Nanostrukturen: Warum Mücken besser auf Wasser laufen als Wasserläufer

Mücken landen und laufen auf Wasser mit gerippten Schuppen an den Beinen

DaLian (China) - Chinesische Forscher stellten in Experimenten mit Mückenbeinen fest, dass diese nur Nanometer großen Rippen der Wasseroberfläche wesentlich mehr Widerstand entgegensetzen als die Härchenstruktur an Wasserläufer-Beinen. Zwischen diesen Härchen bilden sich Luftpolster, die die Füße trocken halten und nicht einsinken lassen. Fliegen hingegen halten sich mithilfe von Borsten und einer Art Klauen an so gut wie allen Oberflächen, auf Wasser allerdings können ihre Beine kaum das Körpergewicht tragen.

"Wir zeigen, dass die Mücke auf der Wasseroberfläche auch sicher starten oder landen und wie die Fliege auch an jeder festen Oberfläche haften kann", schreiben die Forscher um Cheng Wei Wu von der Technischen Universität DaLian im Fachblatt Physical Review E. Unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersuchten die Biomechaniker zunächst die Beine von Mücken (Nematocera) aus der Umgebung, dem Nordosten Chinas. Sie entdeckten, dass die Mückenfüße wie die der Fliegen mit Klauen für feste Oberflächen versehen waren. Zusätzlich waren sie komplett mit winzigen Schuppen bedeckt. Jede der Schuppen wies sechs bis zwölf Rippenlinien oder Grate auf, in unregelmäßigen Abständen und rund 200 Nanometer (Millionstel Millimeter) dick. Diese Rippenlinien wiederum waren durch zahlreiche noch kleinere Grate von nur 100 Nanometern Dicke querverbunden. In dieser Struktur dürften sich winzige Luftpolster halten, ähnlich wie zwischen den Härchen der Wasserläufer (Gerridae).

In mehreren Experimenten maßen Wu und Kollegen die Kraft, mit der ein Mückenbein gegen die Oberflächenspannung des Wassers drückt, bevor es durch die Oberfläche bricht und versinkt. Ein abgetrenntes Insektenbein an einer Stahlnadel drückte auf einen Wasserbehälter auf einer hochempfindlichen Kraftwaage. Im ersten Versuch mit einem Auftreffwinkel von rund 30 Grad -- ein Winkel, in dem eine anfliegende Mücke landen würde -- war ein Druck von 600 Mikronewton nötig, bevor das Bein eintauchte. Das entspricht etwa dem 23fachen des Körpergewichts de Mücke. Beim Wasserläufer genügte das 15fache Körpergewicht, bei der Fliege lag die Grenze mehr oder weniger beim eigenen Körpergewicht.

Dann zeigten die Forscher, dass der Effekt nicht einfach durch bessere Auftriebswerte des Mückenbeins zustande kommt, also durch weniger dichtes Material und damit größere Wasserverdrängung. Sie tauchten das Mückenbein mit gleicher Messvorrichtung senkrecht ins Wasser. Das verringert den Widerstand um beinah die Hälfte, genügt aber immer noch, um die Mücke an der Oberfläche zu halten.