Jak se jmenuje brouk, který běhá po vodě?

Povrch jakékoli vodní plochy – ať už je to rybník, řeka nebo dokonce louže – je jedinečný ekologický výklenek. Setkávají se zde dva zcela odlišné biotopy – vzduch a voda. A co je odděluje, je takzvaný film povrchového napětí. Vzhledem k tomu, že na rozhraní obou fází nejsou přitažlivé síly mezi molekulami vody vyvážené (součet přitažlivých sil působících „dolů“ se ukáže být větší než sil působících „nahoru“), hustota vody na povrchu se ukáže být mírně vyšší než v hlavní vrstvě. „Tvorba davu“ molekul spěchajících dolů vede ke vzniku jakési elastické membrány schopné podpírat předměty, jejichž hustota je vyšší než hustota vody. Pokud ovšem tyto předměty nejsou smáčené, tzn. nepřitahují k sobě molekuly vody, čímž narušují strukturu povrchového filmu. Tento jev dobře demonstruje šicí jehla namazaná a pečlivě umístěná na hladině vody. Ocel je mnohem hustší než voda, jehla svou hmotností znatelně ohýbá vodní film, ale přesto zůstává na hladině.

Úžasných vlastností vodního filmu využívá celá řada živých organismů – ostatně život na pomezí dvou společenství, jak známo, má znatelnou výhodu. Nejznámějšími obyvateli hladiny vodních nádrží jsou samozřejmě vodní strider.

vodní chodci – hmyz, zástupci řádu Hemiptera nebo jednoduše brouci. Stejně jako jejich ostatní příbuzní mají průbojno-sací ústní ústrojí (proboscis) a zevní trávení, tzn. při krmení pevnou stravou se do těla oběti vstříknou paralyzující a tkáň rozkládající látky a poté se hotový „vývar“ nasaje zpět. U různých typů brouků může být „obětí“ buď zvíře, nebo rostlina (například u želvy). Ale vodní striders jsou predátoři a jejich hlavní potravou je hmyz, který náhodně spadne na hladinu vody. Pokud je kořist dostatečně velká, může se na ní najíst několik vodních chřipců najednou. Ale obvykle tito brouci raději hledají jídlo a jedí sami.

Ve skutečnosti jsou „vodní jezdci“ zástupci ne jedné, ale několika rodin chyb, které se přizpůsobily životu na povrchu vodní hladiny. Ale zvláště zajímaví jsou samozřejmě zástupci skutečných vodních striderů – Gerridae. Tato čeleď zahrnuje asi 300 druhů, které lze nalézt na povrchu jakékoli vodní plochy, od dočasných louží až po rozlohy oceánu. Mimochodem, mořští vodníci (rod Halobáty) jsou jediným hmyzem, který se skutečně přizpůsobil životu v moři. Lze je nalézt tisíce kilometrů od pobřeží.

Mořská voda striders je tropický hmyz. A obecně, většina těchto chyb jsou obyvatelé teplých oblastí zeměkoule. Přesto na území bývalého SSSR najdete asi dvě desítky druhů skutečných vodních jezdců.

V zásadě jsou vodní striders malé velikosti, jejich délka těla obvykle nepřesahuje 10 mm, ačkoli velký vodní jezdec (Limnoporus rufoscutellatus), žijící zde v Rusku, někdy dosahuje 13–17 mm. To se samozřejmě nepočítá dlouhé nohy roztažené od sebe.

Vodní šlapač, spočívající na povrchové fólii tlapkami, jejichž špičky jsou pokryty tvrdými kartáči nesmáčivých chlupů, je schopen klouzat po vodní hladině, stejně jako rychlobruslař klouže po ledu. Tělo vodníka je však pokryto speciálním šupinatým potahem, který zároveň chrání před navlhnutím. Pokud ale začne pršet, tak vodní strider, aby se neutopil, musí opustit vodní hladinu a hledat úkryt.

Vodní strider se pohybuje se dvěma páry dlouhých a tenkých nohou široce rozmístěných – střední a zadní. Kratší přední nohy štěnice používá k držení kořisti. Vodní šlapač se otáčí a pohybuje svými „veslářskými“ nohami různými směry, stejně jako to dělá člověk, když otáčí loď pomocí vesel. Pokud se v dráze hmyzu setká s překážkou, jako je větvička nebo list, vodní šlapač udělá silný skok a překážku překoná.

Na podzim, s nástupem chladného počasí, opouštějí vodní tobogáni a nacházejí útočiště pod kůrou starých pařezů nebo v mechu.

