Vojtěch Weiss, Gymnázium Jana Keplera

Motýlí křídla pod mikroskopem

Stavba motýlích křídel Evolučně vznikla křídla motýlů vychlípením pokožky na hrudi. Zjistil jsem, že formující se křídlo lze sledovat už ve stádiu kukly. Poměrně výrazná se mi zdála u kukel typu pupa libera a pupa semilibera naopak pouze jako „švy“ jsou křídla viditelné u larvy typu pupa obtecta. Ve stádiu dospělce jsou na křídlech zřetelné ornamenty. Ty se vyvíjejí již ve stádiu larvy z vnitřních orgánů(1), a tudíž nejsou uspořádány náhodně, do určité míry jsou si podobné a pro každý druh charakteristické a dědičné(2). Plnou morfologii a fyziologii motýlího křídla jsem mohl nejdříve sledovat až ve stádiu dospělce. Křídlo je protkané několika žilkami, které plní hlavní podpůrnou funkci. Snažíme-li se určit konkrétní druh motýla, jsou to právě žilky na křídle, které jsou rozhodující. Na křídle je osm hlavních žilek, z nichž většina se ještě několikrát větví a pro každou existuje odborné pojmenování. Křídla jsou napojená k hrudníku na vnitřní svaly motýla. Po narození motýla jsou žilky naplněné hemolymfou, později pouze vzduchem (2). Celé křídlo je poseto malými chitinovými (3) šupinkami, které jsou poskládány podobně jako šindelové tašky na střeše. Při detailním zkoumáním jsem si všimnul, že šupinky mají mnoho různých tvarů, tak jako je vidět na obr. III. Všechny typy šupinek jsou pravidelně a velice blízko k sobě připevněné. K jejich detailnímu zkoumání jsem použil skalpel, kterým jsem setřel šupinky z křídla na mikroskopické sklíčko. I když jsem se snažil odebrat vzorek pouze z malého místa, měly šupinky různé tvary a není to tak, že by se jeden typ koncentroval do jednoho specifického místa. Jediný rozdíl mezi šupinkami na různých částech křídla, který se mi podařil zobecnit bylo, že na zadních křídlech se vyskytovalo více zaoblených šupinek oproti špičatějším tvarům z křídla předního. Mezi šupinkami jsou ještě malé chloupky, které nalezneme také po celém okraji křídla (viz. obr. XI). Kromě běžných šupinek, jejichž funkce je popsána níže, se nacházejí ještě šupinky důležité pro komunikaci mezi motýly. Jde o pachové šupinky, tzv. androconia (4). Disponují jimi pouze samečkové, samičky mají obdobný aparát na zadečku. Tyto šupinky jsou většinou tmavé a velice úzké. Jsou specifické tím, že produkují feromony, které mají nalákat samičku. Motýli mají dva páry křídel a existují různé typy jejich propojení. Při porovnání hmyzu jsem došel k závěru, spoj mezi křídly se pravděpodobně vyvinul během evoluce pro lepší ovládání letu, protože existuje i vývojově nižší hmyz, který nemá křídla propojená nemá. Spojení předních a zadních křídel má i jiný hmyz krom motýlů. Nejjednodušší propojení předního a zadního křídla u motýlů je pomocí tzv. uzdičky – jugum, jedná se o malý, vychlípený zářez na předním křídle, navazující na zadní. Tento typ najdeme například u čeledi drobnokřídlích. U vyvinutějších motýlů však najdeme propojení pomocí dlouhých brv, u samců pomocí jedné u samic třemi (2). Tyto brvy jsou zasunuty do útvaru do tvaru tunelu, které je na předním křídle.

