Dosud jediný ozubený převod nalezený v přírodě

pavelkabrt Darwinovy omyly 0 Koment.

Malý skákavý hmyz Issus coleoptratus používá ozubené převody na svých kloubech pro přesné vymrštění svých zadních nohou ke skoku vpřed.

Z http://www.smithsonianmag.com/science-nature/this-insect-has-the-only-me… přeložil, zvýrazněním a závěrečným komentářem opatřil Václav Dostál, editace Pavel Kábrt – pavelkabrt@seznam.cz – 1/2016.
Joseph Stromberg

S naší nejlepší rozumovou schopností byl vynalezen mechanický ozubený převod – s rovnoměrnou velikostí zubů zasazených do dvou otočných povrchů, aby do sebe zapadaly při otáčení – někdy kolem r. 300 před Kristem řeckými mechaniky, kteří žili v Alexandrii. V následujících staletích se toto jednoduché pojetí stalo základním principem moderní technologie, umožňující všechny druhy strojů a dopravních prostředků, včetně aut a jízdních kol.
Jak se ale teď ukazuje, tři milimetry dlouhý hmyz, známý jako Issus coleoptratus, nás v tomto objevu dávno porazil. Malcolm Burrows a Gregory Sutton, dvojice biologů z univerzity v Cambridge v Anglii, objevili, že nedospělci tohoto druhu mají sofistikovaný převodový ozubený mechanizmus, který uzamyká jejich zadní nohy do sebe a tím umožňuje oběma částem synchronní rotaci v jediný okamžik, což vyústí u těchto maličkých tvorů ve skok kupředu.

Objev, který byl nyní [září 2013] publikován v časopisu Science, je považován za vůbec první objevený funkční převodový ozubený systém v přírodě. Hmyz z rodu Issus, který je obvykle nazýván termínem „rostlinní skokani“, se vyskytuje všude v Evropě a Severní Africe. Burrows a Sutton použili elektronové mikroskopy a vysokorychlostní videozáznam, čímž odhalili existenci ozubeného převodu a zobrazili jeho přesnou funkci.

Říkají, že důvodem pro ozubený převod je koordinace: Aby došlo ke skoku, obě zadní nohy hmyzu se musí vymrštit v naprosto stejném čase. Protože se obě nohy pohybují stranově, pokud by se jedna natáhla jen o zlomek sekundy dříve než druhá, vymrštilo by to hmyz bočně, doleva či doprava, namísto dopředného skoku.

Ozubení je elegantním řešením. Vysokorychlostní videa badatelů ukázala, že tvorové, kteří skáčou rychlostí až 14 km/h, nakloní své zadní nohy do výskoku, potom je napřímí, čímž dojde ke stlačení a výskoku během 30 mikrosekund, čili ve třiceti miliontinách sekundy.


Převzato z: http://public.media.smithsonianmag.com/legacy_blog/gear-jumping.gif

Jemně ozubené převody na nohách tohoto hmyzu umožňují takovýto pohyb. „K řešení složitého problému, který mozeček a nervový systém hmyzu Issus řešit nemůže, je použita jeho kostra“, řekl Burrows v prohlášení pro tisk.

Ozubené převody jsou na vrcholu hmyzích zadních nohou (na segmentech zvaných trochanter /chocholík/) a obsahují 10 až 12 kuželovitých zubů o šířce asi 80 mikrometrů. U všech studovaných skokanů hmyzu Issus byl nalezen tentýž počet zubů na každé zadní noze s elegantně zaklesnutým ozubením. Zuby mají dokonce u paty zaoblení, což je design uplatňovaný u lidmi vyráběných mechanických ozubení, protože to omezuje opotřebení během času.

K potvrzení, že ozubené převody skutečně plní svou funkci, provedli badatelé parádní (i když trochu morbidní) trik s některými mrtvými těly hmyzu Issus. Ručně nastavili jejich zadní nohy do výskočné polohy a pak elektricky stimulovali hlavní výskokový sval na jedné noze, takže noha se natáhla. Druhá, elektricky nestimulovaná noha, ale mechanicky rotačně propojená pomocí ozubení, se také napnula a mrtvý hmyz skočil dopředu.

Největší záhadou je fakt, že dospělci téhož druhu hmyzu pak už nemají žádné ozubené převody – jak mladší jedinci dorůstají a jejich kůže líná, neregenerují už žádné převodové zuby a jejich dospělé nohy jsou synchronizovány jiným mechanismem (řadou protažených výčnělků na obou zadních nohách, které tlačí druhou nohu do pohybu).

