Krokové variace živočichů: Neobyčejné zázraky zvířecí chůze

Některé typy zvířecí chůze připomínají zázrak. Například jinak poměrně nenápadný bazilišek zelený (Basiliscus plumifrons) umí kráčet po vodě! Tento leguánovitý ještěr žije v pralesích Střední Ameriky a jeho útočištěm jsou větve stromů. Pokud se ale ocitne v úzkých, prosmýkne se k nejbližší vodní hladině a rozběhne se po ní. Běží po vodě na zadních končetinách, jako by pod nohama neměl tekutý živel, ale pevnou zem.

Jízda na „vodním kole“

Během každého kroku plní bazilišek hned několik úkolů – musí se udržet na hladině a nesmí přepadnout dopředu, dozadu, ani do stran. Dokonce ani na pevné zemi není pro živočichy vždy jednoduché udržet rovnováhu na dvou nohách. Na vodní hladině to představuje nebývale zapeklitý úkol. Ještěr na ni došlapuje tak, aby jeho chodidlo vytlačovalo vodu rovnoměrně na všechny strany. Přímo pod nohou vzniká jakási vzduchová kapsa. Noha tak získá poněkud nestabilní oporu. Ta vydrží i během odrazu, kdy už se chodidlo nepohybuje shora dolů, ale směřuje dozadu. Při odrazu také bazilišek provádí sice drobné, ale o to důležitější korekce pohybem nohy do stran a nabývá tak zpátky ztrácenou rovnováhu. Tak trochu to připomíná způsob, jakým udržujeme rovnováhu při jízdě na kole. Pokud se začneme naklánět na jednu stranu, vyrovnáme ztracený balanc zatočením řídítek, náklonem bicyklu i změnou polohy těla. Největší problémy máme při velmi pomalé jízdě. Stání na kole po delší dobu na jednom místě už vyžaduje dobře vyvinutý smysl pro balanc. Podobně je na tom i bazilišek. Také jemu se udržuje rovnováha lépe, když po hladině běží naplno.

Bazilišek tedy nedokáže procházet po vodě sem a tam. Rozběhne se po ní rychlostí kolem pěti kilometrů v hodině a hladina ho nese zhruba tři sekundy. Za tu dobu urazí maximálně pět metrů. Pak se pod ním voda „prolomí“ a zvíře musí dál plavat. I když jde jen o krátký sprint, vědci se nad jeho vysvětlením pořádně zapotili. Nakonec zjistili, že bazilišek uspěl jen díky tomu, že popřel jeden ze základních principů zvířecí chůze.

Běh bez odrazu

Při běžné chůzi se v došlapující končetině napínají svaly, šlachy a vazy a hromadí v sobě energii, která se při odrazu opět uvolní. Noha pracuje podobně jako pružina. Jde o velmi efektivní a energeticky úsporný způsob pohybu. Pro chůzi na vodní hladině je však krajně nevhodný. Pokud by při odrazu působila na chodidlo navíc i síla uvolněná ze stlačených svalů, šlach a vazů, křehká opora vzduchové kapsy by nápor nevydržela. Bazilišek by hladinu „prošlápl“ a voda už by ho neunesla.

Proto baziliščí končetina při běhu po hladině porušuje základní zákonitosti chůze. Energii přenáší na vodu jen při došlapu a nikoli při odrazu. Noha není pružná, ale chová se jako tuhá součástka pohyblivého stroje. Nepracuje jako stlačené pero, ale spíše jako pevný píst. Díky tomu může bazilišek zelený uběhnout po vodní hladině několik málo metrů.

Žhavé kroky a písečné potápění

V docela jiném prostředí dokumentuje svou originální adaptaci drobná ještěrka meroles lopatonosý (Meroles anchietae), která žije v africké poušti Namib. Rtuť teploměru se tady ve dne šplhá na 45 °C a v noci padá pod nulu. V této vyprahlé pustině má meroles co dělat, aby se uživil. Během mrazivých nocí rychle prochladne a není schopen rychlejšího pohybu. Za potravou proto vyráží do denní sluneční výhně, kdy mu ovšem hrozí akutní přehřátí. Vzduch nad pouští je horký a povrch písečných dun má ještě o pár stupňů víc. Pohyb ještěrky je za takových podmínek ekvivalentem chůze po rozžhavených uhlících.