Čím je dána barva motýlích křídel a jaký má účel? Motýlí křídla se stala námětem pro mnoho umělců a jsou tou nejpozoruhodnější částí motýla. Jsou tak fascinující díky své široké barevnosti a pestrosti. Když jsem hledal odpověď na otázku, kde se rozmanité barvy berou, připadalo mi logické zkoumat jednotlivé šupinky motýlů. Jak se ukázalo, některé šupinky skutečně zabarvené jsou, ne však zdaleka všechny. Vedle feromonálních šupinek, můžeme rozlišovat ještě dva druhy, z nichž jedny se na křídlech jeví jako spíše matné a druhé lesklé. U prvního typu je zbarvení šupinek pozorovatelné i mimo strukturu křídla, protože na sobě mají pigment. Tyto šupinky jsou časté například u otakárků nebo baboček. Šupinky jsou chemicky zbarveny, například tmavé obsahují melanin nebo bílé,

žluté a oranžové pteriny (6) . Na světle tyto šupinky vybledávají, nejsou-li součástí křídla živého motýla. Druhý typ šupinek, který můžeme vidět například na blankytně modrých barvách modrásků nebo modrofialovém lesku baboček, se jeví v různých barvách, dívám-li se na něj z různých úhlů (viz. Obr. XVII.) a u některých motýlů se mění barva už jen změnou polohy křídla. Je to dáno tím uspořádáním šupinek na křídle motýla. Šupinky jsou poskládány ve vrstvách. Ze spodních vedou malé trámečky, které drží horní vrstvu. Mezi jednotlivými vrstvami jsou vzdušné kapsy. Sluneční paprsky projdou šupinkou, část světla se v první vrstvě odrazí, jiné prochází do nižších vrstev, kde se může znovu odrazit nebo pojít níže až do nejnižší vrstvy. Přitom dochází k lomu světla a pozorovatel tak vidí pouze některé části ze světelného spektra. Tím se dá také vysvětlit různorodost velikosti šupinek. Struktury, které jsou větší, než vlnová délka, odráží všechno světlo a tudíž se jako bílé. Některé druhy jako Papilio ulysses mají na svých křídlech černá místa, která jsou kombinací absorpce většiny světla a pigmentových šupinek. I když jsem pochopil mechanizmus, díky němuž vidím motýly tak barevné, stále tu je otázka, jaké opodstatnění má pestrost křídel v evoluci. Důvodů, na které jsem narazil je několik:

1) Zbarvení a odrážení světla je důležité pro termoregulaci motýla. Jde o studeno-krevného živočicha, a proto je pro něj těžké udržet stálou teplotu, kterou potřebuje k životu, přitom však nesmí mít velké výkyvy, aby mohli přežít. Často můžeme vidět motýly odpočívat s rozevřenými křídly, díky nimž přijímají teplo ze Slunce. Samotný chitin by byl schopný absorbovat 4% energie za Slunce, zatímco systém chitinových vrstev a vzduchu uzavřeným mezi nimi umožňuje motýlu zachytit až 96% tepla (9). Když jsem zkoumal druhy motýlů podle rozšíření, mohu obecně usoudit, že například motýli v arktických podmínkách, nacházející se na severu Kanady nebo v evropských Alpách mají spíše nevýrazné zbarvení křídel, takže odrážejí minimum přijatého světla. Navíc u těchto druhů můžeme pozorovat větší ochlupení těla i křídel.

2) Někteří motýli (například některá babočka) jsou schválně zbarveni tak, aby připomínali předměty, o které nemají predátoři zájem – např. uschlý list. Do této kategorie můžu zahrnout i motýly, kteří mají sice výraznějšího zabarvení, ale jsou podobní okolí a nejsou tak dobře vidět. Například zeleně zabarvený druh Mitoura siva siva.

3) Motýli, kteří mají za letu zářivé barvy, se často jeví jako dost matné za odpočinku. A v tom právě spočívá trik motýla: Nejdříve není moc jasný, poté je ve vzduchu oslnivě zářivý, pohybuje se nevypočitatelným letem a nakonec zase usedne do polohy, kdy je mnohem hůře spatřitelný.

4) Barvy některých motýlů slouží jako varovné znamení pro predátory, že jde o jedovaté druhy. Příkladem může být například Danaus plexippus. Existují však i motýli, kteří jedovatí nejsou, avšak mají stejné zbarvení jako jedovaté druhy, aby tak zmátli predátora.

