Navadna hrbtoplovka: plavanje na hrbtu in zračna prevleka

Čolničasto telo in zadnji nogi kot vesli

Odrasla hrbtoplovka meri približno 13,5–16 milimetrov. Trebušna stran je bolj ploska, hrbet pa izbočen kot čolniček. Krila nad zadkom so zložena strešasto, ščitek med njihovimi bazami je črn. Barva sprednjih kril ni povsem enotna: lahko je rumenkastosiva, rumenkastobela, rdečkasta ali zelenkastobela, pogosto s temnejšimi lisami. Zato sama razlika med svetlejšim in temnejšim osebkom še ne pomeni druge vrste.

Pri podobni vrsti Notonecta maculata sta na hrbtni strani zadka dve rumenkastordeči prečni progi, medtem ko je pri navadni hrbtoplovki ta del enotno temen. To je podrobnost zadka, ki ga prekrivajo krila, in ne obljuba preproste določitve po oddaljeni fotografiji plavajoče živali. Za prvo srečanje sta očitnejši hrbtna lega ter dolgi zadnji nogi z razprostrtimi plavalnimi resicami.

Resice pri zamahu povečajo površino zadnjih nog. Med hitrim plavanjem se zato ob straneh telesa premikata dve učinkoviti vesli. Ko žival miruje tik pod gladino, se lahko opira z obema sprednejšima paroma nog in konico zadka. Opazovalec tako vidi dve različni drži: razpotegnjeno oporo pod površino in sunkovit odhod v vodni stolpec.

Viri: Wikipedia: Gemeiner Rückenschwimmer, različica 257891488 · Ditsche-Kuru in sodelavci (2011): Superhydrophobic surfaces of the water bug Notonecta glauca: a model for friction reduction and air retention

Voda, rastline in pet levitev

Vrsta uporablja stoječe in počasi tekoče vode. Odrasli niso trajno priklenjeni na eno mlako, saj lahko letijo in naselijo drugo vodo. Njihovo življenje zato povezuje vodni prostor za lov in razvoj ter zračni prostor za selitev. Hrbtoplovka, opažena v letu, ni druga razvojna oblika od živali, ki pozneje plava pod gladino.

Prezimi odrasla žival. Parjenje navadno sledi prezimitvi, mogoče pa je tudi jeseni. Samica s kratkim leglom vstavi jajčeca v rastlinsko tkivo. Rastline so tako več kot ozadje lovišča: sodelujejo tudi v razmnoževalnem delu življenjskega kroga. Med jajčecem in odraslo živaljo ni bube, značilne za komarje ali hrošče.

Mladi osebki rastejo s petimi levitvami, preden dosežejo odraslo stopnjo. Postopna preobrazba pomeni, da se velikost in razvitost spreminjata skozi več zaporednih stadijev. Ko ob isti vodi opazimo manjše in večje hrbtoplovke, moramo zato upoštevati tudi razvojno stopnjo. Koledarski termini razvoja iz srednjeevropskih opisov niso nespremenljiv vozni red za vsako slovensko vodo.

Viri: Wikipedia: Gemeiner Rückenschwimmer, različica 257891488

Zakaj je žival srebrnkasta pod vodo

Zrak se ob trebušni strani zadržuje v kanalih, obdanih z gostimi vrstami dlačic. Zaradi takšne razporeditve ima žival značilno lego s trebuhom navzgor. Pri pogledu pod primernim kotom lahko opazimo srebrnkast lesk. Nastane na meji med zrakom in vodo, zato ne gre preprosto za kovinsko obarvano površino telesa.

Ditsche-Kuru in sodelavci so leta 2011 primerjali različne dele njene površine. Pod mikroskopom so razlikovali večje prave dlačice in izredno drobne izrastke, imenovane mikrotrihiji. Slednji niso le pomanjšane prave dlačice, temveč drugače zgrajeni površinski izrastki. Na trebušnih ploščicah prevladujejo večje dlačice, spodnja stran sprednjih kril pa ima gosto odejo mikrotrihijev.

Zgornja stran sprednjih kril združuje oba merila strukture: zelo goste drobne izrastke in dve obliki večjih dlačic. Nekatere so koničaste in ukrivljene, druge imajo drugače oblikovan vrhnji del. Ta večnivojska zgradba ustvarja površino, v katero voda težje vdre. Pomembna torej ni samo vodoodbojna kemična sestava, ampak tudi oblika in razporeditev drobnih struktur.

