biliér. és sokáig nem is tulajdonítottak neki külö­nösebb jelentőséget.

A hajszálfinom hártyás szárny tökéle­tesen megfelel a „rezgöcsavaros” repülés­nek. Belépőélén egy merev kitinszál úgy tartja kifeszítve a szárnyat, ahogy valaki két karjával felemel egy palástot. Mögöt­te az áttetsző hártya már olyan hajlékony, hogy az oda-vissza szárnycsapások ha-

A kemény kitinfedő nemcsak a finom hártyás szárnyakat oltalmazza, hanem a cserebogár testét is egyensúlyban tartja repülés közben.

A csapkodó hártyás szárny mozgási sebességére jellemző, hogy a felvételkor mindössze egy czrcdmásodpercre villant fel a fény, mégis elmosódott a képen

A cserebogár biztonságos repülését a kemény kitinszárnyak is elősegítik. Ugyanaz a jelenség figyelhető meg. mint a repülőgépeken: amikor egy zavaró légáramlat felbillenti a gépet, a ferde szárnyon kisebb emelőerő keletkezik. A túloldali nagyobb erő ezért a tengely körül visszabillenti a repülőt az eredeti vízszintes helyzetbe

A házi légy még „menet közben” is képes növelni szárnyának emelőerejét. Beépített csűrölapot forgat el. szárnyának keresztmetszete alig észrevehetően Z alakot vesz fel. A szárnycsapások közben igy nagyobb emelőerő keletkezik

tására könnyedén lendül át az ellenkező irányba. Nyoma sincs tehát rajta a repü­lőgépszárnyak jellegzetes keresztmetsze­tének – a hajlított csepp alaknak amelyen siklórepüléskor szinte önmagá­tól keletkezik a felhajtóerő. A rovarnak minden egyes szárnycsapással meg kell dolgoznia az emelőerőért! Egy kis köny- nyités azért akad. A házi légy például „feltalálta” a beépített csűrőlapot. Ezt a szárny közepén húzódó, úgynevezett ová­lis ablakot két párhuzamos, merev kitin­léccel elcsavarhatja, s így a szárnykereszt­metszet finom Z alakot vesz fel. A két­szeres hajlat nyomáskülönbséget idéz elő a szárny körül elsikló levegőben. így akármelyik irányba csap a szárny, min-

A szitakötő azt az aerodinamikai megoldást alkalmazza, amelyre a repülőgép-tervezők csak hosszas fejtörés után jöttek rá. A leheletfinom szárnyak csúcsához közel egy-cgy fekete kitinszemcse helyezkedik el. Ha nem lennének ott. a szárnyélek zavaróan vibrálnának repülés közben

(lenképpen fokozódik rajta a légerő. amelynek függőleges összetevőjeként hat az emelőerő a rovarra.

A repülés kezdeti időszakában sokat bajlódtak a szerkesztők a merev szárnyak veszélyes ..berezgésével”. Ez a leszakadó örvények nyomán lépett fel. és sokszor szárnytöréshez vezetett. Később sikerült megtalálni az ellenszert: a szárny belépő­élének közelében nehezékeket helyeztek el. amelyek tehetetlen tömegükkel csilla­pítják a rezgéseket. M. K. Tyihonravov szovjet repülőgép-szerkesztő csak később fedezte fel, hogy a szitakötők már ősidők óta ismerik ezt a megoldást. Szárnyaik élén a csúcs közelében egy-egy kemény kitinszemcse található, amely a káros mellék rezgésektől óvja a rovarszárnyat.

A lepkék csodálatos színekben pompá­zó himpora is érdekes aerodinamikai tulajdonságú. A káposztalepke 0,2 mm hosszú pikkelyei, amelyek a tetőcserepek­hez hasonlóan fedik a szárnyat, növelik a felület érdességét. A szárny alsó felén szorosan egymásra simulnak, felső felén viszont ferdén kiállnak a szárnysíkból, így a szárny felett kisebb légnyomás alakul ki, mint alatta, s ez a felhajtóerő növekedéséhez vezet. W. Nachtigall kí­sérletei szerint a hímport eltávolítva, 15 százalékkal csökken a szárnyakon ébredő felhajtóerő. Más kutatók meg­figyelései arra utalnak, hogy a hímpor különös „haladó hullámok” létrejöttét segíti elő a lepkeszárnyon.

