Křídlo (biologie)

Křídlo (alae^[1]) je v zoologii označení pro specializované přední končetiny živočichů, které slouží především k vytvoření potřebné aerodynamické síly pro let vzduchem. Někdy má však i jiné funkce. Mezi významné skupiny živočichů s křídly patří zejména ptáci, hmyz, netopýři a ptakoještěři.

Diagram homologiních křídel tří skupin létajících obratlovců, z nichž jedna je již vyhynulá: (1) ptakoještěr (Pterosauria), (2) netopýr (Chiroptera), (3) pták (Aves)

Evoluce křídel

Obecně se má za to, že se křídla vyvinula čtyřikrát a nezávisle. Podobný tvar křídel je tedy příkladem konvergentní evoluce, křídla různých skupin živočichů jsou si pouze analogická (podobná funkcí), nikoliv zděděná od společného předka. Tyto čtyři skupiny jsou:

Hmyz, vznik někdy mezi 300–400 milióny lety ^[2]
Ptakoještěři, minimálně před 225 miliony lety, kdy tato skupina vznikla
Ptáci, před 150 miliony lety ^[3]
Letouni, před více než 50 milióny lety^[4]

Křídla z pohledu fyziky

Princip letu živočichů je v zásadě podobný jako v případě letadel. Dynamický vztlak vzniká prouděním vzduchu na křídla. Stoupání do výšky je způsobeno tím, že křídla jsou nahoře vyklenutá (konvexní) a dole vydutá (konkávní). Proto vzduch nad křídlem vykonává delší dráhu a vzduch nahoře a dole mají rozdílné tlaky. Tím vzniká vztlaková síla, která zvedá křídlo ^[5].

Let naopak zpomaluje tření vzduchu s tělem živočicha, tvarový odpor a indukovaný odpor (způsobený vířením vzduchu na špičce křídel). Omezením pro létání je tedy hmotnost a tvar živočicha (aerodynamický tvar).

Ptáci dovedou měnit tvar křídel reorientací jednotlivých obrysových per v průběhu letu, tento mechanismus však ještě není plně pochopen a objasněn.^[6]

Rekordy související s křídly

Albatros stěhovavý (Diomedea exulans) má největší rozpětí z dnes žijících ptáků.

Z ptakoještěrů měli největší rozpětí křídel rody Quetzalcoatlus a Hatzegopteryx, jejichž zástupci měli rozpětí asi 10 až 13 metrů^[7]^[8].

Největší rozpětí křídel ze současných ptáků má albatros stěhovavý (Diomedea exulans), a to až 3,7 metru. Díky nim může plachtit ve vzduchu několik hodin a na jeden metr klesání urazí vpřed 22 metrů ^[9]. Tím je největším aktivně létajícím živočichem současnosti, v pravěku to byl z ptáků obří mrchožrout příbuzný dnešním kondorům Argentavis magnificens ze skupiny teratornů, jehož rozpětí dosahovalo až 6,1 metru.^[10] Naopak nejmenší rozpětí křídel má kolibřík kalypta nejmenší (Mellisuga helenae), jen 3,25 cm ^[11].

Z letounů mají největší rozpětí někteří kaloni rodu Pteropus, a to až 1,8 metru. Nejmenším netopýrem je netopýrek thajský (Craseonycteris thonglongyai) s rozpětím méně než 15,2 cm.

Z motýlů mají největší rozpětí motýl ptakokřídlec alexandřin (Ornithoptera alexandrae)^[12] a tyza velká (Thysania agrippina) ^[13], oba shodně 31 cm, nejmenší rozpětí má naopak drobný motýl Stigmella ridiculosa (rozpětí jen 2 mm) ^[14].

