#Neue Wasser-Sprungtechnik entdeckt

Wie gelingen Wasserläufern sogar Sprünge auf Teich und Co? Neben der bereits bekannten Technik haben Forscher nun bei den größten Vertretern dieser Insekten ein zweites Konzept entdeckt. Im Gegensatz zu ihren kleineren Verwandten durchbrechen sie mit den Füßen gezielt die gespannte Oberfläche. Bestimmte physikalische Effekte sorgen dann dafür, dass auch ihre relativ schweren Körper effektiv in die Luft befördert werden. Dieses Konzept könnte nun der Entwicklung von Wasserläufer-Robotern zugutekommen, sagen die Wissenschaftler.

Elegant gleiten sie über Gewässer hinweg: Durch die raffinierte Nutzung physikalischer Effekte machen sich Wasserläufer die Oberflächen von Teich und Co zu Jagdrevieren. Sie besitzen an den Enden ihrer langen Beine dazu Härchen-Strukturen, die stark wasserabweisend wirken. So erzeugen ihre Füße nur eine Delle in der Wasseroberfläche – die Oberflächenspannung reicht aus, um ein Einsinken zu verhindern und eine Fortbewegung zu ermöglichen. So können die Wasserläufer fix zu ins Wasser gefallenen Beutetieren sausen. Doch die faszinierenden Insekten haben noch mehr drauf: Wenn sie etwa von Fischen bedroht werden, können sie sich sogar von der Wasseroberfläche aus in die Luft katapultieren.

Sprünge der besonderen Art

Wie ihnen das gelingt, wurde bereits wissenschaftlich analysiert. Dabei standen allerdings bisher nur die relativ kleinen Arten dieser Insektengruppe im Fokus, da sie Forschern leicht zugänglich waren. Dies führte zu der Annahme, dass alle Wasserläufer auch für das Sprungverhalten die Oberflächenspannung nutzen. Denn wie sich zeigte, beschleunigen die kleinen Vertreter ihre Beine beim Absprung nicht schlagartig, sondern fein abgestimmt, damit die Wasseroberfläche nicht zu schnell eingedrückt wird und einreißt. Dabei fungieren die Grübchen in der Oberfläche dann wie eine Art Minitrampolin. Das Verfahren wurde sogar bereits erfolgreich auf 68 Milligramm schwere Wasserläufer-Roboter übertragen.

Doch einige der zahlreichen Wasserläuferarten der Welt sind deutlich gewichtiger: An der Spitze steht dabei der Riesenwasserläufer (Gigantometra gigas), der auf Gewässern in den Wäldern Vietnams unterwegs ist. Diese Spezies erreicht ein Gewicht von bis zu etwa 500 Milligramm. Wie diese Insekten auf dem Wasser springen, hat das Team um Woojoo Kim von der Seoul National University nun im Pu-Mat-Nationalpark untersucht. Sie erfassten dabei durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen die Sprünge der Insekten aus transparenten Wasserbehältern.

Die Großen schlagen gezielt durch

Dabei entdeckte das Team das überraschende Sprungverhalten: Die Riesenwasserläufer durchbrechen durchaus die Wasseroberfläche, wenn sie ihre Beine bei einem Sprung nach unten drücken. Dabei formt sich an den langen Haaren der Füße allerdings eine Luftschicht. Nach dem Eindringen bewegen die Insekten die Gliedmaßen dann sehr schnell nach unten. Wie das Team erklärt, erzeugt das von Luft umgebene Bein dabei einen hohen Wasserwiderstand, wodurch der Körper des Insekts entgegen der Bewegung verstärkt nach oben gedrückt wird. Innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde erreichen die Riesenwasserläufer dadurch eine Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde. Dieser alternative Mechanismus führt damit bei dem vergleichsweise schweren Insekt zu einem ähnlichen Effekt wie beim Verfahren der kleineren Arten, sagen die Wissenschaftler. Video

Anschließend entwickelte das Team ein mathematisches Modell für das Springen von Wasserläufern, um den Grund für das Alternativverfahren aufzudecken. Dabei wurde deutlich, dass das das Trampolin-Verfahren mithilfe der Oberflächenspannung nur bei Arten unter 80 Milligramm sinnvoll ist. Größere Wasserläufer kann hingegen nur das zweite Konzept effektiv aus der Reichweite von Räubern katapultieren. „Wir haben einen neuartigen Sprungmechanismus entdeckt, der von großen Wasserläufern verwendet wird. Dies zeigt, dass nahe verwandte Arten abhängig von ihrer Größe unterschiedliche physikalische Mechanismen nutzen können, obwohl sie demselben Zweck dienen“, schreibt das Forscherteam.

Neben der biologischen Dimension heben die Wissenschaftler auch eine mögliche technische Bedeutung der Entdeckung hervor. Denn das Konzept der großen Wasserläuferarten könnte nun in die Entwicklung von Robotern einfließen, die nicht nur über das Wasser gleiten, sondern auch darauf springen können. Offenbar wäre es durch das Verfahren der Riesenwasserläufer möglich, auch größere Modelle als bisher mit effektiven Sprungfähigkeiten auszustatten.

Quelle: Laboratory of Behavioral Ecology and Evolution at Seoul National University, Fachartikel: Proceedings of the National Academy of Sciences
http://dx.doi.org/10.1073/pnas2219972120

Video: Das Sprungverhalten des Riesenwasserläufers im Detail. © Woojoo Kim et al., PNAS, doi: 10.1073/pnas2219972120

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