Samstag, 27. November 2021

Es gibt auch Surfer unter den Bienen

Bienen sind auch Wassersportler. Das hat der Bioingenieur Chris Roh vom California Institute of Technology in Pasadena in einer Studie belegt.

Auf die Idee für die Erhebung sei er gekommen, als er eine in einem Teich gelandete Biene beobachtet hatte, erklärte Roh. Das Tier habe sich sehr zielstrebig in Richtung Ufer gedreht und habe mit komplexen Flügelbewegungen Wellen erzeugt, die es vorwärtstrieben. Die Biene sei fast wie ein Surfer auf der Wasseroberfläche ans Land geglitten.

Gemeinsam mit seinem Doktorvater, dem Aeronautik- und Bionik-Professor Morty Gharib, ergründete der zuvor hauptsächlich an Libellen forschende Roh dann das Verhalten der Bienen. Im Labor ließ er 33 Honigbienen jeweils ein paar Minuten in einem Behälter mit Wasser schwimmen. Gefiltertes Licht machte die Körper-, Flügel- und Wellenbewegungen besonders gut sichtbar.

Die Tests ergaben zunächst das Offensichtliche: Wenn eine Biene im Wasser landet, bleibt Wasser an ihren Flügeln haften und raubt ihr die Fähigkeit zu fliegen. Zusätzlich stellte sich aber heraus, die Biene ausgehend von ihrem Hinterteil und fortgesetzt mit Flügelschlägen Wellen generieren, die sie vorwärtstreiben. Wellen mit hoher Amplitude und speziellen Interferenzmustern im Wasser. Auf der Oberfläche direkt vor dem Insekt war dagegen keine Welle erkennbar. Durch diese Asymmetrie trieben die Bienen mit einem Schub von etwa 20 Mirkonewton durch das Wasser.


Um die Bewegungen genauer analysieren zu können, erfanden die Wissenschaftler eine Art Geschirr, in das sie ihre Versuchstiere spannten und das deren Bewegungsfreiheit nicht einschränkte. Zugleich stellten sie so sicher, dass die ermüdeten Tiere nicht untergingen. Diese Tests ergaben, dass die Flügel b
ei der Fortbewegung im Wasser wie Tragflächen bei Tragflächenbooten wirkten. Sie hoben den Leib der Bienen an und machten eine Fortbewegung auf dem Wasser überhaupt erst möglich. Zeitlupenaufnahmen dokumentierten in den Laborversuchen auch, wie die Insekten ihre Flügel genau im Wasser bewegten: nicht nur einfach auf und ab, sondern in Drehbewegungen nach unten und nach oben.

"Das Hochziehen der Flügel nach oben ist dabei der eigentliche Trick, denn es liefert den Schub nach vorn. Zugleich schöpft die Biene Antriebskraft aus dem Wasser, das nur an der Unterseite ihrer Flügel haftet, während die Oberseite trocken bleibt", erläuterte Roh. Denn Wasser sei dreifach schwerer als Luft, weshalb Bienen nicht einfach abheben könnten. Durch das Gewicht an der Unterseite der Flügel entstehe aber ein Schub, der zwar nicht ausreiche, um sich freizufliegen, aber immerhin genug, um sich vorwärts zu bewegen.

Diese Art der Fortbewegung sei bei einer Wasserung zwar hilfreich, aber weitaus anstrengender als Fliegen, betonten die Forscher. Anhand der Datenlage vermuteten sie, dass Bienen nur etwa zehn Minuten so "surfen" können. Wenn dann ihre Kräfte nachließen, würden sie ertrinken.

Mit den neuen Erkenntnissen bauten Roh und Gharib ein mechanisches Flügelmodell nach. Es soll künftig als Vorbild für Roboter dienen. Erste Konstruktionen von drohnenartigen Prototypen, die sowohl fliegen als auch schwimmen können, sind bereits in Arbeit. Denn die Technik könne sich die Fähigkeiten der Honigbienen gut zunutze machen, die das System der schlagenden Flügel sowohl in der Luft als auch auf dem Wasser anwende.


https://www.pnas.org/content/116/49/24446

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