Mezi opravdovými vodními chodci jsou jak okřídlené, tak bezkřídlé druhy. Létající formy mohou cestovat vzduchem mnoho kilometrů, rozptýlit se nebo jednoduše opustit suchou vodní hladinu. Po přezimování ztrácejí vodní strideri schopnost létat, protože se jejich letové svaly rozpouštějí a poskytují hmyzu primární zásobu energie pro lov a rozmnožování.

Vodní jezdci dobře vidí a mohou také přijímat informace na základě charakteru vibrací vodního filmu – díky elastickým membránám umístěným mezi segmenty nohou. I nepatrné vibrace umožňují hmyzu poznat, ze které strany hrozí nebezpečí nebo kde se nachází potenciální oběť.

Pokud se s využitím zrakových a smyslových informací rozhodne vodní strider přiblížit se k poruše na vodní hladině, otočí se a klouže tímto směrem a přibližně každých pět sekund se zastaví, aby korigoval svůj směr.

Nenápadným vnímáním povahy kolísání vodní hladiny mohou vodní strideri sami takové kolísání způsobit a dávat tak svým příbuzným určité signály. Za prvé, taková komunikace slouží k interakci mezi opačnými pohlavími. Když samec vodníka najde útulné lůžko pro páření – může to být stacionární nebo plovoucí předmět, jako je vodní rostlina nebo kus kůry – uchopí ho a přidrží svými tlapkami nebo zmrzne poblíž a začne dávat přivolávací signály úderem. povrch vody nohama. Každý takový signál začíná na velmi vysoké frekvenci 23-29 Hz (tj. tepů za sekundu), poté se stabilizuje na 18-20 Hz a končí na nízké frekvenci 10-17 Hz. Samec vyšle asi 15 podobných sérií signálů.

Pokud se samice, která je cítí, rozhodne reagovat, přesune se k samci a vydá signály odpovědi – s menší amplitudou, ale s poměrně vysokou frekvencí, 22–25 Hz. Po vyslechnutí odpovědi samec začne vysílat podobné signály směrem k samici a někdy k ní sklouzne.

Poté se vrátí do pářícího se lůžka, které objevil, a samice ho následuje a pomáhá podpořit nález. Okamžitě nastane kopulace, která trvá asi minutu, po které samice začne klást vajíčka a dělat díry do „manželského lůžka“. V této době samec vysílá speciální postkopulační signály a chrání tak své území se samicí na něm umístěnou před invazí cizích samců. Pokud se ale nějaký nešťastný samec vodníka přesto přiblíží na vzdálenost asi 10 cm, majitel na něj zaútočí.

Kromě vodních striderů existují pouze tři další skupiny hmyzu, které ovládly vodní hladinu. Jedná se o smoothie, spinnery a springtaily.

Společné smoothie

smoothies (rodina Notonectidae), stejně jako vodní striders, jsou zástupci řádu štěnic. To je však úplně jiná skupina. Na rozdíl od vodních striderů spočívají na povrchovém filmu nikoli shora, ale zespodu a jsou ponořeny do vody. Zadní strana smoothies je vypouklá, břicho ploché a tento hmyz plave „vzhůru nohama“, tzn. zpátky dolů. Zadní nohy smoothies jsou proměněny ve zvláštní vesla, hustě pokrytá plaveckými štětinami. Pomocí těchto „štětinových“ nohou se štěnice rychle pohybují po vnitřní straně povrchového filmu, připomínající miniaturní čluny.

Na zeměkouli žije asi 200 druhů smoothies, z nichž většina je rozšířena v tropech. U nás najdete jen asi 10 druhů tohoto hmyzu. Nejmenší smoothie nepřesahuje délku 7 mm a největší – 18 mm.

Smoothie visící na povrchovém filmu vody

V klidném stavu může hladká ryba nehybně viset u hladiny na zadních nohách široce rozmístěných do stran a čekat, až se objeví kořist. Tato dravá ploštice najde svou kořist nejen pomocí zraku, ale stejně jako vodní chodci se zaměřuje na vibrace přenášené po hladině vody a vnímané citlivými konečky tlapek. Smoothie zároveň velmi aktivně reagují na vysokofrekvenční vibrace, které mohou vytvářet komáři, kteří spadli do vody a bijí křídly o frekvenci až 100–150 tepů za sekundu. Smoothies napadají i mnohem větší kořist, jako je plůdek (a proto je v rybích farmách považován za škůdce) nebo pulce. Je třeba poznamenat, že ostrý a tvrdý proboscis smoothie snadno propíchne lidskou kůži. A jelikož se trávicí šťáva při vstřikování vstřikuje do tkáně, může být kousnutí štěnice neopatrně vzaté do ruky velmi bolestivé. Ne nadarmo si smoothie vysloužilo název „vodní vosa“.

