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Donnerstag, 30.03.2017
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Käfer: Fließende Füße als Klebstoff

Warum Insekten an der Decke laufen können

„Fließende“ Härchen an den Füßen ermöglichen es Käfern, an der Decke zu laufen. Das haben Bochumer Forscher jetzt mittels Röntgenmikroskopie erstmals live beobachten können. Sie stellten fest, dass sich die flachen Enden der vielen Tausend winzigen Härchen, aus denen das Insektenbein besteht, beim Kontakt mit der Oberfläche wie eine zähe Flüssigkeit verhalten.
Winzige Härchen vergrößern die Haftung

Winzige Härchen vergrößern die Haftung

Dieses so genannte viskoelastische Fließen vergrößert die wirksame Kontaktfläche und ermöglicht eine hohe Haltekraft, die das Körpergewicht übertrifft und das Tier an der Decke hält, so die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Journal of Experimental Biology“.

Eine alte Frage


Schon Aristoteles wunderte sich über die Fähigkeit von Insekten, an der Decke zu laufen. Als Ursachen wurden damals Haken, Saugnäpfe oder klebrige Flüssigkeiten vermutet. In jüngerer Zeit widerlegten systematische Untersuchungen diese Hypothesen. Vielmehr zeigte sich, dass ein Insektenfuß aus tausenden von feinen, mikrometerkleinen Härchen besteht, die über Adhäsionskräfte an der Oberfläche haften.

Das Unterteilen der Kontaktfläche in sehr viele Einzelkontakte ist dabei ein wirksames Prinzip zum Erreichen hoher Haltekräfte. Eine Fliege etwa besitzt mehr als 5.000 Hafthärchen. Je schwerer das Tier, desto zahlreicher und feiner sind die Haare. So verfügen Geckos über etwa 500.000 feinste Härchen mit Abmessungen von nur 0,2 bis 0,5 Mikrometern.


Eine neue Technik


Mit bisherigen Techniken wie der Elektronenmikroskopie war es jedoch nicht möglich, die feinen Hafthaare im frischen Kontakt mit dem Untergrund zu studieren, da man die Proben trocknen und im Vakuum untersuchen musste.

Der Physiker Thomas Eimüller von der Ruhr-Universität Bochum suchte daher zusammen mit dem Biologen Stanislav Gorb vom Max-Plank-Institut für Metallforschung in Stuttgart, nach einer neuen Abbildungstechnik. Mit einem Röntgenmikroskop des Synchrotronstrahlungslabors BESSY II in Berlin und der Hilfe des dort arbeitenden Physikers Peter Guttmann gelang es ihnen schließlich, Insektenhaare im frischen Kontakt mit einer Auflösung von circa 30 Nanometer zu studieren. Die Insektenhärchen wurden dazu in Kontakt mit einer sehr dünnen Folie gebracht, die für Röntgenstrahlung durchlässig ist. „Diese Methode ermöglicht es, Materialdicken nanometergenau zu vermessen“, erklärt Eimüller.

Von Käfern lernen


Die Forscher fanden bei den Hafthärchen von Fliegen und Käfern ein viskoelastisches Fließen der Haarenden vor. Diese vergrößerten sich beim Kontakt mit der Oberfläche wie eine zähe Flüssigkeit. Die Insekten erreichen damit sowohl eine Anpassung an die Rauhigkeit der Oberfläche als auch ein Vergrößern der wirksamen Kontaktfläche. Beides steigert die Haltekraft. Zum Abheben der Füße müssen die Insekten deswegen einen Kniff benutzen: Sie ziehen die Hafthärchen vermutlich von der Seite her ab, wie man einen Streifen Klebeband abzieht.

„Von diesen Tricks, die Käfer seit Millionen von Jahren nutzen, können wir heute lernen“, meint Eimüller. Das Ziel der Zusammenarbeit mit den Stuttgarter Biologen ist die Entwicklung von Polymerhaftfolien, die auf den Prinzipien der Insektenhaftung beruhen. „Der Traum, wie Spiderman an den Wänden von Hochhäusern zu kleben, rückt mit den neuen Erkenntnissen ein Stück näher.“
(idw - Ruhr-Universität Bochum, 05.06.2008 - DLO)
 
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