Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Hyönteinen siivet levällään

Voiton tie kulkee ilmojen halki

Siivet ovat tehneet hyönteisistä suurimman eläinryhmän ja antaneet linnuille eläinkunnan parhaat silmät. Lentokyky on luonnon varmin keino siivittää laji menestykseen. Lentävistä eläimistä voidaan ottaa oppia.

Shutterstock

Nuori korento on juuri vapautunut kotelostaan muinaismetsän siimeksessä. On rauhallista ja hiljaista, sillä ilma ei ole lentävistä hyönteisistä sakeana. Esihistoriallinen jättiläiskorento on kuitenkin uuden ajan airut, sillä tehdessään kaikkien aikojen ensimmäisen lentomatkan se viitoittaa tietä muille siivekkäille.

Sen jälkeen, kun osa hyönteisistä kehittyi lentokykyiseksi reilut 325 miljoonaa vuotta sitten, siivet ovat osoittautuneet monta monituista kertaa menestyksen takeeksi. Ainoiden lentävien nisäkkäiden, lepakoiden, osuus kaikista nisäkäslajeista on viidesosa.

Linnut ovat ainoa dinosaurusryhmä, joka selvisi muinaismatelijoiden joukkotuhosta. Ja kolmas nykyinen eläinluokka, johon kuuluu lentäviä lajeja, on hyönteiset. Sen monimuotoisuudelle ei löydy vertaa.

Viimeaikaisten tutkimusten mukaan lentävät eläimet eivät menesty hyvin vain siksi, että ne voivat paeta vihollisiaan ilmaan, vaan myös siksi, että lentokykyyn liittyy monia hyödyllisiä ominaisuuksia. Sen ansiosta esimerkiksi linnut pystyvät tekemään näköhavaintoja kaksi kertaa niin nopeasti kuin ihminen ja lepakot kykenevät hahmottamaan ympäristönsä kolmiulotteisesti ääniin perustuvalla kaikuluotauksella.

Siiveniskutekniikan ansiosta pienet hyönteiset tuottavat nostovoimaa jopa 25 % paremmalla hyötysuhteella kuin kookkaammat hyönteislajit.

© Oliver Larsen / Claus Lunau

Ihmeelliset lentäjät säästävät voimia

Siipien räpytys tuottaa nostovoimaa pikku hyönteisillä jopa 25 % paremmalla hyötysuhteella kuin suuremmilla siivekkäillä.

  • Hyönteinen avaa siipensä
    © Claus Lunau

    Siivet avautuvat kuin kirja

    Vastakkaisten siipien takareunat etääntyvät toisistaan, ja siivet leviävät kuin aukeama etureunoistaan. Siipipari lyö vartalonmyötäisesti.

  • Hyönteisen siivet lähellä vartaloa
    © Claus Lunau

    Nostovoima syntyy paine-erosta

    Siipien yläpuolelle muodostuu alipaine, joka imee ilmaa alapuolelta. Tuloksena on puolitoista kertaa eläimen painoa vastaava nostovoima.

  • Hyönteisen siivet palaavat alkuasentoon
    © Claus Lunau

    Siivet palaavat alkuasentoonsa

    Kun siivet loittonevat kauas toisistaan, paine-ero tasoittuu. Äkkikäännöksen tehtyään siivet tulevat vartalon tuntumaan ja asettuvat vastakkain.

Määrä kasvoi räjähdysmäisesti

Ensimmäinen lentävä korento oli selvästi suurempi kuin nykyiset sudenkorennot. Fossiililöytöjen perusteella tiedetään, että esihistoriallisilla griippikorennoilla saattoi olla jopa 70 sentin siipiväli. Lahkon sukuja oli Meganeura, jonka kukoistusaikaan runsaat 380 miljoonaa vuotta sitten ilmasta oli happea 35 prosenttia. Hapen osuushan on tätä nykyä 21 prosenttia. Sen ansiosta griippikorennot saattoivat kasvaa pienempiä hyönteisiä saalistaviksi suurpedoiksi.

