„Tarnkappen“-Flügel von Nachtschmetterling: ein Metamaterial?!

Abb. 1: Chinesischer Eichenseidenspinner (Antheraea pernyi), ein Nachtfalter, an dem Neil et al. (2020) aufgrund von elektronenmikroskopischen und mikrocomputer-tomographischen Aufnahmen zeigen konnten, dass die Struktur der Flügel diese als akustisches Metamaterial ausweist. (Kugamazog commonswiki, CC BY-SA 2.5)

Manche Materialien mit entsprechender Beschaffenheit zeigen bei Wechselwirkung mit elektromagnetischen Wellen oder mit Druckwellen außerordentliche Effekte. Sie werden als Metamaterialien bezeichnet. Ein Beispiel dafür sind sogenannte Tarnkappen: Aufgrund sehr feiner und regelmäßiger Oberflächenstrukturen lässt sich z. B. der Brechungsindex des Lichts so beeinflussen, dass das Objekt bei entsprechendem Licht unsichtbar wird. In manchen Definitionen für Metamaterialien wird betont, dass solche Materialien aufwändig konzipiert werden müssen und in der Natur nicht vorkommen.

Nun haben Neil et al. (2020) eine Arbeit veröffentlicht, in deren Titel sie die Flügel von Nachtschmetterlingen als akustische Metamaterialien bezeichnen. Durch den Aufbau des Flügelsystems sind die Nachtfalter vor Fledermäusen, die sie mit Hilfe akustischer Signale und Echoortung jagen, mit einer Tarnkappe geschützt. Sie können sich damit der Ultraschallortung durch diese Fressfeinde weitgehend entziehen. Die komplexen Schuppen auf den Falterflügeln absorbieren 72 % der Schallintensität bei einer Frequenz von 78 kHz. Durch die Kombination der einzelnen Schuppen mit der sehr dünnen, vernetzten Flügelmembran bilden sie einen akustischen Breitbandabsorber, der wie eine akustische Tarnkappe gegenüber dem Ortungssystem der Fledermäuse wirkt. Die Autoren bemerken, dass diese ultradünnen Strukturen, die als akustisches Metamaterial wirken, interessante Möglichkeiten zur Lärmdämmung aufzeigen. Sie argumentieren mit dem Stereotyp der evolutionären Reaktion der Nachtfalter auf den Fraßdruck durch die mit Ultraschall-Echoortung jagenden Fledermäusen. Dabei ist aber nicht klar, wie der vorherrschende Druck durch den Jäger beim Beutetier die Entwicklung eines solchen Metamaterials auslösen und erreichen soll; ein solches soll doch – zumindest nach manchen Definitionen – in der Natur gar nicht vorkommen, sondern nur von intelligenten und beharrlichen Entwicklergruppen konzipiert und realisiert werden können.

Wenn dieses akustische Metamaterial bei Nachtfaltern realisiert ist, dann kann das als Hinweis auf eine Konzeption und damit auf einen Schöpfer interpretiert werden.

H. Binder

[Neil TR, Shen Z, Robert D, Drinkwater BW & Holderried MW (2020) Moth wings are acoustic metamaterials. Proc. Nat. Acad. Sci.; doi: 10.1073/pnas.2014531117]