[♫ מנגינה ברקע ♫] אנחנו יושבים כאן במטוס וממריאים מאדיס אבבה שבאתיופיה בדרכנו לניירובי שבקניה. בקו אווירי המרחק הוא כ-1500 ק"מ. לפי אפליקציית המפות של גוגל, היה לוקח לי מעל 300 שעות ללכת מרחק זה ברגל, ויותר מ-20 שעות לנסוע אותו במכונית.
הטיסה אורכת, לעומת זאת, פחות משעתיים, כלומר, פי עשרה יותר מהר לטוס מלנסוע. אני מניח שלא חידשתי לכם שטיסה היא צורת התנועה המהירה ביותר, אבל את מה שבני האדם גילו לפני 100 שנה, בעלי החיים כבר יודעים מזה מאות מיליוני שנים. מהירות ההתקדמות של בעלי חיים בתעופה היא בערך פי עשרה יותר מהירה, מאשר התקדמות בהליכה של בעלי חיים באותו הגודל.
שלוש מהקבוצות בהן התפתחה תעופה נמצאות איתנו עד היום, והן מהקבוצות המוצלחות ביותר מבחינת עושר המינים ומגוון בתי הגידול שלהן. הצלחה הנובעת, לפחות בחלקה, מיכולת התעופה שלהן. חרקים הם הקבוצה העשירה ביותר במינים מכל בעלי החיים.
עופות הם הקבוצה העשירה ביותר במינים מבין החולייתנים היבשתיים, והעטלפים הם הקבוצה השנייה בעושר המינים מבין היונקים. קבוצה מעופפת נוספת, הפטרוזאורוסים, נכחדו זה מכבר יחד עם הדינוזאורים. תעופה יקרה יותר מבחינה אנרגטית משחייה, אבל היא יעילה יותר מתנועה על הקרקע.
תעופה מאפשרת לחפש מזון על פני מרחקים גדולים ומאפשרת לנדוד כדי להימנע מתנאי אקלים או שטח לא מתאימים. לדלג מעל מדבריות והאוקיינוסים ולנצל מקורות מזון עונתיים. כפי שנלמד ביחידה הבאה, כמעט מחצית מיני הציפורים נודדות, מה שתורם ללא ספק להצלחתם הרבה.
תעופה היא כמובן אמצעי מעולה לברוח מטורפים, כמו גם דרך מצוינת לאתר מזון. יש קווי דמיון בין איברי התעופה של ארבע הקבוצות המעופפות, למרות שאיברים אלה התפתחו באופן עצמאי באבולוציה מתכנסת. אחד האילוצים האבולוציוניים שעיצב איברי תעופה הוא שהשרירים הם מנועים לינאריים, חד כיווניים, המאפשרים רק משיכה בכוח לכיוון אחד, ואינם מסוגלים לייצר תנועה סיבובית.
המשיכה הדו כיוונית האופיינית להליכה, שחייה ותעופה, מתקבלת על ידי כך שהשרירים עובדים לרוב בזוגות, ומקנים משיכה לשני הצדדים. כמעט ואין ליצורים חיים איברים מסתובבים בצורה רציפה כמו גלגל או מדחף. בעוד שבמטוסים, הדחף נוצר על ידי המנוע והעילוי על ידי הכנפיים, ביצורים מעופפים הכנפיים ממלאות את שני התפקידים.
העיקרון הבסיסי של התעופה של כל בעלי החיים הוא כנפיים המונעות כלפי מעלה ומטה. בציפורים ועטלפים, הורדת הכנף יוצרת את עיקר הדחף, כמו גם את העילוי, לכן השרירים המורידים חזקים פי כמה מהשרירים המעלים את הכנף, ובשלב ההורדה הכנף פרוסה לגודלה המרבי. בחרקים נוצר עילוי גם בשלב שהכנף עולה.
בצילומים אלה מהמעבדה של צבי באטוס באוניברסיטה העברית, אנחנו רואים שתנועת הורדת הכנף בחרק מתחילה מלמעלה ואחורה ויורדת למטה וקדימה. לאחר מכן הכנף מתהפכת, כך ששפת ההתקפה מכוונת אחורה, ובשלב העלייה הכנף עולה למעלה ואחורה. המהירות בחרקים יכולה להיות בין חמישה לאלף מחזורים בשנייה.
