Sind die „Rennmäuse“, die in „Dune 2“ mit den Ohren Wasser trinken, echt?

Die niedliche „Springmaus“, die im kürzlich erschienenen Kinohit „Dune“ auftauchte, hat lange, dünne Hinterbeine und kann mit einem Sprung eine weite Distanz springen. Außerdem schleift hinter ihr ein langer, dünner Schwanz her. Das Süßeste daran ist, dass es ein Paar große Ohren hat, mit denen es nicht nur jede Bewegung wahrnehmen kann, sondern in seinen Ohren auch Wasser kondensieren kann, das es mit seinen beiden kleinen Pfoten trinken kann.

Muad'Dib, die „Wüstenratte“ in Dune (Quelle: Der Film Dune)

Was ist der Prototyp von „Jerboa“?

Die Designinspiration für Muad'Dib, die „Wüstenratte“ auf dem Planeten Arrakis im Film, stammt tatsächlich von der Langohr-Springmaus (Euchoreutes naso) in der realen Welt .

Es handelt sich um ein kleines Nagetier, das für seine hervorragende Anpassungsfähigkeit an trockene Umgebungen bekannt ist und hauptsächlich in Wüsten und Trockengebieten vorkommt. Ihren Namen verdanken sie ihrer Art zu hüpfen und ihren langen Beinen, Merkmale, durch die sie sich eher wie Kängurus als wie herkömmliche Ratten fortbewegen .

Schematische Darstellung der Langohr-Springmaus (Quelle: vom Autor mithilfe künstlicher Intelligenz erstellt)

Können Langohr-Springmäuse mit ihren Ohren wirklich Wasser sammeln? Natürlich nicht. In der realen Welt müssen Langohr-Springmäuse selten direkt Wasser trinken; Sie können fast das gesamte benötigte Wasser aus ihrer Nahrung gewinnen.

Diese Fähigkeit verdanken sie ihren äußerst effizienten Nieren, die den Wasserverlust über den Urin minimieren. Gleichzeitig ist der Wasserverlust gering und ihr Stoffwechsel ist speziell an Trockenheit angepasst, wodurch sie sehr konzentrierten Urin und sehr trockenen Kot produzieren, was den Wasserverlust weiter reduziert.

Langohr-Springmäuse sind hauptsächlich nachts aktiv, was ihnen hilft, der extremen Hitze am Tag zu entgehen und die Wasserverdunstung zu verringern. Durch ihre nächtliche Aktivität können sie auch etwas kühlere Temperaturen für die Nahrungssuche nutzen. Sie sammeln Nahrung wie Samen und lagern diese in ihren Höhlen. Es bietet ihnen nicht nur eine stabile Nahrungsquelle unter extremen Bedingungen, sondern verringert auch die Belastung durch hohe Temperaturen während der Nahrungssuche.

Langohr-Springmäuse haben eine ausgeprägte Anpassungsfähigkeit an Dürreperioden (Quelle: Wikipedia)

Diese niedlichen kleinen Tiere kommen besonders häufig in Wüstengebieten vor und ihre Fähigkeit, sich an extreme Dürre anzupassen, machte sie zur Inspiration für das Design dieser fiktiven Kreatur in Dune.

Käfer sammeln in der Wüste aktiv Wasser?

Da die großen Ohren der Langohr-Springmaus kein Wasser aufnehmen können, stellt sich die Frage, ob es in der realen Welt Lebewesen gibt, die aktiv Wasser aufnehmen können?

Es ist wahr!

In einer der trockensten Regionen der Welt, der Namib-Wüste im südlichen Afrika, fallen jährlich nur 1,4 Zentimeter Regen. Ein Käfer, der in dieser Wüste überlebt, der Namib-Wüstenkäfer, verfügt über eine einzigartige Anpassung zum Sammeln von Wasser.

Namib-Wüstenkäfer (Quelle: Referenz 1)

Die Überlebensstrategie des Namibkäfers ist sehr clever: Er kriecht eine Sanddüne hinauf, wendet sich der Brise zu, hält seinen Körper in einem 45-Grad-Winkel und fängt mit seinen harten Flügeldecken Wassertropfen in der Luft ein. Die Oberfläche der Flügeldecken weist eine besondere Struktur auf, die Wasser effektiv aufnehmen kann. Ist es nicht magisch? Dabei muss über das Prinzip der Wasseraufnahme gesprochen werden, das auf der besonderen Struktur seiner Körperoberfläche beruht .

Der Kopf des Käfers zeigt in die Windrichtung und die ungleichmäßige Gestaltung seiner Flügeldecken hilft ihm, Wassertropfen im Nebel einzufangen. Winzige Wassertröpfchen im Nebel mit einem Durchmesser von etwa 15 bis 20 Mikrometern kondensieren auf seinen Flügeln. Diese Wassertropfen haften zunächst an den hydrophilen Vorsprüngen, die von hydrophoben Rillen umgeben sind.

Wenn Wassertropfen mit einer hydrophilen Oberfläche in Kontakt kommen, breiten sie sich aus und bilden größere Tropfen, die weniger wahrscheinlich vom Wind weggeweht werden und mehr Wassertropfen aufnehmen können. Unter dem Einfluss von Windgeschwindigkeiten von 30 Kilometern pro Stunde werden die Wassertropfen bis zu einem Durchmesser von 5 mm anwachsen und über den Rücken des Käfers zum Mund hinuntergleiten, wo der Käfer sie verschlucken kann.

