Springen ist für viele Heuschrecken und Insekten ein schneller und effektiver Weg, ihren Feinden zu entkommen. Vor allem Wüstenheuschrecken sind bekannt für ihre kräftigen Sprünge. Um den Absprung genau zu kontrollieren, können Heuschrecken dabei die Bewegung ihrer kräftigen Hinterbeine präzise steuern. Aber was passiert bei der Landung? Sind Heuschrecken, so wie Flugzeuge, in der Lage, ihre Landebewegungen zu kontrollieren? Verlangsamen Heuschrecken ihre Fallbewegung, um Schäden an ihrem Körper zu vermeiden?
Forscher des Bionik-Innovations-Centrums an der Hochschule Bremen (HSB) haben nun erstmals das Aufprallverhalten springender Heuschrecken genauer untersucht. In der aktuellen Ausgabe des "Journal of Experimental Biology" zeigen die Wissenschaftler, dass Heuschrecken überraschenderweise ihre Fallbewegung nicht nennenswert verlangsamen, während sie sich dem Boden nähern und kopfüber aufprallen.
"Dass die Heuschrecken, während sie dem Boden näherten, nicht langsamer wurden, hat uns zunächst sehr gewundert ", sagt Simon Reichel, Mitglied des Forschungsteams der HSB. "Stattdessen drehten die Insekten ihren Körper immer in der Luft. Egal, wie wir das Insekt vor dem Sturz hielten, sie prallten fast immer zuerst mit dem Kopf auf den Boden."
Diese stereotype Fallbewegung der fallenden Heuschrecke resultiert in eine sehr vorhersehbaren Körperhaltung beim Aufprall. "Wenn man weiß, wie man fällt und landen wird, kann man sich sehr gut auf den nächsten Schritt vorbereiten", sagt Reichel. Somit reduziert dieses Verhalten die Zeit zur Vorbereitung auf den nächsten Sprung und erhöht die Chance, dem Verfolger zu entkommen. Interessanterweise wurde der kopfüber stattfindende Aufprall auch bei toten Heuschrecken beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die Form des Insektenkörpers eine passive Rolle bei der Kontrolle des Sturzes spielen muss.
Um die Rolle der aktiven Bewegungen weiter zu testen, ließ das Team auch kalte Heuschrecken fallen. "Kalte Heuschrecken haben nur eine eingeschränkte Kontrolle über die Bewegungen ihrer Gliedmaßen", sagt Reichel, "ähnlich wie bei einem Betrunkenen." Folglich zeigten diese kalten Heuschrecken oft unkontrollierte Fallbewegungen. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein gewisses Maß an aktiver Kontrolle erforderlich ist, um die Chancen auf einen kontrollierten Aufprall zu verbessern.
"Die Kutikula des Exoskeletts von Insekten ist robust genug, um den relativ kleinen Belastungen während des Aufpralls standzuhalten", sagt Prof. Jan-Henning Dirks (HSB). "Für das Insekt scheint es daher wichtiger zu sein, vorhersagen zu können, wie der Absturz erfolgen soll, anstatt die Auswirkungen des Absturzes zu reduzieren. Wir glauben, dass unsere Ergebnisse für Ingenieurinnen und Ingenieure hilfreich sein können, die beispielsweise mit dem Problem konfrontiert sind, kleine Objekte wie unbemannte Raumsonden auf unbekanntem Terrain zu landen." Anstatt sich Gedanken darüber zu machen, den Sinkflug in Echtzeit zu verlangsamen oder aktiv zu kontrollieren, könnten neue bio-inspirierte Sonden so gebaut werden, dass es immer zu einem vorhersehbareren Absturz kommt. Dies würde es den Sonden ermöglichen schnell und unbeschadet mit ihren Aufgaben fortzufahren.
Originalartikel “What goes up must come down: biomechanical impact analysis of falling locusts”
Simon V. Reichel, Susanna Labisch, Jan-Henning Dirks
Journal of Experimental Biology 2019 222: jeb202986 doi: 10.1242/jeb.202986 veröffentlicht am 22. Juli 2019
Videomaterial:
- http://movie.biologists.com/video/10.1242/jeb.202986/video-2
Bildunterschrift: Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung, die das Fallverhalten von lebenden, kalten und toten Heuschrecken (S. gregaria) vergleicht. Warme Heuschrecken richten sich sehr schnell wieder auf, um sich auf den nächsten Sprung vorzubereiten, während die kalten und toten Heuschrecken weit weniger Kontrolle über ihren Absturz zeigten. (Reproduziert/angepasst mit Genehmigung des Journal of Experimental Biology, Reichel, S. V., Labisch, S. and Dirks, J.-H., 2019, Journal of Experimental Biology, Band 222, doi:10.1242/jeb.202986)
- http://movie.biologists.com/video/10.1242/jeb.202986/video-1
Bildunterschrift: Hochgeschwindigkeitsaufnahme, die zeigt wie eine Heuschrecke (S. gregaria) mit dem Kopf zuerst auf einen Untergrund trifft. Heuschrecken drehen ihren Körper in der Luft, um einen vorhersehbaren Aufprall auf ihren Kopf zu gewährleisten. Dieses Verhalten ermöglicht eine schnelle Erholung und Vorbereitung auf den nächsten Fluchtsprung. (Reproduziert/angepasst mit Genehmigung des Journal of Experimental Biology, Reichel, S. V., Labisch, S. and Dirks, J.-H., 2019, Journal of Experimental Biology, Band 222, doi:10.1242/jeb.202986)
Forscher des Bionik-Innovations-Centrums an der Hochschule Bremen (HSB) haben nun erstmals das Aufprallverhalten springender Heuschrecken genauer untersucht. In der aktuellen Ausgabe des "Journal of Experimental Biology" zeigen die Wissenschaftler, dass Heuschrecken überraschenderweise ihre Fallbewegung nicht nennenswert verlangsamen, während sie sich dem Boden nähern und kopfüber aufprallen.
