Příběhy z elektronového mikroskopu 4. Krása motýlích křídel · V edici Mimo –přírodní vědy nedávno vyšlo trojsvazkové, mnoha fotografiemi vybavené populárně vědecké

Podívejme se nyní na motýlí šupinky blíže.Pokud se začneme zajímat o jejich původ,zjistíme, že to jsou vlastně modifikovanéchloupky (makrotrichie), u hmyzu běžněrozšířené útvary pokrývající různé částitělního povrchu. V závislosti na funkcích,které naplňují, mají rozmanitý vzhled.Většinou jsou ploché nebo chloupkovitéa pokrývají nejen křídla, ale i ostatní částimotýlího těla. Na křídlech jsou zpravidlauspořádány podobně jako tašky na střeše,ale ve dvou částečně se překrývajícíchvrstvách nad sebou. Pokryvnost je různá,u nejhustěji vybavených křídel dosahujeaž 600 šupinek na mm2. Známe ale i dru-hy motýlů se zcela průhlednými křídlybez šupinek. Ukotvení šupinky pomocíkrátké stopky v křídelní membráně je po -měrně volné, šupinky se proto s postupu -jícím věkem motýla otírají. Jeho vzhled

tedy se stářím, v případě, že se toho vůbecdožije, upadá do stavu úplné opotřebova-nosti. Vnější a vnitřní struktura šupinekje dost složitá a značně se odlišuje u jedno-tlivých skupin motýlů. U vývojově původ -nějších druhů jsou šupinky plné, u od -vozenějších čeledí je jejich vnitřek dutýa vyplněný vzduchem. Obě vrstvy šupi-nek – poměrně hladká spodní a rozmani-tá svrchní – jsou propojeny pilířovitýmisloupky zajišťujícími stabilitu vnitřníchprostor. Právě přítomnost vzduchovýchdutin podporuje jednu z teorií původnífunkce šupinek sloužících jako sběračea výměníky tepla. U vývojově primitiv-ních druhů mají plné šupinky proto nižšítermoizolační kapacitu ve srovnání s du -tými, vzduchem naplněnými u vývojověpokročilejších motýlů. Šupinky rovněžkladně ovlivňují obtékání vzduchu kolem

těla za letu. Ale tím nejpodstatnějším, čímse vyznačují, je jejich barevnost podmí-něná buď obsaženými pigmenty, nebo fy -zikálně optickými jevy. Hlavními aktéryjsou světelné paprsky vyvolávající na šu -pinkách škálu barevných efektů (tzv. struk-turální zbarvení). Strukturální a pigmen-tové šupinky se vyskytují téměř u všechdruhů motýlů a ve vzájemné součinnostitak mohou dosáhnout barevnosti v širokémrozsahu jak ve viditelném, tak i neviditel-ném (ultrafialovém) světelném spektru.

Pigmentové šupinky patří většinou k plo-chému typu a obsahují různé druhy pig-mentů rozmanitého původu. Některé z nichpocházejí ze živných rostlin housenek –jako odpadní metabolické produkty pře-šly v nezměněném stavu do těla dospěl-ce. Základní pigmenty podmiňující zbar-vení šupinek jsou černé, červené, žlutéa bílé. Vzájemné uspořádání a poměrnýpočet různě zbarvených šupinek a množ-ství v nich obsažených pigmentů vyvolá-vají navíc iluzi vjemu dalších barev, jakoje např. oranžová nebo hnědá. Jemné roz-díly v hustotě a pigmentaci šupinek způ-sobují další světelné efekty jako texturunebo stínování, a mohou tak motýlím kříd-lům propůjčovat dojem prostorového uspo-řádání. Asi nejvíce rozšířeným pigmen-tem, tvořícím jakési barevné pozadí neboclonu, je melanin. Motýli využívají vý -znamné schopnosti melaninu přeměnit až99,9 % energie ultrafialového záření v tep-lo, čímž se nejen chrání před škodlivýmiúčinky záření, ale ohřívají hemolymfu,která proudí k létacím svalům a zahřívá jena požadovanou teplotu umožňující mo -týlu vzlétnout. Zcela unikátní původ majípigmenty bělásků a neotropických helikon(podčeleď Heliconiinae patřící mezi ba -bočky). Jde o tzv. pteriny – heterocyklickésloučeniny, deriváty kyseliny močové – od -padního produktu látkové výměny, přechá -zející z housenek v podobě bílého pigmen -tu do křídel dospělce. Tento pigment jenavíc jedovatý a chrání tak motýla předpredátory.