Tämä tapahtui kuitenkin vasta siipien kehittymisen jälkeen, ja lentokyky laski niiden tulevien sukulaisten menestyksen perustan.

VIDEO – Katso, miten mikrodrone jäljittelee äärimmäisen ketterää banaanikärpästä:

Vanhimmat tunnetut siivet on löydetty fossiileista, jotka kuuluvat noin 325 miljoonaa vuotta sitten eläneille griippikorennoille. Löydöt paljastavat, että lentokyvyn myötä hyönteisten biologinen monimuotoisuus lisääntyi räjähdysmäisesti.

Tämä osoittaa, että siivet ja lentokyky olivat hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka johtivat luonnonvalinnan kautta uusien lajien syntymiseen.

1 000 kertaa sekunnissa räpyttävät siipiään pienen pienet Forcipomyia-polttiaiset.

Hyönteisten joukosta löytyvät luonnon monipuolisimmat lentäjät, jotka voivat esimerkiksi leijailla, peruuttaa ja syöksyä. Vasta viime aikoina on alettu päästä jyvälle niiden lentotekniikasta. Etenkin hyvin pienten lajien tapa lentää on todettu erittäin monimutkaiseksi ja vaikeaselkoiseksi. Pienuudesta ei ole välttämättä etua, sillä siinä tapauksessa myös siivet ovat pienet.

Siksi eläimen on räpyteltävä siipiään niin tiuhaan tahtiin, että hermoviestintä ei pysy perässä. Sen sijaan kookkaammat hyönteiset, kuten perhoset ja kimalaiset, voivat tyytyä yhteen hermoimpulssiin siiveniskua kohti. Niillä siis hermoston välittämä käsky ja lihasliike tahdistuvat. Siipien ohjaus on pienillä hyönteisillä selvästi mutkikkaampaa.

Kun lihasten supistelut muuttavat hyönteisen ruumiin muotoa, siivet räpyttävät ylös ja alas.

© Siga/WikiCommons

Hyönteiset muuttavat muotoaan voidakseen lentää

Pienten hyönteisten täytyy ilmassa pysyäkseen räpyttää siipiään yli 1 000 kertaa sekunnissa. Se onnistuu vain niin, että eri lihasryhmät vetävät hyönteisen ruumiin ultranopeasti kokoon useista nivelistä ja muista kohdista.

  • a (turkoosi) = siivet
  • b (pinkki) = siipinivelet
  • c (beige) = pystysuorat lihakset, jotka vetävät hyönteisen ruumiin kokoon selästä vatsapuolta kohti niin, että siivet liikkuvat ylöspäin.
  • d (oranssi) = pitkittäiset lihakset, jotka työntävät hyönteisen ruumista pitkittäissuunnassa niin, että siivet liikkuvat alaspäin.

Hermoimpulssit kulkevat enintään 360 kilometriä tunnissa. Nopeus ei riitä kaikilla eläimillä: siipilihakset eivät voi ottaa vastaan jännittymis- ja rentoutumiskäskyä yli tuhatta kertaa sekunnissa. Siksi kaikkein pienimmillä hyönteisillä yksi signaali saa lihasryhmän supistumaan ja laajenemaan monta kertaa. Toisin sanoen jokainen viesti aiheuttaa lihasvärinää, joka panee siivet liikkeelle. Reaktiona yksittäiseen hermoimpulssiin voi näin syntyä 40 siiveniskua.

Kun siivet ja hermosto ovat eri tahdissa, kyse on asynkronisesta lentämisestä.

