Otroliga insekter överglänser människans flygmaskiner
ETER krig brukar journalister och militära experter skryta över hur avancerade moderna stridsmedel är. De prisar sina ”smarta bomber”, dvs. laserstyrda kryssningsrobotar, och attackhelikoptrar med mördande exakt manövreringsförmåga. Det skarpsinne som ligger bakom dessa vapen är onekligen ofta fantastiskt, men i sådana glödande lovsånger till dödens maskineri erkänns sällan en enkel sanning: även de mest avancerade av människans luftburna underverk är primitiva i jämförelse med de små flygande maskiner som finns i överflöd i skapelsen.
Tänk på kryssningsrobotarna. Enligt The Wall Street Journal ”bestäms kryssningsrobotens väg av en digitaliserad referenskarta som lagras i en dator. Ett zoomobjektiv och elektroniska sensorer håller den på rätt kurs när den tätt ovanför marken flyger fram i en hastighet strax under ljudhastigheten.” Det låter ganska avancerat, inte sant? Men tänk nu som jämförelse på en liten insekt — bivargen.
En liten kartritare
Ben Smith, teknisk redaktör för datortidskriften BYTE, skrev för en tid sedan: ”I jämförelse med bivargen är kryssningsroboten rent ut sagt dum.” Hur så? Därför att en kryssningsrobot, trots alla dess tekniska förmågor, är ganska lätt att lura. Smith skriver: ”Det är bara att flytta bort målet och ersätta det med en attrapp. Eftersom kryssningsroboten förstör sig själv när den förstör målet, kan den aldrig upptäcka att den har gjort fel.”
Att lura bivargen är en helt annan sak. En biolog som studerar de här insekterna försökte med det. Han lade märke till att hundratals av dem bodde i ett samhälle bestående av identiska hål längs en smal strandremsa. Han väntade tills en av dem flög bort och täckte då över ingången med sand. Sedan väntade han för att se om insekten skulle kunna hitta hålet igen. Till hans förvåning landade den ofelbart vid den gömda ingången och grävde fram den igen! Biologen observerade att bivargen hade en vana att flyga vad som föreföll vara en rekognosceringsrunda över sin håla både när den flög i väg och när den kom tillbaka, och han undrade om insekten kunde memorera landmärken och göra upp ett slags karta i sitt sinne.
För att testa sin teori täckte han över hålet igen, men den här gången flyttade han om några tallkottar som låg runt omkring. När bivargen kom hem gjorde den en rekognosceringsrunda i luften som vanligt, och sedan landade den på fel ställe! En liten stund var den förvirrad. Sedan lyfte den igen och flög en annan rekognosceringsrunda — men den här gången på högre höjd. Tydligen gav det här nya perspektivet den lilla insekten några mer fasta landmärken att gå efter, för nu fann den omedelbart sin gömda håla och grävde fram den igen.
Datorn ombord på en kryssningsrobot kan kosta omkring fem miljoner kronor och väga nästan 50 kilo, medan bivargen använder en hjärna stor som ett knappnålshuvud. Ben Smith tillägger: ”Bivargen kan också gå, gräva, finna och överlista sitt byte och dessutom hitta en partner (något som vore helt katastrofalt för en kryssningsrobot).” Avslutningsvis säger han: ”Även om årets högteknologiska maskiner överglänser förra årets modell flera gånger om, har de ännu inte märkbart närmat sig prestationsförmågan hos den lilla bivargens hjärna, än mindre hos människohjärnan.”
De fantastiska vingarna
Detsamma kan sägas om de mest avancerade av människogjorda flygfarkoster, sådana som attackhelikoptrar. Robin J. Wootton, insektspaleontolog i England, har ägnat mer än tjugo år åt att studera hur insekter flyger. Han skrev för en tid sedan i Scientific American att några insekter ”uppvisar förbluffande flygkonster. Husflugor, till exempel, kan bromsa in från snabb flykt, sväva fritt, vända sig runt sin egen axel, flyga upp och ner, göra looping och roll och landa i ett tak — och allt inom bråkdelen av en sekund.”
Vad är det som gör att dessa små flygmaskiner så kan överträffa människogjorda flygfarkoster? De flesta flygmaskiner har gyroskop som hjälper dem att bibehålla stabiliteten när de utför manövrer. Flugor har sin egen version av gyroskopet — svängkolvarna som ser ut som klubbor och som sticker ut just där andra insekter har sina bakvingar. Svängkolvarna vibrerar i takt med vingarna och hjälper flugan att hålla balansen när den så snabbt flyger hit och dit.
Men den verkliga hemligheten är enligt paleontologen Wootton insekternas vingar. Han skriver att han som forskarstudent på 1960-talet började misstänka att insektsvingarna var ”mycket mer än abstrakta mönster av ådror och membran”, som de ofta framställdes. I stället, säger han, ”föreföll varje vinge vara ett elegant stycke småskalig ingenjörskonst”.
