Käferflügel: hohe Tragfähigkeit bei kompakter Verpackung

Das Strukturprotein Resilin zeichnet sich aufgrund seines molekularen Aufbaus durch hohe Elastizität aus und ist dadurch in der Lage, Energie aufzunehmen, zu speichern und auch wieder freizusetzen. Untersuchungen an Libellenflügeln haben gezeigt, daß Resilin an flexiblen Verbindungen der Flügeladern dazu beitragen, daß die Flügel, deren Profil die Insekten nicht durch Muskelkraft aktiv beeinflussen können, sich verschiedensten aerodynamischen Situationen anpassen und so Libellen zu beeindruckenden Flugmanövern befähigen (Binder 2001).

In einer weiterführenden Arbeit wurden nun Hinterflügel von zwei verschiedenen Käfern (Coleoptera) auf die Verteilung und Funktion von Resilin untersucht (Haas F et al. 2000). Die Hinterflügel bei Käfern dienen nicht nur dazu, deren vergleichsweise große Masse durch die Lüfte zu tragen, sondern sie müssen auch bei krabbelnder Fortbewegung unter den (Vorder- =) Deckflügeln zusammengefaltet verstaut werden können. Bei Blatthornkäfern (Scarabaeidae; dazu gehören z.B.: Mai- und Junikäfer) zeigten fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen, daß Resilin in Bereichen mit erhöhter Beweglichkeit und in Bereichen, die bei der Faltung (mehrere fächerförmige und eine quer Faltung) vorkommt. Die Flügel des Siebenpunkt-Marienkäfers (Coccinella septempunctata, Coccinellidae) weisen fächerförmigen Falten zwei Querfalten auf, entlang derer die Flügel z-förmig zusammengelegt werden können. Auch hier kann Resilin an beweglichen Verbindungsstellen und in Bereichen hoher Beweglichkeit nachgewiesen werden.

So bewirkt Resilin einen besondere Elastizität in bestimmten Bereichen der Käferhinterflügel und ermöglicht dynamische Verformungen der Flügelprofile während des Flügelschlags. Der Einbau von Resilin verleiht den Flügeln entlang der Faltungsbereiche eine erhöhte Stabilität und verhindert Materialermüdung durch häufige Vorgang von Falten und Entfalten. Während andere Flügelbereiche bei älteren Insekten typische Verschleißerscheinungen (z.B. ausgefranste Flügelränder) zeigen, sind gerade die besonders belasteten Strukturen durch das Resilin sehr robust. So tragen nicht nur die Flügeladern, sondern auch die Materialkomposition der Käferflügel dazu bei, den unterschiedlichsten und z.T. einander zuwiderlaufenden Anforderungen (hohe Stabilität und Belastbarkeit bei hoher mechanischer Flexibilität) zu genügen.

Die Autoren vermuten, daß die Flügeldeformation während des Flügelschlags zu einer elastischen Energiespeicherung in den Flügelbereichen führt, deren Profil nicht aktiv manipuliert werden kann. Die Flügel nehmen dann wieder ihre ursprüngliche Form annehmen, indem das Resilin wie gespannte Federn, die gespeicherte Energie wieder freisetzt. Ersten Hinweis dafür konnten die Autoren in Videosequenzen eines Flügelschlags vorlegen. Solche elastischen Elemente wie das Resilin in Käferflügeln stellt nach Ansicht der Autoren eine essentielle Anpassung für den Flügelschlag von Insekten dar. Staunenswert sind sie auf jeden Fall.

[Binder H (2001) Libellen - urtümliche, perfekte Flugkünstler. Stud. Int. J. 8, 33-34; Haas F, Gorb S, Blickhan R (2000) The function of resilin in beetle wings. Proc. R. Soc. Lond. B 267, 1375-1381]