A kétszárnyúak rendjébe tartozó ro­varok biliére furcsa találmány! Ha eltá­volítják például a légyről, még felszállni sem tud. Repülés közben ez a gombostű alakú szervccske a szárnycsapások üte­mében rezeg, és másodpercenként akár 330-szor is „billeghet”. A billérfejek tehe­tetlen tömege mindig ugyanabban a sík­ban rezeg, így a repülési irány tartásában segíti a rovart, ahogyan egy játék pör-

Szabad szemmel alig látható a parányi rovarok még parányibb számycsökevcnye – a biliér. Neve nagyon találó, mert repülés közben a szárnycsapások ütemében billeg például az egyik szúnyogfaj (balra) és a vércselégy (lent) ..derekán”. Ha megváltozik a rovar repülési iránya, erről az elcsavarodó biliér küld jelzést az apró pilóta számára

gettyű tengelyét is csak erőszakosan lehet elbillenteni. Ha a rovar eltér repülési irányától, billérei elcsavarodnak, s ezt azonnal érzékeli az állat.

Ennek a különös készüléknek a mintá­jára szerkesztették a mérnökök a girot- ront. Első pillantásra „dupla” csengőre emlékeztet: apró elektromágnesek kö­zött váltakozó áram hatására hangvilla alakú alkatrész rezeg. Az egész szerkeze­tet úgy függesztik fel, hogy bármely irány­ban elfordulhat, a vibráló „hangvilla” tengelye azonban mindig a tér azonos irányába mutat. Ha ehhez képest a repü­lőgép helyzete megváltozik, a készülék azonnal jelzi. Amikor például dugó­húzóban zuhan a gép, a girotron ismét vízszintes repülésbe kormányozhatja. Napjainkban már annyira tökéletesítet­ték, hogy rakéták irányítására is felhasz­nálható.

A rovarok billérénck mintájára szerkesztett egyensúly-érzékelő műszer. Sokkal kisebb, mint a régebbi giroszkópok, amelyek a pörgettyű tehetetlensége révén jelezték a repülőgép helyzctváltozását. Ebben az elektronikus készülékben – a girolronban – tömör hangvilla formájú alkatrész rezeg, és azonnal érzékeli, ha a repülőgép megbillen

Nyolcas a szárnyakon

Ami a repüléstechnikában sokáig a leg­nehezebb probléma volt: az egy helyben lebegés, a rovarok számára szinte gyerek­játék. A zengőlégy például olyan mozdu­latlanul lebeg, mintha a levegőbe szögez­ték volna. Ha nem hallanánk zümmögé­sét, el sem hinnénk, hogy közben sebesen rezegteti szárnyait. Erre a légi mutat­ványra még a kitünően repülő madarak is alig képesek. A nagy szenderlepke talán a legfeltűnőbb jelenség: hosszú szipókájával nektár után kutatva kitar­tóan lebeg a virágkelyhek felett. Még a helikopterek tökéletesítésében is „részt vett”. Oemichen francia kutató lassított filmfelvételek alapján tanulmányozta szárnymozdulatait, és a megfigyelt tör­vényszerűségeket felhasználva tökéletesí­tette a helikopterek stabilitását.

