Erstaunliche Insekten stellen Flugapparate des Menschen in den Schatten
NACH Kriegsende sind Journalisten und Kenner des Militärs stets eifrig bemüht, die technische Perfektion moderner Waffen zu rühmen. Sie preisen den Erfolg von sogenannten „intelligenten Bomben“, von lasergesteuerten Cruise-Missiles und von Kampfhubschraubern mit beispielloser — und tödlicher — Steuerbarkeit. Die Genialität, die hinter diesen Waffen steckt, ist ohne Frage oft bemerkenswert. Doch in den Lobeshymnen auf die Todesmaschinerie wird eine simple Tatsache kaum anerkannt: Selbst die fortschrittlichsten von Menschen erfundenen „fliegenden Wunder“ sind in ihrem Design primitiv, verglichen mit den winzigen Flugapparaten, die wir reichlich in der Schöpfung finden.
Betrachten wir einmal das Cruise-Missile. Gemäß dem Wall Street Journal ist „der Weg des Cruise-Missiles durch eine digitalisierte Landkarte im Bordcomputer vorprogrammiert. Eine Hochleistungskamera und elektronische Sensoren halten es auf Kurs, wenn es knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit in Bodennähe dahinfliegt.“ Klingt recht kompliziert, nicht wahr? Aber jetzt betrachten wir zum Vergleich ein einfaches Insekt: den Bienenwolf.
Ein winziger Kartograph
Ben Smith, ein technischer Redakteur der Computerzeitschrift BYTE, schrieb kürzlich: „Mit dem Bienenwolf verglichen ist das Cruise-Missile ausgesprochen dumm.“ Warum? Weil man ein Cruise-Missile trotz seines technischen Könnens ziemlich leicht täuschen kann. Smith sagte dazu: „Man braucht lediglich das Ziel zu verlegen und eine Attrappe zu hinterlassen. Das Cruise-Missile kann niemals herausfinden, ob es einen Fehler gemacht hat, weil es sich beim Zerstören des Ziels selbst zerstört.“
Um den Bienenwolf zu täuschen, muß man sich schon mehr einfallen lassen. Ein Biologe, der diese Insekten studiert, hat es versucht. Nachdem er bemerkt hatte, daß Hunderte von Bienenwölfen gemeinschaftlich in gleich aussehenden Löchern an einem kleinen Strandstück lebten, paßte er auf, bis ein Insekt herausflog, und verstopfte den Eingang mit Sand. Dann wartete er ab, ob das Insekt das Loch wiederfinden würde. Zu seinem Erstaunen landete es zielsicher bei dem verdeckten Loch und grub es frei! Der Biologe fragte sich, ob sich das Insekt Orientierungspunkte merkte, sich also eine Art geistige Landkarte zeichnete; er hatte nämlich beobachtet, daß der Bienenwolf jedesmal, wenn er wegflog oder zurückkam, über seinem Erdloch so etwas wie einen Erkundungsflug machte.
Um seine Theorie zu prüfen, verschloß er das Loch nochmals und ordnete einige herumliegende Kiefernzapfen anders an. Als der Bienenwolf zurückkam, erkundete er wie üblich das Gelände von oben und ließ sich an einem falschen Platz nieder. Einen Moment lang war er verwirrt. Dann aber machte er noch einen Erkundungsflug, nur diesmal höher. Aus dieser Perspektive sah das Insekt die Lage anders und konnte anscheinend weitere unveränderte Orientierungspunkte ausmachen, denn es fand sofort das verdeckte Loch und grub es wieder frei.
Der Bordcomputer eines Cruise-Missiles kann fast eine Million Dollar kosten und wiegt nahezu 50 kg. Der Bienenwolf gebraucht ein Gehirn ungefähr von der Größe eines Stecknadelkopfs. Ben Smith fügte hinzu: „Der Bienenwolf kann zudem laufen, graben, seine Beute ausmachen und sie überlisten; und er kann einen Gefährten finden (etwas, was für ein Cruise-Missile verheerend wäre).“ Smith sagte abschließend: „Auch wenn die diesjährigen Hochleistungsmaschinen den Typ des letzten Jahres um ein Vielfaches übertreffen, reichen sie nicht im geringsten an die Leistung des Gehirns des einfachen Bienenwolfs heran, geschweige denn an die Leistung des menschlichen Verstandes.“
Diese phantastischen Flügel!
