Bemalte Bienen auf dem Prüfstand

News: Bemalte Bienen auf dem Prüfstand

Glaubt man den Gesetzen der Aerodynamik, können Hummeln - eigentlich - nicht fliegen. Doch die Realität belehrt uns eines Besseren. Das aktive Flattern ist nämlich nur zu einem geringen Teil für den Auftrieb verantwortlich, gleichzeitig sorgt dafür auch ein zylinderförmiger Wirbel an der Vorderseite der Flügel. Aber diese Erkenntnis ist einigen Wissenschaftlern nicht genug. Sie wollen eine 'Karte' erstellen, auf der genau verzeichnet ist, welche Kräfte auf einen Insektenflügel im Flug wirken. Doch ganz so einfach ist das Vorhaben nicht. Schon die Suche nach einem geeigneten Farbstoff zur Markierung hat ihre Tücken.

Nicht nur der Flug von Hummeln gab und gibt uns Rätsel auf. Lange Zeit wußte man auch nicht, was Libellen so schnell und wendig macht, und wieso sie in der Luft stehenbleiben können. Erst vor kurzem fanden Wissenschaftler heraus, dass diese Fähigkeiten von der Beschaffenheit der Flügel abhängen. Einzelne Verbindungen in den Kreuzungen des Adergerüsts ihrer Flügel bestehen aus Resilin, einem Protein, das sich wie Gummi verhält.

Insekten sind die geschicktesten und flexibelsten Flieger. Viele von ihnen können schweben, Loopings machen und haben einen Wendekreis, der ihrer eigenen Körperlänge entspricht. Theoretisch sollten sie gar nicht in der Lage sein, den Boden zu verlassen. Aber sie können es doch! Mit den Gesetzen der Aerodynamik lassen sich zwar die Eigenschaften von steifen Tragflächen sehr leicht erklären. Insektenflügel hingegen flattern und sind biegsam, daher ist es um einiges aufwendiger, den Luftstrom an ihnen zu bestimmen. Wissenschaftler haben eine ganze Reihe verschiedener Methoden angewendet, um diesem Geheimnis auf die Spur zu kommen. In den meisten Versuchen haben sie jedoch die Flügel steif dargestellt und die Kräfte nicht berücksichtigt, die darauf einwirkten. Vielleicht kann ein Farbstoff, der auf Veränderungen des Luftdrucks reagiert, Licht ins Dunkel bringen, überlegten sich James B. Callis und sein Team von der University of Washington.

In den frühen 90er Jahren haben die Chemiker eine Farbe entwickelt, mit der sich feststellen läßt, welche Kräfte auf Flugzeugtragflächen wirken. Diese besteht aus dem chemischen Farbstoff, einem Porphyrin-Platin-Komplex, der bei Beleuchtung mit ultraviolettem Licht rot phosphorisziert. Sauerstoff in der Luft vermindert das Leuchten. Die Punkte auf den Flügeln, die den höchsten Luftdruck erfahren, phosphoreszieren am wenigsten, weil sich mehr Sauerstoffmoleküle in dichterer Luft befinden.

Callis und seine Mitarbeiter versuchten, mit diesem Farbstoff mehr über den Flug von Honigbienen herauszufinden. Es dauerte jedoch nicht lange, bis das erste Problem auftauchte. Die Farbe machte die Flügel der Honigbienen schwer und steif, sodass sie diesmal wirklich nicht vom Boden hochkamen. Die Forschergruppe stellte eine neue Farbe zusammen, deren Lösungsmittel sehr viele Bienen umbrachte. Als beste Lösung bot sich schließlich eine Mischung des fluoreszierenden Farbstoffs in einer bienenwachshaltigen Flüssigkeit an. Diese Farbe tragen die Wissenschaftler auf die Flügel der narkotisierten Tiere auf. Und wirklich können fast alle Bienen nach dem Aufwachen auch wieder fliegen.

Damit hatte das Forscherteam die erste Hürde überwunden. Doch die zweite folgte sogleich. Die Frage war, ob die Farbe die Bienen nicht trotzdem beeinträchtigt, auch wenn sie noch fliegen können. Um diesen Einwand zu überprüfen, starten die Wissenschaftler demnächst einen weitereren Versuch. Sie wollen eine "bemalte" Biene auf die Spitze einer Kanüle kleben, die an einem beweglichen Ständer angebracht ist. Auf diesen ist ein Laser gerichtet, dessen Reflektionswinkel anzeigt, welchen Zug und Druck die Biene durch das Schlagen ihrer Flügel ausübt. Wenn die gleichen Kräfte auch bei "unbemalten" Bienen wirken, dann beeinträchtigt die Farbe offensichtlich nicht ihr Flugverhalten. Michael H. Dickinson von der University of California in Berkeley sagt zu diesem Versuch, der seine Zweifel widerlegen soll: "So skeptisch ich auch sein mag, hoffe ich natürlich, dass es funktioniert".

Zusätzlich zu den Experimenten führt das Team auch noch Simulationen am Computer durch. An einem zweidimensionalen Modell eines Insektenflügels konnten sie zeigen, dass die beim Aufwärtsschlag erzeugten Luftwirbel tatsächlich zum Auftrieb während des Abwärtsschlagens beitragen. Dieses Ergebnis wollen die Wissenschaftler an den "real" bemalten Bienen überprüfen.

Das eigentliche Ziel der Arbeit ist eine vollständige Beschreibung des Insektenflugs. Die geplante "Flügelkarte" soll dann alle Kräfte, die auf die Flügel einwirken, und die dazugehörigen Gegenkräfte beschreiben. Damit zu guter Letzt alle Wissenschaftler beruhigt den Hummeln und den Bienen bei ihrem Flug über bunte Sommerwiesen zuschauen können.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 15.12.1999
"'Gummi-Protein' macht Libellenflügel kunstflugtauglich"
Spektrum Ticker vom 21.5.1998
"Erst Aufwärmen, dann Abheben"
Spektrum Ticker vom 23.6.1999
"Wie Fliegen fliegen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 14.7.1999
"Hummeln auf Kurs"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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