Za primerjavo so naravne vzorce dodatno prekrili z enakomerno vodoodbojno prevleko. Razlike v obstojnosti zraka med posameznimi telesnimi deli so ostale podobne. Rezultat podpira pomen njihove zgradbe. Gosto posejane, zelo nizke mikrostrukture in višje redkejše dlačice ne opravljajo povsem iste naloge, zato tudi vsi deli iste živali ne zadržujejo zraka enako dolgo.

Razlike so bile velike tudi v dejanskih merah. Na kvadratnem milimetru trebušne površine so našteli približno 2300 večjih dlačic, visokih okoli 30 mikrometrov. Na spodnji strani krila je bilo na enaki površini skoraj šest milijonov mikrotrihijev, visokih približno 1,2 mikrometra. Mikrometer je tisočinka milimetra. Na zgornji strani krila so bili drobni izrastki nekoliko višji, nad njimi pa so segale mnogo večje dlačice. Takšnih razlik s prostim očesom ne moremo razločiti.

Viri: Wikipedia: Gemeiner Rückenschwimmer, različica 257891488 · Ditsche-Kuru in sodelavci (2011): Superhydrophobic surfaces of the water bug Notonecta glauca: a model for friction reduction and air retention

Kaj pomeni več kot 130 dni zračnega filma

V laboratorijskem poskusu so preučevali izolirane površine sveže usmrčenih osebkov. Vzorce so potopili v čisto vodo in z odbojem svetlobe spremljali obstojnost zračnega filma. Na zgornji strani sprednjih kril se je skoraj sklenjen film obdržal več kot 130 dni. Na trebušnih ploščicah je zrak izginil po nekaj dneh, na spodnji strani kril pa so nastajale vrzeli.

Ta razlika razkriva pomen večnivojske strukture kril. Zunanja površina je v neposrednem stiku z vodo in ima hkrati drobne izrastke ter večje dlačice. Na spodnji strani krila je zračna plast mnogo tanjša; avtorji njeno vlogo povezujejo predvsem z ohranjanjem suhih kril. Trebušna zračna zaloga žive živali ima drugačno nalogo in se obnavlja pogosteje.

Podatek o 130 dneh zato opisuje vzdržljivost filma na pripravljenem vzorcu, ne trajanja potopa žive hrbtoplovke. Za razumevanje živali je pomembno razlikovati med površino, ki odbija vodo, zalogo dihalnega zraka in celotnim vedenjem pri gladini. Ista majhna žuželka združuje več različnih načinov sodelovanja med dlačicami, zrakom in vodo.

Raziskovalci so uporabili deset vzorcev vsake izbrane površine, potopljenih približno 15 centimetrov globoko pri sobni temperaturi. Takšna primerjava omogoča ločiti telesne dele v podobnih razmerah. V naravi se medtem spreminjajo gibanje, kakovost vode in stik z gladino; laboratorijska obstojnost materiala zato ni neposredna meritev življenjske dobe njegovega lastnika.

Viri: Ditsche-Kuru in sodelavci (2011): Superhydrophobic surfaces of the water bug Notonecta glauca: a model for friction reduction and air retention

Površina kot navdih za manjše trenje

Isto krilno površino so izpostavili tudi tekoči vodi. Pri večanju hitrosti je del zračnega filma izginjal, vendar je pri petih metrih na sekundo ostalo približno 61 odstotkov prvotno z zrakom prekrite površine. To je preizkus pritrjenega krilnega vzorca v vodnem kanalu. Ne pomeni, da hrbtoplovka s takšno hitrostjo plava ali običajno živi v tako močnem toku.

Z drobnimi sledilnimi delci in zaporednimi posnetki so merili tudi gibanje vode tik nad površino. Pri dotoku pol metra na sekundo se je voda ob meji z zrakom še vedno premikala s približno tretjino te hitrosti. Tak zdrs je pomemben za manjše trenje. Razmerja hitrosti ni pravilno zamenjati s trditvijo, da je upor ali poraba energije manjša za natanko tretjino.

Zaradi kombinacije obstojnega zraka in zdrsa tekočine je hrbtoplovka zanimiv model za biomimetiko, posnemanje bioloških rešitev pri načrtovanju materialov. Med raziskovalnimi možnostmi so površine za pretok tekočin in ladijske trupe. Glavna lekcija je zgradba površine na več velikostnih ravneh; raziskava sama še ne pomeni, da iz nje izhaja že dokončan premaz za vsako tehnično uporabo.

