Die Komplexität von Insektenohren
Die Forscher aus dem EU-finanzierten Projekt INSECT EARS ("The tympanal ears of insects: Structural solutions to acoustic signal analysis") machten eine aufregende Entdeckung, die erhebliche Implikationen für die Entwicklung von neuartigen Geräten haben könnte. Es könnte auch Aufschluss über mögliche Mechanismen von Störungen in Kommunikationsnetzen von Insekten geben, die teilweise gravierende ökologische Folgen haben können. Das Tympanalorgan besteht aus einer dünnen Membran, gestützt von einem luftgefüllten Hohlraum und verbunden mit sensorischen Nerven. Die Wissenschaftler verglichen die Tympanalorgane von drei verschiedenen Arten von Grillen (Baumgrillen, Heuschrecken und Feldgrillen). Mithilfe von anspruchsvollen experimentellen Techniken und biophysikalischen Modellen der Membransysteme untersuchten die Forscher die Schwingungsmechanik des Trommelfells von Insekten. Sie konzentrierten sich auf bisher unbekannte Unterschiede in der Membranarchitektur im Zusammenhang mit Unterschieden in den akustischen Funktionen als ein Weg zum rationalen Design von akustischen Miniatursensoren. Die Energielokalisation funktioniert bei Baumgrillen und Heuschrecken durch asymmetrische Rillen in der Membranarchitektur. Dadurch wird die Membran in eine Richtung steifer ist als in andere und die Vibrationen werden an der Stelle, wo die Nerven verbunden sind, gebündelt. Ein sehr steiler Dickegradient in einem konzentrischen Muster und eine Membran-Flüssig-Grenzfläche, eingebettet im Zentrum der Membran von Heuschrecken, ermöglichen die Frequenzempfindlichkeit. Die Wissenschaftler von INSECT EARS entdeckten auch eine Art aktiver Mechanik bei Baumgrillen, die Ähnlichkeiten zu der Cochlea-Verstärkung beim Menschen hat und die mechanischen Schwingungen der Membran verbessert, um eingehende Klänge zu verstärken. Anders als beim Menschen kann dieser Mechanismus an- und ausgeschaltet werden, es unterdrückt tieffrequente Geräusche und kann die Reaktion anpassen, um sich auf Temperaturveränderungen einzustellen. INSECT EARS lieferte wertvolle neue Einblicke in die biophysikalischen Mechanismen des Insektengehörs, die große Implikationen für die Signalverarbeitung in künstlichen Mikrosensoren haben sollten. Die Ergebnisse werden voraussichtlich unterschiedlichste Bereiche wie Neurobiologie, Ökologie und Umweltschutz beeinflussen.
