Lokalizáció felületi vízhullámok segítségével
Hullámok segítik a vadászó molnárkát

Varjú Dezső


 Bizonyára sokan megfigyelték már, hogy tavasszal a víz felszíne benépe-sedik. Az itt nyüzsgő élőlények közül talán azok az 1-1,5 cm hosszúságú rovarok a legfeltűnőbbek, amelyek a víz felületén mászkálnak vagy csúszkálnak. Ilyenek a molnárkák. A poloskák rendjéhez, a szárazföldi poloskák alrendjéhez tartoznak, holott az év nagy részben a víz felületén tartózkodnak. De vajon miért nem süllyednek el a vízben? Ennek egyik oka az, hogy a víz felületi feszültsége miatt a vízmolekulák kölcsönös vonzása következtében a vízfelszín teherbíró réteggé alakul. E felületi feszültség miatt az apróbb, víznél nehezebb tárgyak sem süllyednek el benne.  Ha azonban a membrán megsérül,  állandóan szélesedő lyuk keletkezik rajta, s ekkor a ráhelyezett tárgy már elsüllyed. Egy kis ügyességgel pénzérmét is úsztatni lehet a víz felületén. Ehhez azonban ajánlatos az érmét egy víztaszító réteggel, pl. olajjal bevonni, amely megakadályozza a felületi hártya sérülését. A molnárkák lábai ugyan nem olajosak, de mivel rajtuk finom, levegővel teli szőrpárna van, ennek ugyanolyan a hatása, mint az olajrétegnek.  Más vízirovarok nemcsak a lábaik utolsó ízével, hanem hosszú lábszáraikkal is a vízfelszínre támaszkodnak. Alattuk benyomódik a vízfelület, ami sekély és átlátszó vizekben sajátos árnyékot vet a vízfenéken. A molnárkák többsége nem “sétál”, hanem “evez” a víz felületén, ehhez azonban nem kell lábaikat a vízbe mártaniuk. Mivel lábaik a testsúlyuk hatására benyomják a felületi réteget, kialakul egy vá-lyú. Ha csapnak egyet hátrafelé, akkor e vályú hátsó fala támasztékul szolgál, és az ellene irányuló evezőcsapás előre hajtja a rovartestet. E folyamatban a középső és hátulsó lábak vesznek részt, de a keletkező tolóerőhöz az utóbbiak csak 4%-kal járulnak hozzá. A molnárkák egyetlen lábcsapással akár 12 cm-es távolságot is áthidalhatnak, s 90 cm/s-os sebességre is felgyorsíthatják magukat.

 Ha türelmesen várakozunk egy tavacska mellett, előbb-utóbb szemtanúi lehetünk annak, amint valamilyen repülő rovar a vízbe pottyan. Amikor a pórul járt ízeltlábú kétségbeesetten csapkodni kezd a lábaival, biztos, hogy egy közelben tartózkodó molnárka ráront, elkapja mellső lábaival, majd elhúzza zsákmányát a vetélytársaitól egy védett helyre, ahol azután hosszú és hegyes szivornyájával ki-szívja áldozata testnedveit. Persze az is előfordulhat, hogy a zsákmány sokkal nagyobb és erősebb, mint a molnárka, de ekkor a vetélytársak szövetségbe tömö-rülnek, s áldozatukat közös erővel szipolyozzák ki.

1. ábra. Rovarok a víz felületén. Fönt: molnárka, középen: keringőbogár, lent: hátúszó poloska

 Hogyan fedezik fel és találják meg zsákmányukat a molnárkák? A megfigyelések szerint röviddel az áldozat vízbeesése után a közelben lévő molnárka hirtelen az áldozat felé fordul, majd gyors és erős lábcsapásokkal megközelíti azt. Ezek szerint látják a zsákmányt? Igen, de számos kísérletben az is bebizonyosodott, hogy az áldozat helyét akkor is észlelik, ha azt nem látják. Ebben a víz azon felületi hullámai segítik őket, amelyeket a vergődő áldozat kelt. A molnárkák képesek teljes sötétségben is legfeljebb 10°-os pontatlansággal a zsákmány felé fordulni. Ugyanerre a teljesítményre képesek akkor is, ha átmenetileg megvakítják őket. Hasonlóan viselkednek a molnárkák távoli rokonai, a hanyattúszó vízipoloskák (1. ábra).

