Úterý 5. července 2022, Den slovanských věrozvěstů Cyrila a Metoděje
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 5. července 2022 Den slovanských věrozvěstů Cyrila a Metoděje

Včely stavějí plástve z kroužků, ale vycházejí jim šestiúhelníky

Včelí plástev zajímá architekty i techniky. Její tvary jsou tak rafinované, že někteří přírodovědci dokonce uvažovali, zda včely nejsou schopné nějakých početních úkonů. Ale jak se zdá, ke stavbě tohoto dokonalého díla stačí fyzika a teplo.

Opuštěný úl včely květné (Apis florea), která obývá hlavně Jižní Asii. | foto: Sean.hoyland via Wikipedia

Když ve čtvrtém desetiletí před naším letopočtem psal Marcus Terentius Varro knihu o zemědělství, uvedl, že pro tvar včelí plástve existují dvě možná vysvětlení. První říká, že šestiúhelníky v plástvi přirozeně vyhovují šesti včelím nohám. Druhé je matematické: šestiúhelníky byly podle tehdejších matematiků nejlepší způsob, jak zaplnit plochu, a tedy také nejlepší využití místa v plástvi.

Není jasné, jaký důkaz pro své tvrzení Varro měl, ale opravdu to tak je. V roce 1999 nalezl obecný matematický důkaz pro tuto domněnku Thomas C. Hales. Od té doby jsou včely oficiálně ve využití plochy plástve nepřekonatelné (více si můžete přečíst česky zde). Nyní se ovšem zdá stále jasnější, že včely přímo tento tvar nestavějí. Toto uspořádání jim vzniká "pod rukama" samovolně.

Kepler se uměl mýlit

Včely inspirovaly nejen antické myslitele, ale také například i Johanese Keplera. Jeho zajímavé matematické postřehy odvozené od struktury včelího úlu se řešily do 20. století a byly velmi podnětné. A to i přesto, že se pozorování nezakládala na pravdě.

Kepler předpokládal, že dno komůrek je tvarované do pravidelných rovných ploch. Ve skutečnosti je konec komůrek tvarovaný do polokoule a domnělý kosočtverečný dvanáctistěn je ve skutečnosti pouze optický přelud vzniklý při pohledu na poloprůhlednou plástev (viz. Bauer a Bienefeld).

Komůrka včelí plástve podle Keplerových představ. Dno (vpravo), podle něj...

Řešení problému, zda tato včelí komůrka, vzniklá jen v učencově hlavě, je nejlepším možným tvarem pro využití omezeného prostoru, přesto plodně zaměstnalo řadu matematiků. Jejich postupy se dnes používají například při při programování řady úloh.

Včely vytvářejí kruhy, ale díky vlastnostem stavebního materiálu z něj postupně vznikají místo kruhů šestiúhelníky. Od roku 2004 pro to máme poměrně přesvědčivé důkazy. Jihoafricko-německý tým tehdy ukázal, že horký vosk, který se nalije na plochu s kruhovými výčnělky, po odstranění této formy zatuhne do šestiúhelníků. Byl to hezký, ale nepřímý důkaz.

Nyní se podařilo podobný děj pozorovat přímo v úlu britsko-čínskému týmu, který vedl Bhushan Karihaloo z Univerzity v Cardiffu. Práce vyšla v časopisu JRS Interface (placený přístup zde). Vědci vyhnali včely z úlu během stavby a zachytili na snímcích nově vzniklé komůrky, které mají zřetelně kruhový tvar. Starší komůrky však postupně přerůstaly v charakteristické šestiúhelníky.

Z fyzikálního hlediska dochází ke změně tvaru komůrek díky působení povrchového napětí v místech spojů stěn. Můžeme si to představit tak, že v tomto místě se postupně srážejí dohromady do jednoho bodu, a v důsledku napřimují původně zakřivené stěny kružnic do šestiúhelníků.

Neznamená to, že by včely pro tento vývoj událostí nic nedělaly. Narovnání stěn sice proběhne samovolně, ale jen v případě, že vosk má dostatečnou teplotu, a je tedy polotekutý. Včely se tak musí postarat, aby v místě, kde se staví nové komůrky, byla dostatečně vysoká teplota, někdy o více než 10 °C vyšší než v jiných částech úlu.

Voštiny, tedy víčka a plástev se zbytky medu, které jsou výborné na žvýkání jako zdravá přírodní žvýkačka.

Ukázka plástve, kterou si včely vytvoří samy bez rámu, který jim připraví včelař.

Zvláštní roli v tom hrají zřejmě dělnice-specialistky se zvýšenou tělesnou teplotou, které podle všeho dokážou vosk hotové komůrky zahřát až na 40 °C. Je to však jen odhad, protože se nepodařilo přesvědčivě identifikovat každou včelu, která se na stavbě komůrek podílela. Ale je to pravděpodobné, vědci totiž nepřišli na jiný způsob, jak jinak by mohly během finálního tvarování buňky vosk zahřát na dostatečnou teplotu.