בשעת ריחוף, לשני השלבים אורך דומה. לעומת זאת, בשעת תעופה קדימה, שלב הירידה איטי יותר ומייצר דחף. בחרקים, שהיו בעלי החיים הראשונים שהתפתחה בהם יכולת תעופה, שני זוגות כנפיים, לפחות באותם מינים שלא איבדו אותם במהלך האבולוציה.
בעוד שבחולייתנים הכנפיים התפתחו מזוג הרגליים הקדמיות על חשבון יכולות אחרות של גפיים אלה, החרקים שמרו על שלושת זוגות הרגליים שלהם, ושני זוגות הכנפיים שצצו במהלך האבולוציה הם בונוס. בחלק מהמינים, כמו בשפריריות האלה, שני הזוגות דומים מאוד ומשמשים לתעופה. השפריריות הן מלכות התמרון ומסוגלות לתפוס ביעילות עצומה טרף זעיר, שלכאורה היה מסוגל לתמרן טוב יותר מהן.
גל ריבק מאוניברסיטת תל אביב חקר את מעופן המרשים וצילם גם את הסרט הזה, בו זוג שפריריות עפות כשהן מחוברות במהלך הזדווגות. השפריריות הן קבוצה עתיקה המאופיינת בכך ששני זוגות הכנפיים שלהן דומות ומופעלות ישירות על ידי שרירים, כמו שרואים באנימציה הזאת. בכל קבוצות החרקים האחרות, שני זוגות הכנפיים שונות בצורתן.
כמו כן, הכנפיים מונעות באמצעות שרירים עקיפים שאינם מחוברים באופן ישיר לכנף, אלא לדפנות בית החזה של החרק, והם משמשים להעלאתן והורדתן של הכנפיים על ידי כיווצו והרחבתו, כפי שאתם רואים באנימציה. בחיפושיות, הקבוצה הגדולה ביותר של חרקים, המונה כ-400 אלף מינים, רק זוג הכנפיים האחורי משמש לתעופה. הכנפיים הקדמיות הן כנפי חפייה, המורמות בזמן תעופה, כמו שאתם רואים כאן, ובשאר הזמן הן מגנות על כנפי התעופה המקופלות ומוסתרות מתחתיהן.
בזבובים ויתושים רק זוג כנפיים אחד. מהזוג האחורי התפתחו בוכניות, שהם איברים דקים בעלי משקולות בקצה. במהלך הטיסה הבוכניות מתנדנדות במהירות ובסנכרון עם תנועת הכנפיים.
כאשר גוף החרק מסתובב, מופעל כוח על הבוכניות הרוטטות, והוא חש בו בעזרת איברי חישה הממוקמים בבסיסן. החרק משתמש במידע זה כדי לפרש ולתקן את מיקומו בחלל על ידי מתן משוב מהיר לשרירים האחראיים על היגוי הכנף. הבוכניות מאפשרות לחרק לתמרן בצורה מרשימה יותר מאשר כל בעל חיים מעופף אחר.
וזו גם הסיבה המצערת כל כך שקשה להרוג זבובים ויתושים מעצבנים. לדבורים שני זוגות כנפיים המחוברות באמצעות ווים על הכנף האחורית, ונכנסות לחריץ בכנף הקדמית. כבר למדתם שככל שהכנף ארוכה וצרה יותר, יחס העילוי לגרר טוב יותר.
לכן אולי לא מפתיע שהמעוף של פרפרים, להם כנפיים רחבות וקצרות, נראה לפחות על פניו בלתי יעיל. לפרפרים שיטות לשיפור התעופה על ידי מחיאת שני זוגות הכנפיים, וכנראה שהם יותר יעילים משנדמה לנו, שכן יש מיני פרפרים הנודדים אלפי קילומטרים, עליהם נלמד ביחידה הבאה. כל שלוש הקבוצות המעופפות האחרות שייכות לחולייתנים, והכנף שלהם מבוססת על המבנה השמור של כף היד.
אבל כאן נגמר הדמיון. אני עומד מתחת לשחזור מפלסטיק של פטרוזאורוס המצייץ לו במוזיאון המדעטק בחיפה. הפטרוזאורוסים היו החולייתנים המעופפים הראשונים, ובעלי החיים הגדולים ביותר שאי פעם עפו בשמיים.
חלקם הגיע לגודל של ג'ירפה ולמוטת כנפיים של מטוס קרב. הם התפתחו מהארכוזאורים, קבוצה של זוחלים ממנה התפתחו גם התנינים והדינוזאורים. הם נכחדו יחד עם הדינוזאורים לפני 65 מיליון שנה כתוצאה מפגיעת מטאור ענק שפגע בכדור הארץ והפך את התנאים עליו לגיהינום.