Asynkronisista lihaksista on muutakin hyötyä kuin siipien räväkkä räpytys. Lihassäikeet ovat järjestyneet hyvin symmetrisesti verrattuna muihin lihastyyppeihin. Sen uskotaan kasvattavan siipien lyöntivoimaa. Lisäksi on selvinnyt, että asynkroniset lentäjät kykenevät paremmin lentämään taaksepäin, leijailemaan ja hyödyntämään paikallista ilmanpaineen vaihtelua nostovoiman aikaansaamiseen. Evoluutionsa aikana mehiläiset, kärpäset, kovakuoriaiset ja luteet ovat toisistaan riippumatta kehittäneet asynkroniset lentolihaksensa.

Skannaus paljasti liskon linnuksi

Hyönteiset eivät ole ainoita evoluutiomatkan maanpinnalta ilmaan tehneitä eläimiä. Noin 150 miljoonaa vuotta sitten kehittyi ”maailman ensimmäiseksi linnuksi” esitetty Archaeopteryx.

Tutkijat tosin ovat kiistelleet kauan käsityksen tieteellisestä paikkansapitävyydestä. Toiset asiantuntijat viittaavat lajin fossiileista hyvin tunnettuihin höyhenpeitteisiin siipiin ja muutenkin lintumaisiin piirteisiin, toiset taas pitkään luiseen häntään ja hampaisiin, jotka ovat Archaeopteryxin kanssa samaan aikaan eläneiden maamatelijoiden ominaisuuksia. Archaeopteryx hyväksytään yleisesti liskolintuna. Lintukäsityksen torjuvat tutkijat eivät usko lajin olleen lentokykyinen, ja he pitävät sitä dinosaurusten ja lintujen välimuotona.

Archaeopteryx, maailman ensimmäinen lintu

Vaikka Archaeopteryxiä on jo kauan pidetty maailman ensimmäisenä lintuna, tutkijat eivät ole olleet yksimielisiä sen lentokyvystä. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan liskolinnuksi luonnehditun eläimen aivofossiilit paljastavat sen pystyneen liikkumaan ilmassa – tosin rajallisesti.

© Jane Burton/Getty Images

Uudet tiedot voivat saada tutkijat sopimaan erimielisyytensä. Yhdysvaltalaisessa Ohion yliopistossa tehdyt kallotutkimukset ovat muuttaneet kuvaa Archaeopteryxistä. Koska lentäminen asettaa motoriikalle suuria vaatimuksia, liskolinnulla piti kaiken järjen mukaan olla suuremmat aivot kuin samankokoisilla dinosauruksilla, jos se oli lentokykyinen.

Arviointia varten 147 miljoonaa vuotta sitten eläneen Archaeopteryxin fossiilisesta kallosta otettiin 1 300 röntgenkuvaa ja niiden avulla yksilön aivoista luotiin kolmiulotteinen tietokonemalli.

3D-malli osoitti Archaeopteryxin aivojen tilavuudeksi 1,6 millilitraa, eli ne olivat noin kolme kertaa niin suuret kuin samankokoisten matelijoiden aivot. Lisäksi kävi ilmi, että lajin korvakanava oli leveä ja näkökeskus yhtä suuri kuin nykylinnuilla. Todisteet kehittyneistä aivoista ovat taivuttaneet yhä useammat tutkijat lintukäsityksen puolelle: Archaeopteryx oli lentokykyinen, mutta se tuskin lensi yhtä taitavasti kuin nykylinnut.

Lintu näkee kaiken hidastettuna

Lentokyky edellyttää teräviä aisteja, ja tämä tulee hyvin esiin nykylinnuissa, joilla on eläinkunnan parhaat silmät. Petolinnut tarvitsevat tarkkaa näköä sekä paikantamiseen että etäisyyksien arvioimiseen, mistä syystä niiden silmät ovat niin lähekkäin, että molempien näkökentät limittyvät. Myös ihmisen tapaa katsoa kahdella silmällä kutsutaan binokulaariseksi näkemiseksi, ja se tuottaa yhdistettynä verkkokalvon erittäin suureen näköaistinsolumäärään esimerkiksi kotkilla kyvyn havaita kaniinin kokoinen saaliseläin yli kolmen kilometrin päästä.