Nesouhlasit můžeme dál

Ale ne každý s tím souhlasí. Letos v lednu dva němečtí vědci zveřejnili v podstatě přímou odpověď na práci z roku 2004 (placený přístup odsud). Jejich pozorování včelího úlu infračervenou kamerou (tedy citlivou na teplo) ukazují, že včely vosk během vytváření komůrek nezahřejí na dostatečnou teplotu, aby mohlo dojít k ryze fyzikálnímu narovnání stěn.

Jak vypadá inspirace včelí pláství v praxi: BMW předvádí lehkou výplň prahu u svého elektromobilu i3, která má ochránit posádku při bočním nárazu.

Vědecké dohady kolem této otázky tedy ještě úplně nekončí. Zdá se, že lepší argumenty mají k dispozici zastánci teorie o samovolné fyzikální změně tvaru komůrek v plástvi. Rozhodnuto ovšem bude až ve chvíli, kdy si to zastánci a odpůrci této hypotézy dokonale "vyříkají", tedy najdou všechny chyby v pracích svých protivníků. Pak by se mělo ukázat, který názor je lepší. To je alespoň optimistická charakteristika vývoje vědeckého poznání. Pesimisté však říkají, že situaci změní až postupné vymření zastánců starších hypotéz.

Ať už je pravda jakákoliv, včelí plástve budou i nadále zdrojem zajímavé inspirace. Bhushan Karihaloo Technetu napsal, že se jejich vlastnostmi s kolegy zabývá už delší dobu. Plástve jsou například nečekaně odolné proti změnám teplot a pevné, a to zřejmě díky postupnému zapracování hedvábných vláken z kokonů včel, které se v nich vylíhnou. Autoři doufají, že by podrobné zkoumání těchto a dalších vlastností mohlo vést ke zlepšení některých dnes používaných materiálů.

Uznání "přes mrtvoly"

Že i ve vědě je někdy fakta nestačí vaše oponenty přesvědčit, dokazuje nedávný příklad z chemie, kdy se "rebel" nakonec stal nositelem Nobelovy ceny.

Hrdinou příběhu je Daniel Shechtman z Izraelského technologického institutu v Haifě. Schechtman během stáže na univerzitě Johnse Hopkinse v Baltimoru v roce 1982 zpozoroval pod mikroskopem něco, co věda nepovažovala za možné: pravidelné krystaly, které se nikdy neopakovaly (odborně řečeno šlo o materiál s pětičetnou symetrií).

Běžné krystalické materiály jsou složené z opakujících se "klonů", tedy krystalů stejného tvaru. V látce pod mikroskopem se nedal najít žádný opakující se tvar, přitom byla zcela jasně také strukturovaná.

Schechtman byl přesvědčený, že narazil na něco zcela převratného a nazval nový úkaz kvazikrystaly. Jeho původní pozorování se mu znovu a znovu potvrzovalo. Časem se podařilo vyjasnit i matematické zákonitosti jejich struktury.

Získat uznání však bylo těžké. Jeden z koryfejů moderní chemie, Linus Pauling, prohlásil, že "neexistují kvazikrystaly, ale jenom kvazivědci". Až do Paulingovy smrti v roce 1994 se kvazikrystaly pohybovaly na okraji oficiální chemie, i když se Schechtmanovi ozvala celá řada kolegů, kteří před ním podobné struktury pozorovali. Ale neměli čas, vůli, odvahu či vytrvalost si za tak kontroverzním pozorováním stát.

Situace se změnila v podstatě až se smrtí Linuse Paulinga v roce 1994. Od té doby jsou kvazikrystaly předmětem intenzivního zájmu vědců a už se uplatňují i v praxi. Například u některých typů LED osvětlení, jako tepelná izolace ve spalovacích motorech či jako součást nepřilnavého povrchu pánví. A Nobelova cena za chemii v roce 2011 putovala právě k "pseudovědci" Schechtmanovi.

Příklad atomární struktury kvazikrystalu, v tomto případě stříbra a hliníku


Vše o elektromobilech a nové éře automobilismu, světových trendech v této oblasti a měnící se legislativě. Prohlédněte si nejnovější modely elektromobilů a podívejte se, jak dopadly v testovacích jízdách redaktora Technetu, Václava Nývlta, který za volanty aut do zásuvky objevuje krásy i strasti elektromobility.

Známé jméno v nové formě. Renault Megane jako elektromobil dává smysl

Renault Megane E-Tech 100% elektrický

VIDEO Jeli jsme elektromobilem z Prahy do Olomouce a zpátky. Jednou nám zbylo 49% baterie, podruhé jen...

Nabíjení podražilo, kWh můžete natankovat za 2,79, ale i za 21 korun

Ke stabilizaci sítě a zvýšení podílu využití energie z obnovitelných zdrojů...

VIDEO Stejně jako elektřina pro domácnosti zdražuje v poslední době dost citelně i nabíjení elektromobilů...

Tiše pluje krajinou. „Esko“ od Mercedesu je špička mezi elektromobily

Mercedes-Benz EQS 450+

EQS pro Mercedes znamená hodně – byl to první model postavený na jeho zbrusu nové elektrické...