Das könnte ebenso von den modernsten von Menschenhand geschaffenen Luftfahrzeugen, wie Kampfhubschraubern, gesagt werden. Robin J. Wootton, ein Insekten-Paläontologe in England, hat über zwei Jahrzehnte lang die Flugweise der Insekten studiert. In der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft schrieb er kürzlich, daß manche Insekten „wahre Akrobaten“ sind. „Eine Stubenfliege zum Beispiel vermag ihren raschen Flug sehr effektvoll zu verlangsamen, auf der Stelle zu schweben, Vorderbeine voraus noch eine Körperlänge im Winkel von 45 Grad aufzusteigen und mit einer halben Rolle rückwärts kopfunter an der Zimmerdecke zu landen — das alles im Bruchteil einer Sekunde.“
Wie kann es angehen, daß diese kleinen Flugapparate die von Menschen geschaffenen Luftfahrzeuge an Leistung übertreffen? Nun, die meisten Luftfahrzeuge verfügen über Gyroskope, durch die sie bei Luftmanövern das dynamische Gleichgewicht halten. Fliegen haben ihre eigenen Gyroskope — die Schwingkölbchen, hebelförmige Ausstülpungen, die dort sitzen, wo andere Insekten ihre Hinterflügel haben. Die Schwingkölbchen und die Flügel bewegen sich synchron. Sie steuern die Fliege und halten sie im Gleichgewicht, wenn das Insekt dahinschießt.
Gemäß dem Paläontologen Wootton liegt das wahre Geheimnis aber in den Flügeln der Insekten. Er schrieb, daß er während seines Studiums in den sechziger Jahren vermutete, daß Insektenflügel weit mehr als „abstrakte Muster der Äderung und der Membranform“ seien — wie sie häufig beschrieben wurden. Ihm erschien eher „jeder Flügel wie ein geschicktes Teilchen einer winzigen Technik“.
Die langen Äderchen in den Insektenflügeln zum Beispiel sind in Wirklichkeit feste Röhrchen, die mit kleinen luftgefüllten Röhrchen (Tracheen) vernetzt sind. Diese leichten, steifen Holme sind durch Queräderchen verbunden. Das dadurch entstehende Muster ist mehr als nur schön; laut Wootton ähnelt es Fachwerkträgern und räumlichen Rahmen, die Bauingenieure verwenden, um größere Festigkeit und Steifigkeit zu erzielen.
Das verzweigte Gerüst ist von einer Membran überzogen, die Wissenschaftler noch nicht ganz erforscht haben; sie wissen lediglich, daß sie außergewöhnlich fest und leicht ist. Wootton bemerkte, daß die Membran, die das Gitterwerk des Flügels überspannt, diesen fester und steifer macht; geradeso wie der wacklige Holzrahmen eines Malers an Festigkeit gewinnt, wenn die Leinwand darübergespannt wird.
Die Flügel dürfen jedoch nicht zu steif sein. Sie müssen den enormen Druck schnellen Fliegens aushalten und müssen etliche Zusammenstöße überstehen. Wootton fand bei der Betrachtung des Querschnitts von Flügeln heraus, daß viele Flügel sich von der Basis zur Spitze hin verjüngen, wodurch die Enden elastischer werden. Er schrieb, daß die Flügel bei einem Anprall gewöhnlich nicht steif bleiben, sondern nachgeben und sich rasch wieder aufrichten, „wie sich vom Wind gebeugtes Schilf aufrichtet“.
