Delfíni svou inteligencí a výdrží plavat v blízkosti lidských lodí už od starověku fascinovali myslitele a vědce. Když je v roce 1936 zkoumal britský zoolog James Gray, došel k závěru, že delfíní svaly nejsou samy o sobě schopny vytvořit takovou rychlost, jakou tito savci dokážou plavat. Zrodil se tak Grayův paradox.
Desítky let jej často bizarním způsobem zkoumaly armády ve snaze zrychlit rychlost torpéd a zlepšit neoprenové obleky. Nyní biolog Frank Fish z West Chester University v Pensylvánii ve studii zveřejněné v lednovém čísle magazínu The Journal of Experimental Biology popisuje, jak věda tento omyl vyvrátila.
Ale zůstaňme na začátku. Prvotní myšlenku zabývat se silou svalů delfínů vnukl Grayovi jakýsi E. F. Thompson, který se v roce 1930 plavil na lodi Indickým oceánem a změřil rychlost proplouvajícího delfína. Jak ve své práci (PDF) James Gray popisuje: "Delfín, plavající přibližně 30 stop (9,1 metru) od boku lodi, proplaval kolem lodi od zádi k přídi podle stopek za 7 sekund. Plavidlo o délce 41,4 metru se přitom pohybovalo rychlostí 8,5 uzlu (asi 15,7 km/h). Delfín tedy musel plavat rychlostí 20 uzlů (37 km/h)." Jak ovšem Gray sám zmiňoval, delfíni byli často zpozorováni u lodí plujících rychlostí 15 uzlů (27,8 km/h) a to i po delší dobu.
Grayův paradoxJak je možné, že delfíní dokážou plavat rychleji, než teoreticky umožňují jejich svaly? |
O šest let později vykonal Gray na základě těchto pozorování pokus s pevným modelem delfína o délce 1,8 metru a usoudil, že pokud je odpor, který voda klade tomuto modelu, stejný jako odpor kladený živému delfínovi totožné velikosti v rychlosti 36 km/h, pak bude delfín potřebovat 117 kilogramů svalové hmoty, aby byl schopen tuto rychlost vyvinout. Ve skutečnosti jich však má zhruba 15 kg. To by však znamenalo, že svaly delfínů jsou sedmkrát výkonnější než svaly ostatních savců.
Aby Gray tento paradox vyřešil, přišel s hypotézou, že delfíní kůže dokáže nějakým způsobem omezit turbulentní proudění kolem těla a proměňovat ho na proudění laminární. Při turbulentním proudění totiž částice přecházejí mezi jednotlivými vrstvami kapaliny a vzniká víření. Laminární proudění naopak značí rovnoběžné dráhy jednotlivých částic kapaliny bez mísení. Pak by k potřebnému výkonu 15 kilogramů svalů skutečně stačilo.
Torpéda s delfíní kůží
Gray touto úvahou odstartoval šedesát let dlouhý hon za tajemstvím delfíní kůže. Potenciál jeho odhalení byl skutečně lákavý. Zejména armády toužily po rychlejších torpédech s nižším třením, ale podobný mechanismus mohl být uplatněn třeba i u potápěčských neoprenů.
Pokusů v této oblasti se chopil v padesátých letech americký vědec německého původu Max Kramer. Zkonstruoval torpédo potažené umělou kůží. Ta byla navržena tak, aby co nejvíce odpovídala pokožce delfínů. Kramer doufal, že se mu tím podaří redukovat turbulentní proudění. První testy v otevřeném vodním prostoru podle Kramera ukazovaly, že takto upravené torpédo podstupuje o až 59 procent menší tření než torpédo bez umělé kůže. Další pokusy samozřejmě proběhly, ale Kramerův výsledek se již zopakovat nepodařilo.
Případ nahých sovětských plavkyň
Ukázka z knihy Nekton
Zájem o odhalení Grayova paradoxu měli i vědci na druhé straně železné opony. Asi nejbizarnější experiment k této problematice provedl na počátku 70. let sovětský vědec Jurij Alejev. Ten se snažil prokázat, že se během plavání na delfíní kůži vytváří vlnky, které umožňují hladké proudění vody kolem jejich těla.
Jelikož pořídit detailní fotografie delfínů v akci, z nichž by bylo možné vlnky pozorovat, se ukázalo jako technicky nemožné, vymyslel Alejev jiný způsob. Pozval si do bazénu čtyřicet plavkyň, nechal je nahé táhnout na laně pod vodou rychlostí 2 až 4 m/s a fotografoval jejich kůži.
