Schraube und Mutter – Wer hat’s erfunden?

Wissenschaftler des Staatlichen Museums für Naturkunde in Karlsruhe (SMNK) haben bei Rüsselkäfern eine Fußgelenkkonstellation entdeckt, die nach dem Schraube-Mutter-Prinzip funktioniert, und das schon seit Millionen von Jahren.
Der Mensch rühmt sich ja gerne mit seinen technischen Errungenschaften und versucht sich damit über den “Rest” der Natur zu erheben, doch die letzten Jahrzehnte waren in diesem Sinne reichlich ernüchternd, zeigte die Wissenschaft doch, daß viele der vermeintlich humanen Erfindungen schon vor Ewigkeiten von der Natur erfunden wurden. Ein prominetes Beispiel ist das Rad und gleich noch dazu ein Kreiselmotorantrieb, der unter Protonengradientenfluss über die Zellmembran die Flagellen von freischwimmenden prokariotischen Bakterien antreibt, der sogenannte Motorkomplex.

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Bakterieller Motorkomplex (Bild: Wikipedia)

Hierbei werden Wasserstoffprotonen im inneren der Zelle angereichert und gezielt durch den Motorkomplex wieder entlassen, bei dessen Passage sie eine physikalische Bewegung der Grundplatte (Abb. MS-Ring) des Flagellums bewirken. Dieser Prozess führt in seiner sequentiellen Abfolge zu einer Drehung der Geissel, die zum Vortrieb des Bakteriums im Wasser (oder in einem anderen flüssigen Medium) führt.
Und zu dieser Erfolgsgeschichte der Natur gesellt sich nun eine neue “Erfindung”, die Schraube. Und die dazu passende Mutter wurde naturlich direkt mitgeliefert. Die älteste menschliche Beschreibung dieses Prinzips ist die “Archimedische Schraube“, die laut Geschichtsschreibung um ca. 300 v.Chr. erfunden wurde, um die Hängenden Gärten von Babylon zu bewässern.

Wissenschaftler um Dr. A. Riedel am Staatlichen Naturkundemuseum in Karlruhe haben nun herausgefunden, dass Rüsselkäfer aus Papua Neu Guinea, eine Schraube-Mutter-Verbindung am Gelenk zwischen Beinen und Körper besitzen. Und das schon seit Millionen von Jahren. Mit Hilfe von rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen und Synchrotron-Röntgenbildern, die zu dreidimensionalen Abbildungen verarbeitet wurden, kamen sie diesen miniaturisierten Strukturen auf die Spur. Insgesamt besitzt die Schraube eine Drehkapazität von 410º, also eine und 1/7 Umdrehung. Eine volle Drehung ist aber Aufgrund der anatomischen Eigenschaften der beteiligten Muskeln nicht möglich. Die Klettereigenschaften der Käfer könnten von dieser Funktion massgeblich beeinflusst werden. Ausserdem können die Käfer der Gattung Trigonopterus ihre Beine in Krisensituationen eng an den Körper falten, möglicherweise spielt die Schraubenfunktion auch bei der Stabilisierung dieser Gliedmassenpositionierung eine Rolle.

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Elektronenmikroskopische Aufnahme der "Mutter" (links) und der "Schraube" (rechts). Darunter der Rüsselkäfer. Courtesy of Science/AAAS

Doch das muss nicht notwendigerweise die einzige Funktion dieser Entwicklung sein. Bestimmt gibt es bei den schraubigen Gelenken der Rüsselkäfer noch eine Fülle von Erkenntnissen, die es zu extrahieren gilt.

Die Ergebnisse wurden im Fachjournal SCIENCE publiziert:

rb2 tiny Schraube und Mutter   Wer hats erfunden?van de Kamp, T., Vagovic, P., Baumbach, T., & Riedel, A. (2011). A Biological Screw in a Beetle’s Leg Science, 333 (6038), 52-52 DOI: 10.1126/science.1204245

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