Så är till exempel de långa ådrorna i insektsvingar i själva verket starka ribbor fulla med små luftfyllda rör som kallas trakéer. Dessa lätta men stabila vingbalkar länkas ihop av tvärribbor. Det mönster som bildas är inte bara vackert, utan enligt Wootton liknar det ett fackverk som byggnadsingenjörer använder för att öka styrkan och stabiliteten.
Över detta invecklade ramverk är ett membran spänt. Forskarna förstår ännu inte helt detta membran, bortsett från det faktum att det är exceptionellt starkt och lätt. Wootton framhåller att när detta material sträcks ut över vingens fackverk, hjälper det till att göra vingen starkare och stadigare, ungefär på samma sätt som en konstnär finner att en vinglig träram blir stadigare när han spänner en duk över den.
Men vingarna får inte vara för stadiga. De måste klara av de enorma påfrestningar de utsätts för när de rör sig med höga hastigheter, och de måste klara av många kollisioner. Wootton har också när han har undersökt tvärsnitt av vingar funnit att många av dem smalnar av utåt spetsarna, vilket gör dem böjligare i ändarna. Han skriver: ”När vingarna utsätts för stötar är de inte stela, utan ger efter och återtar sedan snabbt sin form, precis som ett grässtrå böjer sig för vinden.”
Vad som kanske är ännu mer fantastiskt är att vingarna kan ändra form under flykten. Fågelvingar gör också det, men fåglarna använder musklerna i vingarna för att ändra deras form. Insekternas muskler sträcker sig inte längre än till vingarnas bas. I den bemärkelsen är insektsvingar som segel på en båt. För att ändra formen måste man styra dem från basen, från besättningen på båtdäcket under seglen, dvs. med musklerna i insektens kropp. ”Men”, framhåller Wootton, ”insektsvingar är mycket finare konstruerade än segel och avsevärt mycket mer intressanta. . . . De innehåller även stötdämpare, motvikter, mekanismer som stoppar revor och många andra enkla men oerhört effektiva detaljer, vilka alla gör vingen aerodynamiskt mer effektiv.”
Lyftkraften — den viktigaste egenskapen
Allt detta och många andra detaljer hos konstruktionen av vingen gör att insekten kan manövrera den för att uppnå den viktigaste egenskapen för att kunna flyga — lyftkraften. Wootton beskriver faktiskt närmare tio komplicerade sätt på vilka insekter manövrerar sina vingar för att generera lyftkraft.
Rymdingenjören Marvin Luttges har ägnat tio år åt att studera trollsländornas flykt. Dessa insekter genererar så mycket lyftkraft att den amerikanska tidskriften National Wildlife beskrev deras sätt att flyga som ”ett aerodynamiskt mirakel”. Luttges fäste små vikter vid en viss art, Libellula luctuosa, och fann att den lilla insekten kan lyfta med en last av mellan två och två och en halv gånger sin egen vikt — och det med lätthet. Det betyder att dessa skapelser kan i förhållande till sin storlek lyfta tre gånger mer än den mest effektiva av människotillverkade flygmaskiner!
Hur bär de sig åt? Luttges och hans kolleger har funnit att trollsländan vid varje nedåtgående rörelse med vingarna vrider vingen en aning så att det bildas små luftvirvlar på ovansidan av vingen. Detta komplicerade sätt att utnyttja vad ingenjörerna kallar instabila luftströmmar är långt mer komplicerat än hur människotillverkade flygplan flyger. Sådana är beroende av stabila luftströmmar. Men det är trollsländans förmåga att ”utnyttja kraften hos luftvirvlarna”, som National Wildlife uttrycker det, som skapar denna ”fenomenala lyftkraft”. Både det amerikanska flygförsvaret och den amerikanska flottan bekostar och understöder Luttges’ arbete. Om flygplan skulle kunna utnyttja liknande principer, skulle de kunna lyfta mycket lättare och landa på mycket kortare landningsbanor.
Att efterlikna trollsländans manövreringsförmåga skulle dock innebära en helt annan utmaning. National Wildlife framhåller att från och med trollsländans första flygtur utför den ”omedelbart de underverk som dagens mest avancerade mänskliga piloter bara kan avundas dem”.
Det är därför inte att undra på att paleontologen Wootton drog följande slutsats: ”Ju bättre vi förstår hur insektsvingarna fungerar, desto finare och vackrare framstår deras konstruktion.” Och han tillade: ”De har få om ens några teknologiska motsvarigheter — ännu.”
”Ännu.” Detta enda ord avslöjar den optimistiska — för att inte säga arroganta — mänskliga inställningen att om människan bara får tillräckligt med tid så skall hon kunna kopiera praktiskt taget vilket som helst av Skaparens verk. Utan tvivel kommer människan att fortsätta att framställa fantastiska, geniala efterbildningar av vad hon finner i naturen. Vi bör dock komma ihåg en sak. Det är en sak att efterlikna, men det är något helt annat att skapa från början. Det är som den vise mannen Job sade för mer än 3.000 år sedan: ”Fråga du boskapen, den må undervisa dig, och fåglarna under himmelen, de må upplysa dig. Vem kan inte lära genom allt detta att det är Herrens [Jehovas] hand som har gjort det?” — Job 12:7, 9.