Freitag, 13. September 2013

Forscher entdecken natürliches Zahnradgetriebe im Chitin-Skelett von Zikaden


Die biologischen Zahnradbögen an den Hinterbeinen von Käferzikaden-Nymphen unter dem Elektronenmikroskop. | Copyright: Malcom Burrows

Cambridge (England) - Es braucht nicht viel Fantasie, um angesichts dieser Elektronenmikroskopaufnahme, ein hochpräzises mechanisch gefertigtes Miniatur-Zahnradwerk zu vermuten. Allerdings wurde dieses Miniaturmeisterwerk nicht von Menschen erschaffen und auch nicht bei einem urzeitlichen Besuch von Außerirdischen auf der Erde hinterlassen. Britische Biologen entdeckten das funktionierendes Zahnradgetriebe bei einer Untersuchung des winzigen Chitinskeletts von europäischen Käferzikaden. Hier löst es ein komplexes Problem, das vom Gehirn und Nervensystem der Insekten nicht gelöst werden kann.

Wie die Forscher um den Zoologen Malcolm Burrows von der Cambridge University und Gregory Sutton von der University of Bristol aktuell im Fachjournal "Science" (
DOI: 10.1126/science.1240284) berichten, benutzen junge Käferzikaden (Issus coleoptratus), sogenannte Nymphen, das Zahnradsystem, um beim Springen die Bewegung ihrer Hinterbeine zu synchronisieren.

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Die Entdeckung zeige, dass selbst Mechanismen, die bislang als rein menschliche Erfindung galten, von der Natur schon lange zuvor erdacht wurden. Die Zahnräder der Käferzikaden bezeichnen die Wissenschaftler denn auch als "das erste mechanischen Getriebe in einer biologischen Struktur."



Gesamtansicht des Zahnradgetriebes der Käferzikade. | Copyright: Malcom Burrows

Die Bio-Zahnräder verbinden demnach die beiden Hinterbeine an deren Sprungbeinansatz miteinander. Anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen können die Forscher zeigen, dass bei jedem Absprung der Zikaden-Nymphen bis zu 12 Zähne gegen- bzw. ineinander abrollen und so die beiden Beine nahezu perfekt miteinander synchronisieren.


"Wäre dieser Mechanismus nicht, der die Beine auf 30 Mikrosekunden genau miteinander abstimmt, so könnten sich die jungen Zikaden nur völlig unkontrolliert fortbewegen. Eine solche Präzision könnte das Nervensystem der Tiere gar nicht leisten.", so die Forscher.



Eine Nymphe der Käferzikade. | Copyright: Malcom Burrows

Bei älteren Zikaden ist der Bio-Mechanismus nicht mehr zu finden ist, vermuten die Biologen, dass diese Mechanik die einen schiefen Absprung verhindernde Koordination übernimmt, wie sie das Hirn bzw. das Nervensystem der Käferzikaden-Nymphen noch nicht leisten könne.


Genau wie etwa bei den Zahnradkrank von Fahrrädern ist auch die Basis der Zahnradbögen der Zikaden-Zahnräder abgerundet und verhindert somit ein Abbrechen der Zähnchen bei zu hoher Beanspruchung. Bei ausgewachsenen Tieren sei das Nachwachsen abgebrochener Zahnradzapfen im nun verhärteten Chitinpanzers nicht mehr möglich, wodurch der Mechanismus bei möglichen Schäden schnell unwirksam bis hinderlich werde.


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Quelle: cam.ac.uk
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