Was machen Insekten unter Schwerelosigkeit? Ein Blogeintrag für Kinder

Neulich fragte meine zehnjährige Tochter mich: „Was machen eigentlich Insekten in der Schwerelosigkeit?“ Ich hakte nach und fand heraus, dass sie Insekten meinte, die schon von Natur aus fliegen können. Was diese Tierchen ja aber ohne Schwerkraft gar nicht mehr müssten. Auf der ISS zum Beispiel, oder bei einem Parabelflug. Aber merken Insekten das auch? Die Antwort ist ein klares „Ja!“ Sie merken es, und zwar ziemlich schnell, wie man in diesem Video von Stubenfliegen sehen kann:

Auch Schmetterlingen fällt es auf, wenn die Schwerkraft fehlt, und auch dazu gibt es ein Video, das ihre Reaktion zeigt:

Die NASA berichtet von ihren Versuchen mit Insekten Folgendes:

Honigbienen (Apis mellifica) konnten nicht normal fliegen und purzelten in der Schwerelosigkeit herum. Stubenfliegen (Muscus domestica ) liefen hauptsächlich lieber die Wände entlang. Wenn sie jedoch flogen, konnten sie ihre Bewegungen (…) kontrollieren, auch wenn der Flug nur wenige Sekunden dauerte. Motten (Anticarsis gammatalis) die im All aufwuchsen, lernten es, gar nicht zu fliegen, sondern ohne Flügelschlag zu schweben.

Nun könnte man sich darüber wundern. Wenn sie doch sowieso schon fliegen können, warum macht es dann überhaupt noch einen Unterschied für Insekten, wenn die Schwerkraft weg ist? Das hängt mit den Organen zusammen, mit denen Insekten die Lage ihres Körpers beim Flug überprüfen. Bei der Stubenfliege zum Beispiel sind das die Schwingkölbchen neben ihren Flügeln. Auf => diesem Foto <= kann man sie als kleine gelbe Paddel erkennen. So klein und leicht diese Dinger auch sind: Auch sie gehorchen der Schwerkraft, wie jedes noch so winzige Staubkörnchen auf der Erde. Fehlt die Schwerkraft nun aber, bewegen sich auch diese Schwingkölbchen anders als sonst. Sie werden ja nicht mehr nach unten gezogen. Es fehlt der Fliege dann die Information für "unten" und "oben". Das ist ganz ähnlich wie bei unserem eigenen, menschlichen Gleichgewichtsorgan.

Auch andere Tiere, die normalerweise fliegen können, kommen ohne Schwerkraft in Schwierigkeiten. Tauben oder Fledermäuse fliegen dann zum Teil sogar kopfüber und verlieren völlig die Orientierung. [1] Auch sie haben Gleichgewichtsorgane, die dann nicht nehr richtig funktionieren.

Dass manche dieser Tiere trotzdem noch ihren Zielort erreichen, zeigt uns, dass sie – wie auch wir Menschen – auf andere Art an die fehlenden Informationen kommen. Zum Beispiel mit Hilfe der Augen. Sie gewöhnen sich mit der Zeit daran, sich auf diese anderen Informationen zu verlassen. Andere Tiere schaffen das anscheinend nicht ganz so gut. Vielleicht taugen ihre Augen dafür weniger, oder sie können die Ersatz-Informationen in ihren Hirnen nicht so gut verarbeiten.
(Übrigens: Vielen Menschen wird übel, wenn ihre Augen ihnen andere Informationen liefern als ihr Gleichgewichtsorgan. Zum Beispiel auf Reisen in Autos, auf Schiffen oder auch auf der ISS. Ob das bei Insekten oder Tauben wohl auch so ist?)