 Hogyan működik a helymeghatározás a felületi hullámok segítségével? Laboratóriumi kísérletekben meghatározott frekvenciájú, ill. hullámhosszúságú vízhullámok gerjeszthetők. Erre a célra jól bevált módszer egy közönséges hangszóró használata, amelynek rezgései pl. egy parafadugó vagy egy levegővel töltött tömlő segítségével továbbíthatók a víz felületére. Képzeljük el, hogy egy hullám, mely hosszabb, mint a molnárka középső és hátsó lábai közti távolság, elölről érkezik a rovarhoz. Ekkor először a középső majd a hátsó lábak emelkednek fel, ezt követően pedig a középső, utána pedig a hátsó lábak süllyednek le. Ez a molnárka számára azt jelenti, hogy nem fordulni kell, hanem előreugrani. Egy kis fáradsággal az olvasó is könnyen utánagondolhat, mi az események sorozata, ha a hullám pl. 45° alatt jobbról és előlről, 90° alatt jobbról vagy valamilyen más irányból érkezik a molnárkához. De mi a helyzet akkor, ha a hullám rövidebb, mint a lábak közötti távolság? (Többnyire a melső lábak is érintik a víz felületét, de azok fő szerepe a zsákmány elkapása.) A vízipoloskák tehát képesek a vízfelületi eseménysorozatok elemzése alapján megállapítani, hol van a hullámok forrása. E feladat megoldása annál könnyebb, minél nagyobb a távolság a lábak felfekvési pontjai között, mert ekkor az események időeltérése nagyobb, s így egyérteműbben érzékelni lehet, hol és mikor történt valami. Valószínűleg ennek köszönhető, hogy a molnárkák hosszú lábaikat előre és oldalra messzire eltartják a törzsüktől (1. ábra).

 Kiderült az is, hogy a vízbepottyant rovarok nem ideálisan színuszos, jól meghatározott frekvenciájú hullámokat gerjesztenek. A legnagyobb amplitudójú hullámok hossza 0,2-1,2 cm, tehát többnyire rövidebb, mint a lábak közti távol-ság. Úgy tűnik, hogy ez a poloskákat nem zavarja, sőt esetleg előnnyel is járhat. Ha az első hullám segítségével nem sikerül a pontos irányt érzékelni, akkor gyorsan egymás után megismétlődhet a folyamat. Természetesen legérzékenyebben az említett hullámhossz-tartományban reagálnak a molnárkák, ahol a hullámokat 3-5 ezred mm amplitudó esetén is képesek felfogni. A hanyattúszó vízipoloskák még ennél is érzékenyebbek, az ő csúcsteljesitményük 1 ezred mm.

2. ábra. Fönt: A mozgás hatására keltett elektromos impulzusok érző idegsejtben. Lent: Molnárka lábának fel-le mozgása laboratóriumi kísérletekben. A frekvencia 30 Hz, az amplitúdó 10 mikron

 Az érzékelési folyamatot persze nem úgy kell elképzelni, hogy a molnárkák közvetlenül a lábaik magasságváltozását érzékelik. Megfigyelhető, hogy egy beérkező hullám a lábat a lábszárhoz képest felfelé hajlítja, és ha a lábszár a víz felületére fekszik, akkor utána a lábszár hajlik el a combhoz képest. Az pedig már régóta ismert, hogy a rovaroknak vannak olyan típusú érzékszerveik, amelyek azt jelzik, mekkora szöget zárnak be a láb különböző ízei egymással. Más érzékszervek csak e szög változására reagálnak. Egyik doktoranduszom a következő kísérletet végezte el. Egy molnárkát háttal egy pálcikához rögzített, azt pedig egy állványhoz. A rovar egyik középső lábát úgy támasztotta alá, hogy azt periodikusan fel-le lehetett mozgatni egy elektromágneses készülékkel. A lábból a potrohba vezető idegből egy elektródán át elvezette az elektromos impulzusokat, amelyek egy oszcilloszkópon megfigyelhetők voltak.  Két különböző érzéksejt reakcióját lehetett így kimutatni. Az egyik akkor gerjesztett impulzust, amikor a láb felfelé, a másik meg akkor, ha a láb lefelé mozdult el (2. ábra). Ha az ingerlés frekvenciája nem volt túl magas, pl. 30 Hz, akkor minden periódushoz tartozott egy impulzus, magasabb frekvenciák esetén csak minden másodikhoz, harmadikhoz stb. Ez persze nem jelenti feltétlenül azt, hogy az idegrendszernek csak ezen két érzéksejtből származó információ áll rendelkezésére. Az ilyen elektrofiziológiai kísérletekben gyakran szerencse dolga, hogy melyik idegszál impulzusait vezeti el az elektróda.

