Zbaveni zemské tíže: Kdy se vznesli první tvorové do vzduchu?
Po vodě a souši byl vzduch třetím a posledním z živlů, který si pozemští živočichové podmanili. Ptáci, s nimiž si létání automaticky spojujeme, ovšem zdaleka nebyli prvními tvory oblohy. Předběhl je hmyz i plazi.
Jako první se začali v atmosféře naší planety prohánět vlastní silou zástupci pravěkého hmyzu. O tuto výsadu, na rozdíl od jiných živočišných skupin, hmyz v průběhu evoluce nepřišel. Zůstává tak jedinou letuschopnou kategorií živočichů z říše bezobratlých.
Postrach s průsvitnými křídly
Během stovek milionů let získala hmyzí křídla nejrůznější tvary a konstrukce. Tropičtí motýli (Lepidoptera) udivují nádhernými barvami, brouci (Coleoptera) si přeměnili přední pár na tuhé a často velmi atraktivně zbarvené krovky. Ke konstrukční dokonalosti dovedl křídlo jako prostředek letu dvoukřídlý hmyz (Diptera), reprezentovaný třeba obyčejnou mouchou domácí (Musca domestica).
Způsob vzniku okřídleného hmyzu je však stále zahalen tajemstvím. Vzácné fosilie nenabízejí dostatek indicií k tomu, aby vědci mohli s jistotou říct, jak se křídla hmyzu vyvinula. Snad vznikla z výběžků, kterými si hmyz pomáhal k udržení rovnováhy při dlouhých skocích. Možná stály u jejich vzniku vnější žábry, jaké dnes pozorujeme u nedospělých jepic (Ephemeroptera).
Jisté je, že nástup hmyzích letců byl razantní. Ještě v devonu, před dlouhými 400 miliony let, byl hmyz bez křídel a nelétal. O osmdesát milionů let později v období karbonu se už vzduchem pohybovalo nejméně deset různých evolučních skupin hmyzu.
Uběhlo dalších dvacet milionů let a v období permu se objevil největší známý létající hmyz – vážky Meganeura s rozpětím křídel až 75 centimetrů. Tito létající predátoři byli postrachem nejen pro hmyz (létavý i nelétavý), ale i pro drobnější obratlovce. Meganeura jasně naznačila, že letci zvířecí říše nejsou žádní evoluční outsideři a významně promlouvají do dění na Zemi.
Dva pohony hmyzích letců
U hmyzu se vyvinuly dva zcela odlišné způsoby „pohonu“ křídel. Některé druhy hmyzu mají létací svaly napojené přímo na křídlo, které je k trupu připevněné pohyblivým kloubem. Smrštěním svalu se křídlo zvedá, při povolených svalech naopak klesá dolů. Tak pracuje třeba křídlo vážek (Odonata) a tak trochu to připomíná způsob, jakým veslujeme na lodičce.
Evolučně novější „převody“ má hmyz, jehož křídla jsou přirostlá napevno k chitinovému obalu hrudi. Létací svaly se upínají na pevnou stěnu hrudi z vnitřní strany a tahem ji deformují. Jak se chitinová vnější kostra „prohýbá“, pohybují se i křídla. Tento pohon křídel využívají například mouchy (Musca) a další dvoukřídlý hmyz (Diptera) nebo vosy (Vespula) a jejich příbuzní z řad blanokřídlého hmyzu (Hymenoptera).
Rekordy nejrychlejších svalů
Létací svaly hmyzu jsou mohutné, např. kuklicím z rodu Rutilia, jež se podobají mouchám, narůstají do délky až jednoho centimetru a v průřezu měří dva milimetry. U zdatných hmyzích letců tvoří létací svaly až třetinu celkové hmotnosti těla. Tyto mohutné „letecké motory“ spotřebovávají obrovská množství kyslíku a „paliva“. Organické sloučeniny s vysokým obsahem energie se ve svalech slučují s kyslíkem a tím se v nich vázaná energie uvolní. Jako palivo slouží hmyzu cukry a tuky. Brouci mohou pohánět svaly dokonce spalováním aminokyselin, jinak používaných především ke stavbě bílkovinných molekul.
