DER TÜFTELNDE Homo sapiens hat schon früh der vielfältigen Natur den einen und andern Trick abgeschaut. So beobachtete Leonardo da Vinci den Vogelflug und schlug eine Flugmaschine mit flatternden Flügeln vor. Die Sache erwies sich in der Praxis allerdings als derart vertrackt, dass unsere Flugzeuge bis heute anstatt einer mechanischen Gesamtlösung ein mehr oder weniger starres Flügelprofil für den Auftrieb und zusätzlich Propeller oder Düsen für das Vorwärtskommen brauchen. Wie die Vögel den Menschen zum Abheben inspirierten, lockten die Fische ihn ins Wasser: Vor 200 Jahren schnitt Sir George Cayley gefrorene Forellen in Scheiben und konstruierte gemäss diesen Querschnitten ideale Schiffsrümpfe. In neuerer Zeit kopierte man die Schuppenhaut der Schlange für Langlaufski; die Waben der Honigbiene führten zu besseren Lautsprechermembranen.
Findet der Mensch selber die technische Lösung, muss er oftmals später erkennen, dass ihm die Natur um Jahrmillionen zuvorgekommen ist. So erhielt 1904 Christian Hülsmeyer ein Patent auf sein «Telemobiloskop», eine Verkehrskontrolle mit Hilfe von Funkwellenechos. 1938 zeigten dann Untersuchungen an Fledermäusen, dass diese Tiere Ultraschallsignale für just solche Echoortung beim Aufspüren von Beute und Erkennen von Hindernissen einsetzen. Zwei erst kürzlich entdeckte Einrichtungen haben die Biologen ganz besonders beeindruckt.
Man beobachtete schon früh Ameisen, die ihre Kiefer bis zu 180 Grad weit spreizen und dann mit einem hörbaren Klick wie Mausefallen zuschnellen lassen. Damit packen sie andere Insekten, durchbohren aber auch ohne weiteres die Haut des vorwitzigen Zoologen. Aber erst vor etwa zehn Jahren wurden die wehrhaften Tierchen genauer unter die Lupe genommen. Und die Forscher fanden die schnellsten Tiere der Welt.
Wir mögen wohl den Sprint des Gepards, den Sturzflug des Falken, das Flitzen des Schwertfisches bewundern: Sie sind lahme Gesellen im Vergleich zu gewissen Akteuren der Insektenwelt. Registriert eine Schabe eine bedrohliche Erschütterung, ist sie nach 40 Millisekunden verduftet. Ein Floh braucht sogar nur eine einzige Millisekunde, um hochzuspringen. Geschwindigkeit war im ewigen Fressen und Gefressenwerden schon immer ein Trumpf. Daher mussten sich auch Ameisen, die von extrem flinker Beute leben wollten, etwas Besonderes einfallen lassen. Mit dem Schnappfallenkiefer schufen sie den schnellsten bisher gefundenen Mechanismus der Natur. Mittlerweile hat man in den tropischen und warmen Klimazonen 27 Gattungen solcher Ameisen entdeckt.
In den letzten Jahren ist es den Zoologen Bert Hölldobler, Jürgen Tautz und Wulfila Gronenberg von der Universität Würzburg gelungen, den Geheimnissen des Schnappfallenkiefers auf die Spur zu kommen. Studienobjekt war Odontomachus bauri, ein speziell flinker Kerl. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera filmten die Forscher mit 3000 Bildern pro Sekunde das Zuschnappen der Kiefer. Auf einem der Bilder stand der Kiefer noch weit offen - und auf dem nächsten war die Falle bereits zu. Was für die gesamte Kieferbewegung weniger als ein Drittel einer Tausendstelsekunde ergibt. Die Würzburger haben für die Enden der 1,8 Millimeter langen Kiefer eine Geschwindigkeit von 17 Meter pro Sekunde berechnet. Wäre die Ameise so gross wie ein Mensch, ergäbe dies eine Ohrfeige mit 4,7 Kilometern pro Sekunde - 14mal schneller als der Schall und sehr viel flinker als eine Gewehrkugel.
Es gibt aber keinen Muskel, der sich nur annähernd so rasch zusammenziehen kann. Wie also funktioniert der Schnappfallenkiefer? Elektronenmikroskopische Aufnahmen haben den Trick enthüllt. Die Kiefer der Ameise tragen an der Basis eine Nocke, die in eine entsprechende Vertiefung im Drehgelenk passt. Geht die Ameise auf Jagd, öffnet sie die Kiefer, bis die Nocken einrasten. Dann zieht das Tier mit einem riesigen Spannmuskel, der 70 Prozent des Kopfvolumens füllt, die gesamte vordere Kopfkapsel nach hinten und speichert mit solch elastischer Verformung des Skeletts enorm viel Energie. Jetzt genügt am Kiefergelenk schon ein kleiner Muskel, um wie ein Abzughahn die Nocke aus der Arretierung zu ziehen: das Katapult zischt los.
