Pająki wykorzystują pole elektryczne, żeby latać. To nie żart!

Delikatne niteczki babiego lata unoszące się jesienią nad łąkami i drogami od dawna intrygowały uczonych. Choć pająki nie mają skrzydeł, potrafią przemieszczać się na znaczne odległości, a nawet osiągać wysokości rzędu kilometrów. Najnowsze badania potwierdzają, że za ten niezwykły lotniarski wyczyn w dużej mierze odpowiada pole elektryczne Ziemi.

Od Darwina do współczesnych laboratoriów

Zagadkę pajęczych przelotów stawiał już sobie Karol Darwin podczas podróży „Beagle”. W spokojny, słoneczny dzień obserwował tysiące osobników unoszących się wokół statku i zastanawiał się, czy korzystają z prądów konwekcyjnych. Przez ponad dwa stulecia ścierały się dwie hipotezy: jedni badacze wskazywali na wiatr i termikę, inni – na siły elektrostatyczne w atmosferze.

Atmosfera jak gigantyczny kondensator

Powietrze przewodzi prąd, a system Ziemia–atmosfera ma wyraźny podział ładunków: powierzchnia planety jest naładowana ujemnie, wyższe warstwy atmosfery – dodatnio. Równowagę tę podtrzymują burze i wyładowania, dzięki czemu nad naszymi głowami stale istnieje globalne pole elektryczne. To właśnie ono może „ciągnąć” naładowane pajęcze nici w górę – i utrzymywać je w powietrzu.

Eksperyment, który przechylił szalę

W 2018 r. zespół z Uniwersytetu w Bristolu zamknął pająki z rodzaju Erigone w komorze z nieruchomym, elektrycznie obojętnym powietrzem. Następnie badacze włączali sztuczne pole elektryczne. Zwierzęta natychmiast zaczynały szybować – podobnie jak nasze włosy unoszą się po potarciu swetra.
— „Nie wiemy jeszcze, czy pole elektryczne jest konieczne, by babie lato się unosiło” — mówiła wtedy Erica Morley. — „Wiemy jednak, że jest wystarczające”.
Uczona przypominała, że pająki znajdowano nawet 4 km nad ziemią i że potrafią pokonywać w powietrzu setki kilometrów.

Symulacje w skali włosa

Kolejny krok wykonały badania opisane w „Physical Review E” przez Charbela Habchiego (Notre Dame University–Louaize) i Mohammada K. Jaweda (UCLA). Naukowcy zbudowali numeryczny model lotu pająka w polu elektrycznym, śledząc zachowanie pojedynczych, naładowanych nici.

Aby jak najwierniej odwzorować ich ruch, skorzystali z algorytmów używanych przez grafików komputerowych do animacji włosów i futra. — „Był on używany m.in. w ‘Hobbicie’ i w filmach z serii ‘Planeta małp’” — mówi Habchi.

W symulacjach pajęcze nici początkowo unosiły się pionowo, a następnie rozkładały w kształt odwróconego stożka. Co ważne, własny ładunek elektryczny włókien zapobiegał ich splątywaniu się w locie. Model wykazał, że samo pole elektryczne może wystarczyć małym pająkom do lotu z prędkością ok. 8,5 cm/s (ok. 0,3 km/h).

Biofizyka z potencjałem zastosowań

Zrozumienie mechanizmu „elektro-balonowania” ma wartość nie tylko poznawczą. Ta wiedza może pomóc w projektowaniu ultralekkich mikrodronów, które wykorzystywałyby kombinację wiatru i pola elektrycznego do beznapędowego przemieszczania się na duże odległości. To także kolejny przykład, jak precyzyjne pomiary i modele objaśniają zjawiska, które przez lata uchodziły za zagadkę przyrody.

Wniosek? Babie lato to nie czary, tylko fizyka – a pająki są mistrzami w wykorzystywaniu niewidzialnych sił, które stale działają nad naszymi głowami.