Europarlament odhlasoval konec spalovacích motorů v roce 2035

ilustrační snímek

VIDEO Evropský parlament schválil návrh, který by měl od roku 2035 zakázat prodej nových osobních aut a...

Soudný den automobilek. Brusel rozhoduje, zda zakáže spalovací motory

V USA vymysleli „elektrický galon“ MPGe, má hodnotu 33,7 kilowatthodin.

V úterý 7. června 2022 začíná v Bruselu debata europoslanců, která by měla ve středu odpoledne...

Nová elektrická škoda se bude jmenovat Elroq, potvrdili odboráři

Rozostřená fotografie, kterou Škoda Auto oznámila uvedení nového designového...

Škoda chystá tři nové elektromobily. Jeden z nich se bude vyrábět v Mladé Boleslavi, kde už...

Cesta k ježdění na elektřinu nebude lidová. Vysvětlí to Volkswagen ID.5

Volkswagen ID.5 GTX

Volkswagen se momentálně čím dál víc vzdaluje kořenům, ze kterých vzešel. „Lidový vůz“ byste v jeho...

  • Nejčtenější

Stop pro letoun F-35? Švýcaři prověřují podezřelé nesrovnalosti v tendru

Úspěšné tažení letounů F-35 Evropou v roce 2021 pokračovalo ve Finsku a Švýcarsku. V alpské zemi se však nad nákupem...

Česká houfnice Morana se zařadila mezi hvězdy veletrhu obrany

Advertorial Eurosatory je nejvýznamnější evropský veletrh obranné a bezpečnostní techniky. Letos se kvůli covidu konal po čtyřleté...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Gripen versus F-35. Ve finále výběru neuškodí zvážit všechna pro a proti

Výběr budoucích stíhacích letounů pro české letectvo jde do finále a zdá se, že i jako v některých jiných evropských...

Přísně tajná letecká továrna. Na gripen je potřeba 8 tisíc hodin práce

Premium Co obnáší vyrobit stíhací nadzvukový letoun? Po exkurzi ve střežené továrně Saab kromě jiného víme, že se kupříkladu...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Nová zbraň Googlu umí využít i počítačový šrot

Je to nějaká prapodivná verze Windows, nebo ten systém Chrome OS? Tato otázka vás napadne, pokud poprvé spatříte nový...

Cesta do Chorvatska 2022: Jak projet rozkopané Slovinsko a tankovat v Maďarsku

Premium Dobrá zpráva pro dovolenkáře mířící autem na Jadran. Cesta byla letos hladká, na nejrychlejší trase přes Vídeň, Graz...

Zbraně, které zaskočily Putina: „Muskovo“ bombardování

Premium Už druhý den po nočním překročení hranic měli triumfálně projíždět centrem Kyjeva, po čtyřech měsících místo toho vězí...

Jet sto třicet, nebo zpomalit? Na dálnici můžete uspořit litry paliva

Premium Ceny paliv opět atakují rekordy. Také si všímáte, o kolik víc řidičů jezdí poslední měsíce „na spotřebu“? Vyzkoušeli...

  • Další z rubriky

Chlapci z Cesty do pravěku by koukali, jak si nyní představujeme stegosaura

Mezi nejvíc ikonické scény z proslulého československého snímku Cesta do pravěku patří i ta, kdy čtveřice hlavních...

Vědci už asi vědí, zda byli dinosauři teplokrevní

Druhohorní neptačí dinosauři byli v některých případech teplokrevní podobně jako jejich vývojoví potomci ptáci. V tomto...

Rex zřejmě není jediný tyranosaurus, doplnit ho může císař a královna

Od roku 1905, kdy byl formálně popsán obří teropodní dinosaurus druhu Tyrannosaurus rex, se jeho vědecké jméno (často...

Fosilie evropského dinosaura ukázala tajemství sauropodí kůže

V roce 1852 obdržel Samuel Husband Beckles (1814–1890), britský právník a proslulý sběratel fosilií, zajímavou zásilku...

Ani závěť už není zárukou hladkého dědictví. Nejvyšší soud změnil pravidla

Premium Nedávný rozsudek Nejvyššího soudu změnil zažitá pravidla prokazování platnosti závětí, které nejsou sepsány notářem....

Pavla Tomicová výrazně zhubla a s kolegy oslavila šedesátiny

Pavla Tomicová měla s Dášou Zázvůrkovou v květnu nehodu, když do kolegyniny Vespy před Národním divadlem nabouralo...

Herec a režisér Vojtěch Kotek se oženil. S partnerkou chodili více než rok

Herec Vojtěch Kotek (34) se ve čtvrtek oženil. Podle webu Expres.cz si vzal přítelkyni Radanu, se kterou chodí více než...

Móda z Varů: Luxus i lacinost. Sexy Ramba a Plodková. Třeštíková přestřelila

Na červeném koberci zazářily v den slavnostního zahájení 56. ročníku karlovarského filmového festivalu v luxusních...

Ne, ne, já nemusím, já už ho vidím. Holčička z reklamy na Kofolu se vrací

Malá holčička z vánoční „prasátkové“ reklamy na Kofolu, ve které zazněly hlášky „a bude mít ty velký zahnutý zuby...