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Blick in den Brustkorb der Fliegen: Sichtbar sind die fünf untersuchten Steuermuskeln (grün bis blau) und die Kraftmuskeln (gelb bis rot). 
Blick in den Brustkorb der Fliegen: Sichtbar sind die fünf untersuchten Steuermuskeln (grün bis blau) und die Kraftmuskeln (gelb bis rot). 
3-D-Röntgenfilm

Forscher filmen fliegende Fliegen von innen

Britischen und Schweizer Wissenschaftlern ist es gelungen, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Flugmuskeln von lebenden Schmeissfliegen zu machen – während des Flugs und in 3-D. 
26.03.2014, 11:4326.03.2014, 13:47

Schweizer Physiker haben mithilfe von Röntgenlicht aus einem Teilchenbeschleuniger die schnellen Bewegungen der Flugmuskeln von Fliegen gefilmt. Die 3-D-Filme entstanden am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen AG. 

Sie belegen laut den Forschenden, dass eine flexible, nachgiebige Konstruktion der Flügelgelenke entscheidend für die Steuerung des Flügelschlags ist. Dieser sei einer der komplexesten Mechanismen der Natur, schrieb das PSI in einer Mitteilung vom Dienstag

Winzige Steuermuskeln

In der Zeit, in der ein Mensch blinzelt, kann eine Blaue Schmeissfliege (Calliphora vicina) fünfzig Mal mit ihren Flügeln schlagen. Sie kontrolliert dabei jeden einzelnen Flügelschlag mit zahlreichen winzigen Steuermuskeln. Manche sind so dünn wie ein Menschenhaar; sie machen nur 3 Prozent der gesamten Flugmuskelmasse aus.  

Bisher sei unklar gewesen, wie die Steuermuskeln die um ein Vielfaches stärkeren Hauptflugmuskeln bei Flugmanövern beeinflussen können, schreiben die Forscher im Fachjournal «PLOS Biology». Also drehten die Forscher während des Flugs ihre Versuchsanordnung um, sodass die Fliegen eine Kurve fliegen mussten. So liess sich die Muskelarbeit bei diesem Manöver filmen. 

Dreidimensionale Visualisierung des Insekten-Brustkorbs.
Video: Youtube/PLOS Media

Es zeigte sich, dass die Kraftmuskeln zwar symmetrisch arbeiten, die Fliege aber bei jedem Flügelschlag Kraft umleiten kann, und zwar auf einen Muskel, der auf die Absorption mechanischer Energie spezialisiert ist. Ganz ähnlich funktioniere beim Autofahren das Bremsen durch das Herunterschalten der Gänge, erklärten die Forscher. Ausserdem knickten bei jedem Flügelschlag bestimmte Sehnen ein, um grössere Bewegungen zu erlauben. 

Dreidimensionale Visualisierung von fünf der direkten Steuerungsmuskeln. 
Video: Youtube/PLOS Media

3-D-Filme der Flugmuskeln

Mit Hilfe der Synchrotron Lichtquelle Schweiz am PSI konnten die Forscher nach eigenen Angaben Hochgeschwindigkeitsaufnahmen dieser Vorgänge in bislang unerreichter Zeitauflösung aufnehmen. Sie kombinierten einzelne zweidimensionale Röntgenaufnahmen aller Phasen des Flügelschlags aus mehreren Blickwinkeln zu 3-D-Filmen der Flugmuskeln. 

Dreidimensionale Visualisierung der äusseren Bewegung des Brustkorbs.
Video: Youtube/PLOS Media

«Das Gewebe im Brustkorb der Fliege lässt kein sichtbares Licht durch, kann aber mit Röntgenstrahlen durchleuchtet werden», liess sich der für den Versuch verantwortliche PSI-Forscher Rajmund Mokso zitieren. 

Die Forschenden hoffen, dass ihre Ergebnisse dereinst das Design von neuen mikromechanischen Geräten inspirieren können. Der Flugmotor der Schmeissfliege löse auf grossartige Weise das Problem, relativ grosse, dreidimensionale Bewegungen mit mechanischen Komponenten hinzubekommen, die eigentlich nur kleine, eindimensionale Bewegungen erzeugen können. (dhr/sda)

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