Sme naozaj natoľko geniálni, že sme za taký krátky čas prechytračili aj samotnú evolúciu? Keď sa pozrieme okolo seba, na najrozličnejšie využitie kolies, máme chuť odpovedať: áno! Kolesá nás sprevádzajú na každom kroku a po celý život – sú na našom prvom kočíku, na kancelárskej stoličke, ktorú mnohí derieme väčšinu života v práci, na fúriku v záhrade, kde relaxujeme, nakoniec aj na sanitke a pohrebnom voze, ktorý nás z tohto sveta odprevadia. Celý život nám presvetľuje elektrina, ktorú generujeme turbínami otáčajúcimi sa na podobnom princípe.
Že by na niečo také ľahké, čo človek vydumal krátko potom, ako mal zabezpečený stejk z mamuta a teplo v jaskyni, evolúcia neprišla po celé miliardy rokov? Veď takmer všetko ostatné, vrátane krídel, šošoviek, maskovania, aero- a hydrodynamiky a podobne, sme museli skopírovať práve od nej, prečo nie takýto rotačný pohyb? Čudné.
Asi vám je mnohým zrejmé, čo je zásadný problém – príroda je väčšinou nechutne hrboľatá. Divočina neupravená človekom je na mikro aj makro úrovni často úplne neprestupná. Vo väčšine ekosystémov nenájdeme nič, čo by sa aspoň vzdialene podobalo na použiteľnú pevnú cestu, po ktorej by sa tvory s kolesami mohli pohybovať. Stačí jednoduchý test – vyjsť s nákupným vozíkom mimo nášho zabetónovaného sveta ciest do trávnika, ktorý živorí popri nich. Alebo zájsť bežným autom na rozbahnené rozorané pole či do hustých kríkov. Viaceré prírodné národy obývajúce oblasti bez možnosti vybudovania ciest (pralesy, neprístupné vrchy) taktiež koleso nevyužívajú, hoci ho poznajú, nakoľko je v ich prostredí nepoužiteľné. Čo by si napríklad počali v Himalájach bez jakov, že?
Ale nebuďme sebeckí, nemyslime iba na seba. Čo takto hmyz? Ten sa pohybuje v 3D priestore priam nepreniknuteľnej a neskutočne rôznorodej džungle podrastu pod našimi nohami. Lezúci hmyz musí byť schopný prekonať čo najoptimálnejšie takýto zložitý terén. Z toho je zrejmé, že koleso stavané na hladký a plynulý valivý pohyb by bola asi posledná možnosť.
Terén mimoriadne nevhodný pre koleso, ale vhodný pre nohatého akrobata. (Farba kobylky je skutočná-spôsobená genetickou mutáciou podobnou albinizmu)
Je to ale celý príbeh? Veď existujú aj ekosystémy, kde by bolo použitie kolesa aspoň teoreticky mysliteľné. Dodatočnú ranu použitiu kolies v prírode dáva niekoľko ďalších fyzikálnych a fyziologických prekážok.
Tak predovšetkým, aj tie časti planéty, kde je povrch pomerne rovný, býva mäkký. Piesčitý, napríklad na polopúšti, na morských plážach alebo bahnitý na stepiach. Zabáranie kolies do terénu kvôli odporu prostredia je veľký problém, to poznáme z každodennej skúsenosti. Ak je aj terén rovný, ale prudšie naklonený, koleso má tendenciu sa po ňom šmýkať. V nerovnom teréne je zasa tradičné koleso schopné prejsť prekážku veľkú (vlastne skôr malú) ako zhruba štvrtina jeho polomeru, kým kráčavé končatiny limituje len ich vlastná veľkosť. Je rozdiel prekročiť kolmo 20 cm vysoký obrubník a prejsť ho na bicykli. Kolesové vozidlá majú zväčša tiež väčší polomer otáčania ako „nohaté“ tvory. No a v neposlednom rade zvieratám kráčavé nohy slúžia aj na mnoho iných účelov (lov, jedenie, skákanie a pod.), čo je u kolies ťažko predstaviteľné.
Suchozemskému životu dominujú kráčavé končatiny.