Nejtěžším létajícím živočichem současnosti je drop velký, který váží až 21 kg. Nejrychleji ze všech ptáků máchají křídly kolibříci, až 200krát za sekundu.^[3]

Křídlo ptáků

Siluety ptáků v letu, dokazující různá uzpůsobení tvaru křídel pro různé typy letu.

topografie ptačího křídla, s důrazem na peří. - specializovaná pera:
1. ruční letky
2. velké ruční krovky
3. letky křídélka
4. předloketní letky
5. velké předloketní krovky
6. střední krovky
7. malé krovky
8. ramenní peruť

Křídla jsou charakteristickým znakem ptáků, i když ne všichni ptáci je dokážou využívat k letu. Mezi nelétavé ptáky patří v současnosti asi 40 druhů ptáků^[15], z nichž jsou nejznámější pštros, emu, nandu, kasuár, kivi a tučňáci.

Přizpůsobení k letu

Téměř všechny části ptačího těla jsou přizpůsobeny k létání ^[5]. Kosti jsou duté a prostoupené vzduchovými komůrkami a trámčinou. Dokonce se redukovaly některé orgány: samice má jen jeden vaječník, ptáci nemají zuby a podobně. Létání také potřebuje hodně energie a ptáci jsou proto horkokrevní, mají výkonnou dýchací a oběhovou soustavu.

Pro zvýšení výkonu jsou ptačí křídla pokrytá peřím. S vývojem letu se některá obrysová pera funkčně specializovala: nejvýraznější je tato specializace na křídlech a na ocasu ptáka. Zejména dlouhé letky (viz obrázek) slouží k zvýšení plochy křídel.

Anatomie ptačího křídla

Kostra ptačího křídla se v mnohých ohledech liší od kostry horní končetiny savců. Je to dáno tím, že ptáci používají horní končetinu ve většině případů k jedinému účelu, k letu, na což je křídlo velmi dobře uzpůsobeno. Tak jako u savců je kostra křídla tvořena pletencem (cingulum) a kostmi volné končetiny, tedy vlastního křídla (ossa alae).

Křídlo letounů

netopýr Townsendův (Plecotus townsendii)

Jedinou skupinou okřídlených savců jsou letouni (netopýři a kaloni), dobří letci, kteří dosahují rychlostí až 55 km/h.

Kosti prstů jsou u letounů mnohem pružnější, než je tomu u ptáků. Důvodem je absence vápníku a dalších minerálů v chrupavkách. Na příčném řezu jsou také kosti prstů zploštělé (nikoliv kulaté), což ještě napomáhá pružnosti křídel. Třetí příčinou je elastičnost kůže, která se může natáhnout více, než je u ostatních savců běžné.

Křídla letounů jsou také mnohem tenčí, než ptačí křídla, a tak mohou letouni velmi dobře manévrovat. Povrch jejich křídel je vybaven tlakovými receptory (Merkelovy buňky). Na rozdíl od savců mají letouni uprostřed těchto tělísek malý chlup^[16], který (jako u páky) ještě zesiluje informace o okolním prostředí. Díky těmto receptorům mohou letouni sbírat informace o okolním vzduchu a podle toho se řídit.

Křídla letounů však obsahují i další významné receptory, které např. umožňují detekovat náraz hmyzu do blány křídel.^[16]

Křídlo hmyzu

Velmi dokonalé křídlo vážek. Má množství žilek s uzlinami a často také plamku (stigma)

Chroust obecný, jeden pár se u něj změnil v tvrdé krovky, druhý pár jsou blanitá křídla

Křídla hmyzu jsou výrůstky hmyzí vnější kostry (exoskeletonu), které umožňují hmyzu létat. Není jasné, jak a proč se křídla u hmyzu vyvinula. Jedna teorie říká, že se křídla vyvinula z tergitů, hřbetních destiček tělních článků hmyzu. Druhá tvrdí, že křídla jsou modifikované zadečkové žábry (jako je známe od vodních najád jepic).^[17]

Okřídlené skupiny a výjimky

Křídla se vyskytují u většiny zástupců hmyzí podtřídy křídlatí (Pterygota). Primitivním znakem bezkřídlých (Apterygota) je právě absence křídel. Naopak křídla druhotně ztratili i někteří křídlatí, jako například řád blechy (Siphonaptera) a Phthiraptera (luptouši, vši). Někdy se křídla redukují u jednoho pohlaví, většinou u samic, jako například u kodulkovitých (Mutillidae) a řásnokřídlých (Strepsiptera). U fíkovnicovitých (Agaonidae) zanikají křídla naopak u samečků. Dále zanikají u dělnic eusociálního hmyzu, např. termitů a mravenců.