Ruotsalaisen Uppsalan yliopiston tuore tutkimus paljastaa myös muiden lintujen näköaistin erinomaiseksi. Kokeessa luonnonvaraisia pikkulintuja, kuten sinitiaisia ja sepel- ja kirjosieppoja, palkittiin joka kerta, kun ne tunnistivat lampun valon vilkahduksen. Välähdystiheyttä kasvattamalla tutkijat pystyivät mittaamaan näköaistin toimintanopeutta aina siihen asti, että taajuus ylitti lintujen aistimisrajan. Tässä vaiheessa ne eivät siis enää tajunneet valoa välkkyväksi.

Kolibri

Kolibrin taitolento vaatii muskeleita

Pikkulinnun jokainen ruumiinosa on sopeutunut lentämiseen. Se on ainoa siivekäs, joka pystyy lentämään taaksepäin ja paikallaan.

Shutterstock
Kolibri silmät

Näköaisti toimii niin kuin muillakin pikkulinnuilla erittäin nopeasti. Kolibri havaitsee liikkeen kaksinkertaisella nopeudella ihmiseen verrattuna.

Shutterstock
Kolibrin aivot

Aivot kätkevät sisäänsä alueen, joka antaa linnulle vaistomaisen kyvyn väistää vaaraa pakenemalla äkisti mihin suuntaan tahansa.

Shutterstock
Kolibrin olkanivet

Olkanivel joustaa, ja siksi siipi voi tehdä ilmassa kahdeksikkoa. Toisin kuin yleensä siivenlyönnit saavat aikaan jatkuvasti nostovoimaa.

Shutterstock
Kolibrin käsisulat

Siipien niin sanotut käsisulat voivat muuttaa siiven muotoa ja pinta-alaa. Sen ansiosta lintu kykenee säätämään tarkasti siiveniskun nostovoimaa.

Shutterstock
Kolibrin rintalihakset

Rintalihakset ovat suhteellisesti suuremmat kuin muilla linnuilla. Kun lihaksiston osuus painosta on yleensä 15 %, kolibreilla se on peräti 30 %.

Shutterstock
Kolibrien jalat

Jalat ovat hyvin pienet, ja ne sopivat huonosti maassa kävelemiseen. Surkastuneelta vaikuttavat raajat eivät juuri kasvata linnun painoa.

Shutterstock

Kirjosieppo kykeni havaitsemaan niinkin lyhyitä kuin seitsemän millisekunnin välähdyksiä. Vertailun vuoksi mainittakoon, että ihmisaivot pystyvät parhaassa tapauksessa pitämään erossa toisistaan 16 millisekunnin näköärsykkeet. Jos ihminen näkisi kuin lintu, hän kokisi katsovansa ympäristönsä tapahtumia kuin elokuvaa, joka esitetään hidastettuna.

Pikkulinnut käyttävät ravinnokseen hyönteisiä, joten salamannopeat näköaistimukset ovat niille elinehto: muuten niiltä jäisivät saaliit nappaamatta.

385 vartalon pituutta sekunnissa. Kolibri voi lentää 8 kertaa F-15-hävittäjää nopeammin.

Nisäkkäät kohosivat lentoon

Viimeisenä lentokyvyn kehittänyt luokka oli nisäkkäät. Reilut 50 miljoonaa vuotta sitten ensimmäiset lepakot nousivat siivilleen. Lentävät nisäkkäät ovat sittemmin erikoistuneet yölliseen saalistukseen, joka tukeutuu kehittyneisiin aivoihin ja kaikuluotaukseksi kutsuttuun etäpaikannukseen.

Lepakot pystyvät säätämään siipiensä jäykkyyttä.

Lepakot ovat ainoita lentäviä eläimiä, jotka pystyvät säätämään siipiensä jäykkyyttä.

