Včely stavějí plástve z kroužků, ale vycházejí jim šestiúhelníky

aktualizováno 
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...

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...

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.

Výplň prahu připomínající včelí plástev dokáže účinně ochránit posádku při...

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 strutkury kvazikrystalu, v tomto případě stříbra a hliníku.

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.

První supernabíječka pro elektromobily v Česku otevře v září u Berouna

Nabíjecí stanice IONITY u čerpací stanice OMV na dálnici D5 u Berouna

Rozvoj infrastruktury pro nabíjení prozatím v Česku pokulhává. Pražský magistrát chce nabíjet auta...

Elektromobilem do Itálie od zásuvky k zásuvce: nejdražší byla zmrzlina

Hyundai Kona Electric na slavné Via Chiantigiana skrze srdce Toskánska.

VIDEO V dojezdu na „jednu plnou“ se elektromobily nemohou s vozy poháněnými spalovacími motory rovnat....

Přetahovaná o Teslu. Podíl ve výrobci elektroaut by rád koupil Volkswagen

Tesla

VIDEO Šéf německého Volkswagenu Herbert Diess se zajímá o koupi podílu ve výrobci elektromobilů Tesla....

První mrtvý řidič tesly v Evropě. Záchranáři se pak báli elektromobilu

Záchranáři nemohli vytáhnout muže z Tesly, auto bylo pod proudem

VIDEO První smrtelná nehoda elektromobilu tesla v Evropě se stala v nizozemském městečku Baarn. Řidič byl...

Kobalt může nabourat velkolepé plány na elektrickou budoucnost aut

Potašový důl na těžbu kobaltu v americkém Utahu

Češi se seznámili za posledních několik týdnů dopodrobna s lithiem, tento kov ovšem není jediným,...

Kolik lze za 24 hodin ujet elektromobilem? Česko-norský tým zajel rekord

Tesla Model 3 Long Range AWD u nabíječky Ionity během závodu.

Německá dálnice s neomezeným rychlostním limitem, superrychlá nabíjecí stanice Ionity, elektromobil...

Autohádanka: poznejte automobilovou perlu

Přípravy motoristické slavnosti Legendy

VIDEO Automobilová slavnost Legendy o tomto víkendu zaplnila holešovické Výstaviště. V pavilonu těch...

Nejčtenější

Miliony uživatelů řeší problémy s Windows 10. Někomu i zrudla obrazovka

Aktualizace Windows 10

Kontrola aktualizací Windows se v poslední době Microsoftu nedaří tak, jak by měla. Nové aktualizace přinášejí řadě...

USA by mohly prohrát omezený konflikt s Čínou, soudí vědci ze Sydney

Americká ponorka USS Hawaii na manévrech RIMPAC 2018 u Havajských ostrovů

Vojenská nadřazenost Američanů v Jihočínském a Východočínském moři je věcí minulosti. Jejich ozbrojené síly jsou...

Firma chtěla krávy bez rohů. Na zvláštní chybu přišli, než zvíře snědli

Geneticky modifikovaný organismus (v tomto případě kráva)

Americká společnost se pokusila genetickou úpravou skotu zbavit krávy bolesti a chovatele práce. Vytvořila plemeno bez...

Dosud neprozkoumaný hrad Karla IV. vydá tajemství. Jsme na samém začátku

3D model Karlova hrádku

Archeologové, historici, památkáři, architekti a geofyzici odhalují první tajemství Karlova hrádku. Nechal si ho pro...

Podílel se na revolučním objevu. Teď se bojí, jak ho veřejnost přijme

Samuel Sternberg se podílel na objevu nástroje na editaci genu (CRISPR)

Geneticky modifikované děti jsou nezodpovědný, hloupý experiment, myslí si Samuel Sternberg. Americký genetik, který se...

Další z rubriky

Podílel se na revolučním objevu. Teď se bojí, jak ho veřejnost přijme

Samuel Sternberg se podílel na objevu nástroje na editaci genu (CRISPR)

Geneticky modifikované děti jsou nezodpovědný, hloupý experiment, myslí si Samuel Sternberg. Americký genetik, který se...

Pentagon má novou hračku, laser vás pozná na dvě stě metrů podle srdce

Ilustrační snímek

Americká armáda bude brzy mít novou metodu identifikace lidí. K určení totožnosti už nebude potřeba otisk prstu či...

Geneticky upravení kozlové planetu neovládnou, řekl vědec v Rozstřelu

Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky AV ČR v diskusním pořadu Rozstřel....

Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky AV ČR byl hostem pondělního Rozstřelu na téma výzkum kmenových buněk, při...

Je homosexualita v genech? Je to složité, zjistila největší studie

Svatební dort

V zatím největší studii hledající genetické dispozice pro homosexualitu se ukázalo, že na tuto otázku dokáže dnešní...

Můj syn má svalovou dystrofii, od 12 let je na vozíku
Můj syn má svalovou dystrofii, od 12 let je na vozíku

Na 7. září připadá Světový den Duchennovy svalové dystrofie. Tímto vzácným genetickým onemocněním trpí i Jaroslav, který je v současnosti plně odkázaný na pomoc druhých.

Najdete na iDNES.cz