Čtvrtek 29. září 2022, svátek má Michal
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 29. září 2022 Michal

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.

Dřevěná baterie slibuje snížení závislosti výrobců elektroaut na Číně

Baterie Lignocede obsahují místo grafitu tvrdý uhlík, získaný ze dřeva stromů...

Finská Stora Enso a švédský Northvolt spojily své síly v projektu vývoje nové udržitelné baterie....

Autonovinky: Dacie s novým logem a čínský elektromobil testovaný v Česku

Jaké auto se skrývá pod plachtou? Polestar 3, první elektrické SUV od této...

Ani v létě neustává příliv automobilových novinek. Rumunské Dacie si začínají na přídích vozit nové...

Parkování u nabíječky. Hulvátství nelze pokutovat

Druhé nabíjení na cestě, v Sankt Veit an der Glan.

Jedním z nejrozšířenějších řidičských nešvarů, které sice neohrožují životy, ale svědčí hlavně o...

Německo uvažuje, jak „zlevnit“ elektromobily. Novou daní na spalovací auta

Toyota bZ4X

VIDEO Německo má recept, jak zařídit, aby elektromobily byly levnější než auta se spalovacím motorem....

Koruna i tři padesát za kilometr. Elektroauto už za hubičku nenabijete

Nabíječky se liší nejen barvou, ale především rychlostí, provozovatelem a cenou.

Zdražování elektrické energie se promítlo i do cen nabíjení elektromobilů ve veřejných nabíječkách....

Číňané postaví v Maďarsku za 7,3 miliardy eur závod na baterie elektroaut

CATL počítá s tím, že se budou sodíko-iontové baterie kombinovat s...

Čínská společnost Contemporary Amperex Technology postaví v Maďarsku za 7,3 miliardy eur (178...

Polovina nabíječek je ve dvou zemích Evropy. Česko na ně chystá šest miliard

ilustrační snímek

Analýza dat Evropského sdružení výrobců automobilů ukazuje, že polovina všech nabíjecích míst pro...

  • Nejčtenější

ANALÝZA: Poté, co neuspěl v té první, Putin chystá „Novou válku“

Premium Tváří v tvář dění posledních týdnů na ukrajinských frontách, vyhlásil Vladimir Putin částečnou mobilizaci. Jak...

Je redaktor užitečný idiot? Odpovídáme čtenáři rozčílenému elektromobily

Jen málokterá technologie polarizuje společnost tak jako elektromobilita. Někteří jí nekriticky fandí, jiní ji...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Nejjasnější pohled za 30 let. Webbův teleskop vyfotil prstence planety Neptun

Vesmírný teleskop Jamese Webba prokázal své další schopnosti. Americká vesmírná agentura NASA zveřejnila nové snímky...

NASA testovala obranu Země před vesmírným tělesem, sonda zasáhla asteroid

Sonda DART americké vesmírné agentury NASA zasáhla v úterý podle plánu měsíc planetky Didymos. Šlo o první test obrany...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Zabte je, než vylezou na břeh. I „hořící moře“ mělo zastavit německou invazi

Seriál Po neúspěšných diplomatických nabídkách se Hitler odhodlal k vypracování plánů na invazi do Británie. Britům bylo...

Sověti ozářili Richarda Nixona radioaktivitou. Jeho agenti to zastavili trikem

Premium Při návštěvě v Sovětském svazu Richard Nixon sice přátelsky hovořil se sovětským vůdcem Nikitou Chruščovem v takzvané...

Test kočičích kapsiček. I z krmiva za deset korun může zvíře dostat vše

Premium Kočky nám sice někdy připadají mlsné, ale ony jen v miskách hledají to, co jejich tělu prospívá nejvíc: maso plné...

Extra steh po porodu navíc? Rodičky děsí ponižující husband stitch

Premium Přivést dítě na svět znamená pro většinu žen prožít si mnoho vypjatých chvil. Vyrovnat se s průběhem porodu nemusí být...

Revoluční ultrazvuková náplast dokáže dva dny monitorovat vnitřní orgány

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) vynalezli náplast, která dokáže snímat ultrazvukem vnitřnosti...

Kdysi to bylo sci-fi, nyní jsou tyto technologie i v naší realitě

Není tajemstvím, že rané sci-fi mělo obrovský vliv na vývoj technologií v reálném světě. Futuristické sci-fi vynálezy...

Komáři mají unikátní systém čichu, člověka vycítí několika způsoby

Nová studie zveřejněná ve vědeckém časopise Cell ukázala, že i když komárům odstraníte jeden nebo více receptorů,...

Byli Češi černoši? A jaké pleti byl Ježíš? Změny barvy kůže mají vysvětlení

Premium Věda rozbíjí obraz světa, až to občas bolí. Pořád je to však lepší než zůstávat lapeni v pavučině pomýlených předsudků....

RECENZE: Pro Pokáče byla O2 arena příliš velkým soustem

Z hlediska návštěvnosti skončil koncert písničkáře Pokáče v O2 areně maximálním úspěchem - pár hodin před začátkem...

Přístroje zjistily výbuchy u Nord Streamu. Úmyslný čin, tvrdí Švédsko

Švédské a dánské měřicí stanice v pondělí zaznamenaly masivní podmořské výbuchy, a to v místech, kde z plynovodu Nord...

Příběh Marty: Syn si přivedl domů přítelkyni, je to líná špindíra

Se synem jsme měli vždycky hezký vztah. Naším společným plánem bylo, že jednou s námi zůstane žít v našem domě v...

Slovensko vře kvůli cenám elektřiny. Největší výrobce hrozí bankrotem

Největšímu výrobci elektřiny na Slovensku, společnosti Slovenské elektrárne, se příčí dodávání elektřiny slovenským...

Mrazivá noc bez spánku a výstup na skálu. Soukalová promluvila o ztracení

Moderátorka Gabriela Soukalová (32) vyrazila na dovolenou v italském Livignu se svým přítelem Milošem a dcerkou...