Egy helyben lebegéskor a zengőlégy vízszintesen mozgatja szárnyait, mint a helikopter. Csak egy baj van: súlypontja éppen a tor és a potroh határvonalára esik, holott szárnyai előrébb, a toron

A kacsafarkú szenderlepke helikopter módjára lebeg a virág előtt. A felmetszett kehely elárulja, milyen mélyre nyúlik a rovar hosszú pödörnyclve. hogy elérje az édes nektárt. Szárnyai nem egészen vízszintesen mozognak. így az emelőerő mellett annyi vonóerő keletkezik, amennyi a virághoz szorítja a rovart

Könnyeden lebeg egy helyben a zengőlégy, ha vízszintesen mozgatja szárnyait. De hátrább levő súlypontja miatt valamilyen trükköt kell alkalmaznia, hogy fel ne billenjen. Vagy nagyobb ívben csap hátra, mint előre, mert így a testére ható emelőerő éppen a súlypontjához tolódik (1). vagy a potrohát begörbíti, s ezzel a súlypontja tolódik szárnyainak szabályos ..legyezője’’ alá (2). Ha egyiket sem csinálja, a súlya hátrahúzza. Felbillen a levegőben, és meglepő módon hátrafelé repül! (3)

1

helyezkednek el. Hogyan védekezik a hátrabillenés ellen? Két módszer is ren­delkezésére áll. Szárnyrezgéseinek „szim­metrikus legyezőjét” kissé hátratolja, te­hát kisebb ívben csap előre, mint hátra, így az emelőerők eredője most már a súlyponton megy át – kiegyensúlyozva lebeghet. De azt is megteheti, hogy le­hajtja potrohút. Ilyenkor súlypontja ép­pen a szárnyak tövével kerül egy vonalba, és megint helyrebillen a lebegő mérleg. Ha viszont egyik manővert sem hajtja végre, meglepő dolog történik. A hátra­billenő testtel együtt a szárnyak rezgés­síkja is elfordul: a légy hátrafelé repül!

De az apró rovarok bármilyen irány­ban rezegtethetik szárnyukat. B. Hocking és más kutatók megfigyelése szerint víz­szintes repüléskor szárnyuk rezgéssíkja

Startol a házi légy egy kenyérdarabról’ Furcsán kicsavart szárnyai jól érzékeltetik, hogy ez a rovar bármilyen mutatványra képes a levegőben.

Ha menekülnie kell, hátrafelé is felszáll könnyedén

rendszerint 45 fokos szöget zár be a víz­szintessel. Vajon miért? Próbáljuk ki egy kézben forgatott kis légcsavarral. Ha a csavar tengelye 45 fokos szöget zár be a vízszintessel, forgás közben ugyanakkora erővel húzza kezünket felfelé, mint előre. Itt van a titok nyitja: a rovar egyenlő arányban osztja el a szárnyain keletkező légerőt emelésre és haladásra. Az emelő­erőt viszont éppen kiegyenlíti a rovar sú­lya. így a 45 fokos szárnyrezgésből tiszta előrehajtó erő jelentkezik: a rovar víz­szintesen repül!

Ez a haladás nem olyan egyenletes, mint a légcsavarhajtású repülőgépen, hiszen a rezgő szárnyak minden csapás­kor kétszer (a test fölött és alatt) holt­pontra jutnak. Ezek a legkritikusabb pillanatok! De a gyors szárnyrezgés kö­vetkeztében a magasságvesztés minden csapáskor csak ezredmilliméterckben mérhető. Végső soron tehát a rovar víz­szintes repülése csaknem egyenletes se­bességű haladó mozgás.

A lezuhanás veszélyéhez hasonlóan csalóka látszat az is, hogy a rezgő szárnyak a merev repülőgépcsavarok körpályájá­nak síkjában lengenek. Az élő természet könnyedén túllép a gépi világ kötöttsé­gein: rezgés közben a szárnyak csúcsa – ha oldalról követve nézzük a repülő rovart – nem egyenes, hanem kecses 8-as mentén mozog, a szárny első harmadá­nak síkja viszont már hármas hurkot ír le. így a csapások közben hajlongó szárnyak tovább növelik a felületükön ébredő emelőerőt.

