Hummeln hätten ihn schon als Kind fasziniert, sagt Andrew Mountcastle. Früher war es nur das manchmal unglaublich tiefe Brummen der Insekten, heute sei es eher ihre Flugmechanik, so der Biologe von der Harvard Universität im US-amerikanischen Massachusetts.
"Wir haben uns für die Biomechanik und Aerodynamik von Insektenflügeln interessiert. Bei dieser Studie haben wir uns aber letztlich für Hummeln entschieden, weil sie in ihren Flügeln das Protein Resilin haben, das für eine gewisse Elastizität sorgt."
Dieses gummiartige Eiweißmolekül lässt sich mitunter auf die dreifache Länge dehnen, ohne dabei zu reißen. Diese Erkenntnis ist zwar nicht neu, aber warum ausgerechnet die Flügel von Hummeln derartig flexibel sind, war bislang nicht klar. Das Problem früherer Studien ist, so Andrew Mountcastle, dass Forscher immer nur die Insektenflügel vermessen, nachgebaut und nur mit diesen Kunstflügeln ihre Untersuchungen gemacht haben. Wie es um die Aerodynamik tatsächlich bestellt ist, sei nie am lebenden Tier gemessen worden. Von daher seien diese bisher wenigen Ergebnisse in ihrer Aussagekraft limitiert. Mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera wollte Andre Mountcastle nun diese offene Frage beantworten.
"Bei den Versuchen mussten wir zuerst die Hummeln betäuben, um sie für den Test vorzubereiten. Dazu haben wir sie einfach für fünf bis zehn Minuten ins Tiefkühlfach gesteckt. Danach können sich die Tiere nicht mehr bewegen. Sie sterben dabei nicht, sondern sind nach kurzer Zeit bei Raumtemperatur wieder quicklebendig, ohne Schäden davongetragen zu haben."
Bei den ersten Tests hatte Andrew Mountcastle Glitter auf die Flügel gestreut, um die Verwirbelungen beim Flug zu erkennen. Der abgeschüttelte Glitter zeigte, dass die Flügel bei der Abwärtsbewegung in der Mitte immer ein wenig abknickten. Untersuchungen unter dem Mikroskop brachten eine bislang unbekannte Art von Gelenk zum Vorschein, das bei allen Hummeln auftrat. Aber welche Bewandtnis hat diese anatomische Eigenschaft? Um das zu klären, kamen wieder einige Hummeln in den Froster. Danach wurde ihnen eine Schnur um den Körper gehängt, um die Kräfte der Tiere zu messen.
"Danach haben wir die Hummeln in einen Flugzylinder gesteckt und sie zum Fliegen motiviert, indem wir obenauf eine UV-Lampe angebracht haben, der Sonne entgegen. Die Tiere hoben also ab und je schwerer es wurde, desto höher wurde auch die Frequenz des Flügelschlages. Derart konnten wir die maximale Ladung herausbekommen, die eine Hummel zu transportieren in der Lage ist."
Mit Kugeln an den Schnüren mussten die Hummeln immer mehr Gewicht nach oben ziehen. Hatte Andrew Mountcastle vor dem Flug mittels Kleber das neue entdeckte Gelenk fixiert, konnten die Hummeln weniger Gewicht nach oben ziehen. Durchschnittlich sank dann die Kraft um 8,5 Prozent. Somit können die Insekten Dank dieser bislang unbekannten anatomischen Eigenheit deutlich mehr Nahrung sammeln als dies frühere Experimente mit Kunstflügeln gezeigt hatten. Mountcastle:
"Hummeln tragen locker das Doppelte ihres Körpergewichts und selbst mit dieser großen Menge an Gewicht, also Nektar, können sie immer noch fliegen. Aber das ist ihr Job als fliegende Packesel, sie müssen einfach viel Nektar und Pollen sammeln und alles zurück zum Stock bringen."
Andrew Mountcastle vermutet, dass derartige anatomische Elemente auch in den Flügeln anderer nektarsammelnden Insekten vorkommen, etwa in Honigbienen. Diese wird der Biologe im kommenden Jahr im Labor nach einer Schockfrostung im Tiefkühler im Flugzylinder untersuchen. Dann können die Bienen zeigen, ob sie ähnlich viel Gewicht wie Hummeln zu stemmen in der Lage sind.
