Kreatur Mit Ineinandergreifenden Gängen An Den Erkannten Beinen

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Die zahnräder auf den hinterbeinen eines pflanzenköpfers helfen, sie während eines sprunges zu synchronisieren.

Zahnräder sind in der künstlichen Welt allgegenwärtig. Man findet sie in Uhren, die von Armbanduhren bis zu Automotoren reichen, aber es scheint, als hätte die Natur sie zuerst erfunden.

Eine Art Pflanzenhüpfer, Issus Coleoptratusist das erste lebende Wesen, das funktionelle Zahnräder besitzt, wie eine neue Studie zeigt. Die zwei ineinandergreifenden Zahnräder an den Hinterbeinen des Insekts helfen, die Beine zu synchronisieren, wenn das Tier springt.

"Nach meinem besten Wissen ist dies die erste Demonstration funktionierender Zahnräder in einem Tier", sagte der Studienforscher Malcolm Burrows, emeritierter Professor für Neurobiologie an der University of Cambridge im Vereinigten Königreich.

Burrows und ein Kollege haben die Bewegung der Zahnräder mit Hochgeschwindigkeits-Video festgehalten. Während sich der junge Käfer auf den Sprung vorbereitet, kämmt er die Zähne eines Beines mit denen des anderen, wie das Spannen einer Waffe. Dann gibt das Insekt seine Beine in einer sanften, explosiven Bewegung frei. [Siehe Video der Insektengetriebe in Aktion]

Hopping synchron

Jedes Bein hat einen gekrümmten Streifen mit 10 bis 12 Zähnen, der an der Trochantera der Beine des Insekts befestigt wird. Diese Strukturen wurden 1957 beschrieben, aber niemand hatte gezeigt, dass die Zahnräder funktionsfähig waren, sagte Burrows gegenüber WordsSideKick.com.

Ein Babyplanthopper in der Klasse Issus. Diese Nymphen haben funktionelle Zahnräder an den Beinen, die sich im Erwachsenenalter verlieren.

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Malcom Burrows

Die Hinterbeine der Insekten können auf zwei Arten angeordnet werden. Die Beine von Heuschrecken und Flöhen bewegen sich in separaten Ebenen an den Seiten des Körpers, wohingegen sich die Beine von Champion-Insekten wie etwa Planthoppern auf derselben Ebene unter ihrem Körper bewegen. Daher müssen die Beine der Planthopper eng miteinander verbunden sein.

"Wenn es einen geringfügigen zeitlichen Unterschied zwischen den Beinen geben würde, würde sich der Körper drehen", sagte Burrows.

Die Zahnräder synchronisieren die Bewegung der Hinterbeine auf etwa 30 Mikrosekunden - viel schneller als das Nervensystem, so die Studienergebnisse, die in der Ausgabe vom 13. September der Zeitschrift Science beschrieben werden. [Die 7 erstaunlichsten Bug Ninja-Fähigkeiten]

Manchmal bemerkte Burrows, dass die Zahnräder aneinander vorbeigeglitten waren, aber als sie sich schließlich einrasten, wurden die beiden Beine synchronisiert.

Burrows machte ein Experiment mit einem toten Pflanzer: Wenn er eines seiner Beine zog, streckten sich beide schnell aus. Die Mechanik des Skelettsystems allein könne also die Beine synchronisieren, sagte er.

Zahnräder sind für Kinder

Die Zahnräder sind nur in unreifen Planthoppern oder Nymphen zu finden und gehen während der letzten Häutung verloren. Erwachsene Planthopper verwenden Reibung zwischen ihren Beinen, um die gleiche Wirkung wie die Zahnräder zu erzielen.

Erwachsene könnten ihre Zahnräder unterbrechen, weil Zahnräder brechen und das Überleben des Insekts gefährden könnten, sagte Burrows. Nymphen werfen ihr Exoskelett fünf oder sechs Mal ab, bevor sie die Größe des Erwachsenen erreicht haben, und könnten den Schaden korrigieren, während Erwachsene mit einem Körper festgefahren sind.

Erwachsene haben auch größere, steifere Körper, so dass Reibung eine effektivere Möglichkeit sein kann, ihre Beine zu synchronisieren.

"Es ist sehr aufregend zu sehen, dass eine nach der anderen Komponente des menschlichen Maschinenbaus auch in der lebenden Welt entdeckt wird", sagte Alexander Riedel, Kurator des Staatlichen Naturkundemuseums Karlsruhe in Deutschland, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Riedel meinte, ein weiterer Grund für die fehlenden Zahnräder der erwachsenen Insekten könnte darin bestehen, dass Erwachsene Flügel haben, die anders als die von Nymphen sind.

Es gibt einige andere Tiere, die zahnradähnliche Strukturen besitzen. Die Zahnradschildkröte hat, wie der Name schon sagt, auf ihrer Schale ein Zahnrad, das rein dekorativ ist. Einige Reptilien haben Herzklappen, die den Blutfluss erhöhen. Und einige Insekten haben getriebeartige Knöpfe, die dazu verwendet werden, zwitschernde Klänge zu erzeugen. Keine dieser Strukturen funktioniert jedoch per se als Zahnrad.

Ursprünglich begegneten Burrows im Garten eines Kollegen in Deutschland getriebene Insekten. Zu Hause in England suchte er vergeblich nach ihnen.

"Dann fragte ich meinen 5-jährigen Enkel, ob er sie finden könnte, und er fand einige im Garten", sagte Burrows.

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