Die Tierfortbewegung auf der Wasseroberfläche ist die Untersuchung der Fortbewegung von kleinen Tieren , die auf der Wasseroberfläche leben und sich durch die Oberflächenspannung über Wasser halten.
Es gibt zwei Arten der Fortbewegung von Tieren auf dem Wasser, die durch das Verhältnis des Tiergewichts zur Oberflächenspannung des Wassers bestimmt werden : Tiere , deren Gewicht im Ruhezustand von der Oberflächenspannung getragen wird und die daher ohne große Anstrengung auf der Wasseroberfläche bleiben können, und Tiere, deren Gewicht im Ruhezustand nicht von der Oberflächenspannung getragen wird und die daher zusätzliche Bewegung parallel zur Wasseroberfläche ausführen müssen, um sich darüber zu halten. Ein Tier wie der Basilisk , oft auch „Jesus-Echse“ genannt, hat ein Gewicht, das die Oberflächenspannung nicht tragen kann, und ist dafür bekannt, über die Wasseroberfläche zu laufen. Ein weiteres Beispiel ist der Westliche Lappentaucher , der ein Balzritual vollzieht, bei dem er über die Wasseroberfläche läuft. [ 1 ]
Oberflächenlebende Tiere wie der Wasserläufer besitzen typischerweise wasserabweisende Füße, die mit kleinen Härchen bedeckt sind , welche verhindern, dass die Füße die Wasseroberfläche durchbrechen und nass werden. Eine weitere Insektenart, die bekanntermaßen auf der Wasseroberfläche laufen kann, ist die Ameisenart Polyrhachis sokolova . Auch der Zwerggecko ( Coleodactylus amazonicus ) kann aufgrund seiner geringen Größe und seiner wasserabweisenden Haut auf der Wasseroberfläche laufen. [ 2 ]
Laut dem Biophysiker David L. Hu gibt es mindestens 342 Arten von Wasserläufern. [ 3 ] Mit zunehmender Größe der Wasserläufer werden ihre Beine proportional länger; so benötigt beispielsweise Gigantometra gigas mit einer Beinlänge von über 20 cm eine Oberflächenspannung von etwa 40 Millinewton .
Wasserläufer erzeugen Vortrieb, indem sie Wirbel im Wasser ablösen: Während des Kraftschlags entsteht eine Reihe U-förmiger Wirbelfäden. Die beiden freien Enden des „U“ sind mit der Wasseroberfläche verbunden. Diese Wirbel übertragen genügend (rückwärts gerichteten) Impuls auf das Wasser, um das Tier vorwärts zu treiben (ein Teil des Impulses wird durch Kapillarwellen übertragen ; siehe Dennys Paradoxon für eine detailliertere Erläuterung).
Meniskusklettern
Um von der Wasseroberfläche an Land zu gelangen, muss ein wasserlaufendes Insekt die Neigung des Meniskus am Wasserrand überwinden. Viele dieser Insekten sind nicht in der Lage, diesen Meniskus mit ihrem üblichen Antriebsmechanismus zu erklimmen.
David Hu und sein Kollege John W. M. Bush haben gezeigt, dass solche Insekten Menisken erklimmen, indem sie eine starre Körperhaltung einnehmen. Dadurch wird die Wasseroberfläche verformt und Kapillarkräfte erzeugt , die das Insekt den Hang hinauf befördern, ohne dass es seine Gliedmaßen bewegen muss.
Hu und Bush kommen zu dem Schluss, dass das Meniskusklettern eine ungewöhnliche Fortbewegungsart darstellt, da sich das Insekt in einer quasi-statischen Konfiguration fortbewegt, ohne seine Extremitäten zu bewegen. Biolokomotion ist im Allgemeinen durch die Umwandlung von Muskelspannung in die kinetische und potenzielle Energie des Lebewesens sowie die kinetische Energie der umgebenden Flüssigkeit gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu nutzt das Meniskusklettern einen anderen Energieweg: Durch die Verformung der freien Oberfläche wandelt das Insekt Muskelspannung in Oberflächenenergie um, die seinen Aufstieg antreibt. [ 4 ]
Marangoni-Antrieb
Viele Insekten, darunter auch einige Landinsekten, können ein Tensid freisetzen und sich mithilfe des Marangoni-Effekts fortbewegen . Hu und Bush berichten, dass Microvelia durch Marangoni-Antrieb eine Spitzengeschwindigkeit von 17 cm/s erreichen kann, was dem Doppelten ihrer maximalen Laufgeschwindigkeit entspricht.
Der Marangoni-Antrieb eines benetzenden Arthropoden ist genau analog zu einem Seifenboot , aber die Situation für Insekten wie Wasserläufer ist komplexer. Hu und Bush geben an, dass „bei nicht benetzenden Arthropoden die Umwandlung von chemischer in kinetische Energie subtiler ist, da die Marangoni-Spannung über die komplexe Oberflächenschicht des Lebewesens übertragen werden muss“.
Segeln
Velella , der Segelfisch, ist ein Nesseltier , das sich ausschließlich durch Segeln fortbewegt . Ein kleines, starres Segel ragt in die Luft und fängt den Wind ein. Die Segel der Velella richten sich stets in Windrichtung aus, wo sie als Tragflügel wirken , sodass die Tiere dazu neigen, in einem flachen Winkel zum Wind mit dem Wind zu segeln. [ 5 ]
Siehe auch
Referenzen
- ^ „Aechmophorus occidentalis Westlicher Lappentaucher“ . Animal Diversity Web . University of Michigan Museum of Biology . Abgerufen am 2. Januar 2014 .
- ^ Walker, Matt (13. Oktober 2009). „Eidechsen beim ‚Laufen auf dem Wasser‘ gefilmt“" . BBC News .
- ^ Hu, David L.; Chan, Brian; Bush, John WM (2003). „Die Hydrodynamik der Fortbewegung von Wasserläufern“. Nature . 424 ( August). Nature Publishing Group : 663–666 . Bibcode : 2003Natur.424..663H . doi : 10.1038/nature01793 . PMID 12904790. S2CID 4362791 .
- ^ Hu, David L.; Bush, John WM (2005). „Meniscus-climbing insects“. Nature . 437 (September). Nature Publishing Group : 733–736 . Bibcode : 2005Natur.437..733H . doi : 10.1038/nature03995 . PMID 16193052. S2CID 9854930 .
- ^ McNeill Alexander, R. (2002). Principles of Animal Locomotion . Princeton University Press. ISBN 0-691-08678-8Die
- John W. M. Bush und David L. Hu. GEHEN AUF DEM WASSER: Biolokomotion an der Grenzfläche . Annual Review of Fluid Mechanics, Bd. 38, S. 339-369, Januar 2006.
Externe Links
- Meniskuskletternde Insekten (Fotos)