Smoothies pro dospělé létají velmi dobře a v noci mohou létat na velké vzdálenosti a zaplňovat nové vodní plochy.

Smoothies během páření

Samičky smoothies po páření kladou do pletiv vodních rostlin protáhlá varlata, ze kterých se později líhnou mladé broučky.

přadleny (rodina Gyrinidae) – další skupina hmyzu, obyvatelé povrchového filmu – již nepatří mezi štěnice, ale do Coleoptera, tzn. k broukům. Navíc jsou mezi vodními brouky považováni za nejlepší plavce. Každý snad viděl malé, černé, lesklé vrtulky, které za slunečných dnů krouží v celých skupinách po hladinách rybníků, řek a jiných čistých vodních ploch, a když se polekají, okamžitě se potápí nebo se rozptýlí různými směry.

Víření ve vodě není zábava, ale jedinečný způsob lovu. Tito brouci, kteří se živí malými živými organismy, totiž vyhledávají vhodnou kořist jak na vodě, tak pod vodou. Vířivky mají naprosto úžasné oči – jsou rozděleny na dvě části: horní část je přizpůsobena k vidění ve vzduchu a spodní část – ve vodě.

Denní spinner

Hlavním orgánem, který přijímá informace o dění kolem spinneru, však nejsou oči, ale tři páry tykadel-antény, nasměrované vodorovně dopředu a přiléhající k povrchovému filmu vody. Tyto antény vnímají všechny signály procházející vodou a brouci na ně reagují tak rychle, že i v naprosté tmě dokážou upravit průběh svého pohybu a obejít překážku, která vznikla jen 1–1,5 cm.

Končetiny spinnerů jsou také strukturovány velmi jedinečným způsobem. Střední a zadní nohy jsou přeměněny na krátké, široké ploutve, dokonale přizpůsobené pro plavání, ale nevhodné pro pohyb na souši. Přední nohy těchto brouků jsou dlouhé a tenké. Jsou určeny k držení ulovené kořisti.

Wigglers jsou schopni se potápět a létat, ale většinu času tráví pohybem po povrchovém filmu vody.

Na světě existuje asi 1600 druhů vírníků, z nichž většina žije v tropech. Ale najdeme zde 20 druhů, v mírných zeměpisných šířkách. Největší vírníky, dlouhé až 27 mm, žijí v rybnících a horských řekách v jihovýchodní Asii. A největší zástupci rodiny v mírných zeměpisných šířkách nepřesahují délku 16 mm. Někteří z těchto brouků dokážou vyvinout velmi vysoké rychlosti pro tak malý hmyz – až 40 cm/s.

A nakonec poslední skupina hmyzu – obyvatelé vodní hladiny – jarní ocasy, nebo jarní ocasy (Collembolla). Ve skutečnosti podle moderních představ nejsou ocasy skutečným hmyzem, ale zástupci samostatné třídy – kryptognátní hmyz (Entognatha). Jedná se o velmi starověká stvoření, která se objevila na Zemi před 375–250 miliony let, v období devonu.

jarní ocasy

Springtails jsou drobní tvorové, jejichž obvyklá velikost je 0,2–2 mm. Pouze největší zástupci skupiny mohou dorůst až 9 mm. Je známo několik tisíc druhů ocasů a biologové neustále popisují nové. Ocasy se vyskytují všude – od Arktidy po Antarktidu. Nejčastěji žijí mezi hnijícími zbytky rostlin v povrchové vrstvě půdy, ale najdou se i takové, které se usazují hluboko v zemi a některé se dokonale přizpůsobily životu v podmínkách, kterým je věnován náš příběh – na povrchu film vody v řekách, jezerech a dalších vodních plochách. Jejich drobné tělo, nesmáčené vodou, je snadno drženo povrchovým filmem vody. Ocasy vodní se živí mikroskopickými výtrusy rostlin, které plují po vodní hladině pod vánkem.

Jiný název pro ocasy je ocas, kvůli přítomnosti zvláštního orgánu u těchto tvorů – skákací vidlice. V klidném stavu je vidlice zastrčená pod břichem. Jeho narovnáním se mohou ocasy odrážet od hladiny a dělat skoky. Ocasy žijící na vodní vrstvě mohou vyskočit do vzduchu do výšky rovnající se 15 délkám jejich vlastního těla.

