Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atemsystem an lebenden Insekten erforscht

23.01.2003


Röntgenbilder der vorderen Tracheenstämme eines Laufkäfers im Ruhezustand und in kontrahiertem Zustand. Die Bilder liegen etwa 0,5 Sekunden auseinander. Copyright: Science


Forscher wenden hochpräzise Röntgenmethode zum Studium lebender Insekten an


Ein internationales Forschungsteam berichtet in der aktuellen Ausgabe der amerikanischen Fachzeitschrift "Science" (24. Januar), dass Insekten über einen bislang unbekannten Atemmechanismus verfügen, der analog zur Lungenventilation der Wirbeltiere funktioniert. Insekten haben ein System innerer Röhren (Tracheen), das Sauerstoff zu den inneren Organen transportiert und dort über passive und relativ langsame Diffusionsprozesse austauscht. Die neue Studie zeigt nun, dass bei vielen Insekten die Tracheenstämme des Thorax (Vorderkörper) und Kopfes bei der Atmung in rascher Folge aktiv zusammengezogen und wieder erweitert werden.

Zu Tage getreten ist die Entdeckung dieser Pumpbewegung nur durch eine von den Forschern erstmals bei lebenden Tieren eingesetzte neue Röntgenmethode, die eine besonders präzise Röntgenstrahlung nutzt und nur von Synchrotron-Teilchenbeschleunigern erzeugt werden kann.


Der einzige Insektenkundler des Wissenschaftlerteams ist Dr. Oliver Betz, Privatdozent am Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Er forscht gemeinsam mit Biomechanikern des Field Museum of Natural History und Physikern des Argonne National Laboratory in Chicago unter der Leitung von Dr. Mark Westneat, Kurator am Field Museum.

Die Wissenschaftler ermittelten über die beobachteten Volumenänderungen in den Tracheen den Gasaustausch im Atemsystem der lebenden Insekten und stellten fest, dass etwa die Hälfte des Gesamtvolumens pro Sekunde ausgetauscht wird. Sowohl das Volumen des Gasaustausches als auch die Geschwindigkeit entsprechen den Verhältnissen bei einem Menschen, der leichte Übungen verrichtet. Oliver Betz erklärt: "Diese Ergebnisse stellen einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Evolution landbewohnender Insekten dar. Die Möglichkeit eines aktiven trachealen Atemmechanismus spielte vermutlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung besonderer Leistungen wie schnelles Laufen oder Fliegen. Gleichzeitig war sie wohl eine Grundvorausset-zung für die Sauerstoffversorgung des Gehirns zur Wahrnehmung komplexer Sinnesfunktionen".

Die Röntgenstrahlung, die diese Untersuchungen erstmals ermöglicht, wird durch Synchrotron-Teilchenbeschleuniger wie der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory erzeugt. Diese Anlagen können Elektronen auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die schnellen Elektronen geben eine stark gebündelte, hochpräzise Röntgenstrahlung ab, mit der auf sehr kleine Objekte fokussiert werden kann. Im Vergleich zur Röntgenstrahlung, wie man sie aus der Medizin kennt, erzeugen Synchrotron-Teilchenbeschleuniger ungleich intensivere und präzisere Strahlen.

Im nächsten Schritt wollen die Forscher weitere Organsysteme bei Insekten untersuchen sowie die Untersuchungsmethode optimieren. Das bedeutet konkret: Die energiereiche Strahlung soll derart modifiziert werden, dass Wirbeltiere ihr unbeschadet standhalten. Dann könnten kleinste Bereiche des Knochenskeletts oder der Blutgefäße untersucht werden, und es wäre möglich, Herz-, Kreislauferkrankungen sowie Schädigungen an der Wirbelsäule an lebenden Organismen ganz genau zu durchleuchten.


Kontakt:

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Zoologisches Institut der Universität
Dr. Oliver Betz
Telefon: 0431 - 880 4148
E-mail: obetz@zoologie.uni-kiel.de

Susanne Schuck | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie