Elegant sausen sie am Ufer von Teichen und Seen durch die Luft – doch in diesem geflügelten Erwachsenenstadium verbringen die Libellen nur einen vergleichsweise kurzen Abschnitt ihres Lebens. Die meiste Zeit existieren sie als Larven am Grund der Gewässer. Dort lauern die rabiaten Räuber Mückenlarven und anderen Beutetieren auf. Ihre Opfer ereilt das Schicksal schlagartig: Libellenlarven besitzen am Kopf eine spezielle Fangmaske, die sie in Sekundenbruchteilen nach vorn schnellen lassen können, um Beutetiere zu greifen (Siehe Video).
Doch wie funktioniert das bizarre Greifinstrument? Zu dem biomechanischen Prinzip, das die Hochgeschwindigkeitsbewegung ermöglicht, gab es bisher nur Annahmen. Man ging davon aus, dass es sich um einen hauptsächlich hydraulischen Vortrieb handeln müsse. Doch ein Forscherteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel wollten es nun genauer wissen. Um die Funktionsweise zu entschlüsseln, untersuchten sie die Fangmaske der Insektenlarven mithilfe verschiedener interdisziplinärer Analysetechniken. Vor allem moderne Verfahren der Computertomografie lieferten dabei Einblicke in den inneren Aufbau der winzigen Struktur.
Ein duales Katapultsystem
So zeigte sich: Ein Hydrauliksystem gibt es nicht. Der Vortrieb der Mundwerkzeuge der Libellenlarven funktioniert stattdessen über ein steuerbares Katapultsystem: eine innere, elastische Struktur im Libellenkopf, die wie eine Sprungfeder von einem Muskel gespannt wird. Dabei wird die Energie des Muskels gespeichert und schlagartig freigesetzt, ähnlich wie bei einem gespannten Bogen. Derartige Systeme sind im Tierreich zwar weit verbreitet – etwa bei Heuschrecken, Zikaden oder Fangschreckenkrebsen. Doch bei den Libellenlarven gibt es eine Besonderheit, die bisher noch nicht beschrieben wurde: Es liegt ein synchronisiertes, duales Katapultsystem vor. „Zwei Katapulte liegen in einer Struktur, können aber individuell vorgespannt werden. Sie arbeiten zusammen, um die Fangmaske präzise zu steuern“, erklärt Co-Autor Alexander Köhnsen.
Um diese Funktionsweise zu bestätigen und zu veranschaulichen, haben die Forscher die komplexen Abläufe zunächst mittels 3D-Animationen visualisiert. Anschließend haben sie dann einen Roboter im 3D-Druckverfahren gefertigt, der die Greifmaske der Libellenlarven nachbildet. „Einer der großen Vorteile von bioinspirierten Robotern ist die Möglichkeit, Ideen über biologische Funktionsprinzipien zu testen, die anders sehr schwer zu überprüfen wären. Robotik funktioniert idealerweise in zwei Richtungen: Wir lernen etwas über die Biologie und entwickeln etwas technisch Anwendbares“, sagt Erstautor Sebastian Büsse.