Abychom Alejeva nepodezřívali z perverze, ženská kůže má pod sebou více tukové tkáně, a proto je delfínům podobnější než mužská. Sám Alejev svůj experiment odůvodnil takto: "Ženy jsou velikostí těla podobné jako průměrně veliký delfín obecný (delphinus delphis). Pro ženu vysokou 160 - 170 centimetrů s nataženýma rukama, plavající o rychlosti 2 až 4 m/s, platí zhruba stejné Reynoldsovo číslo (veličina udávající vliv třecích sil tekutiny na odpor) jako pro delfína."
Ukázka z knihy Nekton
Počítal zároveň s tím, že tělo ženy by mělo být oholené, aby co nejvíce odpovídalo tělu kytovců. Výsledek experimentu však přinesl zklamání. Kůže se sice zvlnila, nicméně pouze když tělo prudce zrychlovalo, nebo se pohybovalo vysokou rychlostí. A když už se tak stalo, kožní vlnky ženu spíše zpomalovaly. Výsledky popsal Alejev v knize Nekton, kde přiložil i několik snímků z pokusu.
Experiment s nahými plavkyněmi neměl žádný relevantní a smysluplný efekt. Roman Vodička, veterinární lékař z pražské zoo |
Jak dodává veterinární lékař Roman Vodička z pražské zoo, podobnost ženské kůže s kůží delfínů je čistě metaforická: "Kůži kytovců chybí chlupové folikuly, nemá žlázy, je silnější, nerohovatí, má jiné krevní zásobení a poměrně velké množství blubberu (vrstva podkožního tuku) s kolagenem." Podle něj tak Alejevův výzkum "neměl žádný relevantní a smysluplný efekt."
Záhadu vyřešily bublinky
Definitivně vyřešit záhadu Grayova paradoxu se rozhodl biolog s příhodným jménem Frank Fish z West Chester University v Pensylvánii. K úspěchu potřeboval změřit sílu, jakou zvíře na vodu působí. K tomu se běžně používá metoda zvaná integrální laserová anemometrie (Digital Particle Image Velocimetry), jež dovede detekovat víry vody a z nich změřit sílu vynaloženou delfínem.
Takový způsob měření se však ukázal jako nepraktický. Vyžadoval by totiž ponořit k delfínovi do nádrže velké množství skleněných kuliček a pak do ní pouštět laserový paprsek. Obejít tento problém Fishovi pomohl Timothy Wei z University of Nebraska, který navrhl použít stěnu mikroskopických bublin, jíž by delfín proplaval. Metodu už dříve zkoušel při práci s profesionálními plavci.
Experiment proběhl na University of California v Santa Cruz. Fish společně s Weiem a studentem Paulem Legacem vytvořili v nádrži pro hloubkové potápění bublinkovou stěnu za pomoci zahradní zavlažovací hadice a do nádrže umístili dva delfíny Fishovy kamarádky Terrie Williamsové. Následně kamerou snímali delfíny, jak proplouvají stěnou bublin.
Záběry, které v lednu zveřejnili na serveru YouTube, ukazují směr proudění vody kolem těl zvířat. Jsou z nich také patrné víry, které se utvářely za ocasní ploutví delfínů, jak se jejím mácháním kytovci odráželi kupředu. Timothy Wei a Paul Legac později vypočítali výkon delfínů při "vyhlídkové" rychlosti 3,4 m/s jako 549 wattů. V případech, kdy zvířata prudce zrychlovala, zvýšil se jejich výkon dokonce až desetinásobně, na 5400 wattů.
Jak se tedy ukázalo, žádný Grayův paradox neexistuje. Delfíni mají dostatek svalové hmoty k tomu, aby plavbu ve vysoké rychlosti zvládli. Gray značně podcenil výkon, který dokáží delfíni svými svaly vyprodukovat, a na základě tohoto chybného odhadu formuloval svou hypotézu o zázračných vlastnostech delfíní kůže. Delfíni jsou tedy ve skutečnosti silnější, než se Gray domníval.
Delfíni ostatně mezi savci neplavou nejrychleji. "Nejrychlejší vodní savec je kosatka dravá (orcinus orca) a sviňucha běloploutvá (phocoena phocoena)," vysvětluje Roman Vodička. Ty dokážou plavat rychlostí až 55 km/h.
Vědci svoje závěry publikovali v odborném časopise The Journal of Experimental Biology z 15. ledna (celá studie je bohužel přístupná pouze platícím čtenářům, ale článek, který ji doprovází lze z webu magazínu stáhnout) a už zvažují další pokusy: "Jestliže to můžu udělat s delfínem, mohl bych i s velrybou nebo rejnokem?" směje se Frank Fish.
