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Freitag, 27.05.2016
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Warum Mücken über das Wasser gehen können

Flexible Füße erweisen sich als erstaunlich auftriebsstark

Schwebende Füße: Wenn Stechmücken ihre Eier ins Wasser ablegen, laufen und stehen sie scheinbar mühelos auf der Wasseroberfläche. Wie ihnen das gelingt, haben Forscher nun herausgefunden: Ihre Füße allein erzeugen so viel Auftrieb, dass die das 20-Fache der Mücke tragen könnten. Gleichzeitig erlauben sie dem Insekt, ohne viel Kraftaufwand vom Wasser aus loszufliegen – eine überlebenswichtige Fähigkeit.
Eine Stechmücke steht auf der Wasseroberfläche

Eine Stechmücke steht auf der Wasseroberfläche

Wasserläufer tun es, einige Wasserspinnen und auch Feuerameisen: Sie alle laufen über das Wasser ohne einzusinken. Ihre verlängerten Beine, besetzt mit wasserabweisenden Härchen oder Schuppen, verteilen ihr Gewicht und helfen ihnen dabei, auf dem Oberflächenhäutchen des Wassers zu bleiben, ohne es zu durchbohren. Auch Stechmücken haben besonders lange, dünne Beine, wenn sie jedoch auf dem Wasser stehen, berühren meist nur ihre Füße die Oberfläche – nach gängiger Theorie zu wenig, um das Tier zu tragen.

Auf die Länge kommt es nicht an


Jianlin Liu von der China University of Petroleum in Qingdao und seine Kollegen haben nun genauer untersucht, warum die Stechmücken trotzdem nicht untergehen. Ihre Hypothese: Auch wenn die Mückenbeine komplett mit wasserabweisenden Schuppen bedeckt sind – das Geheimnis muss im Mückenfuß liegen. In ihren Experimenten ermittelten sie gezielt den Auftrieb, den der Mückenfuß allein erzeugt und auch, welche Position und Struktur dafür am günstigsten ist.

Das Ergebnis war erstaunlich: Der Mückenfuß allein erzeugt einen Auftrieb, der ausreicht um das Gewicht des Insekts 20 Mal zu tragen. Der Rest des Beins vergrößert diese Tragkraft dagegen nur auf das 23-Fache – als kaum mehr. "Dies widerlegt die gängige Ansicht, nach der ein Mückenbein umso mehr Auftrieb erzeugt, je länger es ist", sagt Liu. "Wie der Fuß aber auf einer so kurzen Länge eine so große Tragkraft erreichen kann ist verblüffend."


Flexibilität ist Trumpf


Um herauszufinden, warum das so ist, testeten sie mit Hilfe von unterschiedlich steifen Modellen, welche Rolle die Flexibilität des Mückenfußes und dessen Auflagewinkel auf der Wasseroberfläche für dessen Auftrieb spielt. Und tatsächlich: Die im Vergleich zu den restlichen Beingliedern sehr große Biegsamkeit des Fußes spielt eine entscheidende Rolle. Denn dadurch passt sich der Fuß optimal an die Form der Delle in der Wasseroberfläche an – und das verhindert ein Durchbohren des Oberflächenhäutchens.

Die lange Beine der Mücke haben aber dennoch eine wichtige Aufgabe: Denn mit ihnen stellt das Insekt sicher, dass ihr Fuß in genau dem richtigen Winkel auf der Wasseroberfläche steht. Denn nur wenn er sehr flach aufliegt, erzeugt er ausreichend Auftrieb. Und sie hat noch Reserven: ist es stürmisch oder die Wasseroberfläche aus anderen Gründen sehr unruhig, kann sie noch zusätzlich ihren Unterschenkel als Stabilisator nutzen.

Schnelleres Abheben


Und auch, warum die Mücke im Gegensatz zum Wasserläufer nicht ihr gesamtes Bein als Schwimmkörper nutzt, erscheint logisch: Würde sie das tun, hätte sie Schwierigkeiten, beim Starten schnell von der Wasseroberfläche wegzukommen – Adhäsionskräfte kleben die Beine am Oberflächenhäutchen fest. Liegt nur der Fuß auf, ist diese Klebkraft geringer und die Mücke benötigt weniger Kraft, um vom Wasser aus direkt abzuheben. (AIP Advances, 2015; doi: 10.1063/1.4908027)
(American Institute of Physics (AIP), 04.03.2015 - NPO)