Ameisen können zwar nicht fliegen, sind aber auch Insekten und passen sich an Schwerelosigkeit meistens ganz gut an. Ihr Problem ist, dass sie den Kontakt zum Boden oder zu der Wand verlieren, auf der sie gerade herum krabbeln. Sie lernen aber sehr schnell, sich zum Beispiel an anderen Ameisen fest zu halten, um wieder auf die Beine zu kommen. Ameisen krabbeln ohne Schwerkraft langsamer, vermeiden die glatteren Oberflächen ihrer Umgebung und halten sich lieber an die rauheren. Sie werden also insgesamt vorsichtiger und arbeiten auch nicht mehr so gut wie sonst. Sie haben in Experimenten auf der ISS zum Beispiel ihre Umgebung nicht mehr so gründlich nach Baumaterial und Nahrung abgesucht wie auf der Erde. Aber sie beherrschen ihre Körper in der Schwerelosigkeit gut. [2]

Warum wollen wir Menschen solche Sachen eigentlich wissen? Zuallererst natürlich, weil sie einfach spannend sind. Wir Menschen (und auch viele Tiere) sind neugierig. Wir beobachten und lernen gerne. Und das ist auch gut so, denn sonst hätten wir viele schöne und nützliche Dinge nie er- oder herausgefunden. Außerdem: Wenn wir tatsächlich irgendwann mal andere Planeten oder Monde bewohnen möchten, werden wir auch Tiere dort brauchen. (Ja, auch Insekten. Zum Beispiel, um Pflanzen zu bestäuben.) Da ist es gut, wenn wir wissen, ob und wie wir ihnen bei der Anpassung helfen können. Bei den Ameisen gab es aber auch noch einen weiteren Grund für das Experiment. Die Forscher hoffen nämlich, dass sie aus dem Verhalten der Ameisen lernen können, wie man Such-Roboter am besten baut und programmiert. Diese könnte man dann einsetzen, um in unübersichtlichen Gegenden Verletzte zu suchen oder das Gelände zu erkunden. Aber insgesamt gilt wie immer, wenn es was zu lernen gibt: Man weiß nie, wann man es vielleicht mal brauchen kann.

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[1] Hier ist ein englischer Text von den Wissenschaftlern M. Fejtek, M. Delorme und R. Wassersug zu den Fledermäusen. Der Titel lautet: „Behavioral Reactions of the Bat Carollia perspicillata to Abrupt Changes in Gravity“. Der Text erschien 1995 im Magazin namens „Biological Sciences in Space“, Ausgabe 9 Nr. 2, auf den Seiten 77 bis 81: https://www.jstage.jst.go.jp/article/bss/9/2/9_2_77/_pdf

[2] Auch hierzu haben ein paar Wissenschaftler geforscht: Stefanie M. Countryman1, Martin C. Stumpe2, Sam P. Crow3, Frederick R. Adler4, Michael J. Greene5, Merav Vonshak6 und Deborah M. Gordon6 schrieben eine Studie mit dem Titel „Collective search by ants in microgravity“. Er erschien am 30. März 2015 im Magazin „Frontiers in Ecology and Evolution“. http://dx.doi.org/10.3389/fevo.2015.00025

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Wie verhält man sich richtig bei einem Raumspaziergang? – Ein Blogeintrag für Kinder

Die ISS. Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Die ISS. Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Das Foto links zeigt die Internationale Raumstation ISS („Ei Ess Ess“ ausgesprochen). Sie dient vielen Ländern als Forschungsstation im All. Natürlich geht an so einer Raumstation auch ab und zu etwas kaputt, oder es soll ein neues Teil angebaut werden. Je nachdem, welche Arbeiten anstehen, müssen die Astronauten also an der Außenwand der Station arbeiten. In den Nachrichten wird dann von einem „Weltraumspaziergang“ gesprochen.

 

Astronauten Bill McArthur (links) und and Valery Tokarev (rechts) mit ihren Raumanzügen Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Astronauten Bill McArthur (links) und and Valery Tokarev (rechts) mit ihren Raumanzügen
Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Da es im Weltraum keine Luft zum Atmen gibt, brauchen die Astronauten dafür einen Raumanzug. Der ist kein Kleidungsstück, wie man bei dem Namen vermuten könnte, sondern ein Raumfahrzeug im Miniformat. Er ist mit vielen wichtigen Dingen ausgerüstet: Er wärmt oder kühlt die Astronauten, versorgt sie mit Sauerstoff, Licht und Wasser, schützt ihre Augen vor der Sonne, stellt die Funkverbindung zur Station sicher und vieles mehr. Ginge am Raumanzug etwas kaputt, könnte der Astronaut sterben. Er muss also sehr vorsichtig damit umgehen.

