Wie schlucken Frösche ihre Nahrung? Drücken Sie mit Ihren Augäpfeln!

Anmerkung des Herausgebers:

Nach der Abschlussprüfung in Naturwissenschaften wurde eine Physikfrage zum heißen Thema und ein kleiner Frosch, der in einem rechtwinkligen Koordinatensystem Insekten fängt, wurde populär. Gemäß der Beschreibung der Internetnutzer bewegen sich in dieser Frage der Frosch und der Käfer in getrennten Koordinatensystemen, und der Frosch kann den Käfer nur fressen, wenn sich Frosch und Käfer kreuzen.

Nein, nein, nein, Sie, der Fragesteller, unterschätzen den Frosch wirklich. Wenn ein Frosch Insekten fressen möchte, muss er nicht mit ihnen interagieren. Seine Zunge ist nicht umsonst lang!

erfassen! ｜Rachael Lallensack/Wissenschaft

Vor einigen Jahren stellte Alexis Noel, die gerade ihr Doktorandenprogramm am Georgia Institute of Technology begonnen hatte, den Studenten in ihrem Anatomiekurs eine seltsame Bitte: Könnten sie ihr, nachdem sie einen Frosch zerlegt hatten, die Zunge geben? Die Studenten stimmten zu.

Noel hält eine Kröte im Labor | Alexis Noel

Ausziehen! Superstarke Raubtierzunge!

Noel liebt Frösche seit seiner Kindheit. Als sie erwachsen wurde und in David Hus Biomechaniklabor eintrat, konnte sie es kaum erwarten, Frösche zu studieren.

Auch Hu Lide interessiert sich sehr für dieses Thema. Vor kurzem besuchte er den Botanischen Garten von Atlanta und sah eine Gruppe bunter Pfeilgiftfrösche beim Fressen. Er erkannte in den Bewegungen der Frösche ein physikalisches Wunder: Wenn sie mit ihren klebrigen Zungen nach Insekten schnippten, taten sie dies mit erstaunlicher Geschwindigkeit und Präzision.

Später filmte er einen Leopardfrosch mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und stellte fest, dass dieser Insekten in weniger als 0,07 Sekunden fangen konnte – fünfmal schneller als ein menschlicher Wimpernschlag. Wenn seine Zunge seine Beute trifft, beträgt die Beschleunigung das 12-fache der Erdanziehungskraft. Doch irgendwie gelang es ihm, die Beute nicht wegzustoßen, sondern sie blieb an der Zunge kleben.

Riesenlaubfrosch (Phyllomedusa bicolor) auf der Jagd｜Ed Yong / Youtube

Sie könnten versuchen, ein nasses Material zu entwickeln, das mit hoher Geschwindigkeit auf ein Objekt mit rauer Textur trifft und daran haften bleibt. Sie können es nicht entwerfen. Niemand hat es je getan. Dennoch zeigen Frösche diese Fähigkeit bei jeder Jagd. Seit dem 19. Jahrhundert werden Froschzungen erforscht, doch bis heute ist noch nicht klar, warum sie so klebrig sind.

Warum ist es so klebrig?

Um diese Frage zu beantworten, hat Noel im Anatomieunterricht viele Froschzungen gesammelt. Dann stupste sie sie alle, ganz in der großen Tradition der Naturforscher, mit ihren Fingern an. Die sanfte Berührung überraschte sowohl sie als auch Hu Lide. „Sie sind wie Knetmasse, und wenn man sie berührt, kann man nicht wirklich sagen, ob sie fest oder flüssig sind“, sagte Hu. „Sie sind außerdem sehr klebrig, wie frisch gekauter Kaugummi oder Marshmallows, die an den Händen kleben bleiben.“

Später betrat Noel ein Materialprüflabor mit einer Tüte voller blutiger Froschzungen und Menschenzungen, die er auf der Leichenfarm der Schule gesammelt hatte. Indem sie langsam einen Zylinder in die entfernten Organe drückte, zeigte sie, dass die menschliche Zunge zehnmal zäher ist als eine Froschzunge.

Darüber hinaus gehören die Zungen einiger Froscharten zu den weichsten biologischen Materialien, die jemals gemessen wurden. „Sie sind so weich wie ein menschliches Gehirn – aber ein menschliches Gehirn springt nicht heraus, um Beute zu fangen“, sagte Hu. Da sie weich sind, kann sich die Zunge des Frosches beim Auftreffen auf das Insekt um es wickeln und so die größte Kontaktfläche schaffen. Kurt Schwenk von der University of Connecticut wies außerdem darauf hin: „Die Trägheit der Froschzunge ermöglicht es ihr, sich beim Auswurfvorgang deutlich auszudehnen, was die Reichweite des Frosches zum Fressen vergrößert und seine Fähigkeit verbessert, Insekten zu erbeuten.“

Froschzungen haben außerdem eingebaute Stoßdämpfer – kleine Fett- und Muskelstücke, die beim Aufprall einen Teil der Energie absorbieren. Diese Stoßdämpfer funktionieren beim Apportieren der Froschzunge: Obwohl das Insekt großen Kräften ausgesetzt ist, fällt es nicht ab. „Die Zunge ist wie eine Kombination aus einem Trampolin und einem Baseballhandschuh – sie dehnt und zieht sich zusammen, aber sie packt einen auch“, sagte Hu.

