Nere i Jungleland: Winging It Like a Pro

En insekts vingar ser tunna ut, men de kan slå svindlande 250 gånger per sekund och flyger på ett sätt som människor bara kan drömma om

Det är häpnadsväckande hur en varelse så ömtålig som en fjäril med sina vävnadstunna vingar kan ta på sig transkontinentala flygningar, på något sätt rida ut stormar och stormar på väg

Vi har avundat dem, förmodligen från det ögonblick vi insåg att de kunde flyga och vi inte kunde; att de hade vingar och vi inte. Och för att gnugga in det, så visade sig Moder Natur två helt olika, om än lika geniala, vingdesigner och flygtekniker för att göra det möjligt för insekter och fåglar att ta upp luften på olika sätt. Här ska vi titta på vad insektsvingar är gjorda av och hur de fungerar.

Insektsvingar är gjorda av två lager kitin, vilket är smidigt, spänstigt och segt, ihopklämt - samma ämne som en insekts exoskelet består av. De kan vara iriserande transparenta och glänsande som cellofan - som i flugor och trollsländor - eller glamoröst färgade och mönstrade, som i fjärilar. De ser tunna ut och verkar så ömtåliga när de vrider och vrider - men det är bara en illusion, för de kan slå 250 gånger i sekunden, vrida och vända runt sin axel med varje slag, skapa och kasta rasande små tornados (virvlar) när de do. Strukturell styrka levereras av ett band av vener (mönstret är unikt för varje insektsart) och medan större delen av vingen är död, finns det några nervändar som är levande och känsliga. I vila ser de inte ens ut som typiska vingar - att vara plana, plana ytor. Men när de väl är igång får de formen av aerofoils och ger den lyft som är nödvändig för att få det som i grunden är en mest un-aerodynamisk utseende varelse från marken och zippa i luften.

De flesta insekter har ett par vingar, även om många började med att ha två par. Vissa gamla traditionalister som trollsländorna gör det fortfarande. I skalbaggenklanen utvecklades framvingarna till färgglada vinglock som kallas elytra, som höjs när insekten flyger. De bidrar också till lite lyft. I andra, som riktiga flugor, utvecklades de bakre vingarna till knubbiga knoppar som kallas haltrar som ger stabilitet under flygning. Flera fyrvingade insekter som fjärilar, bin och getingar hakar eller fäster sina bakre och främre vingar tillsammans medan de flyger så att de fungerar som ett enda par. Insektflygning är oerhört komplex och har förvirrat oss väldigt länge innan vi började räkna ut det.

Kanske är det enklaste sättet att förklara det att insekter flyger på ungefär samma sätt som helikoptrar - blåser luft under och bort från dem, vilket ger lyft och framdrivning. Medan en helikopter lutar näsan nedåt för att uppnå den korrekta kombinationen av lyft och framdrivning (så att dess skovlar vinklas rätt), uppnår insekten detta genom att vrida sina vingar runt sin axel som en siffra på åtta under varje vingslag. En enorm mängd energi krävs för att få dessa skrymmande, leggy små varelser att lyfta och flyga, och detta tillhandahålls av de massiva musklerna i insektets bröstkorg. Även här fungerar två olika system.

Fyrvingade insekter som trollsländor har ett par flygmuskler per vinge, som driver vingarna direkt genom en genial gångjärnsmekanism-en muskel är ansvarig för uppslaget och den andra för nedslaget. Musklerna är placerade vertikalt i bröstkorgen, gångjärniga till vingarnas bas från toppen. Eftersom varje vinge har sin egen uppsättning muskler kan den slå oberoende av de andra, vilket gör att insekten kan utföra häpnadsväckande flygmanövrar. På baksidan kan en trollslända inte slå sina vingar mer än cirka 25 slag per sekund, även om detta inte verkar påverka dess flygprestanda alls - och den kan flyga perfekt bekvämt även med bara tre vingar. Insekter som bin och getingar har två par indirekta flygmuskler, som är anslutna till bröstkorgen, horisontellt och vertikalt, och deras vingar är fästa vid sidorna av bröstkorgen. Sammandragning av de vertikala musklerna drar ner bröstkorgens ovansida och får sidorna att svälla ut så att vingarna rör sig uppåt, och sammandragningen av de horisontella musklerna bågar brösttaket uppåt och får vingarna att röra sig nedåt. Systemet är så hävstångat att en liten rörelse av bröstkorgen resulterar i en relativt stor vingrörelse och en fantastisk klickmekanism (snarare som att slå på och av en elektrisk ljusbrytare) som fungerar mellan bröstkorgen och vingarna påskyndar frekvensen av vingslagen.

En unik bit av hyperaktiv muskelvävnad som kallas fibrillar muskeln, som automatiskt dras ihop efter att ha sträckts, säkerställer att strömförsörjningen till vingarna fortsätter bra efter att impulsen från centrala nervsystemet har upphört. Musklerna kan därmed sammandragas och slappna av mycket snabbare än nervsystemet kan beordra det till, vilket möjliggör vingslagfrekvenser på 250 slag per sekund. Dessutom finns det flera andra tillbehörsmuskler som gör att vingarna kan vridas och vridas, vilket gör det möjligt för insektsmanövreringen så bländande - och för en fluga att landa upp och ner i taket! Liksom de flesta motorer måste också insekternas flygmotorer värmas upp innan de kan fungera och vissa insekter kan koppla bort sina vingar från sina muskler (eller helt enkelt rysa sina vingar) medan de vibrerar så att de uppnår arbetstemperaturer (mellan 30 och 40 grader Celsius). Det är därför som insekter inte brukar flyga under iskalla vinterdagar.

Det är verkligen häpnadsväckande att tänka på hur en varelse så ömtålig som en fjäril, med sina flagnande vävnadstunna vingar kan ta på sig transkontinentala flygningar, på något sätt rider ut stormar och stormar på väg; det är svårt nog att föreställa sig hur det med det ryckiga jojo-flygmönstret lyckas beröra med en sådan precision på en vindblåst blomma (som att landa en helikopter på en bobbande cockle-shell-båt!). Eller hur den irriterande husflugan lätt undviker din flugswatter, zoomar fräckt framför ditt ansikte och gör fyrdubbla ryggar innan de landar upp och ner i taket, ännu en gång.

Du kan bara ge den en perfekt 10.