Darwin nad tým krútil hlavou už pred 140 rokmi. Fyzici konečne vysvetlili, prečo má hovienko tvar známeho emoji
Darwin si už pred 140 rokmi všimol zvláštne špirály vo výkaloch červov. Fyzici teraz ukázali, že za tvarom známeho emoji nie je náhoda, ale gravitácia a mechanika mäkkej hmoty.
Nakresli výkaly a výsledok bude väčšinou rovnaký. Širšia základňa, špicatý vrch, špirála navrchu – presne ako emoji alebo točená zmrzlina. Väčšina ľudí to nikdy neriešila. Charles Darwin áno. V roku 1881 si starostlivo zapísal, že výkaly dážďoviek tvoria krásne špirálové vežičky, no nikdy neprišiel na to, prečo. Teraz má fyzika odpoveď – a platí pre výkaly, cestoviny aj cesto z cíceru.
Trio fyzikov z Wageningenu, Paríža a Amsterdamu zverejnilo v časopise Nature Communications štúdiu, ktorá rieši otázku, ktorú si väčšina vedcov nikdy nepoložila. Prečo niektoré tvory zanechávajú špicaté hromádky a iné, konkrétne morský pieskový červ Arenicola marina, vytvárajú takmer dokonalé rovnomerné špirály? Odpoveď nie je v biológii. Je vo fyzike.
Keď výkaly padajú nadol, vzniká emoji. Keď idú nahor, vznikne Darwinova špirála
Väčšina živočíchov sa vyprázdňuje smerom nadol. Keď výkaly padajú a stáčajú sa do špirály, hromádka rastie nahor a výška pádu sa zmenšuje. Každý ďalší kruh je preto menší ako predchádzajúci. Vzniká ten charakteristický špicatý kužeľ – tvar emoji, tvar skutočnej hromádky, tvar, ktorý pozná každé dieťa s ceruzkou.
Pieskový červ to robí naopak. Vytláča výkaly smerom nahor, proti gravitácii, z podzemných chodieb. A tu sa stane niečo nezvyčajné: priemer každého kruhu zostáva takmer rovnaký. Žiadne zužovanie, žiadny špicatý vrch – len rovnomerná špirála, ktorú Darwin pozoroval, ale nedokázal vysvetliť.
Rovnaká fyzika sa objavila pri červoch, ceste aj rezancoch
Výskumníci Mehdi Habibi, Neil M. Ribe a Daniel Bonn prišli na to, že správanie výkalov dobre opisuje teória elastického stáčania lana. Jej princíp vidno aj v bežnom živote. Keď mäkký kábel, špageta alebo prúd cesta narazí na podložku, nezačne sa ukladať dokonale rovno. Ohne sa, zvlní a začne sa stáčať.
Neprehliadni
Vedci neostali iba pri pohľade na zvláštne kôpky na pláži. Robili terénne pozorovania vo francúzskom Roscoffe, merali vlastnosti materiálu a výsledky porovnali s fyzikálnym modelom. Zistili, že pri výkaloch pieskových červov závisí polomer kruhu najmä od tuhosti materiálu, jeho priemeru, hustoty a gravitácie. Nie od výšky pádu, ako je to pri bežnom ukladaní smerom nadol.
Ak teda poznáš tuhosť materiálu, hrúbku „prúdu“ a smer, ktorým sa vytláča, vieš pomerne presne predpovedať, aký tvar vznikne. Vedci neexperimentovali len s červami. Vzali cesto z cícerovej múky a vody s podobnou konzistenciou, akú má mokrý piesok na pláži, a testovali jeho správanie pri vytláčaní nahor aj nadol. Výsledky zodpovedali teórii. Potom vzali špagety a ryžové rezance – a dopadli rovnako. Smer vytláčania a tuhosť materiálu rozhodujú o výslednom tvare – nie evolúcia ani anatómia.
Darwin videl špirály, no chýbala mu fyzika
Pieskové červy aktívne kontrolujú polohu análneho otvoru aj rýchlosť vytláčania. To by mohlo naznačovať, že si svoje špirály nejakým spôsobom „stavajú“. Lenže výskumníci tieto parametre v pokusoch menili a výsledný tvar sa zásadne neodchýlil od toho, čo predpovedala pasívna fyzika. Telo červa robí svoju prácu, fyzika robí zvyšok.
Ako autori poznamenávajú, Darwin by možno nebol nadšený. Tento tvar nevznikol miliónmi rokov evolúcie. Príroda skrátka len využila základné mechanické zákony, ktoré dostala zadarmo. Hromádka nie je výsledkom špeciálneho biologického triku, ale pasívnou odpoveďou na vytláčanie mäkkého elastického materiálu. Červ ani nevie, že robí špirály. Proste nemôže robiť nič iné.
Podobné pasívne stáčanie sa pritom nemusí týkať len výkalov. Objaviť sa môže všade tam, kde sa mäkký biologický materiál uvoľňuje bez vonkajšieho ťahu alebo napätia. Autori spomínajú napríklad rast niektorých rastlín či ukladanie rôznych biologických sekrétov. Pradenie hodvábu je opačný príklad. Pavúk pri ňom vytvára aktívne napätie, a práve tým stáčaniu bráni.
Na prvý pohľad je to smiešna téma. V skutočnosti však tento bizarný výskum ukazuje, že aj tá najobyčajnejšia vec na pláži sa môže riadiť prísnymi matematickými rovnicami. A možno práve preto sa Darwin pri obyčajných kôpkach na zemi nezastavil pri úškrne, ale vytiahol zápisník.