Ďalej sú tu fyziologické prekážky. Žiadne telá mnohobunkových organizmov nedisponujú orgánmi, ktoré by voľne rotovali okolo nejakej osi a neboli upevnené kĺbmi a šľachami ku zvyšku tela, čo je predpokladom trvalého krútenia kolesa. Existujúcimi mechanizmami, svalmi, by bolo veľmi ťažké prenášať krútiaci moment motora do samotného dopredného pohybu. Musel by byť taktiež vyriešený problém prenosu živín a metabolického odpadu z tohto živého kolesa.
Ak si teda odmyslíme niekoľko druhov živočíchov, ktoré sa dokážu „zmotať do klbka“ a na krátku vzdialenosť sa takto pohybovať, pripomínajúc tak vzdialene pohyb kolesa, medzi živými organizmami tejto planéty asi koleso, ako sme ho stvorili my, ľudia, nenájdeme. Keby sme ale klesli až do hlbín každej našej bunky alebo do životom kypiaceho ekosystému v sifóne kuchynského drezu, predsa len by sme veľmi podobný prírodný mechanizmus objavili. Sú to dve variácie na jednu evolučnú tému – rotačný motor.
O jednom z nich - ATP syntáze - sme už aj písali nedávno v článku o mitochondriách. Vďaka tomuto ohromujúcemu molekulárnemu motoru na protónové palivo bunky dýchajú a v konečnom dôsledku vďaka nemu žijeme. ATP syntáza je ale skôr podobná turbíne, ktorá niečo vyrába, sama sa síce točí, má stator aj rotor, ale žiadnym organizmom nepohybuje.
Prokaryotické baktérie však používajú veľmi podobný princíp na skutočný pohyb. Ich rotujúci bičík – flagellum - síce nie je kolesom, ale na jeho základni je osadený tzv. flagelárny motor podobný ATP syntáze. Je pravdepodobne jediným prírodou vytvoreným príkladom rotujúceho zariadenia schopného vyvinúť konštantný krútiaci moment okolo fixnej osi, ktorý zabezpečuje pohyb organizmu.
Baktéria s bičíkmi (vpravo) a detail flagelárneho pohonu (vľavo). Maľba s molekulárnou presnosťou.
Najmenej polovica známych druhov baktérií disponuje aspoň jedným bičíkom a ak jeho pohon prijmeme ako všeobecnejšie „koleso“, teda voľnú rotáciu okolo osi, tak môžeme skonštatovať pravý opak toho, čo niekoľko riadkov vyššie. Vzhľadom na drvivú prevahu bakteriálneho života je práve takéto „koleso“ tým najrozšírenejším spôsobom pohybu na tejto planéte. Pravdu povediac, vzhľadom na vodné prostredie a spôsob pohybu ide skôr o lodnú skrutku, ako o koleso.
Je zarážajúce, ako sa mohol takýto komplikovaný a úspešný nano-stroj evolučne vytvoriť. Dlho bol prezentovaný ako príklad neredukovateľnej zložitosti, ako predtým oko a iné úžasné orgány. To je však červené súkno pred očami vedcov-redukcionistov, ktorí veria, že prakticky nič nemôžeme nazvať „neredukovateľne“ zložité, majú na to dosť hmatateľné dôkazy a ukázali cesty, ako sa aj protónový motor mohol v postupných krokoch vytvoriť. Motor ani oko bez kľúčových súčiastok nebudú na terajší účel (pohybovať, vidieť...) fungovať. To je iste pravda. Kľúčové je ale práve to „na terajší účel“. Ukazuje sa však, že jednotlivé „súčiastky“ fungovali pôvodne na iné účely a pozorované využitie dnes sa môže výrazne líšiť od toho, na čo sa pôvodné komponenty týchto zázrakov biomechaniky vyvinuli.
A prečo v nadpise spomínam šváby? Napadli mi ako prvé preto, lebo vedci ich obľubujú v biomechanických experimentoch skúmajúcich, ako geniálne rýchlo a efektívne sa tieto, inak človeku dosť nechutné, tvory hýbu pomocou svojich článkovaných a nezávisle sa pohybujúcich nôh. Vzhľadom na rozmery tela sú to tie najrýchlejšie lezúce tvory na Zemi.
Addendum: Čitatelia (_zelenáč_ a alt) ma v diskusii pod týmto článkom upozornili na veľmi zaujímavý príklad prírodnej "prevodovky" v istom type bežne rozšíreného hmyzu. Detaily nájdete v článku na osel.cz alebo v diskusii nižšie.
