Svatojánský brouček očima světelného technika
29. 8. 2017 | Ing. Petr Kadlec | Foxtron s. r. o. | www.foxtron.cz
„Hele, támhle letí přírodní bodový světelný zdroj!“ zvolá nadšeně světelný technik při pohledu na svatojánského broučka hledajícího za vlahé letní noci vhodný objekt k páření.
Jaké jsou asi jeho parametry? Jak a proč vlastně svítí? Tak takhle nějak vznikl námět na následující článek při večerní procházce krajinou nedaleko Chrástu u Plzně. Pokusím se v něm na některé otázky odpovědět. Ze všech informací vyplývá, že světlušky zkoumali pouze přírodovědci a návštěva moderní laboratoře světelné techniky je teprve čeká.
Obr. 1. Světluška Photinus pyralis, Severní Amerika
(www.ireceptar.cz/res/archive/187/022410.jpg?seek=1340382401)
Nebudu čtenáře unavovat podrobnými latinskými názvy ani řazením do kmenů, podkmenů, tříd, podtříd, řádů, podřádů, nadčeledí, čeledí a podčeledí, jenom připomenu, že světluškovitých je známo asi 2 000 druhů. U nás se vyskytují tři. Nejrozšířenější je světluška menší, zvaná též svítilka třpytivá. Když tedy uvidíte létající světelné zdroje, budou to nejspíš samečci tohoto druhu.
Proč svítí
Samičky totiž létat nemohou, nemají křídla. Svítit ale umějí dokonce intenzivněji než samečci. Světlušky se začínají objevovat za teplých červnových nocí kolem svatého Jana (24. 6.) a je možné je spatřit do srpna. Svým svitem od setmění až do jedné hodiny ranní lákají samečky k páření do trávy. Jakmile sameček přiletí, cudně zhasnou. Důvod svitu dospělých jedinců je tedy zřejmý. Proč ale svítí i jejich larvy? Zde je důvod právě opačný. Larvám světélkování pravděpodobně slouží jako aposematické zbarvení, upozorňující predátory na to, že obsahují nechutné a toxické lucibufaginy.
Obr. 2. Světluška Photinus carolinus, národní park Great Smoky Mountains, je jediný druh v Severní Americe se společnou choreografií; na obrázku je dobře vidět čárkovaná stopa způsobená pravidelným blikáním letícího jedince
(foto: Floris Van Breugel/nature picture library/getty images)
Čím svítí
Připomeňme, že luminiscence je děj, při němž dochází k samovolnému záření hmoty nad úrovní jejího tepelného záření. Vzniká jako následek předchozí excitace atomů, ve kterých se elektrony vracejí na původní nižší energetickou hladinu. Přebytečná energie je vyzářena ve formě fotonů. Jednou z forem luminiscence je luminiscence živých organismů nazývaná bioluminiscence.
Světlušky mají pod průhlednou pokožkou na bříšku speciální buňky, ve kterých je látka zvaná luciferin. K ní přivádějí trubičkou v bříšku kyslík a za podpory enzymu luciferáza vzniká molekula oxyluciferin a uvolňují se fotony. Buňky navíc obsahují krystalky kyseliny močové, které zvyšují účinnost vyzařování světelného záření z bříška do okolního prostoru.
Když se cítí světlušky ohroženy, zastaví přívod kyslíku do chemické reakce a zhasnou.
Jak svítí
Zajímavý je údaj související s účinností „výroby“ světelného záření. Různé zdroje uvádějí, že ve formě tepla unikne světluškám pouze 2 až 10 % energie. Tady se zdá, že se má lidstvo od přírody ještě co učit. Není divu, že světlušky šetří energií. Většinu svého života (jeden až dva roky) stráví ve formě larvy. Energii jim zajišťuje přísun potravy (žerou např. slimáky a červy). Jakmile se však přemění v dospělé jedince, přestávají přijímat potravu a žijí jen z nashromážděné energie. Z pohledu technika tedy jde o létající světelný zdroj s akumulátorem. Proto si také samičky mohou dovolit více svíticích buněk, sameček spotřebuje část energie na létání. Životnost světelného zdroje je pouhých několik dní. „Světlušáci“ šetří spotřebu blikáním, kdy za letu chvíli svítí a chvíli letí potmě. Některé druhy dokážou toto blikání hromadně synchronizovat. Vznikají tak úžasná světelná představení, na která se pořádají zájezdy (spíš nájezdy). Na internetu jsou k vidění videozáznamy z těchto akcí, např. video z národního parku Great Smoky Mountains, ležícího mezi Severní Karolínou a Tennessee v USA. Co se týče parametrů spektra světelného zdroje světlušek:
– neobsahuje infračervenou ani ultrafialovou složku,
– evropské druhy světlušek vyzařují žlutozelené, některé tropické druhy světle červené světlo,
– rozsah vlnových délek vyzařovaného světelného záření je 510 až 670 nm.
Obr. 3. Spektrum světla světlušek
Při porovnání světelného toku průměrného jedince druhu Photinus pyralis, který je nejrozšířenější světluškou v Severní Americe (0,325 lm), se světelným tokem svíčky (13 lm) nebo 60W žárovky (740 lm) je zřejmé, že pro náhradu svíčky by bylo zapotřebí 40 světlušek a pro náhradu žárovky dokonce 2 277 jedinců. To platí za předpokladu, že všichni jedinci svítí současně. Tuto představu lze posunout ještě dále. Světlušky v takovém množství nemohou svítit v jednom chumlu. Ty blíže povrchu by totiž absorbovaly značnou část svítivosti světlušek uprostřed. Pro představu je tedy všechny umístěme na povrch pomyslné koule. Světluška vybraného druhu zabírá místo přibližně 0,8 cm2. Světlušky tudíž vytvoří kouli s povrchem 2 277 × 0,8 cm2 = 1 820 cm2. Ze vzorce pro povrch koule: S = πd2 se snadno určí, jaký průměr by daná koule měla:
po dosazení 
a výpočtu d = 24 cm. A to je přibližně velikost fotbalového míče. Při úvaze, že sameček za letu 0,5 s svítí a 4 s nesvítí, je pro náhradu žárovky v příkladu třeba osmkrát tolik jedinců. A to už by vznikl „světluškoid“ velikosti gymnastického míče s průměrem 68 cm.
Obr. 4. Broučci
(http://img.ceskatelevize.cz/program/porady/1003493802/foto/3.jpg)
… a pohádky není konec
Informace o tom, že svatojánští broučci nepřezimují v chaloupce, jak v knížce Broučci píše poeticky Jan Karafiát, ale přezimují ve stadiu larvy, mě trochu rozhodila, ale pohádku jsem nezavrhl. Budu ji číst i svým vnoučatům a ještě přidám informaci, že broučkům nesvědčí silné umělé osvětlení, přestože mají oči směřující dolů a široký štít, který je chrání před oslněním shora.
Hezké léto.
Vyšlo v časopise Světlo č. 4/2017 na straně 8.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.