Vzácně vznikají křídla jen v určité fázi životního cyklu, například u mšic, které právě prochází fází šíření (dispersal phase).

Anatomie

Křídla hmyzu jsou výrůstky hmyzí vnější kostry (exoskeletonu), které umožňují hmyzu létat. Nachází se na druhém a třetím hrudním článku (mezothorax a metathorax). Většina hmyzu má na každém z článků jeden pár křídel, přední pár jsou přední křídla, zadní pár jsou zadní křídla (někdy jsou zadní zakrnělá).

Hmyzí křídla jsou vyztužená množstvím žilek s příčkami, které je spojují. Vzniklé "buňky" jsou pak často určovacím znakem a vodítkem pro evoluční biology. Plně funkční křídla vznikají až u dospělce, po posledním svlékání. Jedinou výjimkou jsou jepice (Ephemeroptera), jejichž předposlední instar (tzv. subimago) má rovněž vyvinutá křídla.

V klidu jsou křídla položená naplocho na tělo nebo jsou složená. Nejčastěji se však skládá jen zadní pár křídel, u některých skupin (sršňovití - Vespidae) se skládají křídla přední.

Modifikace

Křídla hmyzu mají různé modifikace, mezi které patří polokrovky, krovky, krytky, třásně a haltery.

Další skupiny „okřídlených“ organismů

I několik dalších zvířat si vyvinulo „křídla“. Jedním příkladem jsou létající ryby, jejichž křídla vznikla zvětšením ploutví. Další skupiny, především z australské zvířeny, jako například vakoveverkovití, vakoplšíkovití či kuskusovití, mohou pouze klouzat určitou vzdálenost a křídla v pravém smyslu nemají, pouze kožní blány.

V určitém slova smyslu si létání vyvinuly i některé rostliny, jejichž plody se rozšiřují vzduchem. Tento jev se nazývá anemochorie a uplatňuje se například u javorů (Acer), jejichž plody jsou křídlaté nažky.

Mytologie

Z mytologických bytostí mají křídla například pegasové, andělé nebo draci.

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Bird flight na anglické Wikipedii, Bat na anglické Wikipedii a Insect wing na anglické Wikipedii.

↑ JAVOREK, Vladimír. Kapesní atlas ploštic a křísů. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, n. p., 1978. 400 s. S. 14.
↑ Vznik hmyzího křídla, OSEL.cz, dostupný http://www.osel.cz/index.php?clanek=2902
↑ ^a ^b Soukupová, P. (2007): Jak létat i bez křídel, 21. století, http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2007021931^{[nedostupný zdroj]}
↑ Jak netopýr dostal křídla, OSEL.cz, http://www.osel.cz/index.php?clanek=1003
↑ ^a ^b Campbell, N.A. et Reece, J.B. (2006): Biologie, nakl. Computer press
↑ Laura Y. Matloff, Eric Chang, Teresa J. Feo, Lindsie Jeffries, Amanda K. Stowers, Cole Thomson & David Lentink (2020). How flight feathers stick together to form a continuous morphing wing. Science, 367(6475): 293-297. doi: 10.1126/science.aaz3358
↑ E. Buffetaut, D. Grigorescu, Z. Csiki: A new giant pterosaur with a robust skull from the latest Cretaceous of Romania, abstrakt dostupný http://www.springerlink.com/content/w55xf7hvvmwp6t5c/^{[nedostupný zdroj]}
↑ https://dinosaurusblog.com/2015/04/14/prvni-let-od-konce-kridy/
↑ Rattenborg, Niels, C. (11 May 2006). Do Birds Sleep in Flight?. Naturwissenschatten, Vol. 93 Number 9. http://www.springerlink.com/content/373128476108587x Archivováno 25. 9. 2019 na Wayback Machine.
↑ https://dinosaurusblog.com/2018/10/08/velkolepy-argentinsky-ptak/
↑ http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Mellisuga_helenae.html
↑ Queen Alexandra's Birdwing Butterfly, http://www.enchantedlearning.com/subjects/butterfly/species/Queenalex.shtml
↑ White Witch (Thysania agrippina) http://www.texasento.net/agrippina.htm
↑ Archivovaná kopie. greenfield.fortunecity.com [online]. [cit. 2008-02-16]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2011-01-10.
↑ www.nhm.org [online]. [cit. 11-02-2008]. Dostupné v archivu pořízeném dne 13-07-2007.
↑ ^a ^b Melissa Calhoun (15 December 2005). Bats Use Touch Receptors on Wings to Fly, Catch Prey, Study Finds. Retrieved on 2006-10-18.
↑ Grimaldi, David (2005). Evolution of the Insects. New York, NY: Cambridge University Press.