Egy másik munka keretében egyik diákom anatómiai kísérleteket végzett. Egy kis lyukon át speciális festőanyagot fecskendezett különböző helyeken a mol-nárka lábába. Ez a festékanyag behatolt az idegszálakba, ahol továbbvándorolt. Így az idegszálak láthatóvá váltak mikroszkóp alatt. A lábban  kétfajta idegszál van. Az egyik impulzusokat vezet az érzéksejtektől a központi idegrendszerhez, a másik pedig, a központi idegrendszertől az izmokhoz. Tapasztalt kutatók egy idő után meg tudják különböztetni a két típust. A kísérletekben 10 különböző érző idegsejtet találtunk. Az idegszálak elágaznak a központi idegrendszer különböző részeiben (3. ábra). Azt reméltük, hogy a festék az érzéksejtek irányába is terjed, és így meg tudjuk állapítani, honnan, milyen típusú érzéksejtből is jönnek az im-pulzusok. Sajnos ez csak remény maradt, feltehetően amiatt, hogy a molnárkák lábai és az idegrostok távolabbi részei is nagyon vékonyak. Az a megfigyelés, hogy a lábból 10 különböző típusú érzéksejt küld jeleket a központi idegrendszer-hez nem feltétlenül jelenti azt, hogy mind a 10 fajta szerepet játszik a felületi hullámok segítségével történő tájékozódásban. Elképzelhető azonban, hogy ahhoz nemcsak az a két típus járul hozzá, melyeket elektrofiziológiai kísérletekben találtunk.

3. ábra. Érző idegsejtek, amelyek a molnárka középső lábából a központi idegrendszerhez vezetnek (oldalról és fölülről)

 Felvetődik az a kérdés is: mire használják a molnárkák a szemüket? Vannak utalások arra, hogy a zsákmányszerzésben is szerepük van, ha nincs is rájuk égetően nagy szükség. Az átmenetileg megvakított molnárkák is képesek egyenletes sebességgel haladni a felületi hullámok forrásához, de ha a zsákmány látható, akkor annál gyorsabban, minél messzebb van az. Elvben a felületi hullámok segítségével is érzékelni tudnák a távolságot, de ez sokkal nehezebb feladat lenne, mint az irány érzékelése. Erre – megfigyeléseink alapján – csak akkor képesek, ha a hullám forrása nincs távolabb 3-4 cm-nél. A látószervnek két másik magatartással kapcsolatban van fontos szerepe.

 Mint említettem, a molnárkák tavasszal hirtelen jelennek meg a vizeken. Honnan jönnek, és hova tűnnek el a nyár végén? Ha közeledik a tél,  elbújnak az avarban, mohában vagy más szerves anyagok alatt. Vajon hogyan élik át a telet, amikor a sejtekben lévő folyadék megfagy, és mint tudjuk, a jég ilyenkor kiterjed, ami miatt a sejtek szétpukkadhatnak? Úgy, hogy sejtjeik glicerint tárolnak, ugya-nazt az anyagot, amelyet az autómotorok hűtővizéhez is kevernek. A glicerin ugyan nem akadályozza meg a víz fagyását, de a glicerintartalmú megfagyott sejt-folyadék kevésbé terjed ki, mint a tiszta vízjég.
Amikor a tavaszi nap felmelegíti az állatokat, repülve kelnek útra vizet ke-resni. Feladatuk ilyenkor az, hogy megkülönböztessék a vízfelületeket a száraz-földtől. Azt kérdezhetnénk, hogy mi ebben a nehézség, hiszen látják, hogy száraz-föld vagy víz felett repülnek-e. Ne felejtsük azonban el, hogy a rovarok látószerve más mint a miénk. A molnárkák a fény polarizációját, azaz az elektromágneses hullámok rezgési síkját érzékelik, amire mi nem vagyunk képesek. Nos, a száraz-földről visszavert napfény polarizálatlan, a vízfelületről tükröződő fény ezzel szemben vízszintesen poláros, így tudják a vízfelületet a szárazföldtől megkülön-böztetni.