Rasantes Zuschnappen ist nur sinnvoll, wenn das Tier entsprechend schnell schaltet. Odontomachus besitzt an der Basis der Kiefer Sinneshaare, die genau so weit schräg nach vorne ragen, wie die Kiefer lang sind. Nähert sich nun die Ameise einer potentiellen Beute, erkundet sie erst ganz sachte mit ihren beiden Riechantennen den genauen Ort des Ahnungslosen und schiebt sich langsam zurecht. Sobald sie in günstiger Position ist, zuckt die Ameise nach vorn, die Sinneshaare berühren das Opfer, und der Kontaktreiz rast als elektrisches Signal durch Nervenbahnen Richtung Hirn. Dort springt der Funke sofort auf jene Nerven über, welche die Muskeln der Kieferarretierung aktivieren. Damit die Meldung möglichst rasch erfolgt, hat Odontomachus die dicksten Elektrofasern entwickelt, die es im Tierreich überhaupt gibt. So braucht die gesamte Befehlsübermittlung von der Spitze der Sinneshaare über das Gehirn bis zum Katapultabzug nur 4 Millisekunden - ein Rekord im zoologischen Meldewesen.
Schnappfallenkiefer dienen ausserdem als Luftwaffe. Indem sie ihren Kopf gegen eine harte Unterlage richten und die Kiefer zuschnappen lassen, können sich die Ameisen einen halben Meter weit durch die Luft katapultieren - und einem anrückenden Feind auf dem Rücken landen, wo der Giftstachel dann als Waffe dient. Durch bestimmte Muskelsteuerung kann Odontomachus den Schleudermechanismus jedoch ausschalten und so die sonst brutalen Kiefer mit grosser Behutsamkeit führen. Mit dem sanften Modus pflegt die Ameise ihren Körper oder trägt die empfindliche Brut durchs Nest.
Eine besonders schwierige Beute haben Ameisen der Gattung Strumigenys. Sie jagen Springschwänze - flügellose Insekten, die an der Körperunterseite eine Furcula, einen gegabelten Anhang, besitzen, mit dem sie sich bei der leisesten Gefahr in Sicherheit bringen können. Die Furcula funktioniert ebenfalls millisekundenschnell mit vorgespanntem Schleudermechanismus - Strumigenys hat für ihre Schnappfallenkiefer eine ebenbürtige Herausforderung gefunden. Und da Springschwänze selbst zwischen den Ameisenkiefern noch zappeln, gibt ihnen Strumigenys mit dem Giftstachel den Rest. Dabei ist wiederum Geschwindigkeit oberstes Gebot: Damit die Ameise nach dem Fang nicht erst an ihren Stachel denken muss, blitzt das Elektrosignal für das Kieferschnappen gleich weiter zum Körperende und krümmt automatisch den stachelbewehrten Hintern nach vorn. So kommt es, dass die Ameise einen imaginären Springschwanz sticht, falls der echte der Kieferfalle entschlüpft sein sollte.
Mindestens so aufregend wie der Schnappkiefer war für die Fachwelt die Entdeckung einer Dreigangschaltung an den Flügeln der Schmeissfliege Calliphora erythrocephala. Der sehr rasche Flügelschlag kann auch hier nicht durch normale, direkte Muskelarbeit geleistet werden. In der Insektenbrust versetzen eingespannte Längs- und Quermuskeln die steife Brustkapsel wie eine elastische Feder in schnelle Schwingungen; diese überträgt ein spezieller Mechanismus auf die Flügelgelenke und setzt sie dort in Flügelbewegungen um. Mit zusätzlichen Muskeln, die jetzt direkt an den Flügeln angreifen, können Anstellwinkel und Profil des Flügels justiert werden, was sowohl den Auftrieb verändert als auch Flugmanöver erlaubt. Eine wichtige Feinsteuerung ist ausserdem die Schlagamplitude, also die Länge des Bogens, den der Flügel während des Schlages nach unten und oben beschreibt. In den siebziger Jahren tauchte die Vermutung auf, die Schlagamplitude werde bei der Schmeissfliege durch eine Art Gangschaltung reguliert.
Alfred Wisser und Werner Nachtigall von der Universität Saarbrücken gingen der Sache auf den Grund - und fanden eine veritable Dreigangschaltung: Mit dem Flügelgelenk kombiniert ist ein «Getriebegehäuse», ein dreihöckriger Knorpel, dem ein gefurchter Zahn aufsitzt. Steuermuskeln können diesen Zahn seitwärts zu den verschiedenen Knorpelhöckern ziehen und dort einrasten. Die unterschiedliche Zahnstellung verändert nun die Position der Drehachse beim Flügelgelenk, was zu unterschiedlich grosser Schlagamplitude führt. So kann die Fliege ähnlich einem Pferd verschiedene Gangarten wählen. Sie kann mit den Gängen aber auch die Flugbahn ändern, indem sie die beiden Flügel unterschiedlich schaltet.