Vízszintes repüléskor ugyanúgy manő­verezhetnek a pöttömnyi légi jármüvek, mint helyben lebegéskor. Ha „rezgés­legyezőjüket” kissé lefelé tolják a 45 fokos csapásfelület mentén, azonnal fel­billen fejpotroh mérlegük egyensúlya – a rovar ferdén száll felfelé. Ugyanez a játék megfordítva (a rezgő szárny legyezőjének

Vízszintes repüléskor a rovar szárnyának csúcspontja ferde nyolcast ír le a levegőben (1).

szárnyának első harmada viszont különleges hármas hurkot rajzol (2). Ha távolról figyeljük repülését, szárnyának ez a metszete olyan görbét rajzol le, amely egyáltalán nem szabályos

hullámvonal (3). De éppen ez teszi lehetővé, hogy a felfelé csapó szárnyon is emelőerő keletkezzék

felfelé tolásával) elörebillenti a rovar­testet – a „gép” máris ferdén lefelé száll.

De hogyan fordulhat oldalirányba? Hiszen nincs rajta olyan függgöleges kor­mánysík, mint a repülőgép farkán. Nem nehéz kitalálni a választ: ezt a feladatot is a szárnyak végzik! A rovar kisebb rezgési sebességre kapcsol azon az olda­lon, amerre fordulni akar. Sőt még arra is képes, hogy rezgés közben önállóan elcsavarja szárnysíkjait. Ez pontosan az a módszer, ahogyan a helikopter pilóta­fülkéjéből mechanikus úton állítják me- redekebbre forgás közben a csavarlapá­tokat a nagyobb felhajtóerő érdekében.

A szárnyak mozgatószerkezete külön

Keresztirányú izomkötegek játékából alakulnak ki a ritmikus szárnycsapások. Fenn a rovar keresztmetszetében, lenn a hosszmetszetében láthatók az izmok. Ha a függőleges irányú hát-hasi izmok húzódnak össze – a szárny felcsap; ha a vízszintes hosszanti izmok húzódnak össze – a szárny lecsap

mechanikai remekmű számos apró, finom alkatrésszel. A „gépház” – a tor kereszt­metszete – úgy fest, mint egy ókori evezős gálya belseje, amelyben a kétkarú emelő elvén dolgoznak a lapátok. Efféle szer­kesztési elvet találunk a rovarok testében is, csakhogy a „hajótörzs” két darabból áll: a haslemez kemény kitinteknöjében lesüllyeszthetően nyugszik a rovar dom­ború hátlemeze, s ott, ahol a szélek talál­koznak, nyúlnak ki a szárnyak „evező­nyelei”. Kétoldalt a kettő közötti rés ha­tározza meg, mekkora izomerő kell a szárnyak mozgatásához. A szárnyvég ugyanis a hátlemez széléhez kapcsolódik, forgáspontja pedig a haslemez szélén van. Ha a hátlemez felemelkedik – a szárny lecsap. Ha a hátlemez lesüllyed – a szárny felfelé mozog.

A mozgatóizmok elhelyezkedése szel­lemes mechanikai megoldás. A közvetett hát-hasi izmok a szárnyak tövénél függő­leges irányban húzzák lefelé a hátlemezt: ilyenkor a szárnyak felfelé csapnak. De a hátlemez felfelé mozgatására már nem kínálkozik ilyen egyszerű megoldás, hi­szen ezek a felfelé húzó függőleges izmok kilógnának a rovarból. Képtelen ötlet! Az élő repülőgépekben sokkal egysze­rűbben kapott helyet az ellenizomzat.

Képzeljünk el egy félbevágott gumi­labdát – ez legyen a rovar hátlemeze. Ha az asztalra fektetve két szélét összenyom­juk, erre az irányra merőlegesen a labda két széle felemelkedik. Valahogy így oldották meg a rovarok a nehéz problé­mát. A hátlemez széleit emelő két izom- köteg a tor hosszában helyezkedik el, és ugyanúgy húzza össze a hátlemezt, mint mi a gumilabda széleit. Ilyenkor a csuklósán kapcsolódó szárnytövek két­oldalt felemelkednek – lecsap a páros szárny. A hát-hasi izmok most már ismét lehúzhatják a szárnyvégeket, s ez így megy váltakozva, hihetetlen gyorsasággal.