Skoky provedené springtails pomocí vidličky

Na povrchu tělesa vodních ocasů se nachází další zvláštní orgán zvaný „kolofór“ neboli „břišní trubice“. Typicky, springtails stisknout collophor tak, že to se nedotýká vody. Když se ale zvedne vítr, skokani spouštějí špičku ocasu (to je jediné místo na jejich těle, které je smáčené vodou) do vody, a ten drobný a lehký hmyz dokonale ukotví a zabrání větru, aby ho odnesl. Nepotřebné produkty látkové výměny lze zřejmě odstranit i pomocí koloforu ponořeného do vody.

Životní styl vodních pramenitých není dosud dostatečně prozkoumán. Před více než stoletím pozoroval švédský přírodovědec Charles de Geer několik ocasů tohoto druhu Podura vodní, které byly uchovávány v hlubokém talířku s vodou. Byl to on, kdo popsal, jak tito drobní tvorové lezou několikrát denně ke dnu a vysávají šťávu z řas ponořených ve vodě. Charles de Geer navíc zjistil, že v zimě tato miminka hibernují a schovávají se v hustém bahně na dně.

Springtails se množí velmi jedinečným způsobem. Samci v období páření kladou na vhodné předměty (nebo rostliny) spermie ve tvaru kapky a samice je zachycují svými genitálními otvory.

Vajíčka Springtail mají velmi rozmanitý a bizarní tvar: vypadají jako malé soudky zdobené chlupy nebo plaky. Z vajíček vylézají drobní ocáskové, kteří se ve všech ohledech podobají dospělcům. A brzy začnou běhat a skákat po povrchu půdy nebo vody a pokračovat v práci svých rodičů.

Na základě materiálů z časopisu: Scientific American, 1978, V.238, č. 4.

Mezi Habrovými čtenáři se snad nenajdou lidé, kteří vodního chodce nikdy neviděli. Jedná se o velmi běžnou čeleď hmyzu, která zahrnuje asi 1700 druhů. Většina je sladkovodní, ale existují i ​​druhy, které žijí na pobřeží moří a oceánů.

Vodní striders tráví celý svůj život na vodní hladině. Pohybují se po něm stejně snadno jako běžný hmyz po souši. Vodní striders, alespoň většina druhů, jsou dravci. Živí se malými organismy, ale nebojí se zaútočit na větší kořist. Někdy nic netušící potěr plave na povrch nádrže a okamžitě je do něj vložena „harpuna“ – proboscis vodního stridera, který vstřikuje žaludeční šťávu do těla oběti a začíná absorbovat živiny. Obecně dobrá zápletka na nenudný film. Ale nejzajímavější na vodním strideru je jeho schopnost běhat po vodě. Jak tento hmyz získal svou superschopnost?

Fyzika a chemie jsou přátelé vodních striderů

Ve většině případů se vodní chlupáči vznášejí kvůli za prvé přítomnosti vrstvy vodoodpudivých tuků na těle a končetinách a za druhé díky speciálním chloupkům na špičkách nohou.

Těchto chlupů na zadních nohách hmyzu je tedy hodně, jejich počet přesahuje 16 000 na mm 2. Na nich spočívají vodní šlapadla a zároveň slouží jako mechanismus řízení. Na středních a hrudních končetinách je také hodně chlupů, ale ne tolik. Vodáci si musí vlasy uklízet poměrně často, protože pokud to neudělají, voda smáčí tělo vodníka a ten se utopí.

Účelem chloupků je vytvořit vzduchový polštář, na kterém vodní strider spočívá. Když se pozorně podíváte za slunečného dne, můžete vidět, jak se voda třpytí kolem nohou vodníka – je to jen vzdušný „kokon“ nebo chcete-li vzduchový polštář. Na dně mělké nádrže je vidět stín vodníka – a stín je vždy hustý kolem nohou, i když nohy samotné jsou docela obyčejné – je to stín ze vzduchového polštáře vytvořeného chlupy na končetinách .

Mimochodem, čínští vědci zjistili zajímavou skutečnost – čas od času přestane být stín nohy jasný a pak jej vodní strider přitlačí k přední části těla, kde se objeví žlázy, které vylučují nesmáčivou látku jsou umístěny. Po tomto postupu se stín končetiny opět vyjasní.

Neobvyklé jsou i chlupy vodních striderů, na každém z nich vede žlábek, který brání pronikání vody – do tak malého objemu nemůže prosáknout. Úhel kontaktu vody s povrchem končetin vodníka je asi 168 stupňů, což zabraňuje navlhnutí nohou.

