News: Schleimkriecher
Es geht auch ohne Beine: schlängeln, robben und vorwärts schleimen - die Natur hat sich einiges einfallen lassen. Gibt es Schöneres, als die alternativen Bewegungsformen im Labor nachzustellen?
© Bild (Ausschnitt)
Des Gärtners Graus: In der Morgensonne glitzern Schleimspuren, die über den Gartenweg geradewegs zum Salatbeet führen – das heißt, zu etwas, das früher einmal diese Bezeichnung verdient hätte. Nun befinden sich hier nur noch Strünke, fein säuberlich abgefressen. Und der Täter? Längst weggeglibbert hat er sich. Still und leise entflohen. Nur seine Spur lässt sich noch erkennen.
Nun befassen sich ja Physiker im Allgemeinen und Theoretiker im Speziellen eher selten mit Schnecken. Wie also Lakshminarayanan Mahadevan und seine Kollegen von der Cambridge University zu ihrem Forschungsgebiet kamen? Jedenfalls beschäftigen sich die Forscher mit der Fortbewegung der Weichtiere, und nicht nur Schnecken haben es ihnen angetan. Alles, was sich auf mehr oder minder elegante Weise ohne Gliedmaßen vorwärts robbt, versetzt die Forscher in Entzücken.
Und da es ja schon Roboter gibt, welche die Gangarten von Insekten imitieren, und sogar solche, die sich am zweibeinigen Gang des Menschen versuchen, warum nicht ein einfaches System finden, das die Bewegung der niederen Kreatur nachempfindet? Aber was ist das Geheimnis von Schnecke, Schlange und Co? Wie kommt man vorwärts, wenn einem keine Beine zur Verfügung stehen?
Wie die Forscher erklären, sorgt stets eine periodische Bewegung für das Vorwärtskommen, die entweder selbst asymmetrisch ist oder durch einen geeigneten Mechanismus in richtige Bahnen geleitet wird. Die Schnecke macht es mit Schleim. Dieser ist nämlich mal flüssig-glitschig, mal eher zäh-klebrig, je nachdem, welche Scherspannung anliegt. Sind die Kräfte groß, dann flutscht's, und der Schneckenkörper gleitet wie geschmiert über den Untergrund. An anderer Stelle, wo die Kräfte nicht so stark sind, kann sich die Schnecke abstoßen. So gelingt es ihr durch wellenförmige, periodische Bewegungen ihres Fußes, sich vorwärts zu bewegen.
Um dieses Prinzip zu kopieren, wählten die Forscher Hydrogelstäbchen von zwei Millimeter Radius und zwei Zentimeter Länge, die in Sachen Glibberigkeit durchaus dem bewährten Schneckenschleim ebenbürtig waren. Diese Stäbchen setzten die Physiker auf einer Glasoberfläche ab, und da sich das Hydrogel nicht von selbst bewegt, versetzten sie kurzerhand die Unterlage in periodische Schwingungen. Weil die Vibrationen der Glasplatte asymmetrisch waren, das heißt, die Bewegung in die eine Richtung schneller als in die andere erfolgte, krochen die Stäbchen ganz von selbst über das Glas.
In einem zweiten Versuch verwendeten Mahadevan und seine Kollegen indes eine symmetrische Schwingung zum Antrieb. Hier steckte nun die Asymmetrie in der Kunststoff-Unterlage, auf der das Hydrogel rutschte. Im Grunde war diese einfach mit schrägen Einkerbungen versehen, die wie Schuppen den Stäbchen nur einen möglichen Weg ließen. Dabei zeigte sich, dass mehr Schuppen, eine größere Schwingungsamplitude und eine höhere Frequenz die Stäbchen jeweils schneller rutschen ließen. Einzig für den Kerbwinkel, mit dem die Schnitte in den Kunststoff getrieben wurden, ergab sich mit etwa 30 Grad eine optimale Stellung fürs Vorwärtskommen.
Nicht nur Schnecken-Gekreuch ließ sich auf diese Weise nachahmen, auch Geschlängel und sogar das typische Raupen-Buckeln war im Experiment zu beobachten. Für die Schlangenbewegung brauchte es nur eine entsprechend strukturierte Rennstrecke, welche die Hydrogel-Stäbchen zu Schlangenlinien verleitete. Die Schuppen waren hier strahlenförmig angeordnet, wobei sich der Ausgangspunkt der Strahlen mal oben, mal unten am Wegesrand befand. Für die Raupengangart waren keine solchen Veränderungen der Unterlage nötig. Hier reichte es, die Platte in vertikale Schwingungen zu versetzen, sodass sich ein Teil des Stäbchens abhob, einen Buckel bildete und vorwärts rutschte.