זו קבוצה מסקרנת, ואתם יכולים לראות מאובנים שלה שצילמתי במספר מוזיאונים בארצות הברית. מאובנים משמרים עצמות, כך שאנחנו יודעים שהכנף שלהם הייתה מבוססת על האצבע הרביעית, בעוד ששלוש האצבעות האחרות כנראה היו רגילות, כמו שרואים בשחזור הזה, שגם הוא נמצא במדעטק. השאלה הבלתי פתורה היא ממה בדיוק הייתה מורכבת הכנף, חוץ מהעצם הזאת, ואת זאת רק אפשר לשער, שכן רקמות רכות לא נשמרות במאובנים, גם לא ברור מדוע היו להם מבנים מוזרים כאלה על הראש.
נעבור עכשיו לקבוצה המעופפת החביבה עליי ביותר. הציפורים התפתחו מהדינוזאורים. מקובל היום לראות בהם את ממשיכי דרכם הישירים.
העתק המאובן הזה, המכונה ארכאופטריקס, כמו גם השחזור של בעל החיים המעופף הקדום הזה, נמצאים במוזיאון הטבע בירושלים. המאובן הזה הוא בן 150 מיליון שנה ודומה מאוד הן לציפור והן לדינוזאור, ויש הרואים בו חולייה חסרה בין שתי הקבוצות. יש לו נוצות וכנפיים ואין ספק שהיה בעל יכולת תעופה.
מצד שני, יש לו מאפיינים זוחליים, כשהבולטים בהם הם חוליות הזנב והשיניים. לאף ציפור אין כידוע שיניים. הנוצות, לעומת זאת, התפתחו כבר בדינוזאורים, ובשנים האחרונות נמצאו מאובנים רבים שהדינוזאורים מנוצים.
לפי מאובנים אלה נראה שהנוצות התפתחו בדינוזאורים שהיו חסרי כל יכולת תעופה. השערה מקובלת היא שהן נועדו לוויסות חום גוף ויתכן גם שהתפתחו כקישוט שנועד להרשים נקבות. אין כמובן כל סתירה בין שני ההסברים, הרי לפעמים אנחנו לובשים מעיל יפה כדי לעשות רושם וגם כדי להתחמם.
נוצות עשויות מקרטין, אותו החלבון ממנו עשויים השיער והציפורניים שלנו, כמו גם הקרן של הקרנף. למרות משקלה המועט של נוצה יחידה, משקלן הכולל של הנוצות יכול להגיע לפעמים לכדי שיעור כפול ממשקל שלד העוף. גם הכנף של הציפור מבוססת על כף היד.
עצמות רבות עברו איחוי, ומספר העצמות בזרוע וביד של ציפור קטן בהרבה מאשר אצלנו. לעצמות אלה מחוברות הנוצות היוצרות את רוב שטח הכנף, ואשר למבנה האווירודינמי שלהן תפקיד חשוב ביכולות התעופה של ציפורים. כפי שקראתם בטקסט לפני הסרט, כוח העילוי מושפע משטח הכנפיים.
ציפורים שולטות על שטח הכנפיים, וכאשר הן רוצות להנמיך, הן מקטינות את הכנפיים. לשם צלילות מהירות, הן מקטינות את הכנפיים עוד יותר, כמו השלדגון הזה הצולל לאגם ותופס דג. כדי להגיע למושבה המדהימה הזאת של הסולות בקצה הצפוני של איסלנד, הלכתי שעה ארוכה עם ערן, הבן שלי, ברוח האיסלנדית הקרה והעזה.
כוח העילוי הוא תוצאה של המהירות היחסית בין הכנף והאוויר שסביבו. אז גם אם בעל הכנף לא זז כמעט יחסית לקרקע, הרוח החזקה מחזיקה אותו באוויר. כאשר כבר התחלנו לחזור, קרא לי לפתע ערן בהתרגשות כדי לראות את הלהקה הזאת של הפאפינים, תוכי הים.
בעוד שלסולות כנפיים ארוכות ודקות, והן מעופפות ומתמרנות מוכשרות מאוד, תוכי הים הוא בעל כנפיים קצרות ורחבות ומעוף גוצי ומסורבל. הכנפיים של תוכי ים משמשות גם לשחייה מתחת למים ומותאמות לכן לשני התנאים. סולות, לעומת זאת, צדות על ידי צלילה מגובה לתוך המים והן כמעט לא נעזרות בכנפיים שלהן מתחת למים.