Související články

Externí odkazy

Slovníkové heslo křídlo ve Wikislovníku
Téma Křídla ve Wikicitátech
(česky) [Soukupová, P. (2007): Jak létat i bez křídel, 21. století, http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2007021931^{[nedostupný zdroj]}]

[1] JAVOREK, Vladimír. Kapesní atlas ploštic a křísů. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, n. p., 1978. 400 s. S. 14.

[2] Vznik hmyzího křídla, OSEL.cz, dostupný http://www.osel.cz/index.php?clanek=2902

[21stoleti-3] Soukupová, P. (2007): Jak létat i bez křídel, 21. století, http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2007021931^{[nedostupný zdroj]}

[4] Jak netopýr dostal křídla, OSEL.cz, http://www.osel.cz/index.php?clanek=1003

[campbell-5] Campbell, N.A. et Reece, J.B. (2006): Biologie, nakl. Computer press

[6] Laura Y. Matloff, Eric Chang, Teresa J. Feo, Lindsie Jeffries, Amanda K. Stowers, Cole Thomson & David Lentink (2020). How flight feathers stick together to form a continuous morphing wing. Science, 367(6475): 293-297. doi: 10.1126/science.aaz3358

[7] E. Buffetaut, D. Grigorescu, Z. Csiki: A new giant pterosaur with a robust skull from the latest Cretaceous of Romania, abstrakt dostupný http://www.springerlink.com/content/w55xf7hvvmwp6t5c/^{[nedostupný zdroj]}

[8] ttps://dinosaurusblog.com/2015/04/14/prvni-let-od-konce-kridy/

[9] Rattenborg, Niels, C. (11 May 2006). Do Birds Sleep in Flight?. Naturwissenschatten, Vol. 93 Number 9. http://www.springerlink.com/content/373128476108587x Archivováno 25. 9. 2019 na Wayback Machine.

[10] ttps://dinosaurusblog.com/2018/10/08/velkolepy-argentinsky-ptak/

[11] ttp://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Mellisuga_helenae.html

[12] Queen Alexandra's Birdwing Butterfly, http://www.enchantedlearning.com/subjects/butterfly/species/Queenalex.shtml

[13] White Witch (Thysania agrippina) http://www.texasento.net/agrippina.htm

[14] Archivovaná kopie. greenfield.fortunecity.com [online]. [cit. 2008-02-16]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2011-01-10.

[15] www.nhm.org [online]. [cit. 11-02-2008]. Dostupné v archivu pořízeném dne 13-07-2007.

[receptory-16] Melissa Calhoun (15 December 2005). Bats Use Touch Receptors on Wings to Fly, Catch Prey, Study Finds. Retrieved on 2006-10-18.

[17] Grimaldi, David (2005). Evolution of the Insects. New York, NY: Cambridge University Press.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]