 Nemcsak a tavak felületén, hanem a patakok és folyók felszínén is megtalálhatók a molnárkák. Többnyire a part közelében, vagy más olyan helyen tartózkodnak, ahol a sodrás csekély, időnként azonban kiúsznak a gyors sodrású területekre is. Ennek megvan az az előnye, hogy ott azokat a rovarokat is elkaphatják, amelyek feljebb pottyantak a vízbe, hátránya viszont az, hogy közben esetleg ők is elsodródhatnak. A molnárkák azonban elsodródásukat kompenzálni  tudják, ha vannak látható tárgyak a környéken, sötétben viszont menthetetlenek. Ezeket a viszonyokat laboratóriumi körülmények között  egy mesterséges "patak" felületén vizsgáltuk. A partok fekete-fehér merőleges csíkokkal bevont szalagok voltak, amelyeket az áramlással párhuzamosan mozgatni is lehetett. Ha állt a szalag, akkor a molnárkák hagyták magukat olyan szakaszon át elsodorni, amit egy lábcsapással kompenzálni tudtak. Így egy kb. 10 cm-es távolságon belül mozogtak, és az átlagos tartózkodási helyük állandó volt. Ha nem folyt a víz, de mozgott a szalag, akkor azt hasonló módon követték. Ekkor a szalaghoz viszonyított közepes helyzetük maradt állandó. Ha folyt a víz, és a szalag ugyanazon irányba, a víznek megfelelő sebességgel mozgott, hagyták magukat elsodródni. A látószervnek tehát az elsodródás kompenzálásában is lényeges szerep jut. Álló vizeknél  kompenzálni kell az elsodródást, ha szeles az idő. Ehhez elég a molnárkának egy pontszerű fényforrás is a mesterséges patak felett, ahogyan azt megfigyeléseink is igazolták. Sodródáskor mindig úgy helyezkednek, hogy a fényforrás az összetett szemük adott ommatídiumának a látóterében maradjon. A kísérleteinkben a geometriai viszonyokat úgy választottuk meg, hogy a fényforrás csak akkor tűnjön el az ommatídium látóteréből, ha már a molnárka háromszor-négyszer annyira sodródott el, mint amennyit egy lábcsapással ki tudott egyenlíteni. Ebben az esetben a molnárka háromszor, négyszer ugrott egymás után, amíg a fényforrás újra az eredeti helyére nem került a látóterében.

 Mint már említettem, a molnárkákhoz hasonlóan viselkednek távoli roko-naik, a hanyattúszó vízipoloskák is. Utóbbiakat láthatjuk a mélyben is evezni, ahol szintén találnak zsákmányt, de többnyire a víz felületéhez támaszkodnak, és szintén a vízbe eső rovarokra várnak (2. ábra). A víz felületén nem kell kapasz-kodniuk, mert potrohuk szőrpárnájában  légbuborék van, ami testüket a vízfelület membránjához tapasztja. Szintén a felületi feszültség akadályozza meg, hogy a vízfelszínen áthatoljanak. Utóbbit időnként szándékosan csinálják, hogy levegőt tankoljanak. A tárolt levegőt lélegzésre is használják, ami miatt a buborékot fizikai tüdőnek nevezik.

