Gooi een esdoornzaadje in de lucht en het komt met een sierlijke en snelle draaibeweging naar beneden. Niet voor niets heten de zaden ‘helikopters’. De wiekende vleugels lijken sprekend op die van het gelijknamige voertuig. Bijna ieder kind heeft vroeger met deze zaden gespeeld.

“Ook ik heb er mee gespeeld”, vertelt David Lentink vanuit Boston (VS) waar hij aan de Harvard universiteit werkt. “De afgelopen drie jaar heb ik er zelfs voortdurend mee gespeeld. Elk exemplaar dat ik vond, gooide ik in de lucht om te kijken hoe het vloog.”

Luchtreis
Esdoornsbomen zijn pioniers. Ze groeien het liefst op open plekken. Voor de succesvolle verspreiding van hun zaden zijn ze voornamelijk aangewezen op de wind. Om een lekker verre reis door de lucht te kunnen maken, hebben zaden speciale jassen: van pluis, met parachute, afgeplatte varianten of met vleugels.

Lentink en zijn Amerikaanse collega-biologen ontdekten dat gevleugelde zaden, zoals de helikopterzaden, vliegen als zwevende insecten, vleermuizen en vogels. Ze gebruiken dezelfde aerodynamische trucs. Dat nieuws is goed voor het coververhaal in het vakblad Science van deze week. Sterker: nog niet gepubliceerd vervolgonderzoek laat zien dat zaden het zelfs béter doen. Het zijn meesters in de vliegkunst.

Minitornado
Van helikopters is bekend dat ze – eenmaal door de wind gegrepen – gigantisch ver kunnen vliegen. Soms wel kilometers. Hoe doet zo’n klein zaadje dat?, vroeg de bioloog zich af.

Uit zijn onderzoek blijkt nu dat door de draaiing van het helikopterzaadje er een kleine wervelwind, de zogeheten leading edge vortex, op de vleugel ontstaat. Die minitornado zorgt voor een onderdruk aan de bovenkant van de vleugel waardoor het zaad als het ware naar boven gezogen wordt. De ontdekking laat ook zien dat zowel zaden als zwevende insecten, vleermuizen als ook vogels dezelfde aerodynamische oplossing gevonden hebben om beter te kunnen vliegen. Convergente evolutie heet dat.

Lentink wist de wervelingen op video vast te leggen door in het lab van de bekende Amerikaanse insectendeskundige Michael Dickinson een zelfgemaakte helikoptervleugel aan een robotarm in een met glazen bolletjes gevulde olietank te laten ronddraaien. De krachten die op de vleugel speelden, waren vergelijkbaar met die in de natuurlijke situatie.

“Maar om echt indruk op de Science-redactie te maken, moesten we de vortex ook bij échte zaden aantonen”, aldus de bioloog. Dat was nog niet makkelijk. In een lab in Wageningen liet hij helikopters door een verticale windtunnel met rook dwarrelen. “Ik heb nachten aan de opstelling gesleuteld”, klinkt het enthousiast. “Uiteindelijk wist ik met de allergevoeligste camera en de allersterkste laser die we hadden, de wervelwinden van rook bij 32 zaden op film (zie hier beneden) vast te leggen.”

Slimme parachute
Lentink gaat in één adem door. “En dan wil je natuurlijk weten: wat hebben we eraan? Denk aan microhelikopters. Denk ook aan slimmere parachutes. Niet alleen om mensen aan te hangen, maar ook ruimtesondes. Wanneer die dan al draaiend langzaam door de atmosfeer van een andere planeet dalen, kunnen camera’s aan boord perfecte 360 graden opnames maken.”

Maar waarom esdoornzaad bestuderen als we het vortexprincipe al uit de insectenwereld kennen? “Ha!”, lacht Lentink. “Nu wordt het interessant! We hadden sterke aanwijzingen dat gevleugelde zaden béter vliegen dan zwevende insecten, vleermuizen of vogels.”

Zo blijkt uit vervolgonderzoek dat draaiing van de vleugel alleen voldoende is om te kunnen vliegen. Het helikopterzaad maakt daar handig gebruik van. “Een vogel bijvoorbeeld moet met spieren zijn vleugels in beweging zetten. De anatomische bouw van het dier verhindert dat de vleugels kunnen draaien. Het flappert de vleugels op en neer. Dat kost veel energie en is minder efficiënt. Die ontdekking verschijnt over een dikke maand in het Journal of Experimental Biology.”

Lentink is gefascineerd door de kunst van het vliegen. Dat mag duidelijk zijn. “We zijn nog lang niet klaar met het onderzoek naar vliegende soorten. We beginnen pas.” Volgend project? Een papegaai door een windtunnel laten vliegen.

Frederique Melman

Lentink, Dickson, Van Leeuwen en Dickinson, "Leading-Edge Vortices Elevate Lift of Autorotating Plant Seeds", Science, 12 juni 2009.