3-D-Filme aus dem Flugapparat von Fliegen

29. März 2014, 17:58
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Forscher erstellten mittels Röntgenlicht aus einem Teilchenbeschleuniger Aufnahmen der Flugmuskeln von Fliegen in 3-D

Oxford - Es gibt drei Horrorfilme mit dem Titel "Die Fliege". Eher nach Science-Fiction klingt, was einem Forscherteam der Oxford University, des Imperial College in London und des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) in der Schweiz gelungen ist: Man entwickelte ein Aufnahmeverfahren, mit dem das Innere von fliegenden Schmeißfliegen in 3-D gefilmt werden konnte. Die Filme und der Begleittext im Fachblatt "PLOS Biology" gewähren erstaunliche Einblicke in das Innere eines der komplexesten Mechanismen der Natur und zeigen, dass Strukturverformungen entscheidend dafür sind, wie eine Fliege ihren Flügelschlag steuert.

Video: Three-dimensional visualization of the insect thorax

Allein die Frequenz ist beeindruckend: Während ein Mensch blinzelt, kann die Schmeißfliege 50-mal mit ihren Flügeln schlagen und dabei jeden einzelnen Flügelschlag mit zahlreichen winzigen Steuermuskeln kontrollieren. Die membranartigen Flügel selbst besitzen keine Muskeln - alle Flugmuskeln befinden sich im Brustkorb. "Das Gewebe im Brustkorb der Fliege lässt kein sichtbares Licht durch, kann aber mit Röntgenstrahlen durchleuchtet werden", erklärt Rajmund Mokso vom PSI. Die Forscher fertigten in einem speziellen Versuchsaufbau für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen einzelne zweidimensionale Röntgenaufnahmen an, auf denen die Flugmuskulatur in allen Phasen des Flügelschlags aus mehreren Blickwinkeln zu sehen war.

Video: Three-dimensional visualization of the insect thorax

"Die Steuermuskeln machen weniger als drei Prozent der Gesamtmasse der Flugmuskulatur einer Fliege aus", erklärt Graham Taylor, der die Studie in Oxford leitete. "Daher war es eine der Kernfragen, wie die Steuermuskeln die Leistung der viel größeren Kraftmuskeln beeinflussen können." Diese Kraftmuskeln arbeiten symmetrisch, jedoch kann die Fliege bei jedem Flügel – durch den Wechsel zwischen verschiedenen Schwingungsarten – Kraft in einen auf die Absorption mechanischer Energie spezialisierten Steuermuskel umleiten. Das Ergebnis sei ähnlich wie die Wirkung einer Gangschaltung beim Auto, die beim Herunterschalten eine Bremswirkung erzielt, so Taylor.

Video: Three-dimensional visualizations of the external movement of the thorax

Die Forscher hoffen nun, diese Erkenntnisse für den Entwurf neuer mikromechanischer Geräte nutzen zu können. "Die Fliegen haben hier ein Problem gelöst, vor dem auch Ingenieure stehen", so Taylor: "Wie werden verhältnismäßig große, komplexe Bewegungen in drei Dimensionen mit mechanischen Komponenten generiert, die eigentlich nur kleine, einfache Bewegungen im Eindimensionalen erzeugen können?" Die Antwort darauf liegt im Design des Flugmotors der Schmeißfliege. (red, derStandard.at, 29.3.2014)

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