V živočišné říši bychom marně hledali svalstvo, které by se enormní spotřebou energie vyrovnalo létacím svalům hmyzu. Jejich energetickým nárokům ovšem odpovídají úctyhodné výkony hmyzích letců.
Komáři (Culicidae) dokážou mávnout křídly tisíckrát za vteřinu! I zdánlivě pomalý a neohrabaný letec, jako je čmelák (Bombus), mávne křídlem více než stokrát za vteřinu. Tak rychlý pohyb klade vysoké nároky nejen na svaly, ale i na nervový systém. Při nízkofrekvenčním letu do 200 kmitů za sekundu odpovídá sval na každý nervový vzruch jedním stahem. Při letech s vyšší frekvencí mávání křídel by už ale nervy nestíhaly vydávat svalům příslušné povely, a proto jeden nervový vzruch vyvolá u svalu hned několik stahů. V lidském těle nenajdeme žádný sval, který by dokázal pracovat s tak vysokou frekvencí. Mezi obratlovci podávají srovnatelný výkon například chřestýši (Crotalinae), kteří vydrží kmitat koncem ocasu i několik hodin s frekvencí až 100 kmitů za sekundu.
Vzduch ovládli i plazi
Zhruba před 220 miliony roky pronikli do vzduchu podstatně větší letci, než byl pravěký hmyz. Druhohorám vládli plazi, a to platilo nejen o souši a vodě, ale i o vzduchu. Rozkvětu se dočkala pestrá a početná skupina ptakoještěrů – pterosaurů (Pterosauria). Ti se stali prvními létajícími obratlovci.
Křídlo ptakoještěrů tvořila blána natažená na kostech přední končetiny a především na silně prodlouženém čtvrtém prstu. Základ blány tvořily tisíce vláken uložených mezi vnějšími vrstvami kůže. Byla to unikátní konstrukce křídla, která se zásadně lišila od předchozích křídel hmyzu a nepodobala se ani křídlům pozdějších ptáků (Aves) nebo letounů (Chiroptera) – tedy kaloňů a netopýrů. Pterosaurům se dařilo až do konce druhohor, kdy vyhynuli spolu s dinosaury a mnoha dalšími představiteli tehdejší fauny a flóry.
Evoluci zdatných pterosauřích letců vyvrcholila kapitálními kusy s anatomií plně podřízenou nárokům letu – a to jak aerodynamice, tak i námaze spojené s máváním křídly. Například obratle hrudní páteře jim srostly, aby snáze odolávaly tahu létacích svalů. U některých druhů došlo dokonce k vytvoření kloubního spoje mezi lopatkou a páteří, což je mezi obratlovci zcela unikátní anatomický rys. Kosti měli pterosauři duté a díky tomu odlehčené na minimum.
Jedním z typických ptakoještěrů byl Pteranodon s osmimetrovým rozpětím křídel. Králi druhohorní oblohy však byli azhdarchidi, jejichž označení pochází z uzbeckého výrazu pro létajícího draka. V Uzbekistánu byly objeveny první fosilie těchto létajících plazů.
Největším známým azhdarchidem byl Quetzalcoatlus pojmenovaný pro změnu podle mýtického aztéckého opeřeného hada. Patnáctimetrovým rozpětím trumfnul Quetzalcoatlus současné rekordmany v této disciplíně, albatrosy (Diomedea), hned čtyřikrát. Tělo tohoto azhdarchida však bylo velikostí srovnatelné s postavou dospělého člověka. Křídla měl dlouhá a úzká, což napovídá, že podobně jako albatros využíval vzestupných vzdušných proudů a vydržel kroužit a klouzat bez toho, že by musel mávat křídly.
