Fot. wikipedia Ciemnik czarny potrafi zlokalizować palący się las z odległości około 50 kilometrów!
Pomimo niewielkich rozmiarów wiele gatunków owadów przejawia wyrafinowane zdolności przystosowawcze i szeroki repertuar zachowań, jakich nie powstydziłyby się ssaki. Ich zachowania i budowa bywają również inspirujące dla człowieka. - Często nie zdajemy sobie sprawy, ile zawdzięczamy owadom - mówi dr inż. Marta Olczyk, entomolog z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
To najbardziej zróżnicowana gatunkowo gromada zwierząt, zamieszkująca wszystkie środowiska na Ziemi. Spotyka się je na lądzie, w wodzie, powietrzu, pod ziemią, na roślinach i innych zwierzętach, a także w ich odchodach oraz na zwłokach, w strefach zimnych, gorących i umiarkowanych. Tak niezwykłe rozprzestrzenienie się owadów w połączeniu z ich ogromną liczebnością i różnorodnością odgrywa w życiu człowieka olbrzymią rolę. Owady zapylają większość roślin użytkowych, oczyszczają ziemię z martwych, butwiejących resztek organicznych, poprawiają strukturę gleby, niektóre produkują np. miód czy wosk. Są również szkodnikami: niszczą lasy i uprawy, uszkadzają zapasy pożywienia, są wektorami rozmaitych patogenów. Jednak mimo ich różnych wad i zalet owady stanowią niezwykłą inspirację dla przemysłu i inżynierii.
- Bionika (biomimetyka) to interdyscyplinarna nauka badająca budowę i zasady działania organizmów oraz ich adaptowanie w technice i budowie urządzeń technicznych na wzór obserwowanego organizmu - tłumaczy dr inż. Marta Olczyk. - Biomimetyka wzięła swoją nazwę z połączenia słów bios - życie i mimesis - naśladowanie. Wiele pomysłów zaczerpniętych ze świata owadów zostało wykorzystanych w technice, automatyce, informatyce, elektronice, mechanice i w budownictwie.
Jak wyjaśnia pani doktor, obecnie wielu naukowców w swoich pracach badawczych czerpie różne rozwiązania od organizmów żywych, w tym również owadów. Jak zauważa w swojej książce, Biomimicry. Innovation Inspired by Nature, autorka Janine Benyus: Żywe organizmy robią wszystko to, co my byśmy chcieli robić, ale nie zużywają przy tym znacznych ilości paliwa, nie zanieczyszczają naszej planety ani nie stawiają swojej przyszłości pod znakiem zapytania.
Pomysłowe motyle
Badania bioniczne nie ograniczają się tylko do obserwacji biologicznej struktury organizmów, ale polegają na wdrożeniu odpowiednich rozwiązań dla potrzeb człowieka. Naukowców intryguje, jak to się dzieje, że owad może wykonać taką czy inną czynność. Gdy znajdą odpowiedź na to pytanie, wykorzystują ją w praktyce. Okazuje się, że przyroda dostarczyła już tak wielu dobrych pomysłów, że powstała baza danych, w której gromadzi się informacje na temat tysięcy różnych „trików” stosowanych przez rośliny i zwierzęta. Na przykład przez motyle.
- W piękne, słoneczne dni motyle siadają na kwiatach i rozkładają skrzydła, pochłaniają w ten sposób promieniowanie słoneczne. Kiedy ich ciała osiągają odpowiednią temperaturę, motyle mogą odlecieć na inne kwiaty. Gdy temperatura jest za wysoka, wówczas motyle składają skrzydła, odpoczywając i chłodząc się. Ich zachowanie stało się inspiracją dla wytwarzania tańszych i bardziej wydajnych baterii słonecznych
- mówi Marta Olczyk.
Być może już niebawem, również dzięki skrzydłom motyli, znany z reklam proszków do prania obrazek zabłoconego dziecka wracającego z boiska nie będzie koszmarem rodziców XXI wieku. Naukowcy zbadali mikro- i nanostruktury powierzchni skrzydeł południowoamerykańskiego motyla Morpho menelaus. Owad ten podczas lotu w deszczu zachowuje idealną czystość i suchość powierzchni skrzydeł. Każda kropla wody, która spadnie na skrzydła, jest z nich strącana, gdy skrzydła są skierowane w dół, a wraz z wodą zabierany jest również kurz i inne zabrudzenia.
- Pomysł podpatrzony u Morpho menelaus jest wykorzystywany m.in. przy projektowaniu nowoczesnych, samoczyszczących się wodoodpornych tkanin, które zrewolucjonizowały przemysł odzieżowy. Zjawisko to jest wykorzystywane również w samooczyszczających się farbach - zauważa Marta Olczyk.
Struktura łusek występująca na skrzydłach motyla zainspirowała naukowców także do stworzenia nowoczesnych zabezpieczeń przed sfałszowaniem papierów wartościowych, w tym banknotów. Do wykonania takich zabezpieczeń niezbędne są skomplikowane technologie i procedury, dlatego banknotów jeszcze nie ma w obiegu, ale - jak mówi pani doktor - są już stworzone ich prototypy.