Strukturální zbarvení je na rozdíl odpigmentového založeno na optických je -vech (lomu, rozptylu, ohybu, interferencia odrazu světelných paprsků), na vnějšíma vnitřním povrchu šupinek, jejichž zákla-dem jsou pravidelně uspořádané nano-struktury mající charakter tzv. fotonické-ho krystalu. Ve fotonických krystalech semohou světelné vlny šířit jinak než v běž-ných materiálech, což se při vhodnýchparametrech nanostruktur projeví selek-tivním potlačením, nebo zvýrazněnímurčitých složek viditelného světla (jakv procházejícím, tak v odraženém světle),a v důsledku toho i působivými barevný-mi efekty. V přírodě se vyskytují u růz-ných organismů a nedají vědcům spát jižpřes 100 let. Např. zářivě blankytná modřlícní strany otakárka Papilio ulysses (vizobr. 8) vzniká tím, že pouze paprsky o vlno-vé délce modrého světla jsou na fotonickémřížce šupinky odraženy zpět do prosto-ru. Stříbřité lesky perleťovců jsou zase

Jan Macek, Petr Jan Juračka, Jaromír Plášek

Příběhy z elektronovéhomikroskopu 4. Krása motýlích křídel

Motýli patří bezesporu k nejnápadněji zbarveným skupinám hmyzu. Těžkobychom hledali člověka, jehož by nezaujala krása motýlích křídel; v celé svénepřeberné paletě barev a ornamentů inspirovala mnohokrát známé umělcev jejich tvořivé činnosti. Motýli se pro svůj křehký vzhled a život spojený s rost-linami stali symbolem volnosti, svobody a harmonického sepětí s přírodou.Při neobratném polapení motýla se ale přesvědčíme, jak je tato krása zranitel-ná a pomíjivá. Co je vlastně její podstatou? Již dlouho je zřejmé, že původcemjsou prostým okem neviditelné drobné útvary pokrývající křídla – šupinky,jejichž vzhled a uspořádání nám prozradí až pohled do mikroskopu. Šupinkyjsou charakteristickým, i když ne výlučným znakem motýlů – vědecký entomo-logický název Lepidoptera v doslovném překladu znamená krásnokřídlí.

ziva.avcr.cz125živa 3/2011

1

1 Zadní křídlo otakárka fenyklového(Papilio machaon) s dobře viditelnýmišupinkami různých barev, které tvoří vlastní ornamentaci motýla. Foto M. Černý

výsledkem přímého zrcadlového odrazusvětelných paprsků na zcela hladkém po -vrchu šupinek. U komety zářivé (Chrysiri -dia rhipheus) se zářivě kovový lesk v celémbarevném spektru mění s úhlem dopadusvětelných paprsků na speciálně prohnu-tých šupinkách uspořádaných do souběž-ných baterií (obr. 3).

Naprosto odlišnou funkci a zpravidlataké vzhled mají tzv. voničkové šupinky(androkonia), jež se vyskytují převážněu samců. To bezpochyby naznačuje jejichsouvislost s rozmnožováním motýlů. Vo -ničkové šupinky se nevyskytují izolovaně,ale bývají soustředěny na určitých částechkřídla, kde vytvářejí spolu s plochýmišupinkami fungujícími jako odpařovacíplošky (evaporatoria) voničkové orgány(obr. 2). Voničkové šupinky jsou duté,opatřené drobnými otvory, kudy se uvol-ňují feromony vylučované z váčkovitýchžlázek na jejich bázi. Ovšem ne vždy se

voničkové orgány nacházejí pouze nakřídlech. Např. někteří monarchové neboba bočky rodu Ithoma mají vychlípitelnéštětečky na konci zadečku nebo dlouhéchlupy na koncovém záhybu zadního kříd-la. A u některých otakárků, helikon, marti-náčů, bourovců a bekyní se voničkovéorgány v podobě pachových vábniček na -lézají poblíž pohlavního otvoru samic.

Různobarevné šupinky na křídlech a tělemotýlů skládají také rozmanité ornamen-ty. Zdánlivě nepřehledné množství va riacíkreseb a kombinací barev může působitchaoticky, ale ve skutečnosti skrývá dědič-ně podmíněný a vnějším prostředím ovliv-ňovaný řád. Během svého krátkého živo-ta musí každý motýl čelit na jedné straněstálému ohrožení ze strany predátorů, zá -roveň však musí splnit svůj nejdůležitějšíživotní úkol – najít pohlavního partnera,spářit se a zajistit pokračování rodovélinie. Existenční dilema se stalo hlavnímhybným činitelem evoluce motýlů a v němprávě šupinky převzaly rozhodující roli.Ale to už je jiný příběh.