"Wir haben uns für die Biomechanik und Aerodynamik von Insektenflügeln interessiert. Bei dieser Studie haben wir uns aber letztlich für Hummeln entschieden, weil sie in ihren Flügeln das Protein Resilin haben, das für eine gewisse Elastizität sorgt."
Dieses gummiartige Eiweißmolekül lässt sich mitunter auf die dreifache Länge dehnen, ohne dabei zu reißen. Diese Erkenntnis ist zwar nicht neu, aber warum ausgerechnet die Flügel von Hummeln derartig flexibel sind, war bislang nicht klar. Das Problem früherer Studien ist, so Andrew Mountcastle, dass Forscher immer nur die Insektenflügel vermessen, nachgebaut und nur mit diesen Kunstflügeln ihre Untersuchungen gemacht haben. Wie es um die Aerodynamik tatsächlich bestellt ist, sei nie am lebenden Tier gemessen worden. Von daher seien diese bisher wenigen Ergebnisse in ihrer Aussagekraft limitiert. Mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera wollte Andre Mountcastle nun diese offene Frage beantworten.
"Bei den Versuchen mussten wir zuerst die Hummeln betäuben, um sie für den Test vorzubereiten. Dazu haben wir sie einfach für fünf bis zehn Minuten ins Tiefkühlfach gesteckt. Danach können sich die Tiere nicht mehr bewegen. Sie sterben dabei nicht, sondern sind nach kurzer Zeit bei Raumtemperatur wieder quicklebendig, ohne Schäden davongetragen zu haben."
Bei den ersten Tests hatte Andrew Mountcastle Glitter auf die Flügel gestreut, um die Verwirbelungen beim Flug zu erkennen. Der abgeschüttelte Glitter zeigte, dass die Flügel bei der Abwärtsbewegung in der Mitte immer ein wenig abknickten. Untersuchungen unter dem Mikroskop brachten eine bislang unbekannte Art von Gelenk zum Vorschein, das bei allen Hummeln auftrat. Aber welche Bewandtnis hat diese anatomische Eigenschaft? Um das zu klären, kamen wieder einige Hummeln in den Froster. Danach wurde ihnen eine Schnur um den Körper gehängt, um die Kräfte der Tiere zu messen.
"Danach haben wir die Hummeln in einen Flugzylinder gesteckt und sie zum Fliegen motiviert, indem wir obenauf eine UV-Lampe angebracht haben, der Sonne entgegen. Die Tiere hoben also ab und je schwerer es wurde, desto höher wurde auch die Frequenz des Flügelschlages. Derart konnten wir die maximale Ladung herausbekommen, die eine Hummel zu transportieren in der Lage ist."
Mit Kugeln an den Schnüren mussten die Hummeln immer mehr Gewicht nach oben ziehen. Hatte Andrew Mountcastle vor dem Flug mittels Kleber das neue entdeckte Gelenk fixiert, konnten die Hummeln weniger Gewicht nach oben ziehen. Durchschnittlich sank dann die Kraft um 8,5 Prozent. Somit können die Insekten Dank dieser bislang unbekannten anatomischen Eigenheit deutlich mehr Nahrung sammeln als dies frühere Experimente mit Kunstflügeln gezeigt hatten. Mountcastle:
"Hummeln tragen locker das Doppelte ihres Körpergewichts und selbst mit dieser großen Menge an Gewicht, also Nektar, können sie immer noch fliegen. Aber das ist ihr Job als fliegende Packesel, sie müssen einfach viel Nektar und Pollen sammeln und alles zurück zum Stock bringen."
Andrew Mountcastle vermutet, dass derartige anatomische Elemente auch in den Flügeln anderer nektarsammelnden Insekten vorkommen, etwa in Honigbienen. Diese wird der Biologe im kommenden Jahr im Labor nach einer Schockfrostung im Tiefkühler im Flugzylinder untersuchen. Dann können die Bienen zeigen, ob sie ähnlich viel Gewicht wie Hummeln zu stemmen in der Lage sind.