Das ist allerdings gar nicht so leicht, denn wie man sieht, ist ein Raumanzug ein ziemlich klobiges Ding. Wegen des Helms können die Astronauten darin nicht so gut sehen wie sonst, und die Handschuhe machen feine Arbeiten ziemlich schwer. Du kannst versuchen das nachzuempfinden, wenn du dir einen Skianzug mit großer Kapuze und dicke Skihandschuhe anziehst und dann versuchst, eine Tüte Haribo zu öffnen oder deine Schuhe zuzubinden.
Deswegen gibt es bei einem Weltraumspaziergang eine Reihe von Regeln zu beachten:

Astronaut mit Rettungsleine, links im Bild Credit: NASA, zum Vergrößern klicken

Astronaut mit Rettungsleine, links im Bild
Credit: NASA, zum Vergrößern klicken

Zu allererst werden die Astronauten mit einer langen, dünnen Rettungleine an der Raumstation gesichert. Das macht man, weil in der Schwerelosigkeit und ohne Luft als Bremse schon ein kleiner Stups ausreicht, um ungesicherte Astronauten oder auch Gegenstände ins All treiben zu lassen. Dort könnte man sie nicht wieder einfangen.

An der Station selbst sind überall Haltegriffe für die Astronauten verteilt. (Sichtbar auf dem nächstes Foto.) Aber sie können nun trotzdem nicht einfach loslegen. Die Raumstation ist nämlich ziemlich groß. Sie ist auch kein simples Haus, dessen Wand man überall gefahrlos anfassen kann, sondern sie sieht eher aus wie eine Produktionsanlage. Deswegen lotsen die Kollegen die Raumspaziergänger per Funk an ihren Einsatzort und warnen sie sie dabei auch vor heißen Bauteilen oder scharfen Kanten, an denen die Astronauten ihre Anzüge beschädigen könnten.

Ein Astronaut und sein Werkzeug

Ein Astronaut und sein Werkzeug
Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Am eigentlichen Einsatzort sichern sich die Astronauten mit Karabinerhaken an der Außenwand, um die Hände für die Arbeit frei zu haben. Wenn sie einmal mit der eigentlichen Reparatur angefangen haben, müssen die Astronauten aber trotzdem weiter wachsam sein, zum Beispiel, um ihr Werkzeug und Arbeitsmaterial nicht zu verlieren. Auf der Erde ist es zwar auch nicht gut, wenn einem ein Werkzeug runterfällt, aber immerhin kann man es sich dort meistens wieder holen. Bei einem Weltraumspaziergang geht das in den meisten Fällen eben nicht. Werkzeuge, die einem aus der Hand gleiten, wären wegen der Schwerelosigkeit und der Geschwindigkeit der Station schnell weg. Im Jahr 2008 verschwand so einmal eine ganze Werkzeugtasche.

Das ist aus drei Gründen ärgerlich: Erstens kann der Astronaut so vielleicht seine Arbeit nicht beenden. Zweitens gibt es da oben keinen Baumarkt, wo man mal eben ein neues Werkzeug besorgen könnte. Und drittens kann es passieren, dass das verlorene Teil – und sei es auch nur eine kleine Schraube – die Station selbst oder einen Satelliten beschädigt, wie bei einem Steinschlag auf der Windschutzscheibe. Deshalb wird bei Weltraumspaziergängen auch das Werkzeug am Raumanzug festgebunden.