Pri preizkusu toka je bil posamezen krilni del pritrjen na nosilec v ozkem vodnem kanalu. Gibanje vode so določali iz premikov nevtralno plovnih delcev na parih slik. Na ta način je mogoče meriti hitrost tekočine blizu površine brez vstavljanja večje mehanske sonde. Raziskovalce je zanimal prav zelo tanek mejni prostor, kjer se voda sreča z zrakom, ujetim med površinskimi strukturami.

Viri: Ditsche-Kuru in sodelavci (2011): Superhydrophobic surfaces of the water bug Notonecta glauca: a model for friction reduction and air retention

Oko za različne svetlobne razmere

Hrbtoplovka uporablja vid v vodi in med letom ter v zelo različnih svetlobnih razmerah. Immonen in sodelavci so leta 2014 preučevali posamezne svetlobno občutljive celice sestavljenih oči. Med zeleno občutljivimi celicami so odkrili velike razlike v velikosti in občutljivosti. Večje celice so bile občutljivejše in so v preizkusih dosegle tudi večji prenos informacij.

Pri prilagajanju sodeluje tudi zaščitni pigment. Na močni svetlobi bolj omejuje dostop svetlobe do nekaterih svetlobno občutljivih struktur, v temi pa se njegov položaj spremeni. Tako se spreminja uporaba delov očesne enote. To pojasnjuje prilagodljivost vidnega sistema, ne pomeni pa neomejenega vida v popolni temi ali enakega delovanja vsake posamezne celice.

Viri: Immonen in sodelavci (2014): Large variation among photoreceptors as the basis of visual flexibility in the common backswimmer

Komarjeve ličinke v poskusnem vodnem okolju

Hrbtoplovka lovi majhne živali, ki živijo v vodi ali padejo vanjo. Schrama in sodelavci so njeno vlogo preverili v zunanjem poskusu v Leidnu na Nizozemskem leta 2016. V 42 posodah so primerjali tri temperaturne režime, vsakega z navzočnostjo odrasle hrbtoplovke in brez nje. Tako je imela vsaka od šestih kombinacij sedem ponovitev.

Posode so vsebovale deževnico, vanje pa so razporedili jajčne skupke komarja Culex pipiens in nekrvosesnih trzač. V polovico so dodali po eno odraslo Notonecta glauca iz bližnje naravne vode. Posode so stale zunaj, delno vkopane in zasenčene. Poskus je zato vključeval dnevno spreminjanje temperature ter več vrst plena, čeprav ni posnemal celotne naravne mlake.

Po 36 dneh je ob hrbtoplovkah izletelo od 29 do 52 odstotkov manj odraslih komarjev kot v primerjavah brez plenilca. Manj je bilo tudi preostalih komarjevih ličink in bub. Merjeni povprečni temperaturni režimi so bili približno 22,7, 25,3 in 28,1 stopinje Celzija. Znotraj tega razpona je bil vpliv plenilca izrazitejši od ugotovljenega vpliva temperaturne obravnave.

Izsledki kažejo, da pri razvoju komarjev poleg toplote štejejo tudi odnosi med živalmi. Število odraslih osebkov ni odvisno samo od jajčec ali hitrosti razvoja: del mladih stadijev postane hrana. Odstotki opisujejo konkretni poskus in niso zagotovilo enakega zmanjšanja v vsakem ribniku. Razporeditev rastlin, druge vrste plena in naseljevanje plenilcev lahko ustvarijo drugačne razmere.

Različne razvojne izide so šteli ločeno. Odrasle komarje, ki so že izleteli, so zajemali s pastmi pod pokrivno mrežo, ob koncu pa so preostale ličinke in bube prešteli po filtriranju vode. Posamezna posoda je vsebovala dvanajst litrov deževnice, dodatne hrane pa niso dodajali. Manj preostalih ličink samo zase namreč še ne razloži, koliko se jih je že razvilo v odrasle in koliko jih je poginilo. Ločitev teh meritev omogoča natančnejši pogled na posledice navzočnosti plenilca skozi življenjski krog plena.

Viri: Wikipedia: Gemeiner Rückenschwimmer, različica 257891488 · Schrama in sodelavci (2018): Eutrophication and predator presence overrule the effects of temperature on mosquito survival and development