Tento pouštní tvor čelí hrozbě přehřátí zvláštním „tepelným tancem“. Zvedne dlouhý ocas do výšky a omezí kontakt s rozpáleným pískem na minimum. Navíc střídavě zdvihá dvě nohy. Chvíli stojí na pravé přední a levé zadní končetině a levou přední a pravou zadní si chladí ve vzduchu. Pak nohy vystřídá. Končetiny přehřáté předchozím stáním v písku si ochladí ve vzduchu a ochlazenýma nohama stoupne na žhavý písek.

Meroles lopatonosý vydrží tančit tak dlouho, dokud písek trochu nezchladne. Do úzkých se nedostane, ani když teplota písečné duny nadále stoupá. Tehdy se zahrabe do sypkého písku – doslova se do něj ponoří, jako by to byla voda. Plave pískem co nejdál od rozpáleného povrchu duny a uchýlí se do spodních vrstev, kde je přece jen o poznání chladněji. Ostrý lopatovitý okraj čenichu, který dal této ještěrce jméno, je adaptací právě pro toto „písečné potápění“. Meroles se se svým „lopatovitým“ nosem snáze prodírá pískem.

Teplo díky podivuhodné síti

Mnozí vodní ptáci řeší v porovnání s písečnou ještěrkou zcela opačný teplotní problém – zimu. Proti chladu je sice dokonale chrání tepelná izolace peří, ale nohy mají holé. Jak se ubránit ztrátě obrovského množství tělesného tepla a prochladnutí? Opeřenci uplatňují hned několik triků. Často stojí jen na jedné noze. Druhou končetinu mají skrčenou tak, aby nebyla v kontaktu se studenou zemí, a navíc ji tisknou k peří na břiše, kde si ji zahřívají. Ještě významnější pojistkou proti ztrátě tepla je však zvláštní uspořádání tepen a žil na ptačí noze, které dovoluje cévám fungovat jako výměník tepla.

Tepnou přichází do nohy teplá krev od srdce, žílou pak odchází opačným směrem ochlazená krev. Žíly a tepny k sobě těsně přiléhají a teplá tepenná krev se při vstupu do končetiny ochlazuje. Cenné teplo předává žilné krvi, která se tak ohřívá a nevstupuje do těla vychlazená. Odborně se takové uspořádání žil a tepen označuje jako rete mirabile tedy podivuhodná síť. Tučňáci (Sphenisciformes) obývající mrazivé polární kraje Antarktidy jsou touto sítí vybaveni nejen v nohách, ale i v křídlech a dokonce i v nozdrách, kterými vdechují ledový vzduch.

Ptáci navíc dokážou cévy v noze smrštit a omezit tak množství krve protékající končetinou na minimum. Tím se tepelné ztráty neopeřenou nohou ještě sníží. Aby ptáky netrápil nepříjemný pocit studených nohou, mají v končetině jen málo nervů. Obyčejná kachna divoká (Anas platyrhynchos) stojící na zamrzlém vodním toku, si díky všem těmto vynálezům evoluce udržuje tělesnou teplotu kolem 40 °C, i když teplota jejích nohou se pohybuje těsně nad bodem mrazu.

Sněžnice a mačky pro ledního medvěda

Také medvěd lední (Ursus maritimus) se musí vypořádat s mrazem a dokáže to skvěle. Nekorunovanému vládci Arktidy nevadí nízké teploty ani vichry burácející nad zamrzlou mořskou hladinou. Je to vynikající chodec, překvapivě rychlý běžec a vytrvalý plavec. Jeho nohy jsou k pohybu po ledu hned z několika hledisek dokonale uzpůsobeny.

Medvěd má vzhledem k tělu překvapivě velké tlapy, které na šířku měří kolem třiceti centimetrů. Největší samci váží až 700 kilogramů, ale mohutné tlapy rozkládají impozantní hmotnost medvědího těla na poměrně velkou plochu. Šelma se díky tomu neboří do sněhových závějí a udrží ji i poměrně tenký led. Tlapy tak fungují podobně jako sněžnice.

