Kurzflügler – hocheffiziente Flügel-Falttechnik

Abb. 1: Von zwei Seiten kann der Kurzflügler Cafius vestitus durch seinen sehr beweglichen Hinterleib seine übereinandergelegten Flügel in unterschiedlicher Weise entlang entsprechender Faltlinien zusammenfalten. (Aus Saito et al. 2014; Abdruck mit freundlicher Genehmigung)

Viele geflügelte Insekten können ihre Flügel falten und damit in Ruhestellung deren Platzbedarf reduzieren. Ameisen und Bienen als Vertreter der Hautflügler (Hymenoptera) falten ihre Vorderflügel in Längsrichtung, während die Faltung bei Heuschrecken (Orthoptera) fächerförmig erfolgt. In beiden Fällen ist die erzielte Platzersparnis gering. Ohrwürmer (Dermaptera) falten ihre Flügel in erweiterter, komplexer fächerförmiger Faltung, wobei die geschlossenen Fächer weiter gefaltet werden, so dass sie unter den kleinen Deckflügeln (Elytren) verstaut werden können. Die komplex gefalteten Flügel müssen zuverlässig gefaltet und für den Einsatz auch schnell entfaltet werden können. Trotz der im Flügel vorhandenen Falten müssen die beim Flug entfalteten Flügel die beim Flügelschlag auftretenden Kräfte, aufnehmen können, d. h. eine entsprechende Stabilität aufweisen. Aufgrund dieserEigenschaften sind Insekten mit faltbaren Flügeln sowohl für Entomologen (Insektenkundler) als auch für Ingenieure von außerordentlichem Interesse.

Die komplexesten bekannten Faltmuster und -mechanismen finden sich bei einer Gruppe von Käfern, die als Kurzflügler (Staphylinidae) bezeichnet werden. Die Elytren dieser Käfer sind auffällig kurz und lassen einen großen Teil des Hinterleibs (Abdomen) unbedeckt (Abb.1). Dadurch sind diese Käfer extrem beweglich, was ihnen die Besiedlung anspruchsvoller Lebensräume ermöglicht. Kurzflügler weisen in ihren Flügeln zwei verschiedene, asymmetrische Faltungen auf. Wie die Flügel unter Zuhilfenahme des Abdomens gefaltet werden, war bisher nur sehr oberflächlich bekannt. Nun haben Saito et al. (2014) die Faltung und Entfaltung der Flügel beim Kurzflügler Cafius vestitus mit Hochgeschwindigkeitskameras dokumentiert und analysiert. Das symmetrische Flügelpaar wird teilweise übereinandergelegt, wobei jeder der beiden Flügel wahlweise über dem andern liegen kann, um beide gemeinsam dann asymmetrisch zu falten. Bei anderen Insekten werden typischerweise die gefalteten Flügel übereinandergelegt. In beiden Flügeln sind also zwei Faltmuster angelegt und die Flügel werden dann durch das Abdomen zunächst wahlweise entweder von links nach rechts oder umgekehrt gefaltet und anschließend durch Anheben des Hinterleibs weiter kompakt zusammengelegt. Die Faltungen erfolgen entlang definierter Faltlinien, wobei auch Flügeladern mit einbezogen sind. Diese werden aber den bisherigen Kenntnissen zufolge nicht gefaltet, sondern unter Spannung gebogen und speichern so Energie, die für eine schnelle Entfaltung genutzt werden kann.

Die Autoren deuten in ihrer Veröffentlichung an, dass die asymmetrische komplexe Faltung von symmetrischen Flügeln sowie die energiespeichernde Krümmung von Flügeladern nach weiteren Studien und einem besseren Verständnis für technische Entwicklungen von großem Nutzen sein könnten. Sie nennen die Optimierung von Solarzellenpanels und Antennensystemen für Satelliten oder auch Alltagsgegenstände wie Schirme und Fächer.

Es ist wieder einmal erstaunlich, wie durch genaue Beobachtung von Lebewesen, hier kleine unscheinbare Käfer, Impulse für die Konstruktion und Entwicklung von hochtechnisierten Systemen gewonnen werden können.

H. Binder

[Saito K, Yamamoto S, Maruyama M & Okabe Y (2014) Asymmetric hindwing foldings in rove beetles. PNAS, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1409468111]