Odletět odsud: Jak se ovoce a semena zapojují do letectví

Není moc příjemné nacpat velkou rodinu do malého prostoru – možná nemáte dostatek prostředků a chcete svůj vliv rozšířit. Rostliny nemohou chodit, a tak je otázka bydlení řešena jinak. Jedním z nejoblíbenějších způsobů, jak se zbavit dětí, je vyhodit je.

Aby rostliny poslaly potomstvo pryč, uchylují se k různým trikům. Některé je vybavují křídly, jiné vrtulemi a další poskytují padák. Některé rostliny mají létající plody, některé mají samotná semena. Dolet i úspěšnost letu závisí na výběru.

V roce 1986 identifikovala americká botanička Carol K. Augspurger šest odrůd létajících plodů a semen:

• plovák
• vlnovka,
• vrtulník (vrtulník),
• otočný buben (buben),
• vrtule (autogyro),
• vrtule, která se otáčí kolem své dlouhé osy (valící se autogyro).

Nyní používají jednodušší rozdělení: vrtulníky, padáky a kluzáky. Z botanického hlediska je nejvíce létajících plodů perutýn. Jedná se o jednosemenné plody s jedním nebo více křídly a těžištěm v oblasti semen. Křídla perutýnů přicházejí v různých variantách: plochá, zakřivená, některá jsou tvrdší, jiná pružná.

Všechny rotující okřídlené plody spadají do skupiny vrtulníků – jen s jiným počtem křídel. Ale v závislosti na počtu křídel a způsobu rotace je lze podmíněně rozdělit na dvě – jednokřídlé „vrtule“ a radiálně symetrické „vrtulníky“ s několika lopatkami.

Vrtule

Plody vrtule například z javoru. Za letu rotují kolem jednoho ze svých konců. Při otáčení náběžná hrana křídla prořezává vzduch a tvoří vír náběžné hrany (vír náběžné hrany).

Čepel perutýna javorového popisuje za letu široký kužel. Díky vírovým proudům, které tato rotace vytváří, budoucí javor pomalu klesá po dobu asi 20 sekund – tato doba obvykle stačí na to, aby vítr sebral klesající plody a odnesl je od mateřského stromu.

Takto vypadá vírový proud kolem rotujícího bílého javorového ovoce (Acer pseudoplatanus):

Aby vírové proudy generovaly vztlak, rovina javorového křídla se odchyluje od horizontály asi o 20 stupňů. To stačí k roztočení javorové vrtule asi na 20 otáček za sekundu, čímž se rychlost pádu 40miligramového semene sníží na asi metr za sekundu.

Podobné vírové proudy drží plody javoru dlanitého ve vzduchu (Acer palmatum).

Blíže k těžišti létajícího ovoce proud vzduchu, který jej obklopuje, víří, ale na konci rotujícího ostří nikoli. Tím se ukáže, že střed víru je blíže k ose rotace perutýna a vytváří zvedací sílu, která částečně kompenzuje gravitační sílu.

Stejný princip letu používá Switlenia macrophylla (Swietenia macrophylla), který roste v tropických lesích Jižní a Střední Ameriky. Nelétají jen její plody, ale jednotlivá semena.

Aerodynamika těchto semen je přibližně stejná jako u jednosemenných javorových plodů: čepel, rotující, stabilizuje tok na svém konci a soustředí střed víru nad ovocem.

Vědci studující aerodynamické vlastnosti plodů a semen vizualizují činnost lopatek pomocí částicové obrazové velocimetrie (PIV). K tomu je plod vrtule vypuštěn do aerosolu luminiscenčních částic a osvětlen laserem.

Plody jasanu jsou vzhledově podobné perutýnu javorovému, ale jsou mnohem tvrdší a souměrnější. Odtrhne se od větve a začne se stejným způsobem otáčet kolem těžšího konce, ke kterému je semínko připevněno.

Ale na rozdíl od perutýna javorového se jasanový plod také otáčí kolem své dlouhé osy. Tato rotace je také stabilní a vytváří vír, který udrží ovoce déle ve vzduchu.

Vrtulníky

Vrtulníky mají více listů a jsou jiného tvaru – zakřivené. Plody se za letu otáčejí kolem svislé osy symetrie, která prochází středem plodu.