Freilich noch kommt die antreibende Bewegung nicht von innen und lässt sich deshalb nur bedingt mit tierischen Vorbildern vergleichen. Aber auch hier haben die Forscher um Mahadevan schon eine Idee in petto: So könnte man beispielsweise Gele verwenden, die sich durch elektromagnetische Felder, Temperaturveränderungen oder einen chemischen Stimulus in Schwingung versetzen und auf diese Weise zur Rutschpartie verleiten lassen. Sicherlich auch ein großer Spaß.
Nun befassen sich ja Physiker im Allgemeinen und Theoretiker im Speziellen eher selten mit Schnecken. Wie also Lakshminarayanan Mahadevan und seine Kollegen von der Cambridge University zu ihrem Forschungsgebiet kamen? Jedenfalls beschäftigen sich die Forscher mit der Fortbewegung der Weichtiere, und nicht nur Schnecken haben es ihnen angetan. Alles, was sich auf mehr oder minder elegante Weise ohne Gliedmaßen vorwärts robbt, versetzt die Forscher in Entzücken.
Und da es ja schon Roboter gibt, welche die Gangarten von Insekten imitieren, und sogar solche, die sich am zweibeinigen Gang des Menschen versuchen, warum nicht ein einfaches System finden, das die Bewegung der niederen Kreatur nachempfindet? Aber was ist das Geheimnis von Schnecke, Schlange und Co? Wie kommt man vorwärts, wenn einem keine Beine zur Verfügung stehen?
Wie die Forscher erklären, sorgt stets eine periodische Bewegung für das Vorwärtskommen, die entweder selbst asymmetrisch ist oder durch einen geeigneten Mechanismus in richtige Bahnen geleitet wird. Die Schnecke macht es mit Schleim. Dieser ist nämlich mal flüssig-glitschig, mal eher zäh-klebrig, je nachdem, welche Scherspannung anliegt. Sind die Kräfte groß, dann flutscht's, und der Schneckenkörper gleitet wie geschmiert über den Untergrund. An anderer Stelle, wo die Kräfte nicht so stark sind, kann sich die Schnecke abstoßen. So gelingt es ihr durch wellenförmige, periodische Bewegungen ihres Fußes, sich vorwärts zu bewegen.
Um dieses Prinzip zu kopieren, wählten die Forscher Hydrogelstäbchen von zwei Millimeter Radius und zwei Zentimeter Länge, die in Sachen Glibberigkeit durchaus dem bewährten Schneckenschleim ebenbürtig waren. Diese Stäbchen setzten die Physiker auf einer Glasoberfläche ab, und da sich das Hydrogel nicht von selbst bewegt, versetzten sie kurzerhand die Unterlage in periodische Schwingungen. Weil die Vibrationen der Glasplatte asymmetrisch waren, das heißt, die Bewegung in die eine Richtung schneller als in die andere erfolgte, krochen die Stäbchen ganz von selbst über das Glas.
In einem zweiten Versuch verwendeten Mahadevan und seine Kollegen indes eine symmetrische Schwingung zum Antrieb. Hier steckte nun die Asymmetrie in der Kunststoff-Unterlage, auf der das Hydrogel rutschte. Im Grunde war diese einfach mit schrägen Einkerbungen versehen, die wie Schuppen den Stäbchen nur einen möglichen Weg ließen. Dabei zeigte sich, dass mehr Schuppen, eine größere Schwingungsamplitude und eine höhere Frequenz die Stäbchen jeweils schneller rutschen ließen. Einzig für den Kerbwinkel, mit dem die Schnitte in den Kunststoff getrieben wurden, ergab sich mit etwa 30 Grad eine optimale Stellung fürs Vorwärtskommen.
Nicht nur Schnecken-Gekreuch ließ sich auf diese Weise nachahmen, auch Geschlängel und sogar das typische Raupen-Buckeln war im Experiment zu beobachten. Für die Schlangenbewegung brauchte es nur eine entsprechend strukturierte Rennstrecke, welche die Hydrogel-Stäbchen zu Schlangenlinien verleitete. Die Schuppen waren hier strahlenförmig angeordnet, wobei sich der Ausgangspunkt der Strahlen mal oben, mal unten am Wegesrand befand. Für die Raupengangart waren keine solchen Veränderungen der Unterlage nötig. Hier reichte es, die Platte in vertikale Schwingungen zu versetzen, sodass sich ein Teil des Stäbchens abhob, einen Buckel bildete und vorwärts rutschte.
Freilich noch kommt die antreibende Bewegung nicht von innen und lässt sich deshalb nur bedingt mit tierischen Vorbildern vergleichen. Aber auch hier haben die Forscher um Mahadevan schon eine Idee in petto: So könnte man beispielsweise Gele verwenden, die sich durch elektromagnetische Felder, Temperaturveränderungen oder einen chemischen Stimulus in Schwingung versetzen und auf diese Weise zur Rutschpartie verleiten lassen. Sicherlich auch ein großer Spaß.
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