Schematische Darstellung der Veränderung kleiner Wassertropfen auf dem Rücken des Namib-Wüstenkäfers im Laufe der Zeit (Quelle: Referenz 3)

Diese einzigartige Methode der Wasseraufnahme ermöglicht dem Namib-Wüstenkäfer das Überleben in Umgebungen mit wenigen sichtbaren Wasserquellen. Wissenschaftler haben sich außerdem vom Wassersammelmechanismus des Käfers inspirieren lassen, um neue Wassergewinnungstechnologien zu entwickeln , mit denen in trockenen Regionen Feuchtigkeit aus der Atmosphäre gewonnen und so der Wasserbedarf von Mensch und Landwirtschaft gedeckt werden könnte.

Bionische Anwendungen der Wassergewinnung

Wissenschaftler haben sich vom Wassersammelmechanismus auf dem Rücken des Namib-Wüstenkäfers inspirieren lassen, um verschiedene Materialien und Technologien zu entwickeln, die dieses natürliche Phänomen nachahmen können.

Forscher der Donghua-Universität schlugen erstmals ein hydrophil-superhydrophobes gemustertes Gewebe vor, das mit einfachen Textilgeräten und einem einfachen Webverfahren hergestellt werden kann. Bei diesem Gewebe werden hydrophile Viskose und hydrophobes Polypropylengarn mit einigen Reagenzien verwendet, um eine gemischte benetzbare Oberfläche zu erzeugen, was nicht nur die Kosten erheblich senkt, sondern auch die Möglichkeit bietet, künftig wassersammelnde Materialien in großem Maßstab herzustellen.

Schematische Darstellung der Herstellung eines hydrophil-superhydrophoben gemusterten Schussgewebes (Quelle: Referenz 4)

Der australische Ingenieur Edward Linacre ließ sich vom Wassersammelmechanismus des Namib-Wüstenkäfers inspirieren und entwickelte ein selbstangetriebenes Bewässerungspumpensystem namens „Airdrop“. Das System führt Luft durch ein Netz unterirdischer Rohre zu und kühlt sie auf eine Temperatur ab, bei der Feuchtigkeit kondensiert. Anschließend leitet es die Feuchtigkeit an die Wurzeln der Pflanzen weiter, um so die Ernte in trockenen Regionen zu bewässern.

NBD Nano, ein amerikanisches Startup, erforscht, wie man die Funktionen eines Käfers auf der Oberfläche einer Wasserflasche nachahmen kann, um eine selbstfüllende Wasserflasche zu entwickeln. Man geht davon aus, dass der Flaschenprototyp je nach örtlichen Bedingungen zwischen 0,5 und 3 Liter Wasser pro Stunde sammeln kann.

Warka Water wurde von den Designern Arturo Vittori und Andrea Vogler entworfen und ist ein 9 Meter hoher Bambusturm mit einem inneren Kunststoffgitter, das nachts Feuchtigkeit aus der feuchten Luft sammelt und in einem Tank an der Basis speichert. Dieses Konzept könnte trockene Regionen mit kostengünstigem Wasser versorgen.

Die Wassertropfen laufen über den Rücken des Käfers zum Maul hinunter (Quelle: Referenz 1)

Durch die Nachahmung der Wassergewinnungsstrategien von Organismen wie dem Namib-Wüstenkäfer bieten Wissenschaftler und Ingenieure innovative und nachhaltige Lösungen für Trockengebiete. Dies fördert nicht nur die wissenschaftliche Entwicklung des Wasserressourcenmanagements, sondern eröffnet auch einen neuen Weg für den zukünftigen Umweltschutz und die nachhaltige Entwicklung.

Wir freuen uns darauf, dass diese von der Natur inspirierten Technologien weiterentwickelt werden, um spürbare Veränderungen in wasserarmen Regionen auf der ganzen Welt herbeizuführen.

Verweise

[1]Parker, Andrew R. und Chris R. Lawrence. „Wasseraufnahme durch einen Wüstenkäfer.“ Nature 414.6859 (2001): 33-34.[2]Frederick, Eva. „Könnte dieser Wüstenkäfer den Menschen helfen, Wasser aus der Luft zu gewinnen?“ Wissenschaft 27 (2019).

[3]Chen, Zhen und Zengzhi Zhang. „Neueste Fortschritte bei von Käfern inspirierten superhydrophilen-superhydrophoben mikrostrukturierten Wassersammelmaterialien.“ Wasserwissenschaft und -technologie 82.2 (2020): 207-226.

[4]Liu, Qibao, Xiaoyan Li und Zaisheng Cai. „Einfache Herstellung eines asymmetrischen benetzbaren Gewebes mit Schussrückengewebe zur Öl-/Wassertrennung.“ RSC Fortschritte 6.111 (2016): 109769-109777.

[5]Gao, Yue, et al. „Textilinspirierte Methodik für asymmetrische Gewebe auf Basis einer Schussgewebebindung zur Öl-/Wassertrennung.“ Journal of Materials Science 53.6 (2018): 4683-4692.

Planung und Produktion

Autor: Denovo Team Science Team

Gutachter: Huang Chengming, Forscher am Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Planung – Ding Zong

Herausgeber: Ding Zong

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin