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Insektenflug: Wie ein Zwergkäfer die Aerodynamik austrickst

Dieser winzige Käfer fliegt viel schneller, als er bei seiner Körpergröße eigentlich sollte. Besondere Flügel und ein bisher noch nie gesehenes Schlagmuster machen das möglich.
Der Käfer Paratuposa placentis.

Bei fliegenden Tieren hängt die Geschwindigkeit von der Größe ab. Ein Marienkäfer zum Beispiel ist langsamer als ein Gänsegeier. Einerseits schrumpft mit steigender Größe die bremsende Oberfläche relativ zur Körpermasse, andererseits können große Flügel auch mehr Schub erzeugen. Sehr kleine Tiere haben sogar ein zusätzliches Problem: Wenn man weniger als einen halben Millimeter groß ist wie der Zwergkäfer Paratuposa placentis, beginnt die Zähigkeit der Luft sich bemerkbar zu machen. Doch tatsächlich bremst das Paratuposa überhaupt nicht. Das kleine Insekt fliegt sogar schneller, als seine Körpergröße erlaubt. Seine Geschwindigkeit passt eher zu einem dreimal so großen Tier.

Fachleute um Alexei A. Polilow von der Lomonossow-Universität in Moskau haben nun im Detail untersucht, wie der winzige Zwergkäfer die Gesetze der Aerodynamik unterläuft. Wie die Arbeitsgruppe in »Nature« berichtet, hilft ihm die merkliche Zähigkeit der Luft auf seiner Größenskala sogar. Sie nämlich gestattet ihm eine Flügelform, die bei einem Gänsegeier garantiert nicht funktionieren würde. Statt einer Flügelmembran nutzt Paratuposa placentis einen gebogenen Stab, von dem rundum feine Borsten abgehen. Das Konstrukt ähnelt einer Mischung aus Staubwedel und Daunenfeder. Doch das allein erklärt nicht die außergewöhnliche Flugleistung des Zwergkäfers. Viele sehr kleine Käfer haben solche fiedrigen Flügel.

Zwergkäfer im Flug
Diese Hochgeschwindigkeitsaufnahme verdeutlicht den besonderen Schlagzyklus der Zwergkäfer, hier die Art Acrotrichis sericans, die ähnlich fliegt wie Paratuposa placentis.

Um herauszufinden, wie der kleine Käfer seine Flügel nutzt, zeichnete das Team um Polilow seine Flügelschläge mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Dabei stellte sich heraus, dass der superschnelle Paratuposa einen zuvor noch nie beobachteten Flügelschlag durchführt. Jeder Schlagzyklus nämlich besteht aus vier Flügelschlägen, bei denen sich der Flügel entlang einer liegenden Acht bewegt. An beiden Enden der Acht erzeugt je ein starker Abwärtsschlag Auftrieb, auf den jeweils ein langsamer diagonaler Aufwärtsschlag zum Startpunkt des nächsten Abwärtsschlags folgt.

Die Arbeitsgruppe modellierte anschließend die Luftströmungen um die Flügel sowie die Bewegungen und Kräfte, die im Lauf des neuartigen Flügelschlags auftraten. Ihr Ergebnis zeige, dass die besondere Bewegungsabfolge die Muskelkraft besser innerhalb des Schlagzyklus verteilt und den Flug effizienter macht, berichtet sie. Möglich sei dieser komplexe Schlagzyklus vermutlich nur mit den leichten Federflügeln des Insekts – Membranflügel wären wohl schlicht zu schwer. Die Ergebnisse des Teams legen nahe, dass einerseits der besonders leichte Flügel, andererseits der durch ihn ermöglichte besondere Schlagzyklus Paratuposa placentis dazu befähigt, mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit und Beschleunigung zu fliegen.

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