Některé typy vodních striderů se také pohybují pomocí „chemického motoru“. V zadní části těla hmyzu se nachází specializovaná žláza, která vylučuje látku podobnou tuku. Mění sílu povrchového napětí a snižuje ho. Díky tomu se vodní strider pohybuje vpřed díky fyzikálním zákonům. Vodní šlapadlo klouže ve vodní „díře“, kterou vytváří. Když potřebujete vylézt na břeh, uvolňování hydrofobní látky se sníží a vodní šoupátko se vytáhne pomocí kapilárních sil.

Cestovní režim Water strider

Tento hmyz dostal své ruské jméno kvůli skutečnosti, že při pohybu se zdá, že „měří“ vzdálenost ujetou vodou. Jak se však ukázalo, je to pouze jeden způsob pohybu vodního jezdce – to dělá, když se nebojí a nepronásleduje oběť, ale jednoduše se pohybuje po hladině vody.

Většina druhů se střídavě opírá o tři končetiny, zbylé tři posouvá dopředu a tento cyklus opakuje.

Ve chvílích nebezpečí nebo pronásledování kořisti strká vodník špičkami svých prostředních tlapek, které nemají mnoho chlupů, do hladiny, kormidluje zadníma nohama a předními nabírá vodu. Jediná věc je, že přední nohy se nenoří do vody, ale odrážejí se od hladiny vody.

A jako poslední mohou vodní cyklisté skákat po vodě. Ne moc daleko, ale pořád je to na skok. Skáčou v případě nebezpečí – můžete to pozorovat, když se pokusíte vodního šlapače zakrýt dlaní na vodě. Aby unikla, bude nejen „veslovat“, ale také skákat, a to docela aktivně.

Mimochodem, pokud změníte povrchové napětí vody – například pomocí povrchově aktivních látek (povrchově aktivních látek), pak se vodní strider utopí. Proto se nevyskytují v místech, kde se do vod vypouštějí průmyslové odpady – ty totiž mění vlastnosti vody a vodníci (a nejen oni) v takových místech žít nemohou.

Vodní striders prospívají vědě

Skupina čínských vědců vyvinula ultra přesnou metodu měření Archimedovy síly. Tato myšlenka poprvé přišla na mysl čínského fyzika jménem Yu Tian z univerzity Tsinghua v Pekingu.

Za slunečného dne se vědec vydal na břeh rybníka v jednom z parků v hlavním městě Číny. Tam se podíval na vodu a všiml si vodních chodců, kteří vrhali stín. Jak bylo uvedeno výše, stín z jejich tlap se lišil od konfigurace špiček končetin.

Vědec si uvědomil, že to bylo způsobeno zakřivením vody pod vlivem váhy vodního strideru, bez ohledu na to, jak malý byl. A pak si uvědomil, že pomocí stínů vrhaných předměty na hladině vody je možné změřit Archimedovu sílu a tato měření byla mimořádně přesná. Mez citlivosti metody je 1 pikonewton.

„Geometrie stínu, který objekt vrhá na vodu, nám umožňuje velmi přesně vypočítat zakřivení vodní hladiny pod ním, a podle toho určit objem této „díry“ a vypočítat vztlakovou sílu pomocí Archimedova zákona. To vše lze měřit pomocí baterky, průhledné nádoby, vody a jednoduchého fotoaparátu,“ řekl vědec.

Také roboti

Výsledky pozorování čínského vědce pomohly jeho týmu vyvinout koncept robotického vodního strideru. V současné době bylo vytvořeno několik takových zařízení a jedno z nich může dokonce skákat po hladině vody jako skutečný vodní strider.

Prvními tvůrci robotického vodního strideru byl tým ze School of Chemical Engineering and Technology. Vývojáři využili jak výsledky pozorování kolegů, tak vlastní výzkum.

Poté byl vytvořen další robot, jehož hmotnost byla mnohem větší než hmotnost vodního stridera – 11 gramů místo zlomků gramu. Dokáže se pohybovat vodou a dělá to poměrně rychle – až 5 km/h, což je srovnatelné s rychlostí chůze dospělého člověka.

No a dalším názorným příkladem je robotický vodní strider, který vytvořil společný tým výzkumníků z Jižní Koreje a USA. Tento robot velmi připomíná vodního chodce, jeho velikost je asi 7 cm včetně jeho „noh“.

Po hladině vody se nejen pohybuje, ale i skáče, a to pěkně vysoko.

Oblastí použití robotických vodních striderů jsou pátrací a záchranné operace, studium fyzikálních a chemických vlastností vody, monitorování znečištění atd.

• Vyberte blog
• Biologie
• Populární věda
• Fyzika
• Chemie