Nem tökéletesek a madarak szárnyai, és ez nem véletlen

A madárszárnyak jellegzetes alakúak, jól jellemzik egy-egy madárcsoport életmódját, olyannyira, hogy a szárny alakjából sok esetben felismerjük, miféle madarat látunk. Másféle alakú a virág előtt lebegő kolibrik szárnya, vagy a magasban termikelő gólyáké – de vajon mennyire optimális az adott repülési stílushoz a szárnyak alakja?

A Britsoli Egyetem kutatói mérték fel a szárnyakat aerodinamikai szempontok alapján. A kutatásukról a Nature Communications folyóiratban számoltak be.

A kutatók tudományos adatbázisokban és múzeumok gyűjteményeiben lévő madarak szárnyait mérték fel, több mint 1100 madárfajét. A múzeumi madárszárnyakról egységes módszerrel fotókat készítettek, majd a fotók alapján pontos formát követő modelleket.

A már meglévő adatbázisok madárszárny fotóival ugyanezt elvégezték. A végeredmény így méretektől független szárnyalak gyűjtemény lett. Az egyes alakokról azután számítógépes modell született, amelyet már különféle teszteknek lehetett alávetni.

Ilyen teszt volt a virtuális légáramlás-mérés, amivel meg lehetett vizsgálni, hogy az adott szárnyalak hogyan képes manőverezni, mennyire energiahatékony, vagy mikor válik instabillá. E módszerrel a kutatók meg tudták határozni, hogy egyes életmódokhoz milyen szárnyalak lenne optimális.

A tesztek néhány kivétellel azt mutatták, hogy a madarak elsöprő többsége nem a legoptimálisabb alakú szárnyakat használja.

A kivételt a sarlósfecskék, a sólyomfélék, a pingvinek és a kolibrik jelentették. Ezek a madarak szinte a legoptimálisabb szárnyalakkal rendelkeztek a saját életmódjukhoz. Azonban nagyon sok más madár távolról se érte el az optimális alakot. Bár az albatroszok fantasztikusan repülnek, ezt nem ideális formájú szárnyaikkal teszik.

Ennek az az oka, hogy a vitorlázó repülésükhöz ideális hosszú szárnyalakkal gyakorlatilag nem tudnának felszállni, így kompromisszumos megoldásra van szükség. (Sok esetben még ez is kevés, a vándoralbatrosznak a szél is be kell segítsen a felszálláshoz  és még a költőhelyüket is ez alapján választják ki.)

Különösen az énekesmadarak szárnyai voltak távol az ideális alaktól. Ez azt jelenti, hogy azok a madarak, amelyekkel ma a legelterjedtebbek, amelyekkel a legtöbbször találkozunk, megelégednek az „még épp elég jó” szárnyalakkal is.

Az azonban nagyon meglepte a kutatókat, hogy az albatroszok, és a szintén világutazó csérek sem tartoztak az optimális szárnyúak közé. „Úgy tűnik, nem kell optimális alakú szárny ahhoz, hogy az olyan elképesztő teljesítményre képes legyen egy madár, mint az északi és a déli sarkvidék közti éves oda-vissza vándorút” – mondta Benton Walters, a kutatás vezetője.

Gyakran félreértett dolog, hogy az evolúció útja egyenes vonalú fejlődést jelöl, valamiféle meghatározott, előremutató irányt – azonban ez nem így van. Az evolúció távolról sem igyekszik valamiféle tökéletességet elérni, egyszerűen csak az adott környezetben és adott életmód mellett még épp elég jól működő, a feladatra még épp eléggé alkalmas változatokat részesíti előnyben. A természetes szelekció azután ezeket őrzi meg.

Vannak helyzetek, amikor ez a még épp eléggé jó változat közel áll a mérnökileg is optimálishoz, azonban nagyon sok esetben nem így van. Fontos megérteni köztük a különbséget. Azért is fontosak az efféle, méréseken, modellezésen alapuló kutatások, mert így könnyebben tudnak a biológiai modellekből kiinduló mérnökök megfelelő alapot keresni a modelljeikhez. A kutatók szeretnék a módszerüket más repülő állatokra is kiterjeszteni, így például a pteroszauruszokra vagy a ma élő denevérekre.