20.09.2005 - Biologie
Wie Fliegen schnaufen
Taufliegen haben ungewöhnliche Atemtechniken entwickelt
Taufliegen benutzen ihren Rüssel als Luftpumpe: Sie strecken ihn beim Fliegen in regelmäßigen Abständen aus und pumpen durch diese Bewegung zusätzliche Luft aus Hohlräumen im Kopf in ihre Atemorgane. Auf diese Weise werden ihr Gehirn und ihre Sehorgane optimal mit Sauerstoff versorgt, haben Wissenschaftler von der Universität Ulm bei Flugtests mit Drosophila-Fliegen beobachtet. Ein solches Pumpsystem, bei dem der eigentlich zum Fressen notwendige Rüssel verwendet wird, war bislang unbekannt.
Insekten benutzen zum Atmen keine Lungen, sondern ein so genanntes Tracheensystem, bei dem miteinander verbundene Atemröhren den Körper durchziehen. Belüftet werden diese Röhren über Atemöffnungen an der Körperoberfläche: Werden sie geöffnet, strömt Luft und damit Sauerstoff hinein und das angesammelte Kohlendioxid hinaus. Da die meisten Insekten keinen Blutkreislauf besitzen, fehlt ihnen auch die Möglichkeit, Sauerstoff über Hämoglobin oder einen ähnlichen Transporter zu ihren Zellen zu befördern. Sie verlassen sich daher auf eine passive Atmung, bei der der benötigte Sauerstoff über Diffusionsprozesse zu den jeweiligen Körperzellen gelangt.
Bereits in früheren Studien hatten Forscher entdeckt, dass diese Diffusion von den Tieren beschleunigt werden kann, beispielsweise durch Muskelkontraktionen am Bauch oder durch die Bewegungen beim Fliegen. Nach der gängigen Theorie geschieht das jedoch nur, wenn durch einen beschleunigten Stoffwechsel mehr Sauerstoff benötigt wird. Lehmann und Heymann beobachteten nun jedoch die Atmung bei ihren Testfliegen und stießen dabei auf eine bislang unbekannte Technik: Die Tiere stießen in regelmäßigen Abständen große Mengen Kohlendioxid aus, obwohl ihre Stoffwechselrate gleich blieb, und nutzten dazu offenbar nicht ihre Bauchmuskeln als Pumpe, sondern ihren Rüssel.
Zusätzlich fanden die Forscher Hinweise darauf, dass auch die Steuerung der Atemlöcher an der Körperoberfläche zu diesem regelmäßigen Atmen beitrug. Diese Vermutung wurde von den Ergebnissen einer Computersimulation gestützt: Werden die Öffnungen nämlich nicht wie bislang angenommen synchron, sondern unabhängig voneinander geöffnet, entsteht ebenfalls ein zyklisches Kohlendioxidmuster. Welchen Vorteil allerdings eine solch komplexe Steuerung bringt, können die Wissenschaftler noch nicht sagen.
Fritz-Olaf Lehmann und Nicole Heymann (Universität Ulm): Experimental Biology, Bd. 208, S. 3645
ddp/wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel Taufliege
Bereits in früheren Studien hatten Forscher entdeckt, dass diese Diffusion von den Tieren beschleunigt werden kann, beispielsweise durch Muskelkontraktionen am Bauch oder durch die Bewegungen beim Fliegen. Nach der gängigen Theorie geschieht das jedoch nur, wenn durch einen beschleunigten Stoffwechsel mehr Sauerstoff benötigt wird. Lehmann und Heymann beobachteten nun jedoch die Atmung bei ihren Testfliegen und stießen dabei auf eine bislang unbekannte Technik: Die Tiere stießen in regelmäßigen Abständen große Mengen Kohlendioxid aus, obwohl ihre Stoffwechselrate gleich blieb, und nutzten dazu offenbar nicht ihre Bauchmuskeln als Pumpe, sondern ihren Rüssel.
Zusätzlich fanden die Forscher Hinweise darauf, dass auch die Steuerung der Atemlöcher an der Körperoberfläche zu diesem regelmäßigen Atmen beitrug. Diese Vermutung wurde von den Ergebnissen einer Computersimulation gestützt: Werden die Öffnungen nämlich nicht wie bislang angenommen synchron, sondern unabhängig voneinander geöffnet, entsteht ebenfalls ein zyklisches Kohlendioxidmuster. Welchen Vorteil allerdings eine solch komplexe Steuerung bringt, können die Wissenschaftler noch nicht sagen.
Fritz-Olaf Lehmann und Nicole Heymann (Universität Ulm): Experimental Biology, Bd. 208, S. 3645
ddp/wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel Taufliege