Amikor J. W. S. Pringle angol biológus mikroszkóp alatt vizsgálta egy háziméh szárnymozgató szerkezetének parányi alkatrészeit, kiderült, hogy ezek még arra is lehetőséget nyújtanak, hogy lecsapás és felcsapás közben a méh „elcsavarja” szár­nyainak állásszögét, ahogyan az evezősök fordítják el a lapátot. Nem csoda, hogy a légy vagy a méh könnyedén, tetszés sze­rinti síkokban, tetszés szerinti hajlásszö­gekkel és tetszés szerinti rezgésszámmal mozgatja szárnyait.

Egyes rovarok azonban nem bajlódnak a szárnycsapások rezgésszámának vál­toztatásával. A vándorsáskák például kitartó repülők, így nyilván egyetlen rit­musra állítják be „motorjukat”, s a szár­nyak különféle mozgatási trükkjeivel manővereznek. Legalábbis ezt bizonyít­ják M. Jensen dán kutató mérései: a szél­csatornában felfüggesztett sáskák bár­milyen irányban repültek, percenként 1040 szárnycsapással haladtak mindig.

A táncmester frakkja

Általában minél nagyobb zajjal, zümmö­géssel repül egy ilyen apró helikopter, annál nagyobb nehézségekkel küszködve halad légi útján. Hiába, nem mindegyik rovar tett szert olyan kitűnő konstruk­cióra, mint a szitakötő, amely néhány másodperces szárnymozgatás után 5-6 métert suhan könnyedén és hangtalanul a levegőben. A gyors légikalóz teste az ember alkotta „duplafedeles” gépek ra­gyogó mása a természetben. Hosszúkás, bot alakú teste kisebb ellenállást kelt a levegőben a tömzsi rovartestekhez képest, és érdekes „mérlegelvet” valósít meg. Két pár szárnya ugyanis egymással ellentétes ritmusban rezeg fel-le. Ha teste ugyan­olyan rövid lenne, mint például a posz- méheké, csak bukdácsolva repülhetne nagy felületű szárnyaival: hol előre-, hol hátrabillenne. Szárnycsapásai ugyanis forgatónyomatékot keltenek, s úgy járna, mint az a vígjátéki szereplő, aki szóra­kozottan leül egy lóca végére, és a pad hirtelen felbillen. A hosszúkás test meg­akadályozza ezt a billenést, mert tehe­tetlen tömege kiegyenlíti a szárnyak kel­tette forgatónyomatékot.

A nyári esték zümmögő szúnyogszere­nádja érdekes dolgot árul el a bioniku­soknak: a rovar szárnyainak rezgésszá­mát. A szárnycsapások úgy rezegtetik a levegőt, mint a hangvilla. Minél gyorsabb a rezgés, annál magasabb hang keletke­zik. A normál a hang 440/mp-es rezgés, amit a legtöbb szúnyog könnyen előállít­hat, sőt a mérések szerint olyan fajaik is vannak, amelyek másodpercenként akár 1000-szer is rezegtethetik szárnyaikat. (Egy-egy rezgés ilyenkor azt jelenti, hogy a szárny egyszer le- és felcsap, tehát ki­indulási helyzetébe tér vissza.) A zengő­legyek könnyed lebegését is ezért kíséri olyan magas zümmögő hang, hiszen má­sodpercenként 300 350 szárnycsapással függnek a levegőben. A kék dongólégy szárnya lassabban, általában 200-szor, a poszméheké pedig 180-240-szer rezeg másodpercenként.