"Dass die Heuschrecken, während sie dem Boden näherten, nicht langsamer wurden, hat uns zunächst sehr gewundert ", sagt Simon Reichel, Mitglied des Forschungsteams der HSB. "Stattdessen drehten die Insekten ihren Körper immer in der Luft. Egal, wie wir das Insekt vor dem Sturz hielten, sie prallten fast immer zuerst mit dem Kopf auf den Boden."
Diese stereotype Fallbewegung der fallenden Heuschrecke resultiert in eine sehr vorhersehbaren Körperhaltung beim Aufprall. "Wenn man weiß, wie man fällt und landen wird, kann man sich sehr gut auf den nächsten Schritt vorbereiten", sagt Reichel. Somit reduziert dieses Verhalten die Zeit zur Vorbereitung auf den nächsten Sprung und erhöht die Chance, dem Verfolger zu entkommen. Interessanterweise wurde der kopfüber stattfindende Aufprall auch bei toten Heuschrecken beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die Form des Insektenkörpers eine passive Rolle bei der Kontrolle des Sturzes spielen muss.
Um die Rolle der aktiven Bewegungen weiter zu testen, ließ das Team auch kalte Heuschrecken fallen. "Kalte Heuschrecken haben nur eine eingeschränkte Kontrolle über die Bewegungen ihrer Gliedmaßen", sagt Reichel, "ähnlich wie bei einem Betrunkenen." Folglich zeigten diese kalten Heuschrecken oft unkontrollierte Fallbewegungen. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein gewisses Maß an aktiver Kontrolle erforderlich ist, um die Chancen auf einen kontrollierten Aufprall zu verbessern.
"Die Kutikula des Exoskeletts von Insekten ist robust genug, um den relativ kleinen Belastungen während des Aufpralls standzuhalten", sagt Prof. Jan-Henning Dirks (HSB). "Für das Insekt scheint es daher wichtiger zu sein, vorhersagen zu können, wie der Absturz erfolgen soll, anstatt die Auswirkungen des Absturzes zu reduzieren. Wir glauben, dass unsere Ergebnisse für Ingenieurinnen und Ingenieure hilfreich sein können, die beispielsweise mit dem Problem konfrontiert sind, kleine Objekte wie unbemannte Raumsonden auf unbekanntem Terrain zu landen." Anstatt sich Gedanken darüber zu machen, den Sinkflug in Echtzeit zu verlangsamen oder aktiv zu kontrollieren, könnten neue bio-inspirierte Sonden so gebaut werden, dass es immer zu einem vorhersehbareren Absturz kommt. Dies würde es den Sonden ermöglichen schnell und unbeschadet mit ihren Aufgaben fortzufahren.
Originalartikel “What goes up must come down: biomechanical impact analysis of falling locusts”
Simon V. Reichel, Susanna Labisch, Jan-Henning Dirks
Journal of Experimental Biology 2019 222: jeb202986 doi: 10.1242/jeb.202986 veröffentlicht am 22. Juli 2019
Videomaterial:
- http://movie.biologists.com/video/10.1242/jeb.202986/video-2
Bildunterschrift: Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung, die das Fallverhalten von lebenden, kalten und toten Heuschrecken (S. gregaria) vergleicht. Warme Heuschrecken richten sich sehr schnell wieder auf, um sich auf den nächsten Sprung vorzubereiten, während die kalten und toten Heuschrecken weit weniger Kontrolle über ihren Absturz zeigten. (Reproduziert/angepasst mit Genehmigung des Journal of Experimental Biology, Reichel, S. V., Labisch, S. and Dirks, J.-H., 2019, Journal of Experimental Biology, Band 222, doi:10.1242/jeb.202986)
- http://movie.biologists.com/video/10.1242/jeb.202986/video-1
Bildunterschrift: Hochgeschwindigkeitsaufnahme, die zeigt wie eine Heuschrecke (S. gregaria) mit dem Kopf zuerst auf einen Untergrund trifft. Heuschrecken drehen ihren Körper in der Luft, um einen vorhersehbaren Aufprall auf ihren Kopf zu gewährleisten. Dieses Verhalten ermöglicht eine schnelle Erholung und Vorbereitung auf den nächsten Fluchtsprung. (Reproduziert/angepasst mit Genehmigung des Journal of Experimental Biology, Reichel, S. V., Labisch, S. and Dirks, J.-H., 2019, Journal of Experimental Biology, Band 222, doi:10.1242/jeb.202986)