 A keringőbogarak, ellentétben a molnárkákkal, apró csónakokként félig a vízbe merülnek, s ők is a vízbe merülő középső lábaikkal eveznek. Szemük oly módon duplázódott meg, hogy alsó szempárjukkal a vízbe néznek, míg a felsővel a levegőbe. Napközben rajokat alkotnak és az egyes állatok – a faj nevének megfelelően – folytonos keringő mozgásban vannak. Időnként előfordul, hogy egy bogár elillan a rajból, amit egy másik azonnal követ. Azt gondolhatnánk, hogy az üldöző vissza akarja hozni a szökevényt, de többnyire nászútról van szó, a szökevény nőstény, az üldöző pedig egy  hím. Ebben az esetben is fontos szerep jut a felületi hullámoknak, amelyeket a követett bogár gerjeszt. Az üldöző e hullámokat a vízfelszínt érintő csápjainak a tövén lévő mechanoreceptorokkal érzékeli. Keringő bogárrajokkal folyókon, patakokon is találkozhatunk, ahol az elsodródást látható tárgyak segítségével kompenzálják.

 A molnárkák és a hanyattúszók sokszor ugyanabban a biotópban fordulnak elő, legalábbis kora tavasszal. Feltűnt, hogy a molnárkák száma gyorsan csökken, mivel a hanyattúszók kedvenc zsákmányállatai. Hogy hogyan történik mindez, arról egy kísérlet során győződtünk meg. Közepes akváriumba egy hanyattúszót és 5-6 molnárkát tettünk. E mesterséges biotópnak voltak lapos partjai is, ahova a molnárkák kimenekülhettek. Videokamerával rögzítettük, amint a hanyattúszók a molnárkákra vadásztak, de a támadásoknak csak 2,2 %-ka volt eredményes, mert a molnárkák gyorsan a partra menekültek. Ha azonban egy tóban kb. 20 hanyattúszó van, és naponta mindegyik ötvenszer támad hasonló eredménnyel, akkor a molnárkáknak nem sok esélyük marad. Érdekes, hogy a hanyattúszók egy mozdulatlan molnárkát is megtámadnak, ha az nincs messzebb 10 cm-nél. Mozgó molnárka esetén a legnagyobb támadási távolság 28 cm volt. Az még nem tisztázott, hogyan veszik észre a molnárkák, hogy menekülniük kell. Feltehetőleg a támadó keltette felületi hullámok segítségével, s nem látás útján. Ha ez így van, akkor a molnárkák képesek megkülönböztetni e hullámokat azoktól, amelyeket a vízbe esett rovarok gerjesztenek. Ez nem lenne meglepő, hiszen van egy ausztráliai molnárka, amelyik a saját maga által keltett hullámok útján kommunikál fajtársaival. A hímek melső lábukkal egy vízi növényhez kapaszkodnak, középső lábukkal pedig periodikusan "dobolnak" a víz felületén. Ha a frekvencia 7-15 ütés másodpercenként, ezzel a nőstényeket tudják magukhoz csalogatni, ha viszont vetélytársak közelednek, akkor növelik a frekvenciát, amivel elzavarják a riválisokat.

 A hanyattúszó vízipoloskák és a molnárkák olykor kannibalizmusra is haj-lamosak, azaz, ha nincs más táplálékuk, akkor megeszik kisebb fajtársaikat. Ha négy-öt molnárkát vagy hanyattúszót akváriumba összezárunk és megvonjuk tőlük a táplálékot, egy hét után csak egyetlen példányt találunk élve, a többieknek a  kitinpáncélja lesz csak fellelhető. A hanyattúszók még az emberen is fájdalmas szúrásokat ejthetnek, Svájcban emiatt víziméheknek is nevezik őket.

 A molnárkákhoz hasonlóan vannak olyan pókok, amelyek a parton élnek, de időnként rámerészkednek a vízre is, hogy rovarokat vagy apróbb halakat zsák-mányoljanak onnan. Szintén a víz a felületi feszültségét használják ki. Mosószere-ink azonban erősen csökkentik a felületi feszültséget, ami miatt a molnárkák rögtön elsüllyednek. A víztaposó poloskák között vannak olyanok, amelyek ha táma-dás éri őket,  felületaktív folyadékot fecskendeznek a víz felületére. E folyadék gyorsan szétterjedve vékony réteget alkot, melynek széle odébbtolja a víztaposót. Ha a támadó mégis üldözni akarná, akkor át kellene hatolnia ezen a szőnyegen, és elsüllyedne.