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Aktuell  15.08.2008 (Archiv)

Käfer spüren Waldbrände auf

Insekten als Vorlage für hochempfindliche Infrarottechnologien: Der schwarze Kiefernprachtkäfer verfügt über einen sensiblen Waldbrand-Sensor.

Wissenschaftler der Universität Bonn und des Forschungszentrums caesar haben beim Schwarzen Kiefernprachtkäfer eine Vorlage zum Bau eines hochempfindlichen Infrarotsensors gefunden. Der Prachtkäfer, dessen Larven sich von frisch verbranntem Holz ernähren, verfügen über einen Sensor, der sie Feuer gewissermaßen 'hören' lässt. In der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins Journal of Experimental Biology berichten die Forscher über die jüngsten Erkenntnisse über die Wirkweise dieses Sensors.

'Es ist uns erstmalig gelungen, wichtige Materialeigenschaften dieses Sensors im Nanobereich zu messen, um damit unser Modell der Wirkungsweise weiter zu bestätigen', so der Studienautor Helmut Schmitz vom Institut für Zoologie an der Universität Bonn. 'Insgesamt gibt es im Insektenreich nur vier solcher bekannten Infrarotsensoren - zwei davon in australischen Käfern, die allerdings nach völlig anderen Prinzipien arbeiten und eines bei einer Wanze, deren Wirkweise ähnlich dem des Prachtkäfers ist', erklärt der Entomologe. Angeblich kann der Sensor Waldbrände aus bis zu 80 Kilometern Entfernung registrieren. 'Die Zahl ist nicht wissenschaftlich belegt. Fest steht allerdings, dass der Sensor so empfindlich ist, dass der Käfer den Brand aus mehreren Kilometern Entfernung detektieren kann', meint Schmitz.

Dass die Käfer, die in Süd- und Südosteuropa heimisch sind, wahre Branderkennungskünstler sind, sei keine Neuheit, meint Schmitz. 'Es ist uns aber gelungen, der Wirkweise dieses Sensors, der etwa fünfmal schneller als technische Infrarot-Fühler arbeitet, näher zu kommen.' Das Geheimnis dahinter ist, dass der Wärmereiz zunächst in eine Druckerhöhung umgewandelt wird, die der Käfer registriert. 'Die Sinneszelle, mit der er das tut, ist ein typischer Mechanorezeptor, wie er beispielsweise auch in vielen Gehörorganen von Insekten - etwa bei Heuschrecken oder Grillen - zum Einsatz kommt', so der Experte.

Die druckempfindliche Spitze der mechanischen Sinneszelle ist in einen winzigen runden Druckbehälter, dessen Wandung extrem fest ist, eingebettet. In diesem befinden sich einige hundertmilliardstel Milliliter Wasser, das sich bei Bestrahlung mit Infrarotlicht einer gewissen Wellenlänge erwärmt. Durch die Ausdehnung der Flüssigkeit erhöht sich der Druck im Behälter, der wie auch der Insektenpanzer aus Kutikula besteht. 'Der Druckbehälter, dessen einzig weiche Stelle die Spitze der Sinneszelle ist, die wie ein Handschuhfinger in ihn hineinragt, misst nur ein Drittel der Dicke eines menschlichen Haares', erklärt Schmitz. Wenn sich das erwärmte Wasser ausdehnt, drückt es diese winzige fingerförmige Struktur zusammen. 'Das Faszinierende an diesem Mechanismus ist, dass der Käfer diese Spannungsänderungen schon wenige tausendstel Sekunden nach dem Infrarot-Puls registriert', so der Wissenschaftler. Damit stelle dieser Sensor bisher existierende auf Wärmestrahlungsdetektion basierende Waldbrandsensoren deutlich in den Schatten.

'Das gesamte Projekt ist Teil einer umfassenden Forschungsreihe zum Thema Biomimetik - der Nachahmung biologischer Systeme in der Technik', erklärt Schmitz im pte-Interview abschließend.

pte

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