Experiment zur Dehnung der Froschzunge | Ed Yong / Youtube

„Wir wissen, dass Leopardfrösche eine große Vielfalt an Insekten, Regenwürmern und anderen wirbellosen Tieren jagen“, sagte Jenna Monroy vom Claremont College. „Möglicherweise sind sie in der Lage, die Steifheit und den Widerstand ihrer Zunge an die Größe ihrer Beute anzupassen, um einen erfolgreichen Fang sicherzustellen.“

„Aber dieses Weichgewebe ist nur die halbe Miete“, sagte Noel. Die andere Hälfte ist Froschspeichel.

Sie und ihre Kollegen verbrachten viel Zeit und Mühe damit, Speichel von den gesammelten Froschzungen abzukratzen. „Der Speichel ist sehr klebrig und man muss ihn jedes Mal vom Schaber abkratzen“, sagte Hu Lide. „Es dauert eine halbe Stunde, um einen halben Milliliter zu sammeln. Es ist wie ein seltener Schatz.“

Nochmal erfassen! ｜David Shultz / Wissenschaft

„Die Leute dachten, Froschspeichel sei einfach nur klebrig“, sagte Noel. Doch bei näherer Untersuchung stellte sie fest, dass es sich beim Speichel um eine nicht-newtonsche Flüssigkeit handelt – also um eine Art Flüssigkeit, deren Eigenschaften sich je nach der auf sie ausgeübten Kraft ändern. Beispielsweise wird Honig durch Rühren von einem festen zu einem flüssigen Stoff, eine Mischung aus Maisstärke und Wasser wird durch Klopfen fest und Ketchup wird flüssiger, wenn man die Flasche schüttelt. Speichel ist wie Ketchup: Äußere Einflüsse machen ihn weniger klebrig. Unter der gleichen äußeren Krafteinwirkung sinkt die Viskosität des menschlichen Speichels jedoch auf etwa 1/10, während die Viskosität des Froschspeichels auf etwa 1/100 sinkt.

Wenn die Zunge des Frosches das Insekt berührt, beginnt der Speichel frei zu fließen und sickert leicht in alle Risse und Öffnungen auf der Körperoberfläche des Insekts. Wenn die Zunge langsamer wird und sich zurückzieht, verdichtet sich der Speichel wieder und wird klebrig, was dem Ballen einer Faust und dem Zurückfangen des Insekts entspricht.

Was passiert, wenn Essen auf Ihrer Zunge hängen bleibt?

„Diese Analyse könnte helfen, viele der interessanten Dinge zu erklären, die wir beobachten, beispielsweise, warum Frösche den hinteren Teil ihrer Augäpfel verwenden, um Beute in ihren Rachen zu schieben.“

Sobald das Insekt im Maul des Frosches ist, muss er es von der Zunge bekommen, sagte Kiisa Nishikawa von der Northern Arizona University. Glücklicherweise funktionieren seine Schleimtricks am besten in vertikaler Richtung; Es ist schwierig, Insekten von seiner Zunge zu ziehen, aber es ist einfacher, sie aufzuhebeln. Der Frosch brauchte nur etwas, um das Insekt vorwärts zu schieben – also benutzte er seine Augäpfel. Vor zwölf Jahren zeigte Robert Levine anhand eines Röntgenvideos, dass Frösche beim Schlucken ihre Augäpfel nach innen ziehen und damit Insekten von ihrer Zunge stoßen.

Hornfrösche benutzen ihre Augen zum Verschlucken ihrer Beute｜Ed Yong / Youtube

Klebrige Tiere sind die Muse der Materialwissenschaft!

Ein Großteil der Forschung an klebrigen Tieren hat zur Entwicklung neuer Materialien geführt. Die Fähigkeit der Geckos, Wände zu erklimmen, führte zur Entwicklung von Trockenklebstoffen. Der Byssus der Muscheln (Netze aus klebrigen Fasern, mit denen sie an Felsen befestigt sind) inspirierte einen Klebstoff, der unter Wasser verwendet werden kann. und Würmer inspirierten ein besseres medizinisches Klebeband und einen Kleber, der nicht blutet, sodass Wunden ohne Nähen repariert werden können.

Wer weiß, zu welchen Erfindungen eine Froschzunge führen wird? „Stellen Sie sich eine Naht vor, die sofort aushärtet, wenn man sie schnell anbringt“, sagte Hu, „oder ein Pflaster, das nicht schmerzt, wenn man es schnell entfernt.“

„Warum sollten uns diese Dinge interessieren?“ sagte Nishikawa, der Tiermechanik studiert. „Weil Inspiration aus der Biologie praktische menschliche Probleme lösen kann. Froschzungen mögen unbeliebt erscheinen, aber vergessen Sie nicht, dass Antibiotika auch aus Brotschimmel stammen.“

Während ich lernte, wollte ich eine Katze lutschen! ｜JENNIFER VIEGAS / Leserzusammenfassung

Nun richtete Noel seine Aufmerksamkeit auf die Zunge der Katze. Ihre Oberfläche ist mit winzigen Stacheln bedeckt. Noel fragte sich, ob dies der Fellpflege, dem Lösen von Fleisch von Knochen oder einem anderen Zweck diente. „Ich habe die Zungen von Hauskatzen und Tigern studiert“, sagte sie. „Katzen und Frösche sind beides Tiere, die ich liebe, und beide sind Gegenstand meiner aktuellen Forschung. Es ist ein wundervolles Leben.“

Von Ed Yond

Übersetzung: Porco Rosso

Dieser Artikel stammt aus dem Artenkalender, gerne weiterleiten

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