5) Při vzletu pomáhají šupinky a chlupy na křídle motýla ke vzletu (5).

Efekt motýlích křídel (10) Nakonec bych chtěl uvést jednu zajímavost, která se svým způsobem také týká motýlích křídel. Pojem „efekt motýlích křídel“ se začal používat po roce 1972, kdy Philip Merilees pronesl přednášku na téma: Spustí zatřepotání motýlích křídel nad Brazílií tornádo v Texasu? Philip Merilees přitom vycházel z objevů, které učinil Edward Lorenz na svém počítači, který měl předpovídat počasí na základě několika jednoduchých vztahů mezi tlakem, vlhkostí etc… Program to byl nečekaně přesný a Edward Lorenz jednoho dne chtěl analyzovat některé své starší výsledky. Zadal tedy do počítače stará data a nechal počítač pracovat. Když se vrátil, zjistil, že nová data se od těch starých diametrálně liší, přestože měla být shodná. Potom si všimnul, že nečekaně velké rozdíly jsou způsobeny nepatrnými změnami v zadání. Edward Lorenz při zadávání zaokrouhlil z šesti desetinných míst na tři, aby si ušetřil práci, protože rozdíl nepovažoval za podstatný. To

vedlo k myšlence, že i nepatrné změny v počátečních podmínkách mohou mít markantní dopad na výsledek. Je tedy na místě se ptát, nakolik si můžeme ve vědeckých poznatcích dovolit zaokrouhlovat, abychom stále dospěli k věrohodným závěrům.

Zdroje: 1) Alexander B. Klots; A Field Guide to the Butterflies, 1964

2) Ivo Novák, Vladimír Pokorný; Atlas motýlů; Paseka 2003; str.13

3) Josef Chalupský; Motýli křídla; Vesmír 75; 116; 1996/2

4) http://www.learnaboutbutterflies.com/Anatomy%203.htm

5) P. J. Gullan,P. S. Cranston; The Insects: An Outline of Entomology

6) Josef Moucha; František Procházka; Motýli; 1962

7) Haruna Tada, Seth Mann, Ioannis Miaoulis a Peter Wong; Effects of a butterfly scale

microstructure on the iridescent color observed at different angles;

Optical sociaty of America; 1998

8) I. N. Miaoulis, P. Y. Wong, and B. D. Heilman;The effect of microscale and macroscale

patterns on the radiative heating of multilayer thin-film structures;

AmericanSociety of Mechanical Engineers; New York; 1994

9) David H. Freedman; 'The Butterfly Solution'; Discover; April 1997; str. 47

10) James Gleick; Chaos; 1987

I. Přástevník medvědí – 2. pár křídla – zadní část – šupiny – zvětšení 160x

II. Bělásek ovocný – 1. pár křídel – zadní okraj – šupiny, prázdné kalíšky na šupiny a žilky – 160x

III.) Bělásek ovocný – 1.pár křídel – zadní okraj – šupinky – 160x

IV. Bělásek ovocný – 1. pár křídel – šupinky - 640x

V. Bělásek ovocný – 1. pár křídel – šupinky - 640x

VI. Bělásek ovocný – 2. pár křídel - šupinka – 640x

VII. Bělásek ovocný – 2. pár křídel - šupinky – 640x

VIII. Bělásek ovocný - 1. pár křídel – kalíšky bez šupinek a žíla– 160x

VIII. Bělásek řepový - 1. pár křídel – žíla– 640x

IX. Bělásek řepový

X. Bělásek řepový – struktura křídla -160x

X. Bělásek řepový - 1. pár křídel – struktura křídla– 160x

XI Bělásek řepový – okraj křídla –

160x.

XII. Bělásek řepový – okraj křídla – 160x.

XIII Bělásek řepový – 2. pár křídel - šupinky – 160x.

XIV. Bělásek řepový – 1. pár křídel - šupinka– 640x.

XV Bělásek řepový – 1. pár křídel - šupinky – 160x.

XVI. obrázky převzaty z (7) - podrobná struktura křídla; dopadající světlo a jeho výsledná

barva