© Shutterstock

Lenninräpylöillä saa aikaan voimakkaat siiveniskut

Lepakoiden siivet eivät ole jäykät kuten lintujen ja hyönteisten siivet, sillä ne muodostuvat nivelistä taipuvien luiden väliin pingottuvasta nahasta. Ihon omat lihakset tehostavat räpyttelyä.

  • Lepakon siipien joustavat säikeet
    © Jorn Cheney

    Säikeiden jousto silottaa siiven

    Joustavat säikeet rypistävät nahkaa, kun siipi on rento. Siiveniskusta seuraava ilmanvastus saa ihon pingottumaan ja samalla siliämään. Sen ansiosta lenninpinta on aerodynaamisempi.

  • Lepakko lihassäikeet
    © Shutterstock

    Lepakon sormet lähtevät ranteesta

    Lepakon ranne toimii melkein koko siiven solmukohtana. Siitä lähtevät pitkät sormiluut, joiden väliin pingottuva nahka muodostaa lenninräpylän.

  • Lepakon siipiet säikeet
    © Shutterstock

    Lihassäikeistö jäykistää siipeä

    Joustavien säikeiden poikki kulkevat ohuet lihassäikeet aktivoituvat, kun siipi liikkuu alaspäin. Jännitys tekee siivestä jäykemmän ja antaa näin siiveniskulle lisää tehoa.

Yhdysvaltalaisessa Johns Hopkinsin yliopistossa ryhmä aivotutkijoita kartoittaa laboratorio-olosuhteissa lepakoiden navigointikykyä.

Seinäkameroilla ja -mikrofoneilla voidaan tarkkailla eläimiä, kun ne liikkuvat ilmassa. Lisäksi joka lepakolla on pieni anturi-istute, joka seuraa aivotoimintaa muun muassa sen hahmottaessa tilaan sijoitettuja esteitä ja välttäessä törmäyksiä.

Tähänastiset tulokset viittaavat siihen, että lepakot laativat ympäristöstä eräänlaisen peruskartan, jonka ne painavat muistiinsa. Keskushermosto lisää karttaan näennäisen viivaston, ja aina kun lepakko ylittää jonkin viivan, sen aivoissa aktivoituvat paikantamiseen liittyvät osat. Siten eläin on jatkuvasti kartalla.

Erikoistuneet hermosolut viestivät joka kerta, kun lepakon pään asema suhteessa vaikkapa saaliiseen muuttuu, ja määrittävät etäisyyden siihen.

160 km/h voi olla nopeutta eteläamerikkalaisilla isokalastajalepakoilla vaakalennossa.

Lepakot luovat aivoihinsa myös muuttuvan kartan, joka toisin kuin peruskartta perustuu aktiiviseen kaukokartoitukseen siitä kohdasta, jossa yksilö kulloinkin on. Karttaa päivittävät tiedot ovat peräisin lepakon kaikuluotausjärjestelmästä, jonka toiminta tukeutuu tavallaan lähettimeen ja vastaanottimeen.

Kun lepakko päästää ultraääniä, ne heijastuvat osittain takaisin niistä ympäristössä olevista kappaleista, joihin ne osuvat.

Aivot käsittelevät eläimen aistimat kaiut ja määrittävät tiedon pohjalta sekä etäisyyksiä että suuntia. Yksityiskohdista muodostuu aivoihin tarkka suunnistuskartta. On saatu selville, että lepakot vaihtelevat usein ultraäänipulssien lähetystiheyttä. Todennäköisesti tiuhentamalla tahtia lepakko yrittää tarkentaa kuvaa eli tavallaan zoomata mielenkiintoiseen kohteeseen. Tästä mahdollisuudesta on hyötyä ainakin silloin, kun eläin lentää sankassa metsässä.

Maailman ensimmäinen lepakko
© Nobu Tamura

Lepakot vetävät aisteiltaan vertoja linnuille, mutta sen ansiosta, että ne eivät ole riippuvaisia näköärsykkeistä, ne voivat saalistaa myös yön pimeydessä. Ilmassa on silloin paljon vähemmän petoja kuin päivällä.

