Glatt oder mit Druck? Die Mechanik der Venusfliegenfalle

Die Wiedereröffnung der Venusfliegenfalle verläuft möglicherweise nicht immer reibungslos, und neue Forschungsergebnisse stellen unsere bisherigen Annahmen über ihre Mechanik in Frage.

In nur 100 Millisekunden fängt der fleischfressende Venusfliegenschnäpper die Mahlzeit seiner Wahl – ein Insekt oder eine Spinne. Während die schnelle Schnittbewegung gut untersucht wurde, ist die Mechanik des Wiederöffnens ihrer Falle weniger verstanden. Aber eine neue Studie kürzlich erschienen in Fortgeschrittene Wissenschaft berichteten, dass das Wiederöffnen seiner Falle nicht immer reibungslos verläuft und von seiner Form und Größe abhängt.

Das Schnappschließen einer Falle hängt sowohl vom hydraulischen Druck als auch vom Zellwachstum ab. Wenn eine Mahlzeit gefangen wird, werden die Fallen innerhalb von 5 bis 7 Tagen wieder geöffnet. Leere Fallen öffnen sich in Erwartung einer Mahlzeit viel schneller wieder, normalerweise innerhalb von 16 bis 44 Stunden. Aber wie dies wirklich passiert, wurde durch wenig bis gar keine soliden Beweise gestützt.

„Unsere Ergebnisse stellen die Ansicht eines ‚langsamen und homogenen‘ Aspekts des Wiederöffnungsprozesses in Frage, da wir zeigen, dass große, schlankere Fallen tatsächlich mit einem schnellen Schritt wieder geöffnet werden können – eine Errungenschaft, die zuvor als unmöglich angesehen wurde. während der Wiedereröffnung der Falle “, sagte Grażyna Durak von der Universität Freiburg, Deutschland, und Hauptautorin der Zeitung.

Da Größe und Form der Falle das Schließen der Falle beeinflussen, vermuteten die Forscher, dass auch das Wiederöffnen einen ähnlichen Effekt haben könnte. Also benutzten sie Flugzeuge in zwei verschiedenen Größen – normal und groß. Um die Mechanik eines Fliegenschnäppers zu untersuchen, der gerade wieder geöffnet wird, begann Duraks Team damit, ihn in Abwesenheit von Beute zu aktivieren.

Zeitrafferaufnahmen zeigten, dass sich die beiden Arten von Fallen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wieder öffnen, wobei sich die Lappen auf unterschiedliche Weise bewegen. Die Lappen des Fliegenschnäppers ändern sich von konvex zu konkav, wenn sie sich wieder öffnen. Während sich Fallen normaler Größe sanft nach außen öffneten, würden sich größere Fallen wahrscheinlich ähnlich langsam öffnen oder auf halber Strecke von einem reibungslosen Prozess zu einem schnelleren wechseln. Größere Fallen brauchten auch länger, um sich wieder zu öffnen. „Die Schlankheit der Fallen, die als die Dünnheit des Blattes im Verhältnis zur Blatthöhe / -breite beschrieben werden kann, kann auch eine Rolle dabei spielen, ob sich der Verschluss reibungslos öffnet oder klappt“, sagte Durak.

Überraschenderweise brechen größere Fallen manchmal während des langen Wiederöffnungsprozesses zusammen, anstatt die schnelle Falle zu schließen. Dies kann die Größe der Fallen begrenzen, da größere, schlanke Fallen eher brechen.

In Zukunft könnten Forscher untersuchen, wie sich Fallen nach der Verdauung einer Mahlzeit wieder öffnen, wie sich verschiedene Sorten verhalten und wie Sämlinge ihre Fallen wieder öffnen.

Durak interessiert sich seit langem dafür, zu untersuchen, wie biologische Strukturen die Entwicklung von weichen Robotern und anderen synthetischen Materialien bestimmen können. Solche biomimetischen Entwicklungen können von der Vielfalt der Bewegungen profitieren, die die Venusfliegenfalle beim Schließen, Verdauen und Wiederöffnen der Falle durchläuft. Dieses neue Verständnis des langsameren Wiederöffnens der Pflanzenfalle steht im Gegensatz zu der Klappbewegung derselben Struktur beim Schließen und liefert praktische Informationen.

Die klatschenden und nickenden Bewegungen des Venusfliegenschnäppers dienten als Inspiration für optische, springende und greifende Geräte – und brachten das Gebiet der weichen Robotik voran.

Referenz: Grażyna M. Durak, et al., Glatt oder mit einem Snap! Biomechanik der Wiederöffnungsfalle in der Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula), Fortgeschrittene Wissenschaft (2022). DOI: 10.1002 / Erw.202201362