Pokud vás článek zaujal, dovolujeme sivás pozvat na výstavu Krása motýlích kří-del, která se bude konat od 4. srpna do28. října 2011 v nové budově Národníhomuzea v Praze. Na této unikátní výstavělze vidět nejen velkoformátové fotografiez tohoto článku, ale i mnohé další, týkajícíse života motýlů.

2

ziva.avcr.cz 126 živa 3/2011

2 Detail voničkového orgánu monarchyrodu Parantica (babočkovití – Nymphali-dae) se štíhlými perforovanými pachový-mi šupinkami zvanými androkonie (zvýrazněny modrozeleně) a s plochýmipodkladovými šupinkami se síťovitouskulpturou, tzv. evaporatoriemi (v odstínech hnědé). Tento mechanismusslouží k rozmnožování motýlů – samečciandrokonii vylučují feromony, které sepostupně odpařují na evaporatoriícha vábí samičky. Kolorovaná fotografie ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM), zvětšení 1 500×3 Detail křídla komety zářivé (Chrysiridia rhipheus, Uranidae). Barevné efekty v celém rozsahu světelného spektra jsou vyvolány difrakcí a interferencí světla na šupinkách pokrývajících křídla. SEM, zvětšení 40×4 Detail povrchové skulptury difrakčníšupinky u komety zářivé. Výrazné inter-ferenční jevy pozorované na křídlechtěchto motýlů souvisí s pravidelnýmperiodickým uspořádáním vnitřní struk-tury šupinek. Vnější vrstva je znázorněnav odstínech hnědé, vnitřní v odstínechzelené. SEM, zvětšení 1 100×5, 6 a 7 Šupinky na křídle běláska řeřichového (Anthocharis cardamines).SEM, zvětšení 40×, 700× a 1 500×8 Strukturální šupinky otakárka P. ulysses selektivně odrážejí modrousložku světelného spektra.

3

4

Odhalené černé podkladové šupinkys melaninem ilustrují postupnou erozimodrých šupinek vnější vrstvy. Motýl tak časem ztratí svůj modrý zářivýlesk. Fotografie vznikla metodou Extended Depth of Field, viz text k obr. na 1. str. obálky. Zvětšení 100×9 Detail podkladové šupinky spodnívrstvy otakárka P. ulysses. SEM, zvětšení 3 700×. Snímky P. J. Juračky,pokud není uvedeno jinak

V edici Mimo – přírodní vědy nedávnovyšlo trojsvazkové, mnoha fotografiemivybavené populárně vědecké dílo sesta-vené z povídek podle skutečnosti zažíva-né na badatelských expedicích do tropůBrazílie, Nikaraguy, Venezuely a jižníhoMexika.

Vypravěčem je geobotanik i pracovníkvýznačné české botanické zahrady (zá -roveň také člen redakční rady Živy, které -ho čtenáři tohoto časopisu již velmi do -bře znají z mnoha publikovaných článků)v jedné osobě, tedy člověk žijící doslovapospolu s rostlinami, nyní poznávanýmiv dalekých zemích a popisovanými v při-rozeném prostředí. M. Studnička je takéžákem tzv. Jeníkovy geobotanické školypřipravující botaniky pro terénní výzkum

vegetace světa, tedy rostlinných společen-stev, jejich vlastností a ekologických vzta-hů. Prof. Jan Jeník poskytl ke knihám ko -mentář, umístěný uvnitř pouzdra.

Poezie expedičního bádání je zvláštní,radosti a strasti botanika vzbuzují u jinýchúsměv, ale vše je popsáno bez fabulace,zato s mnoha faktografickými odbornýmipoznámkami ke každé povídce; že by lite-ratura faktu? Autor se ale považuje spíšeza věcně vyprávějícího aktéra různýchspanilých dobrodružství v přírodě, jimžse ovšem snaží v náročných podmínkáchtropů spíše vyhýbat. První provedení v sa -mizdatových sešitech určené jen pro přá-tele dopadlo jako hodně ošoupané rodo-kapsy. Kéž se líbí i bohatě ilustrovanévydání v originálním dárkovém provede-

ní. Mimochodem, obálky jsou z čistě bam-busové celulózy a grafiku tvořil Jan Franta.

Academia, Praha 2011, 440 str.Doporučená cena 950 Kč

živa 3/2011 127 ziva.avcr.cz

765

98

Vyšlo v Nakladatelství Academia

Miloslav Studnička: S botanikemv tropech 1–2–3