Lisäksi kyky kartoittaa laajoja alueita ja tallentaa karttoja aivoihin auttaa lepakoita hankkimaan ravintoa myös uusista paikoista. Sillä on suuri merkitys selviytymiselle.

Keksijät ottavat oppia luonnosta

Lepakoiden navigointijärjestelmät voivat hyödyttää myös ihmistä. Yhdysvaltalainen aivotutkija ja lepakkoasiantuntija Seth Horowitz kehittää anturilaitetta, joka jäljittelee lepakoiden kaikuluotausta.

Ajatuksena on, että sokeat ja heikkonäköiset käyttävät ultraääniä lähettävää ja kaikuja vastaanottavaa apuvälinettä ympäristössään olevien esteiden paikantamiseen. Eri taajuusalueiden kaiut voivat paljastaa erikokoisia ja -tyyppisiä kappaleita ja rakenteita, jotka aiheuttavat esimerkiksi törmäys- tai putoamisvaaran. Menetelmän soveltamista vaikeuttaa se, että ääniä on hankala esittää näkövammaiselle havainnollisella ja helposti ymmärrettävällä tavalla.

Myös linnut innoittavat tiedettä. Aivotutkija Niels Rattenborg saksalaisesta lintutieteen Max Planck -instituutista on jokin aika sitten todistanut lintujen voivan nukkua lentäessään.

Pöllö nukkuu toinen silmä auki

Monet lintulajit voivat nukkua vain puoliksi, sillä niiden toinen aivopuolisko on hereillä, kun toinen nukkuu.

© Shutterstock

Rattenborg sai näyttöä jopa REM- eli vilkeunesta, joka on saanut nimensä silmien liikkeestä. Ilmassa nukkumisen mahdollistaa se, että lintu on vain puoliksi nukuksissa: toinen aivopuolisko on hereillä, kun toinen nukkuu.

Koska unettomuus ja muut unihäiriöt ovat kasvava ongelma ihmisten keskuudessa, Niels Rattenborg etsii ratkaisuja linnuista. Hän pitää mahdollisena, että tutkimalla lintuja löydetään uusia keinoja hoitaa ihmisten unihäiriöitä.

Alankomaalaisessa Wageningenin yliopistossa on saatu innoitusta hyönteisten hallitusta lennosta. Sikäläiset tutkijat soveltavat uutta tutkimustietoa kehittäessään entistä vakaampia ja kestävämpiä droneja. Banaanikärpästen on todettu pystyvän lentämään vakavasti siipirikkoisinakin muun muassa sen ansiosta, että ne kykenevät säätämään siipiensä räpytysnopeutta. Wageningenissa on jo rakennettu lentävän hyönteisen inspiroima lennokki, joka voi pysyä ilmassa yhden ehjän siiven varassa.

Lue myös:

Eläimet

Nämä ovat kesän 5 pahinta verenimijää

9 minuuttia
Kärpänen istuu ihmisen päällä
Hyönteiset

Hikoileva ihminen tarjoaa kärpäsille herkkuhetken

2 minuuttia
Fisherman
Kalat

Syökö kala paremmin sateella?

3 minuuttia

Kirjaudu sisään

Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
Näytä Piilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!

Nollaa salasana

Syötä sähköpostiosoitteesi, niin saat ohjeet salasanasi nollaamiseksi.
Tarkista sähköpostiosoite

Tarkista sähköpostisi

Olemme lähettäneet sinulle sähköpostia osoitteeseen . Siinä on ohjeet, joiden avulla voit nollata salasanasi. Jos et ole saanut sähköpostia, tarkista, että se ei ole joutunut roskapostin joukkoon.

Anna uusi salasana.

Nyt sinun pitää antaa uusi salana. Salasanassa pitää olla vähintään 6 merkkiä. Kun olet luonut uuden sanasanan, sinua pyydetään kirjautumaan sisään palveluun.

Salasana vaaditaan
Näytä Piilota