Die Kapazität von Fliege hat sich in verschiedenen Tiergruppen unabhängig voneinander entwickelt. Um den Energiebedarf zu minimieren, hofften die Biologen, dass es ein Muster geben würde Frequenz mit denen die verschiedenen Arten schlagen mit den Flügelnaber es war schwierig, eine für alle gemeinsame mathematische Beschreibung zu finden.
Nun ist es Forschern der Universität Roskilde (Dänemark) gelungen. Im Open-Access-Journal PLUS EINS Präsentieren Sie eine universelle Gleichung, die das beschreibt Flügelschlagfrequenz bei Vögeln, Insekten und Fledermäusen und sogar bei schwimmenden Tieren wie Walen, trotz ihrer unterschiedlichen Größe, Evolutionsgeschichte und Form ihrer Flügel- oder Schwimmstrukturen.
Einer der Autoren, Tina Hecksher, erklärt SINC die Essenz dieser aus physikalischen Prinzipien abgeleiteten Formel: „Die Häufigkeit des Flügelschlags (f) ist proportional zur Quadratwurzel der Masse (m) des Tieres dividiert durch die Fläche (A) des Flügels oder.“ Flosse“. Auch andere Parameter wie die Intensität des Gravitationsfeldes und die Dichte der Luft fließen in die Vollversion der Gleichung ein.
Einfache Version der universellen Gleichung (links), wobei die Frequenz (f) des Flügelschlags proportional zur Quadratwurzel der Masse des Tieres dividiert durch die Fläche des Flügels oder der Flosse ist. Rechts die vollständige Formel, die auch die Intensität des Gravitationsfeldes (g), einen dimensionslosen Wert namens C (der die Form, Bewegung und andere Eigenschaften der Flügel beschreibt) und die Dichte der Luft (ρLuft) umfasst. / Jensen et al./PLOS ONE
„Das haben wir alle herausgefunden fliegende Tiere folgen dieser Proportionalität mit ungefähr dem gleichen Koeffizienten – betont er –. Darüber hinaus wird bei einer Erweiterung dieser Formel auf schwimmende Tiere gezeigt, dass sie derselben universellen Beziehung folgen (wenn der Auftrieb und der Unterschied zwischen der Dichte von Luft und Wasser korrigiert werden). „Es gibt keine einfachere, physikalisch sinnvolle Formel, die die Häufigkeit des ‚Flatterns‘ bei fliegenden oder schwimmenden Tieren beschreiben kann.“
Es gibt keine einfachere, physikalisch sinnvolle Formel, die die Häufigkeit des Flügel- oder Flossenschlags bei fliegenden oder schwimmenden Tieren beschreiben kann.
Tina Hecksher (Universität Roskilde)
Die Autoren Sie überprüften die Richtigkeit ihrer Gleichung mit veröffentlichten Daten zur Flügelschlagfrequenz von Bienen, Motten, Libellen, Käfern, Mücken, Fledermäusen und Vögeln verschiedener Größen, von Kolibris bis hin zu Schwänen. Sie bestätigten dies auch mit Informationen über die Häufigkeit der Flossenbewegungen bei Pinguinen und mehreren Walarten, wie Buckelwalen und Nördlichen Tümmlern.
Die Ergebnisse von 414 Tieren, von diesen großen Walen bis hin zu kleinen Mücken, die sich in der Häufigkeit des Flügel- und Flossenschlags um fast den Faktor 10.000 unterscheiden, fallen auf die gleiche Linie der von ihnen dargestellten Grafik. „Als Physiker waren wir überrascht zu sehen, wie gut unsere einfache Vorhersage der Flügelschlagformel für eine so vielfältige Tiersammlung funktioniert“, bemerken die Autoren.
Flügelbewegung beim größten fliegenden Tier
Schließlich berechneten sie, dass a Flugsaurier ausgestorben (Quetzalcoatlus Northropi) – das größte jemals bekannte fliegende Tier – konnte seine 10 Quadratmeter großen Flügel mit einer Frequenz von 0,7 Hertz oder Mal pro Sekunde bewegen.
“Der Gleichung„Zusammen mit empirischen Daten bietet es ein Rezept zur Berechnung der Flügelschlagfrequenz bei einer bestimmten Masse und Flügeloberfläche“, betont Hecksher, und obwohl es nicht für nicht fliegende oder schwimmende Tiere gedacht ist, gibt es ein Beispiel dafür, wie es funktionieren würde gilt bei unserer Spezies: „Wenn ein Mensch 70 kg wiegt und Flügel mit einer Gesamtfläche von 2 m baut.“2, müsste man sie etwa viermal pro Sekunde schlagen, um in der Luft zu bleiben. Das ist sehr schwierig, auch ohne Flügel! Aus unserer eigenen Erfahrung beim Bewegen unserer Arme können wir schließen, dass der Mensch nicht zum Fliegen gemacht ist, obwohl die Gleichung dies nicht ausschließt.“
Wenn ein Mensch 70 kg wiegt und Flügel mit einer Fläche von 2 m2 baut, müsste er diese etwa viermal pro Sekunde schlagen, um in der Luft zu bleiben.
Tina Hecksher (Universität Roskilde)
Die Studie zeigt, dass fliegende Tiere so unterschiedlich sind wie beispielsweise Schmetterlinge und Fledermäuse hat sich zu dieser Beziehung entwickelt relativ konstant zwischen Körpermasse, Flügeloberfläche und der Häufigkeit des Flügelschlags oder „Flatterns“ (obwohl sich letzterer Begriff auf die Bewegung von Flügeln ohne Flug bezieht, ist ersterer in diesem Zusammenhang korrekter).
In Bezug auf schwimmende Tiere geben die Forscher zu, dass sie nicht alle Studien mit allen notwendigen Informationen gefunden haben, weshalb sie die Daten mehrerer Studien kombinierten, um Vergleiche und Schätzungen anzustellen.
Dieses „Rezept“ gilt auch für tauchende Tiere, die wie Wale und Pinguine ständig Wasser nach oben bewegen müssen, um unter Wasser zu bleiben.
Auf jeden Fall gilt dieses „Rezept“ mit einigen Anpassungen auch für schwimmfähige Tauchtiere, die wie Wale und Pinguine das Wasser mit ihren Flossen ständig nach oben bewegen müssen, um unter Wasser zu bleiben. Fisch ist ausgeschlossenda sie ihren Auftrieb mit einer Schwimmblase regulieren.
Grenzen der Gleichung und Nanobots
Laut den Autoren möglich extrem kleine Tiere Sie würden auch nicht in die Gleichung passen. „Wir sagen voraus, dass es eine Grenze gibt, die durch die Strömungsdynamik bestimmt wird. Für Tiere, die kleiner sind als jedes bisher gemessene Insekt, leiten wir eine andere Gleichung ab, nämlich dass die Häufigkeit des Flügelschlags proportional zur Masse dividiert durch die Fläche ist, also ohne Quadratwurzel. Es wird interessant sein, dies mit neuen Studien zu untersuchen“, sagt Hecksher, was Auswirkungen auf die Entwicklung der Zukunft haben könnte fliegende Nanobots.