Ledního medvěda nezaskočí ani hladká ledová plocha nebo kluzké hory z navršených ker. Na chodidle má medvěd lední tlusté, černě zbarvené „polštářky“, jejichž povrch pokrývají malé měkké hrbolky. Ty dokonale přilnou k hladkému ledu a nedovolí podklouznutí chodidla. Další pojistku proti smeknutí představují dlouhé chlupy vyrůstající na chodidle mezi polštářky.

Dlouhé zahnuté drápy slouží medvědovi podobně jako hroty stoupacích želez (tzv. maček) používaných horolezci. Alpinista se na zaseknutých drápovitých předních hrotech maček udrží i na příkrých ledových stěnách. Medvěd využívá svoje drápy jako mačky při běhu, při šplhání přes navršené kry a také při vylézání z vody na hladký led.

Sprint na ledové krustě

„Sněžnice“ medvěda ledního zajišťují šelmě přežití v náročných podmínkách. Ještě doslovněji tento vynález často zachraňuje kůži zajíc měnivému (Lepus americanus), jenž si ve své severoamerické domovině vysloužil anglické jméno „snowshoe hare“ čili sněžnicový zajíc.

Tlapky jeho zadních končetin nesou při běhu hlavní zátěž odrazu. Samy o sobě mají velkou plochu, kterou ještě zvětšují dlouhé tuhé chlupy. Tlapka pak skutečně funguje jako sněžnice a chrání zajíce před probořením do sněhu. Při úprku před dravci a šelmami, jako je sovice sněžná (Bubo scandiacus) nebo rys kanadský (Lynx canadensis), rozhodují o životě a smrti zajíce zlomky sekundy. Bezpečný běh po povrchu sněhu a možnost kličkovat bez rizika proboření představují obrovskou výhodu.

Naddimenzovaná přilnavost chodidel

Gekoni (Gekkoninae) se nesmeknou ani na skle a můžou lézt po stropě nebo hlavou dolů. Ani zdaleka to nejsou jediní vynikající lezci zvířecí říše. Většina zvířecích šplhounů ale využívá nejrůznější lepivé látky, které vylučují žlázami na nohou. Gekoní nohy však velmi dobře fungují i „na sucho“ – bez přírodního lepidla. Vděčí za to tenkým, bohatě rozvětveným chloupkům, které kryjí spodní stranu prstů a chodidla. Na jediném milimetru čtverečním vyrůstá asi 14 000 chloupků o průměru 0,005 milimetru, což znamená, že do průřezu jediným lidským vlasem by se vmáčklo až pětatřicet vlásků z gekoního chodidla. Na konci každého vlásku vyrůstá sto až tisíc ještě mnohem tenčích chloupků dlouhých 0,0002 milimetru.

Mikroskopická a na konci roztřepená vlákna jsou z bílkoviny keratinu, jehož molekuly se spojí s molekulami podkladu prostřednictvím přitažlivých tzv. van der Waalsových sil. Díky tomu gekoní chodidlo dokonale přilne k povrchu a nesmeká se. Zároveň ale gekon dokáže chodidlo od podkladu snadno odlepit, takže není nijak omezen v pohybu. I gekoni zvyšují účinnost vláken na chodidle zvláštním sekretem. Ten je ovšem k podkladu nepřilepuje. Pouze změkčuje keratin vlásků a dodává jim vyšší přilnavost.

TIP: Život v poušti Namib: Překvapivá pestrost uprostřed pustiny

O účinnosti této adaptace svědčí fakt, že dospělého gekona o hmotnosti 70 gramů by odtrhlo od podkladu jen závaží těžší než 130 kilogramů. K jedinečným vlastnostem gekoního chodidla patří i jeho samočisticí schopnost. Na mikroskopické vlásky se sice lepí nečistoty, ale ty rychle opadají. Významně se na tom podílí způsob, jakým gekon našlapuje a jakým zvedá nohu z podkladu. Mikroskopické vlásky se přitom extrémně natahují a špína z nich opadává. Gekoní tlapky jsou bezesporu jedním z nejpozoruhodnějších, ale jak je z tohoto textu jasné, zdaleka ne jediným z úžasných „vynálezů“ zvířecího pohybu.