Marienkäfer: Meister des "Flügel-Origami"

Landung... und dann werden die Flügel raffiniert eingepackt (Foto: 2017 Kazuya Saito)

Es lohnt sich mal genau hinzuschauen: Marienkäfer verstauen ihre filigranen Flügel nach der Landung erstaunlich fix und ordentlich unter ihren gepunkteten Deckflügeln. Wie den Krabblern das gelingt, haben nun japanische Forscher aufgedeckt: Sie verpassten Versuchs-Käfern künstliche transparente Deckflügel und gewannen so Einblick in die raffinierte Falttechnik. Das Naturpatent kann nun Anregungen für viele technische Anwendungen liefern, sagen die Wissenschaftler.

Marienkäfer sind ausgesprochen mobile Insekten, da sie schnell vom Fliegen zu einer krabbelnden Fortbewegung wechseln können, bei der ihre empfindlichen Flügel sicher verstaut sind. Ein cleveres Design der Natur ermöglicht dies: Das System besteht aus den durch Chitin gehärteten Elytren - den Deckflügeln mit den berühmten Flecken und den darunterliegenden Flügeln mit den weichen Flugmembranen. Zum Fliegen klappen die Insekten den gesamten Apparat auf, spannen die Flügel und schwirren davon. Nach der Landung klappen sie die Deckflügel ein und ziehen danach die Flugmembranen darunter ein.

Durchsichtige Deck-Flügel-Prothesen

Frühere Studien haben vermuten lassen, dass dabei Auf- und Abbewegungen des Unterleibs der Käfer und komplexe origamiartige Faltmuster der Flügel eine Rolle spielen. Doch Details dieses faszinierenden Systems blieben bisher verborgen, da die Deckflügel der Käfer den Vorgang verdecken. Um den Faltmechanismus und die verantwortlichen Strukturen in Aktion beobachten zu können, haben die Forscher um Kazuya Saito von der Universität Tokio transparente Kopien der Elytren aus Kunststoff hergestellt. Anschließend entfernten sie bei einigen Versuchs-Marienkäfern die gepunkteten Deckflügel und ersetzten sie durch die durchsichtigen "Prothesen".

Auf diese Weise war nun erstmals sichtbar, was unter dem schützenden Deckflügel passiert, wenn die Flügel verpackt werden: Durch Aufnahmen mittels Hochgeschwindigkeitskameras konnten die Forscher die Falt- und Entfaltungsbewegungen dokumentieren und analysieren. "Ich war mir nicht sicher, ob die Marienkäfer ihre Flügel auch mit einem künstlichen Elytron falten können", sagt Saito. "Aber sie konnten es", freut sich der Wissenschaftler. So zeigte sich im Detail, wie die Marienkäfer die Kante und die untere Oberfläche der Deckflügel geschickt nutzen, um die Flügel entlang spezieller Linien zusammenzufalten und schließlich optimal zu verstauen. Angetrieben wird dieser Prozess von Hebebewegungen des Unterleibs.

Naturpatent mit Potenzial

Um Informationen über die dreidimensionalen Formen der gefalteten und entfalteten Flügel zu bekommen, untersuchten die Wissenschaftler die Marienkäfer außerdem mittels Mikro-Computertomographie (CT). Die Aufnahmen offenbarten die wichtige Rolle der Venen, welche die Flügel durchziehen. Sie wirken wie spannfederartige Strukturen beim Ausklappen, lassen aber auch an bestimmten Stellen die Faltungen beim Verstauen zu.

"Die Marienkäfer-Technik bei der komplexen Faltung könnte besonders zu einem Vorbild für Forscher in den Bereichen Robotik, Mechanik, Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau werden", sagt Saito. Beispielsweise könnten die Insekten das innovative Design von Satellitenantennen, medizinischen Instrumenten bis hin zu alltäglichen Gebrauchsgegenständen wie Regenschirmen und Fächern inspirieren

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