Takto létají například plody triplaris (Triplaris sp.) se třemi čepelemi:

Jedná se o jeden z nejúčinnějších létajících strojů mezi ovocem s lopatkami – vrtulník triplaris – klesá pouze o 75 centimetrů za sekundu. Asi jedenapůlkrát pomalejší než javorové vrtule. Také rotující dvoulaločné plody kapra Diptera sestupují k zemi (Dipterocarpus grandiflorus).

Vrtulníky, které vzlétly z větve, se okamžitě začnou otáčet a generovat vztlak. Spolu se silou odporu vzduchu částečně kompenzuje gravitační sílu a zvyšuje tak dobu pádu.

Norští fyzici provedli v roce 2019 řadu experimentů a postavili modely okřídlených plodů, aby objasnili aerodynamiku jejich letu. Zjistili, že optimální úhel mezi základnou a špičkou křídla je přibližně 110 stupňů. Dvou-, tří- a pětikřídlé plody pak vydrží ve vzduchu nejdéle. Vědci to určili simulací ovoce a všimli si, že skutečné rostliny se vyvinuly ke stejnému závěru.

Kluzáky

Na rozdíl od javorových helikoptér se klouzavá semena – jako je jilm – nespoléhají na rotaci. Na jeho semene roste jediné velké křídlo, které při pádu zvyšuje odpor vzduchu.

Takový let je dost pomalý, ale bez rotace je nestabilní. Klouzání perutýna jilmového vytváří nepravidelné víry, díky nimž často a nepředvídatelně mění svou orientaci, takže nepravidelnými pohyby padá dolů. Takto vypadá let jilmu ve zpomaleném záběru:

Pokud ale spojíte plánování a rotaci, můžete dosáhnout dlouhého a zároveň udržitelného poklesu. Dělá to například „vrtulník pilot“ tristallatea, jehož plody mají na svou hmotu velmi velké čepele – na „kabinu“ o hmotnosti 20 miligramů jsou připevněny čepele o průměru asi dva centimetry. Díky rotaci si plody udržují orientaci a padají rychlostí maximálně půl metru za sekundu.

Dalším příkladem kombinace klouzání na širokém křídle s rotací jsou plody Firmiana simplea (Firmiana simplexová). Ve Firmianě už plodem není perutýn, ale leták – několik semen připojených k suchému oplodí ve tvaru listu. Po otevření se list promění v křídlo ve tvaru stuhy mírně stočené do spirály.

Takové letadlo může přepravit až čtyři cestující na semeno. Leták se otáčí rychlostí 7 až 15 otáček za sekundu, v závislosti na počtu semen a podle toho na hmotnosti na čtvereční centimetr křídla – a klesá rychleji než jeden nebo dva metry za sekundu.

Padáky

Pokud pro stromy a jiné vysoké rostliny stačí k tomu, aby jejich potomstvo poslalo daleko pryč, sestrojit pro ně kluzák, který sníží rychlost jejich pádu alespoň na metr za sekundu, pak musí vzlétnout nízké byliny. s něčím vážnějším. Pampelišky například vybavují svá semena padáky a čekají na příznivý vítr.

Když fouká dostatečně silně, trhá semena z rostliny a ta létají. Aby byl stabilní, musí odporová síla, která drží padák ve vzduchu, téměř úplně vyrovnat gravitaci semene. Pak bude vše záviset na bočním větru: čím delší a silnější vítr, tím dále ovoce poletí. Pampeliška padáky nejsou monolitická plachta, ale jsou rozděleny do samostatných vláken, asi sto kusů. Díky tomu vír, ke kterému dochází během letu plodu (to je v tomto případě nažky s trsem), stává se symetričtější a užší. Odpor takového padáku je přibližně čtyřikrát větší než odpor pevného disku o stejném poloměru.

Místo křídel

Jiné rostliny nedůvěřují svým potomkům vrtkavosti větru. Místo toho, aby plody vybavili přístroji pro letectví, sami je vyhazují dál, někdy i několik metrů – proto nejsou zařazeny do „aerodynamického“ registru. I když někteří z nich pro tento úkol optimalizovali jak sebe, tak aerodynamiku svých střel.

Vyhozená semena jsou poslána létat buď ve stejném okamžiku, kdy plod praskne, nebo po jeho otevření. V okamžiku oddělení se energie spojení s rodičem přemění na kinetickou energii létajícího potomka.

Rostliny, které také optimalizovaly tvar svých semen, je zvládají poslat velmi daleko. Například ruellia roztáčí svá diskovitá semena až jeden a půl tisíce otáček za vteřinu, díky čemuž stabilizují let a dokážou uletět na vzdálenost až sedm metrů.