ציפורים עפות במגוון אופנים. המראות הן הקשות ביותר מבחינה אנרגטית, והשאלה כיצד בעלי חיים התחילו לעוף מתמקדת בשאלת ההמראה. האם בדאייה ממקום גבוה אליו טיפסו, כגון עץ או צוק אליו טיפסו, או על ידי התרוממות מהקרקע שהיא קשה בהרבה.
דאייה היא צורת התעופה הפשוטה ביותר. אין בה הפעלת שרירים, ויש בה ניצול של האנרגיה הפוטנציאלית של הגובה לשם תעופה אופקית. ציפורים לרוב מגיעות לגובה המאפשר דאייה בתעופה של הפעלת שרירים, אבל פעמים אחרות הדבר נעשה על ידי ניצול זרמי אוויר עולים המכונים תרמיקות.
כאן אתם רואים להקה של שקנאים העולים בתרמיקה. המהירות והיעילות של העלייה בדרך זו היא רבה, ומראה כיצד ניצול נכון ומושכל של כוחות טבע מאפשר אפילו לציפורים גדולות וכבדות כשקנאים לעלות מהר וגבוה תוך חיסכון ניכר באנרגיה. נשרים, כמו אלה שאתם רואים כאן, מבלים כל יום שעות רבות באוויר ודואים למרחק עשרות קילומטרים בחיפוש אחר נבלות.
מחקר של פרופ' רן נתן מהאוניברסיטה העברית הראה כיצד נשרים בוגרים טובים בסוג זה של דאייה יותר מנשרים צעירים שטרם למדו לנצל היטב את זרמי האוויר. ציפורים יכולות כמובן גם לדאות כשהן מזנקות ממקום גבוה, כגון עץ או צוק. דאייה מסוג זה קיימת גם במספר מינים של זוחלים ויונקים, כולל בני אדם הדואים ממצנחי רחיפה וגלשני דאייה.
בעיקרון, ככל שהציפור גדולה יותר וכנפיה גדולות יותר, המעוף שלה יעיל יותר מבחינה אנרגטית. יחד עם זאת, הקושי של המראות והמורכבות של נחיתות גדלה עם הגודל של הציפור. אנחנו רואים כאן שקנאי, שמן הסתם מילא את קיבתו בדגים ממריא, ואפשר לראות עד כמה הדבר קשה.
עד לפני כמה שנים, כאשר מטוס היה נוחת בנמל התעופה בן גוריון, הנוסעים היו מוחאים כפיים לטייס. ואכן נחיתה דורשת קואורדינציה מדויקת. כאן אנחנו רואים נחיתה של פלמינגו בשמורת אמבוסלי.
יתכן ואלו הסיבות המגבילות את גודלן של הציפורים. מה שמגביר עוד יותר את המסתורין סביב יכולת התעופה של פטרוזאורוסים, שהיו גדולים פי כמה מהציפורים הגדולות ביותר המוכרות לנו, ולא ברור כלל כיצד הם הצליחו להמריא. כאן אנחנו רואים דיה שחורת כתף בריחוף ממושך במסאי מארה בקניה.
צורת תעופה זו דורשת יכולות שאין לכל ציפור, והיא משמשת בעיקר דורסים קטנים יחסית או שלדגים. נסיים בעטלפים, המעופפים הצעירים ביותר מבחינה אבולוציונית והיונקים היחידים שיכולים לעוף, לפחות שלא באמצעות מטוס. מבנה הכנף של עטלפים מבוסס על אותה כף היד עליה מבוססת כנף הציפור.
אבל בעוד שבציפורים העצמות עברו איחוי ומספרן קטן, לעטלפים אצבעות ארוכות ודקות, עליהן מתוח קרום באמצעותו הם עפים. כמו ציפורים, העטלפים יכולים להגדיל ולהקטין את גודל הכנף שלהם, כדי לתמרן בצורה מעוררת התפעלות. רוב העטלפים ניזונים מחרקים מעופפים, כך שיכולות תמרון הן הכרחיות אם לא רוצים ללכת לישון רעבים.
קבוצה אחרת של עטלפים ניזונה מפירות והם גדולים יותר. יש גם עטלפים הניזונים מצוף של פרחים. חוץ מהחרקים, הפטרוזאורוסים, הציפורים והעטלפים, גם אנחנו בני האדם הצטרפנו באיחור אופנתי למועדון המעופפים, ועל כך בסרטון הבא.