H ogyan feszülhetnek-ernyedhetnek ilyen hihetetlen gyorsasággal a rovarok repülőizmai? Az emlősök és a madarak izomrostjai a megfigyelések szerint leg­feljebb hússzor képesek összehúzódni másodpercenként a megfelelő idegimpul­zusok hatására. Ha ennél nagyobb rezgés­számra akarják késztetni őket, görcsösen összehúzódnak, és felmondják a szol­gálatot. A kérdőjel a poszméh alapos vizsgálata nyomán tűntél. Kiderült, hogy szárnymozgató izmai nem kapnak tíznél több mozgási utasítást másodpercenként, de ezekre nemcsak egy-egy összehúzó­dással, hanem egész rezgéssorozattal vá-

laszol. Az egymást követő villamos im­pulzusparancsokból már folyamatos rez­gés alakul ki.

Ha a zengőlégy egy órát röpköd meg­állás nélkül, szárnyaival több mint egy­millió csapást végez. A rovarok parányi repülöszerkezeteinek láttán szinte hihe­tetlen, milyen óriási teljesítményű motor rejtőzik bennük. Svachulay Sándor, a ma­gyar repülés kiváló úttörője szellemesen jegyzi meg A természet aviatikusai című könyvében: „Ezek a parányi és roppant gyorsan rezgő szárnyak önkéntelenül komikus hasonlatot juttatnak eszünkbe, mert e röphártyák aránylag nem nagyob­bak, mint egy táncmester frakkjának libegő szárnyai. Milyen furcsa volna, ha ezek a frakkszárnyak is hasonló gyors rezgésbejönnének, és a táncmester örült sebességgel iramodna fel a levegőbe!” Nemhogy egy táncmester, de még egy iz­mos sportoló sem képes arra, hogy pusz­tán saját izmainak erőkifejtésével emel­kedjék a magasba. Az egyszemélyes izomerővel működő repülőszerkezetek mind a mai napig csak kísérleti állapot­ban vannak, a rovarok viszont nap mint nap végrehajtják szemünk láttára ezt a bravúrt. Sőt az egy helyben lebegő zengő­légy saját súlyánál kétszer nehezebb teherrel is könnyedén a levegőben marad. A lepke szárnymozgató izmaiban még nagyobb energiák rejtőznek: testsúlyá­nak akár több százszorosát is képes felemelni.

Az emberi izmok vegyi energiát alakí-

Bravúros felvételsorozat egy észak-amerikai kabóca repüléséről. Az első két képen a szárny lefelé csap, a másik kettőn felfelé. Csak úgy sikerült a gyorsan rezgő rovarszárnyat ilyen tökéletes élességgel lefényképezni, hogy egy elektronikus megvilágító berendezés minden felvételkor csupán egy milliomodmásodpercre villant fel

tanak át mozgási energiává, de egyál­talán nem tökéletesen. Az energia 75 százaléka clvész az átalakulás során, így izmaink hatásfoka kb. 25 százalék. Ahhoz képest, hogy a gépkocsik motorjának hatásfoka körülbelül ugyanennyi, nem lehetünk elégedetlenek. De mennyire gazdaságosa rovarrepülés? Gondos elem­zéssel megállapították, hogy ha például egy méh 260 szárnycsapással óránként 20 km-es sebességgel repül vissza kaptár­jába az összegyűjtött virágporral (s így teljes súlya a terheléssel együtt kb. 0,2 gramm), akkor a tiszta cukor fogyasztá­sából kapott energia alapján úgy látszik, hogy gazdaságosan dolgozik: hasznos terhelésének mindössze 9 százalékát kell motorjának üzembcntartására fordítania. A 2 gramm súlyú sáska viszont egyórás repülés alatt annyi energiát használ fel, amellyel 1.3 kg súlyt lehet 60 cm magasba emelni. Izmainak energiaátalakítási ha­tásfoka tehát a számítások szerint kb. 20 százalék, ami még az emberénél is rosz- szabb.