Pożyteczne jedwabniki
Najbardziej znanym włóknem pochodzenia zwierzęcego jest naturalny jedwab produkowany przez owady. Już sto lat temu naukowcy zaczerpnęli wiedzę od natury i stworzyli sztuczny jedwab z celulozy. Jednak naturalny jedwab produkowany przez chruściki, czyli owady wodne, nie tylko jest całkowicie odporny na wilgoć, ale służy też do sklejania różnych elementów przy budowie podwodnych gniazd i zabezpieczaniu pokarmu. Okazało się, że taki naturalny jedwab może być zastosowany w medycynie do rekonstrukcji kości i innych zabiegów wymagających łączenia elementów w wilgotnym środowisku. Prowadzone są badania zmierzające do sztucznej syntezy i praktycznego wykorzystania takiej substancji.
Jak tłumaczy dr Olczyk, motylom jedwabnikom morwowym zawdzięczamy wiele zbawiennych rozwiązań w kosmetologii, w przemyśle włókienniczym, medycynie i farmacji.
- Włókno jedwabiu zawiera płynną nierozpuszczalną substancję białkową fibroinę, którą otacza klej białkowy - serycyna, będąca naturalnym czynnikiem nawilżającym. Substancje te zawierają bardzo dużo protein, lipoprotein i innych białek zapasowych. Sekretem cudownych właściwości protein jedwabiu jest to, że wykazują one bardzo duże podobieństwo do protein, które budują nasze włosy czy skórę. Proteiny jedwabiu nie wywołują alergii, dlatego pozwalają na odbudowę naczyń krwionośnych, komórek nerwowych, rekonstrukcję kości, chrząstki i tworzenia wielu innych biokomponentów.
Inspirujące chrząszcze
Chrząszcz o nazwie ciemnik czarny ma czarnoszare podłużne ciało, które trudno dostrzec w jego naturalnym środowisku, a jest nim... spalony las. Owad ten do zamknięcia cyklu rozwojowego potrzebuje nadpalonego drewna, w którym rozwijają się larwy. Nazywany jest ogniolubnym (pirofilnym), ponieważ wykształciła się u niego umiejętność wyszukiwania pożarów lasów.
- Przy środkowej parze odnóży chrząszcz ten ma jamki, będące receptorami promieniowania podczerwonego emitowanego przez palący się las. Za pomocą jamek owad wykrywa wzrost temperatury i kieruje się w stronę płomieni
- mówi dr Marta Olczyk.
Okazuje się, że ciemnik wyposażony jest też w inne „detektory ognia”. Kiedy płoną drzewa, czułkami wykrywa w powietrzu nawet minimalną ilość lotnych związków powstających w czasie pożaru. Dzięki wrażliwym czułkom ciemnik niemal na kilometr wyczuwa dym z jednego tlącego się drzewa. Wykorzystując cały swój „system wykrywania ognia”, chrząszcz potrafi zlokalizować palący się las z odległości około 50 kilometrów!
- To bardzo duży obszar - podkreśla pani doktor. Dla porównania - detekcja pożaru z użyciem helikoptera to tylko 20 kilometrów. Na podstawie czujników ciemnika czarnego zbudowano ich odpowiednik, który już działa. Być może wkrótce wyposażone w ten sposób służby przeciwpożarowe będą miały dużo większe możliwości wykrywania pożarów.
Kolejnym inspirującym naukowców owadem jest pewien chrząszcz z rodziny czarnuchowatych. Żyje on w jednym z najbardziej suchych rejonów na świecie - na pustyni Namib. Owad ten wyspecjalizował się w pozyskiwaniu wody z porannej mgły. Wczesnym rankiem wychodzi na szczyt wydmy i kiedy padają na niego pierwsze promienie słońca, unosi odwłok, prostując tylne odnóża, a głowę kieruje w dół. Na jego ciele znajdują się guzki hydrofilne („lubiące wodę”). Cząsteczki wody unoszące się w powietrzu, wiążą się z nimi, tworząc mikroskopijne krople, które po pewnym czasie łączą się w coraz większe krople. Pozostała powierzchnia ciała chrząszcza jest hydrofobowa („nie lubi” wody). Dlatego krople wody bez przeszkód spływają w dół prosto do otworu gębowego chrząszcza.
- Zachowanie chrząszcza zostało wykorzystane do tworzenia wodoodpornych ścian, ale nie tylko. Dzięki niemu survival zyskał bioniczny plecak, a w miejscach, w których trudno o wodę, stworzono łapacze mgły.
Powstał także prototyp samonapełniającej się butelki, który działa na zasadzie „opracowanej” przez chrząszcza - mówi entomolog.
To tylko kilka przykładów, które udowadniają, że owady są jak drobniutkie koła zębate natury, dzięki którym maszyneria świata działa sprawnie. Jak widać, naukowcy inspirują się nimi w pracach badawczych i wynalazkach stosowanych w niemal każdej dziedzinie życia.