Forscher der Cornell University untersuchen die Physik hinter dieser Fähigkeit, indem sie Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen von Libellen im Flug machen und die Daten in Computermodelle integrieren. Sie werden ihre Ergebnisse auf der 67. Jahrestagung der American Physical Society (APS) Division of Fluid Dynamics, die vom 23. bis 25. November in San Francisco stattfindet, vorstellen.

„Libellen neigen zu einem unvorhersehbaren Flug – das ist es, was sie faszinierend macht. Sie schweben eine Weile, und hin und wieder machen sie eine schnelle, scharfe Kurve. Sie bleiben selten direkt vor der Kamera, damit wir sie betrachten können“, erklärte die leitende Forscherin Jane Wang.

In Zusammenarbeit mit Anthony Leonardo von der Janelia Farm, dem Forschungscampus des Howard Hughes Medical Institute, entwickelte Wang eine einzigartige experimentelle Methode, um Libellen zu wiederholbaren Flugmanövern zu veranlassen: Sie befestigte einen winzigen Magneten an der Unterseite jedes Insekts, der es ihnen ermöglichte, kopfüber an einer Metallstange zu hängen. Wenn der Magnet losgelassen wird, so Wang, „verstehen die Libellen irgendwie die Ausrichtung und führen ein stereotypes Manöver aus: Sie rollen ihren Körper, um eine 180-Grad-Drehung zu vollführen.“

Durch die Verfolgung der Körper- und Flügelausrichtung mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen dieser schnellen Drehung in hoher Auflösung entdeckte das Team, wie die Libellen die Aerodynamik ihrer Flügel veränderten, um die Drehung auszuführen.

„Die Flügel eines Flugzeugs sind in einem festen Winkel ausgerichtet. Aber Insekten haben die Freiheit, ihre Flügel zu drehen“, erklärte Wang. Durch die Anpassung der Flügelausrichtung können Libellen die aerodynamischen Kräfte verändern, die auf jeden ihrer vier Flügel wirken.

Die schillernden Insekten können auch die Richtung ändern, in der sie mit ihren Flügeln schlagen – in der Fachsprache als „Schlagebene“ bezeichnet. Die neuen Daten zeigen, dass Libellen die Ausrichtung der Schlagebene jedes Flügels unabhängig voneinander einstellen können.

Bei so vielen verschiedenen Variablen ist es eine komplizierte Aufgabe zu verstehen, wie Libellen ihren Flug steuern. „Unsere Aufgabe ist es, die Schlüsselstrategien herauszufinden, die Libellen zum Drehen verwenden“, erklärt Wang. Sie und ihr Doktorand James Melfi Jr. integrieren ihre Daten in eine Computersimulation von Insekten im freien Flug, die es ihnen ermöglicht, die einzelnen Auswirkungen jeder kinematischen Änderung zu untersuchen.

Wang beschrieb die Arbeit ihrer Gruppe als „Anwendung physikalischer Prinzipien, um das Verhalten von Tieren zu erklären“

„Auch wenn biologische Organismen komplex sind, gehorchen sie doch einigen grundlegenden Gesetzen – in diesem Fall der Strömungsdynamik. … Ich hoffe zu verstehen, wie diese grundlegenden Gesetze die Evolution von Insekten und die Verdrahtung ihrer neuronalen Schaltkreise beeinflussen.“