Persamaan Universal Menghubungkan Kepakan Sayap Paus dengan Nyamuk

Para peneliti dari Universitas Roskilde di Denmark telah mengembangkan persamaan universal yang secara efektif dapat memprediksi frekuensi kepakan sayap dan sapuan sirip yang dilakukan burung, serangga, kelelawar, dan paus. Penelitian inovatif ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal PLOS SATU.

Kemampuan terbang telah berevolusi secara independen pada berbagai kelompok hewan. Para ahli biologi berteori bahwa untuk meminimalkan pengeluaran energi selama penerbangan, frekuensi resonansi alami sayap harus menentukan frekuensi kepakan sayap. Namun, menemukan deskripsi matematis universal tentang penerbangan mengepak terbukti sulit.

Dalam studinya, para peneliti menggunakan analisis dimensi untuk menghitung persamaan yang menggambarkan frekuensi kepakan sayap burung terbang, serangga, dan kelelawar, serta sapuan sirip hewan menyelam, termasuk penguin dan paus.

Validasi Empiris Persamaan Universal

Para peneliti menemukan bahwa hewan yang terbang dan menyelam mengepakkan sayap atau siripnya dengan frekuensi yang sebanding dengan akar kuadrat massa tubuhnya dibagi luas sayap. Mereka mengujinya ketepatan persamaan tersebut dengan memplot prediksinya berdasarkan data yang dipublikasikan mengenai frekuensi kepakan sayap lebah, ngengat, capung, kumbang, nyamuk, kelelawar, dan burung dengan ukuran mulai dari burung kolibri hingga angsa.

Perbandingan Lintas Spesies dan Wawasan Sejarah

Mereka juga membandingkan prediksi persamaan tersebut dengan data yang dipublikasikan mengenai frekuensi guratan sirip penguin dan beberapa penguin lainnya jenis paus, termasuk paus bungkuk dan paus hidung botol utara. Hubungan antara massa tubuh, luas sayap, dan frekuensi kepakan sayap menunjukkan sedikit variasi pada hewan terbang dan menyelam, meskipun ada perbedaan besar dalam ukuran tubuh, bentuk sayap, dan sejarah evolusinya.

Selain itu, para peneliti menunjukkan bagaimana persamaan mereka dapat memberikan wawasan tentang frekuensi kepakan sayap spesies yang punah. Dengan menggunakan persamaan mereka, para peneliti memperkirakan bahwa pterosaurus Quetzalcoatlus northropi yang telah punah, hewan terbang terbesar yang diketahui, mengepakkan sayapnya yang berukuran 10 meter persegi pada frekuensi 0,7 hertz.

Implikasi terhadap Biologi dan Teknologi Masa Depan

Studi tersebut menunjukkan bahwa meskipun terdapat perbedaan fisik yang sangat besar, hewan seperti kupu-kupu dan kelelawar telah mengembangkan hubungan yang relatif konstan antara massa tubuh, luas sayap, dan frekuensi kepakan sayap. Para peneliti mencatat bahwa untuk hewan yang berenang mereka tidak menemukan publikasi dengan semua informasi yang diperlukan; data dari berbagai publikasi dikumpulkan untuk membuat perbandingan, dan dalam beberapa kasus, kepadatan hewan diperkirakan berdasarkan informasi lain. Selain itu, hewan yang sangat kecil – lebih kecil dari yang pernah ditemukan – kemungkinan besar tidak cocok dengan persamaan tersebut, karena fisika dinamika fluida berubah dalam skala yang sangat kecil. Hal ini dapat berdampak pada masa depan bagi robot nano yang bisa terbang. Para penulis mengatakan bahwa persamaan tersebut adalah penjelasan matematis paling sederhana yang secara akurat menggambarkan kepakan sayap dan guratan sirip di seluruh dunia hewan.

Penulis menambahkan: “Frekuensi kepakan sayap/sirip berbeda hampir 10.000 faktor, data untuk 414 hewan mulai dari paus biru hingga nyamuk berada pada jalur yang sama. Sebagai fisikawan, kami terkejut melihat seberapa baik prediksi sederhana kami mengenai formula kepakan sayap dapat diterapkan pada kumpulan hewan yang begitu beragam.”

Referensi: “Penskalaan frekuensi ketukan sayap dan sirip universal” oleh Jens Højgaard Jensen, Jeppe C. Dyre dan Tina Hecksher, 5 Juni 2024, PLOS SATU.
DOI: 10.1371/jurnal.pone.0303834

Pendanaan: Penelitian ini didukung oleh hibah Materi VILLUM Foundation VIL16515.