A motor teljesítménye a jármű sebes­ségét is befolyásolja, de a rovarok cikázó gyorsaságát legalább olyan nehéz meg­határozni. mint a többi állat haladási sebességét. Ahány mérés, annyi érték. Különféle adatok egybevetése alapján valószínű, hogy a rovarvilág csúcstartói a jellegzetes szőrös testű éjszakai lepkék, a szenderek. amelyek a természet alkonyi szendergésekor kelnek légi útra 15 m/mp sebességgel. A kitűnően repülő szitakötő a legnagyobb igyekezettel is csak 10 m/mp-et ér el, a méhek sebessége pedig még ennél is kisebb: a Nobel-díjas nyugatnémet méhkutató, K. Frisch pro­fesszor mérése szerint 6,5 m/mp. A sáskák egyáltalán nem sietnek, ha félelmetes pusztító hadjáratukra indulnak. T. Weis-Fogh mérései szerint 3,6 métert tesznek meg másodpercenként, hacsak nem segíti őket a hátszél. A káposzta­lepke egy másodperc alatt mindössze 2.3 méterre jut, ami azt bizonyítja, hogy nagy szárnyai ellenére a legrosszabbul repülő rovarok közé tartozik.

Ahhoz képest, hogy a sarlós fecske 100 km-es óránkénti sebességgel suhan az égen, egy jobb repülőgép pedig játszva tesz meg óránként 900 km-t, a rovarok repülési sebessége szinte nevetséges. Ám ha e kis repülöszerkezeteket abból a szempontból vizsgáljuk, hogy saját test­hosszukhoz képest mekkora távolságra juthatnak el, egy csapásra megváltozik a verseny helyezési sorrendje. Még az 5 m/mp sebességgel repülő dongó is azon­nal az élmezőnybe kerül, mert testhosz- szának tízezerszeresét teszi meg! Mögé szorul a sarlós fecske 8300-szoros test­hosszal, az előbbi példában említett re­pülőgép pedig az utolsó helyen végez 1500-szoros arányával.

Ez az eredmény még lenyügözőbb, ha arra gondolunk, hogy a rovarok hihetet­lenül nagy távolságokra juthatnak el. Híres távrepülők például a sáskák, a kü­lönféle tarka lepkék, de még a púpos szú­nyogok családjába tartozó afrikai fekete­legyek is 320 km-t repülhetnek megállás nélkül, ami testhosszuk 100-milliószoro- sát jelenti.

Milyen nagyszerű lenne olyan repülő­gépet szerkeszteni, amely ugyanúgy csap­kod a szárnyaival, mint a rovarok, és leg­alább olyan légi bravúrokra képes, mint például a legyek! Elsőként A. O. Jarda- noglou görög feltaláló szerkesztett ilyen rovarrepülögépet 1949-ben. De a masina semmi áron sem akart a levegőbe emel­kedni. Csupán arra volt jó, hogy a gya­korlatban is bebizonyította, milyen keve­set tudnak a szakemberek a rovarok re­püléséről és szárnymüködéséről. Később O. Hawlowski lengyel kutató tervezett entomoptert (görögül entomon = rovar,

pteron = szárny), de a furcsa repülőgép csak a rovarrepülés fizikai törvényszerű­ségeinek tanulmányozására volt alkal­mas. Szovjet kutatók is kísérleteztek olyan szárny mozgató szerkezettel, amely­nek három lóerős motorja jelentős felhaj­tóerőt termelt, de ennek sem sikerült meg­hódítania a levegőt. Talán műanyagból készült hajlékony szárnyakat kellene al­kalmazni, hogy a szerkezet a rovarok könnyedségével libbenjen a levegőbe, és önsúlyán kívül legalább egy embert is fel­emelhessen. Az aerodinamika szigorú törvényei alapján sikerült megszerkesz­teni a merev légcsavaros helikoptert; a ro­varok rezgő szárnyú repülésének tanul­mányozása talán az ideális egyszemélyes entomopterok megalkotásához is elvezet.

„Kettétört” madárszárnyak

Amikor a madárvilág legkisebb képvise­lője, a 2-3 cm hosszú, pöttömnyi kolibri a levegőben lebegve, hosszú csőrével szív­ja az édes nektárt egy virágkehelyből, ala­posan meg kell dolgoznia ezért a légi bra­vúrért. Naponta annyi táplálékot fo­gyaszt, mintha egy ember a testsúlyával arányos erőt kifejtve, naponta csaknem két mázsa főtt krumplit enne meg.