Vielleicht noch bemerkenswerter ist, daß die Flügel sich während des Fluges verformen können. Bei den Vögeln ist dies zwar auch der Fall, aber sie gebrauchen die Muskeln in ihren Flügeln, um die Flügelform zu verändern. Die Muskeln eines Insekts reichen nur bis zur Flügelbasis. In dieser Hinsicht entspricht der Insektenflügel einem Bootssegel. Um die Form zu verändern, muß die Kontrolle von der Basis ausgehen — bei einem Segel von der Crew auf dem Deck, bei den Insektenflügeln von den Muskeln der Brust. Wootton bemerkte jedoch: „Ein Insektenflügel ist weit raffinierter gestaltet als jedes Segel und entschieden interessanter. ... Außerdem haben sie Stoßdämpfer und Gegengewichte, sind gegen starkes Einreißen geschützt und enthalten manch andere einfache, aber sehr wirkungsvolle Elemente, die alle zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften beitragen.“
Auftrieb — die Hauptbedingung
Die bisher betrachteten Faktoren und viele weitere Einzelheiten des Flügeldesigns ermöglichen es dem Insekt, den Flügel so zu steuern, daß schließlich die Hauptbedingung für das Fliegen geschaffen wird — der Auftrieb. Wootton hat tatsächlich über ein halbes Dutzend komplizierte Möglichkeiten beschrieben, wie Insekten ihre Flügel steuern, um Aufwärtsbewegungen zu erzeugen.
Marvin Luttges, ein Raumfahrtingenieur, hat zehn Jahre damit zugebracht, den Flug von Libellen zu untersuchen. Diese Insekten erzeugen so viel Auftrieb, daß die Zeitschrift National Wildlife kürzlich ihre Flugweise als „ein aerodynamisches Wunder“ bezeichnete. Luttges hängte einer Libellenart, Libellula luctuosa, winzige Gewichte an und stellte fest, daß das kleine Insekt mühelos das Zwei- bis Zweieinhalbfache des eigenen Gewichts anheben konnte. Auf seine Größe bezogen, heißt das, daß dieses Geschöpf sich mit dreimal mehr Gewicht in die Luft begeben kann, als es die leistungsfähigsten von Menschen erfundenen Luftfahrzeuge können.
Wie schaffen Libellen das? Luttges und seine Kollegen fanden heraus, daß die Libelle mit jedem Abschlag ihren Flügel leicht verdreht und dadurch auf dessen Oberfläche minimale Luftwirbel hervorruft. Die komplizierte Nutzung dessen, was Ingenieure unstetige Luftströmungen nennen, ist weit von der Flugweise der von Menschen geschaffenen Flugzeuge entfernt; sie sind von stetigen Luftströmungen abhängig. Gemäß National Wildlife ist es das Können der Libelle, „die Kraft der Luftwirbel auszunutzen“, das solch einen „phänomenalen Auftrieb“ zustande bringt. Sowohl die US-Luftwaffe als auch die US-Marine befürworten Luttges Arbeit und unterstützen sie finanziell. Wäre es möglich, beim Bau von Flugzeugen ähnliche Prinzipien mit einfließen zu lassen, könnten sie wesentlich leichter abheben und auf wesentlich kleineren Landebahnen landen.
Allerdings wäre es etwas ganz anderes, genauso wendig wie die Libelle zu sein. National Wildlife bemerkte, daß die Libelle von ihrem ersten Flug an „sofort die Wunder vollführt, um die sie die geschicktesten Piloten heute nur beneiden können“.
Es verwundert daher nicht, daß der Paläontologe Wootton abschließend zu diesem Thema sagte: „Je besser wir die Funktionsweise von Insektenflügeln verstehen, desto raffinierter und wunderbarer dünkt uns ihr Design.“ Er fügte hinzu: „Dazu gibt es keine technischen Pendants — bis jetzt jedenfalls.“
„Bis jetzt jedenfalls“; das läßt die optimistische — wenn nicht überhebliche — Ansicht des Menschen erkennen, im Laufe der Zeit praktisch jedes Werk des Schöpfers nachmachen zu können. Zweifellos wird der Mensch weiterhin bemerkenswerte, raffinierte Imitationen dessen erfinden, was er in der Natur entdeckt. Doch eines sollten wir im Sinn behalten: Es ist eine Sache, etwas zu imitieren, es ist aber eine andere Sache, etwas zu erschaffen. Vor über 3 000 Jahren sagte der weise Mann Hiob: „Frag doch bitte die Haustiere, und sie werden dich unterweisen, auch die geflügelten Geschöpfe der Himmel, und sie werden es dir mitteilen. Wer unter all diesen erkennt nicht gut, daß die Hand Jehovas selbst dies getan hat?“ (Hiob 12:7, 9).