Ugyanúgy repül a kolibri, ahogy a bálna csapkod az uszonyával

A repülés a természet csodája, amire Leonardo da Vinci is áhítozott, de sajnos az embernek nem adatott meg a szárny – ha csak a két lapockánkat nem tekintjük annak, azokkal viszont nem jutunk messzire. A repülésre képes szerencsés állatoknál a szárnycsapkodás frekvenciája tökéletesen illeszkedik a szárny rezonanciafrekvenciájához. És a kutatók rájöttek, hogy kiszámítható, egyenlettel leírható a repülés.

Egy új tanulmányban Jens Højgaard Jensen és csapata a dán Roskilde Egyetemen a repülést vizsgálta részleteiben. Sikerült felállítaniuk egy komplex képletet, ami a madarak, a denevérek, a rovarok szárnycsapkodásán túl a pingvinek és a bálnák szárnymozgását is leírja.

Méhektől a kolibriig mindenki

A kutatók összehasonlították előrejelzéseiket a már meglévő adatokkal, amelyek a különféle fajok szárnycsapkodásainak gyakoriságát írják le, és megszületett a képlet. Az állatok repülésének vagy úszásának stílusa nagyban függ a testtömegtől és a szárny területétől, ezek befolyásolják a hatékonyabb mozgást, az energiafelhasználást és az aerodinamikai tulajdonságokat is.

A nagyobb állatok általában nagyobb izomtömeggel rendelkeznek, vagyis nagyobb szárnyakra vagy uszonyokra van szükségük, hogy elbírják súlyukat a vízben vagy a levegőben. A szárny területe alapvető, ettől függ, mennyire tud emelkedni az állat. A nagyobb szárnyfelület jobban meg tudja emelni a nagy testtömegű állatokat, a kisebbeknek azonban elég kisebb szárny is, hogy a levegőben maradjanak. A szárny- vagy uszonycsapások gyakorisága is ettől függ, a bálnák és nagy madarak lassabban csapnak oda erősebben, a kisebb rovarok és madarak gyorsan csapkodnak piciket.

A hosszú, keskeny szárnyú madaraknak az ideális mozgásforma a siklórepülés, a rövidebb, szélesebb szárnyúak inkább csapdosnak.

A szárny- vagy uszonycsapás gyakoriságát a kék bálnától a szúnyogig vizsgálták 414 állat adatain, és ezek alapján állították fel az egyenletet. De a tanulmány nemcsak a repülés és úszás csapkodási frekvenciáit szabályozó fizikai dinamika megértését segíti, rávilágít a földi életformák összekapcsolódására is.

Az eredmények szerint a különböző fajoknál fizikai paramétereik ellenére következetes kapcsolat áll fenn a testtömeg, a szárny területe és a szárnycsapás gyakorisága között. Egyenes arányosság van a szárny- vagy uszonycsapkodás gyakorisága és az állat testtömegének négyzetgyöke  ⁄ a szárny területe között. A csapkodási frekvenciáknak ez az univerzális egyenlete igaz a pingvinekre, és sok bálnafajra is.

Az egyenlet segítségével kihalt fajok szárnycsapkodási arányait is fel lehet állítani. Megtették ezt például a Quetzalcoatlus northropival, ami egy kihalt, majdnem 4 méter magas pteroszaurusz, és a legnagyobb ismert repülő állat volt. Tíz-tizenkét négyzetméteres szárnyaival 0,7 hertzes frekvenciával csapkodott, és néhány éve derült csak ki, hogy óriási testét ugrálva bírta repülésre. Állítólag két és fél méter magasra is felszökkent, és ebből repült el. A repülés-szárny-tömeg korrelációk megértése az érdekességen túl azért is fontos, mert segítheti a jobb repülőgépek és robotok tervezését.

(Borítókép: Manuel Romaris / Getty Images)