Burrows a Sutton mají hypotézu, že to může být vysvětleno křehkostí ozubeného převodu: jestliže se zlomí jeden zub, tak to omezuje efektivitu designu. Pro mláďata, která opakovaně línají a vytvářejí se jim nová ozubení než dospějí, to není až tak velký problém, ale pro dospělé Issusy by nahrazení zubů bylo nemožné – proto zde existuje alternativní uspořádání.

Existují struktury podobné ozubeným převodům, které byly objeveny už dříve u jiných zvířat (jako je ostnitá želva nebo Arilus cristatus), ale ty jsou pouze ozdobné. Výše uvedený mechanismus se jeví jako první přírodní design, který mechanicky funguje jako naše ozubené převodové systémy.

„Na ozubená kola obvykle myslíme jako na lidmi navržené strojní zařízení, ale my jsme shledali, že je to jen proto, že jsme se nedívali dostatečně pilně,“ řekl Sutton. „Nalezené ozubení není navrženo, vyvinulo se – představuje vysokorychlostní a přesné mechanické zařízení, vyvinuté pro synchronizaci v živočišném světě.“

Poznámka o autorovi článku:
Josef Stromberg je reportérem ze světa vědy pro webový portál Vox.com. Původně pracoval v oblasti mediální žurnalistiky pro Smithsonian.

Komentář Václava Dostála:

Je zřejmé, že autor není technik (strojař) a že o umělých ozubených kolech mnoho neví. Jinak by nepopisoval zuby tak nešikovně: Nejprve tvrzením, že profil zubů je kužel a poté, že má zaoblení u paty zubu, přičemž si nevšímá zaoblení u hlavy zubu. Dále neví, že profil zubu musí mít u kola či segmentu na svých bocích křivku, jinak by spolu zuby nemohly zabírat a hned při prvním „záběru“ by se vylomily. Boční křivky na zubech tedy neomezují opotřebení, ale vůbec umožňují vzájemný záběr zubů.

Podle použitých „vědeckých“ termínů v jeho článku můžeme poznat, že autor nerozumí ani ozubení ani možná biologii. Já biologii nerozumím, takže nemohu hodnotit jeho „výklad“ či „reportáž“ po této stránce. Vystudoval jsem však Střední průmyslovou školu strojnickou a ozubení, ozubeným kolům či soukolím tudíž rozumím. Jinak bych tam propadl! A na předmět Mechanika, v jejímž rámci jsme ozubení probírali, jsme měli velmi přísného inženýra!

V článku je ovšem několik odkazů, zejména na původní článek objevitelů. Postrádal jsem odkaz na jiný článek, který by popisoval „výčnělky“ u dospělého Issuse. V článku je pouze podiv, že mechanismy dospívajícího a dospělce jsou rozdílné. O termínu „výčnělky“ bych rád věděl, co tím autor článku míní.

Ačkoli autor píše o „přírodním návrhu“, vzápětí uvádí, že o žádný návrh nejde. To je rozpor. Tak existuje ozubený mechanismus nebo mechanismus „s výčnělky“ u daného tvorečka díky návrhu přírody nebo díky vývoji = evoluci? Co však je „přírodní“ (nebo „přirozený“ či „naturální“) návrh (design)? Někdo by mohl tvrdit, že jde o návrh samovolné evoluce. Má ovšem toto tvrzení smysl? Znamená tvrzení „dané zařízení se vyvinulo“, že se vyvíjelo bez nějakého návrhu? Pak ovšem neexistuje „přírodní“ návrh! Jak to tedy vlastně je?

„Evoluční návrh = návrh evoluce“ vzniku ozubeného mechanismu u Issusů může sice být simulován pomocí počítače, ale to je návrh nějakého zdatného programátora, který navíc rozumí biologii. Vypovídá to ve prospěch inteligentního návrhu a ne proti němu!

Konstrukční zásady, platné pro vyráběné ozubení (ozubená kola, ozubené segmenty) jsou platné i pro ozubení u daného hmyzu. Tyto zásady jsou „přírodními zákony“, jimiž se musí řídit každé ozubení. Vyráběné ozubené segmenty a segmenty u hmyzu Issus nejen lze srovnávat, ale je to dokonce nutné! Tedy po stránce konstrukční (tj. z hlediska přírodních zákonů).
2. 1. 2016

Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInEmail this to someonePrint this page

Komentujte

Buďte první kdo bude komentovat!

Upozornit na
wpDiscuz