így a többi madárhoz képest a tarka tollú kolibri eléggé lemaradt a gazdasá­gos repülés tudományában. Csak az nyújt számára kárpótlást, hogy nemcsak a heli­kopterrepülést ismeri, hanem a madarak között az egyetlen, amely hátrafelé is tud folyamatosan repülni. Szárnyaival ugyan­úgy verdes félkörívben oda-vissza, mint a rovarok. így a helikopterek vízszintes csa­varszárnyához hasonlóan kelti a felhajtó­erőt.

A madarak többsége sokkal kisebb energiabefektetéssel használja ki a szár­nyaló repülés előnyeit. Ősidők óta figyeli 82 vágyakozva az ember ezt a különös ké­pességet, s nem véletlen, hogy a csapkodó szárny képe szorosan összeforrt a repülés fogalmával. Az első bátortalan légi kísér­letek is csapkodó szárnyú modellekkel kezdődtek. Nem is vezettek eredményre! A madarak ugyanis csak kényszerűség­ből csapkodnak szárnyukkal. Leggyak­rabban éppen azok, amelyek a legrosz- szabb repülök, mert kifeszített szárnyu­kon nem ébred elég felhajtóerő. A 3,5 4 méter fesztávolságú albatroszok, a tenger kitűnő vitorlázórepülői szinte alig leb­bentik szárnyukat. Olyan tökéletesen re­pülnek, hogy semmi szükségük erre a fe­lesleges mozgásra. Általában minél na­gyobb egy madár, annál kiforrottabbnak tekinthető repülési technikája, s így szárnycsapásainak száma is annál kisebb.

A madárszárnyban éppen úgy megta­lálhatók a végtagokra jellemző csontok, mint a magasabb rendű állatokban. A szárnytőből nyúlik ki a felkar, ehhez az

Ventillátor módjára tereli maga alá a kolibri a levegőt, amikor egy helyben lebeg. Szárnyai nem fordulnak körbe, ezért minden félkörives csapás után „átállítja” számyprofilját.

Az egyetlen madárfaj, amely vízszintesen hátrafelé is tud repülni

A mangófa virágján csipegető kolibri. A legapróbb termetű madarak közé tartozik, ezért könnyen utánozza a rovarok repülési stílusát. Amikor egy virág előtt lebeg, csaknem függőlegesen tartja testét, így súlypontja éppen félkörös szárny­csapásainak középpontjában helyezkedik el (jobbra)

alkar két csontja (az orsó- és a singcsont) csatlakozik, végül a néhány kéztő- és kéz- középcsont, az összenőtt ujjak zárják le az elülső végtagot. Ez a toliakkal borí­tott, hajlékony szerkezet teszi lehetővé, hogy pihenő helyzetben a kecses repülő­szerszám a madár oldalához simuljon, kifeszitve viszont a legkisebb szél is be­lekapaszkodjon.

A kiterjesztett szárnyon a repülőgépek­hez hasonlóan alakul ki a felhajtóerő: minthogy a szárny felül domború, alul pedig homorú, a mellette elsuhanó leve­gőben kisebb nyomás képződik fölötte, mint alatta. Ez a nyomáskülönbség emeli fel a madárszárnyat, amint ezt a szélcsa­torna-kísérletek is bizonyítják. Még ak­kor is keletkezik rajta felhajtóerő, ha nem lebbenti meg a madár – ellentétben a ro­varok hártyás szárnyával, amelynek szün­telenül csapkodnia kell a fennmaradás­hoz. De ha tovább keressük a hasonló­ságot a motoros repülőgép és a madár­szárny között, önkéntelenül adódik a kér­dés: hol van a madár légcsavarja?

A madárvilág természetesen nem en­gedhette meg magának azt a luxust, hogy külön válassza a „lebegtető” szárny me­chanizmust és az „elörehajtó” szerkeze-