Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Virtuell erbeutet

23.06.2020

Forschungsteam zeigt mit biomechanischen Analysen und Computersimulationen, wie die Venusfliegenfalle zuschnappt

Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) braucht nur 100 Millisekunden, um ihre Beute zu fangen. Haben sich ihre zu Schnappfallen umgewandelten Blätter geschlossen, können Insekten nicht mehr entrinnen.


Venusfliegenfalle mit Beute.

Foto: Plant Biomechanics Group

Ein Team des Botanischen Gartens Freiburg und der Universität Stuttgart hat anhand von biomechanischen Experimenten und mit virtuellen Venusfliegenfallen detailliert analysiert, wie die Fallenhälften zuklappen.

Die Freiburger Biologinnen und Biologen Dr. Anna Westermeier, Max Mylo, Prof. Dr. Thomas Speck und Dr. Simon Poppinga sowie die Stuttgarter Bauingenieurinnen und -ingenieure Renate Sachse und Prof. Dr. Manfred Bischoff zeigen, dass die Fallen der fleischfressenden Pflanze hierfür unter einer mechanischen Vorspannung stehen.

Zudem müssen sich ihre drei Gewebeschichten nach einem speziellen Muster verformen. Seine Ergebnisse hat das Team im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences USA veröffentlicht.

Der Speiseplan der Venusfliegenfalle besteht hauptsächlich aus krabbelnden Insekten. Wenn die Tiere die Sinnesborsten im Inneren der Falle zwei Mal innerhalb von etwa 20 Sekunden berühren, schnappt sie zu.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wissen bereits, wie die Falle ihre Beute wahrnimmt und wie sie einen potenziellen Fang beispielsweise von einem einfallenden Regentropfen unterscheidet. Jedoch ist nicht bekannt, wie die genauen Verformungsprozesse der Fallenhälften ablaufen.

Um diese Prozesse besser zu verstehen, haben die Forschenden die Innen- und Außenseite der Falle mithilfe digitaler 3-D-Bildkorrelationsmethoden analysiert. Diese Methoden verwenden Wissenschaftler sonst für die Prüfung technischer Materialien.

Mit den Ergebnissen konstruierte das Team in einer Finite-Elemente-Simulation anschließend viele virtuelle Fallen, die sich in ihrem Schichtaufbau sowie im mechanischen Verhalten der Schichten unterschieden.

Das typische Schnappverhalten zeigten nur die digitalen Fallen, die unter einer Vorspannung standen. Das Team bestätigte diese Beobachtung mit Austrocknungstests an realen Pflanzen: Nur gut gewässerte Fallen konnten schnell und korrekt zuschnappen, indem sie diese Vorspannung lösten.

Denn durch die Wassergabe änderte sich der Druck in den Zellen der Pflanze und somit das Verhalten des Gewebes. Um sich korrekt zu schließen, mussten die Fallen außerdem aus drei Gewebeschichten bestehen: Einer inneren, die sich zusammenzieht, einer äußeren, die sich dehnt, sowie einer neutralen Mittelschicht.

Speck und Mylo sind Mitglieder des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) der Universität Freiburg. Dort dient die Venusfliegenfalle als Vorbild für einen bionischen, aus künstlichen Materialien bestehenden Demonstrator, den Forschende des Clusters entwickeln.

Mit ihm erproben die Wissenschaftler Anwendungsmöglichkeiten von Materialsystemen, die lebensähnliche Eigenschaften aufweisen: Die Systeme passen sich an Veränderungen in der Umwelt an und beziehen aus ihr die dafür benötigte Energie.

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters livMatS, vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg im Rahmen des Projekts „BioElast“ und vom Forschungsnetzwerk „Joint Research Network on Advanced Materials and Systems“ gefördert, dass die BASF SE und die Universität Freiburg gegründet haben.

Originalpublikation:
Sachse R., Westermeier A., Mylo M., Nadashi J., Bischoff M., Speck T., Poppinga S. (2020) Snapping mechanics of the Venus flytrap (Dionaea muscipula). In: Proceedings of the National Academy of Sciences USA, doi: 10.1073/pnas.2002707117

Kontakt:
Dr. Simon Poppinga
Institut für Biologie II
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-2999
simon.poppinga@biologie.uni-freiburg.de

Originalpublikation:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2020/virtuell-erbeutet?set_language=de

Nicolas Scherger | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entstanden Nervenzellen, um mit Mikroben zu sprechen?
10.07.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Forscher der Universität Bayreuth entdecken außergewöhnliche Regeneration von Nervenzellen
09.07.2020 | Universität Bayreuth

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: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics