Die Grabventile weiblicher Heuschrecken nutzen sich nach Abschluss ihrer Aufgabe ab

Forscher der Universität Tel Aviv untersuchten den mechanischen Verschleiß der Grabventile an der Spitze des Hinterleibs der weiblichen Heuschrecke, mit denen im Laufe ihres Lebens drei- bis viermal Gruben für die Eiablage gegraben wurden. Sie fanden heraus, dass sich die Klappen im Gegensatz zu Organen mit bemerkenswert hoher Verschleißfestigkeit, wie dem Mandibulum (Unterkiefer), durch das intensive Graben erheblich abnutzen.

Die Forscher erklärten: „Dies ist ein lehrreiches Beispiel für das ‚gut genug‘-Prinzip in der Natur. Die Evolution sah keine Notwendigkeit, zusätzliche Energie und Ressourcen in ein Organ mit einem bestimmten Zweck zu investieren, das seine Funktion angemessen erfüllt. Wir Menschen, die oft investieren.“ Übermäßige Ressourcen in technischen Systemen können viel von der Natur lernen.

Die Studie wurde von Dr. Bat-El Pinchasik von der School of Mechanical Engineering und Prof. Amir Ayali von der School of Zoology an der Wise Faculty of Life Sciences, der Sagol School of Neuroscience und dem Steinhardt Museum of Natural History in Tel. geleitet Universität Aviv. Ihr Artikel wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien.

Dr. Pinchasik sagte: „In meinem Labor untersuchen wir mechanische Mechanismen in der Natur, teilweise um Inspiration für die Lösung technologischer Probleme zu gewinnen. Kürzlich haben wir in einer Reihe von Studien mit dem Heuschreckenexperten Prof. Amir Ayali zusammengearbeitet, um den Mechanismus zu verstehen, den das Weibchen nutzt.“ Heuschrecke, um eine Grube zu graben, um ihre Eier zu legen. Dieser einzigartige Mechanismus besteht aus zwei Paaren schaufelartiger Ventile, die sich zyklisch öffnen und schließen und sich in den Boden graben, während sie den Sand gegen die Wände drücken.

Prof. Ayali fügte hinzu: „Wir wissen, dass viele Mechanismen im Körper von Insekten im Allgemeinen und Heuschrecken im Besonderen außerordentlich widerstandsfähig gegen mechanische Abnutzung sind. Beispielsweise bestehen die Mandibeln der Heuschrecken, die täglich zur Nahrungsaufnahme verwendet werden, aus einem äußerst haltbaren Material.“ .

„Die Grabklappen hingegen sind zwar beim Graben erheblichen Scherkräften ausgesetzt, werden aber im Leben des Weibchens nur drei- oder viermal verwendet – wenn es Eier legt. In dieser Studie wollten wir herausfinden, ob diese Grabklappen aus … bestehen.“ hartes kutikuläres Material, wurden durch die Evolution zudem mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung ausgestattet.“

Um diese Frage zu beantworten, untersuchten die Forscher die Grabklappen von drei verschiedenen Gruppen weiblicher Heuschrecken: junge Weibchen, die noch keine Eier gelegt hatten, ausgewachsene Weibchen, die unter Bedingungen gehalten wurden, die das Legen von Eiern verhinderten – um zu testen, ob allein das Alter zu Verschleiß führt, und erwachsene Weibchen Weibchen, die bereits drei- oder viermal Eier gelegt hatten.

Um die innere Struktur und Haltbarkeit der Grabventile zu analysieren, verwendeten die Forscher in Zusammenarbeit mit dem deutschen Team mehrere fortschrittliche Technologien: konfokale Mikroskopie, 3D-Fluoreszenzbildgebung und einen Teilchenbeschleuniger (Synchrotron). Die Ergebnisse zeigten deutliche Verschleißerscheinungen an den Ventilen und das Fehlen von Elementen, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischem Verschleiß gewährleisten. Bemerkenswert ist, dass in den Ventilen keine verstärkenden Metallionen gefunden wurden, die für extrem verschleißfeste biologische Materialien typisch sind.

Dr. Pinchasik sagte: „Die biologische Rolle einer weiblichen Heuschrecke besteht darin, drei- oder viermal in ihrem Leben Eier zu legen. In dieser Studie haben wir herausgefunden, dass die Evolution ihre Grabklappen so konstruiert hat, dass sie ihre Aufgabe genau erfüllen – nicht mehr und nicht weniger. Das ist eine wunderbares Beispiel für das „gut genug“-Prinzip in der Natur: Es werden keine zusätzlichen Ressourcen in ein Organ investiert, wenn sie nicht benötigt werden.

„Als Menschen können wir viel von der Natur lernen – über die Einsparung von Materialien, Energie und Ressourcen. Als Ingenieure, die Produkte entwickeln, ist es unsere Pflicht, den Bedarf genau zu verstehen und eine genaue Antwort zu entwerfen, um unnötige Überentwicklung zu vermeiden.“

Zu den weiteren Forschern gehörten Ph.D. Die Studentin Shai Sonnenreich von der School of Mechanical Engineering der TAU sowie Forscher der Technischen Universität Dresden in Deutschland, Prof. Yael Politi, und ein Postdoc in ihrer Gruppe, Dr. Andre Eccel Vellwock.