Die Astronauten dürfen sich also bei einem Weltraumspaziergang nie zu hastig bewegen. Allerdings auch nicht zu langsam, damit sie schnellstmöglich wieder an Bord zurück kehren können. Ein Weltraumspaziergang ist nämlich für den Körper sehr anstrengend, und auch Luft, Energie und Wasser sind ja irgendwann verbraucht. Wie so ein Spaziergang genau aussieht, kannst du in diesem kurzen Video sehen:

Training für den Weltraumspaziergang Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Training für den Weltraumspaziergang
Bild: NASA, zum Vergrößern klicken

Das klingt und ist alles ziemlich kompliziert. Deswegen üben die Astronauten ihre zukünftigen Weltraumspaziergänge schon auf der Erde. Dafür nutzen sie spezielle 3D-Software, wie sie auch für Spiele benutzt wird, aber auch große Wasserbecken. Unter Wasser ist es nämlich ganz ähnlich wie im All. Man wiegt viel weniger, man hat keine Luft zum Atmen, Bewegungen fühlen sich anders an und so weiter. Natürlich trainieren die Astronauten nicht in deinem Hallenbad ein paar Straßen weiter, sondern in einem eigenen. Aber wenn du selbst das nächste Mal schwimmen gehst und tauchst, kannst du dich den Astronauten doch schon ein kleines Stück näher fühlen.

Und falls du schon ein wenig Englisch kannst, gibt es sogar ein Spiel von der NASA, bei dem du selbst auf einen Weltraumspaziergang geschickt wirst, um verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Du kannst das Spiel entweder direkt im Browser spielen oder auf deinen Computer herunterladen. Viel Spaß!
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Für die, die noch mehr wissen wollen: „Die Maus im All„, URL: http://spezial.wdrmaus.de/die-maus-im-all
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Als dieses Blog noch bei den SciLogs lag, war Michael Khan so freundlich, folgenden Kommentar hinzuzufügen:

„Es stimmt: in den Nachrichten wird immer das Wort Weltraum-„Spaziergang“ verwendet. Das ist aber eigentlich überhaupt nicht richtig. Es ist auch sehr unfair zu den Astronauten, finde ich. Ein Spaziergang klingt doch nach Vergnügen. Bei einem Spaziergang entspanne ich mich.

Aber ein Astronaut, der in seinem Raumanzug nach draußen geht, entspannt sich dort überhaupt nicht. Im Gegenteil, er macht harte Arbeit. Wenn in den Nachrichten von einem Weltraum-„Spaziergang“ geredet wird, dann wissen die Fernsehzuschauer ghar nicht, wie hart die Astronauten dabei arbeiten müssen.

Ein Raumanzug ist zwar schwer, aber das ist nicht wichtig, weil die Astronauten bekanntlich in der Schwerelosigkeit arbeiten. Viel wichtiger: Ein Raumanzug ist aufgeblasen. Sonst könnten die Astronauten nicht atmen und ihr Blut würde anfangen zu kochen … sie würden sterben. So wie es oben im Blog-Artikel steht.

Was passiert aber, wenn man in einem aufgeblasenen Anzug steckt? Das kann man sich leicht vorstellen. Ein aufgeblasener Anzug streckt alle viere von sich. Arme and Beine und auch alle zehn Finger stehen ab. Wenn der Astronaut zum Beispiel den rechten Arm nach vorne bewegen will, dann muss er dazu viel Kraft aufwenden. Wenn er die Kraft nachlässt, geht der rechte Arm sofort wieder nach rechts weg. Jede Bewegung, wirklich jede, muss den Widerstand des Anzugs überwinden. Will man mal kurz entspannen – schwupp … zieht der Druck im Anzug die Arme nach außen und macht die Beine gerade.

Mittlerweile hilft die Technik schon ein bisschen mit. Ein Raumanzug hilft dem Astronauten, damit er nicht ganz so viel Kraft braucht. Aber ein Zuckerschlecken ist so ein Weltraum-„Spaziergang“ deswegen auch heute noch lange nicht. Astronauten sind schweißgebadet, wenn sie viele Stunden mit ihrem Anzug außerhalb des Raumschiffs waren. Die sind dann völlig fertig, weil das wirklich harte Arbeit war.

Deswegen sollte man das auch nicht mehr „Spaziergang“ nennen. Das Fachwort ist „Außenbordaktivität“. Das ist zwar trocken und auch ein bisschen umständlich, aber es klingt wenigstens nicht nach Faulenzen.“