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Hummeln

Hummelflug: Wie kann sich der Muskel 500x pro Sekunde zusammen ziehen? (Studie)

Zwei Studien wurden in den letzten Tagen veröffentlicht, bei denen der Flug von Hummeln untersucht wurde.

Die eine Studie zeigte, dass Hummeln im Schnitt 268 bis 553 Meter zum Sammeln von Nektar und Pollen weit fliegen. Blühen aber nur wenige Pflanzen in der Umgebung, legt eine Hummel bis zu zwei Kilometer zurück.

In der zweiten Studie ging es um die Muskelkontraktion. Insekten können die Muskulatur ihrer Flügel wesentlich schneller anspannen als alle Wirbeltiere. Das ist zum Fliegen auch nötig, wo die Flügel bis zu 500x pro Sekunde schlagen (Mücken). Noch einmal zum Staunen: Die Muskeln ziehen sich also 500x pro Sekunde zusammen.

Der Sinn der Studie

Dabei nutzen Insekten die gleichen entscheidenden Proteine wie wir Menschen. Und nicht nur das: Die Muskelkontraktion beim Fliegen ist der Kontraktion unseres Herzmuskels ähnlich. Hummeln dienten deshalb jetzt für eine Studie, um den Insektenflug weiter zu untersuchen.
So viel ist also untersucht, doch wie die Hummeln die schnellen Flügelschläge schaffen, ist noch nicht bekannt. Auch zum Verständnis des Herzschlags ist also Forschung auf diesem Gebiet interessant.

Der normale Ablauf bei Wirbeltieren

Normalerweise setzt ein Nervenimpuls im Muskel Kalzium-Teilchen frei, die sich an das Protein „Troponin“ binden. Jetzt kommt es zur Kettenreaktion. Das „Troponin“ verändert seine Struktur, ebenso dreht sich ein weiteres Protein, das „Aktin“ zu einem dritten Protein hin, dem „Myosin“. Das „Myosin“ verknüpft sich mit dem „Aktin“ und drückt das Protein weg: Der Muskel zieht sich zusammen.
Insgesamt dauert das zehn bis 100ms – und ist schon alleine deshalb ungünstig für ein Insekt: Dieser Mechanismus ist zu langsam zum Fliegen.
Weiterhin problematisch: Der Ablauf verbrennt ziemlich viel Energie, denn für den nächsten Zyklus muss die Muskelzelle erst alle Kalzium-Teilchen energieintensiv entfernen. Für einen Insektenflug kostet das viel zu viel Energie.

Der Ablauf bei Insekten

Der Flugmuskel kontrahiert nach einem Nervenimpuls von sich aus, wie es auch der Herzmuskel macht. Dieser benötigt aber das oben beschriebene Kalzium-Signal, Insektenmuskeln nicht („stretch activation“). So sparen die Insekten sehr viel Energie:

  1. Die Zelle braucht keine Kalzium-Teilchen entfernen.
  2. Ein einziger Nervenimpuls reicht zur wiederholten Kontraktion aus.

Die Muskelkontraktion läuft deshalb auch sehr viel schneller ab.

Die Kalzium-Teilchen sind für die Muskeln der Insekten nicht nötig. Nach dem ersten Dehnen des Muskels liegt bei ihnen das Aktin bereits so nah am Myosin, dass die gegenseitige Verknüpfung erleichtert erfolgt.

The researchers concluded that in insect flight muscle, myosin heads rotate when muscle stretches, and this enables them to bind more strongly. In other words, stretch activation is a fundamental consequence of the interaction between actin and myosin in this kind of muscle, just as it is in some vertebrate muscle. The rotation of the myosin heads shows up in the X-ray data as an increase in the strength of one of the X-ray spots.
Quelle

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Autor: Cornel van Bebber | Datum: 25. August 2013 - 02:00 Uhr | Update: 28. Oktober 2013 - 20:58 Uhr | Kategorie: Biologie der Hummeln | Schlüsselwörter: , , , , , , , | Kommentare: 0

Autor: Cornel van Bebber
Autor und Administrator dieser Seiten seit 1998. Rheinländer, Studium Chemie und Biologie. Entdeckte die Hummeln durch das Hummelbuch von v. Hagen. Mehr zur Entstehungsgeschichte dieser Seite. Google+: Cornel van Bebber
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