Warum fliegen Insekten so energieeffizient?

Warum fliegen Insekten so energieeffizient? Liegt es an ihrem geringen Gewicht und ihrer Aerodynamik oder an sehr effizienten biochemischen Umwandlungen (Nahrung -> Energie)?

Deine Frage ist sehr vage. Energieeffizient im Vergleich zu was? Was lässt Sie glauben, dass sie „so“ energieeffizient sind? Sie sollten versuchen zu erklären, warum Sie die Frage stellen, da sie in ihrem aktuellen Zustand keinen Kontext hat.
-1: Bitte verbessern Sie Ihre Frage, indem Sie genauer angeben, womit Sie Insekten vergleichen (Vögel? Flugzeuge? Oder ...?).
In meiner ursprünglichen Frage fragte ich nach der Energieeffizienz von Insekten im Vergleich zu von Menschen hergestellten batteriebetriebenen Fluggeräten, aber einige Superuser schlossen meine Frage mit der Behauptung, dass sie in ein anderes Thema als Biologie gehören sollte ...
@AdolfoPerez, das liegt daran, dass die Antwort auf die ursprüngliche Frage die Grenzen der Batterietechnologie und der Luftfahrttechnik im Nanomaßstab betrifft, nicht die Biologie :). Leider befindet sich die Engineering SE noch in der Definitionsphase.
@RichardSmith Jetzt frage ich mich, was passiert, wenn eine Frage wie meine verschiedene Wissensgebiete berührt? In diesem Fall Bio-Engineering oder Biological Engineering. Biologiewissen angewandt auf technische Lösungen. Wir können nicht so schwarz und weiß sein.
@AdolfoPerez Ich stimme zu, dass es eine Schande ist, dass diese Art von Fragen beiseite geschoben werden, aber die Idee ist, zu verhindern, dass themenfremde Fragen den Fragenpool verwässern und die Teilnahme von Experten entmutigen. Irgendwo müssen wir die Grenze ziehen - wenn Sie eine Frage so formulieren können, dass der biologische Teil davon im Mittelpunkt steht, ist es hier normalerweise in Ordnung :)

Antworten (2)

Der Flugmuskel von Insekten ist in der Lage, die höchste Stoffwechselrate aller tierischen Gewebe zu erreichen, und dieses Gewebe kann als ein hervorragendes Beispiel für biochemische Anpassung angesehen werden.

Heuschrecken zum Beispiel können (fast augenblicklich) ihren Sauerstoffverbrauch bis zum 70-fachen erhöhen, wenn sie zu fliegen beginnen. Beim Menschen kann Bewegung den O 2 -Verbrauch maximal um das 20-fache erhöhen, bei Vögeln im Flug um das 10-fache (Wegener, 1996; Sacktor, 1976).

Wie Wegener (1996) es formuliert hat (in seiner endgültigen Arbeit):

Die aerobe Leistungsfähigkeit (das Verhältnis von maximaler zu basaler Atemfrequenz) von Insekten ist im Tierreich unerreicht

Der Flug wird durch ATP-Hydrolyse angetrieben, und diese beeindruckenden Stoffwechselraten werden durch eine sehr effektive Kontrolle der ATP-Hydrolyse und -Regeneration erreicht.

  • Der Stoffwechsel ist aerob , was eine viel effizientere ATP-Produktion aus Hexosen ermöglicht (im Vergleich beispielsweise zum anaeroben Stoffwechsel).
  • Flugmuskeln können bis zu 20 % der Körpermasse ausmachen.
  • Bei Insekten fehlen Hämoglobin und Myoglobin. Stattdessen wird gasförmiges O 2 durch ein System von Tubuli zu den Geweben transportiert und so nahe am Ort des Verbrauchs abgelagert, dass es (scheinbar) durch Diffusion zu den Mitochondrien gelangen kann.
  • Heuschrecken befeuern den Flug durch die Verbrennung von Zucker in den frühen Stadien und wechseln allmählich zur Verwendung von Lipiden als Brennstoff. (Bei Bienen wird der Flug vollständig durch den Verbrauch von Hexose angetrieben). Dies wird durch eine effektive Kontrolle des Glykogenabbaus und der Glykolyse erreicht, indem die Aktivität der Glykogenphosphorylase (Glykogenabbau) und der Phosphofructokinase (PFK), eines Schlüsselkontrollenzyms der Glykolyse, modifiziert wird.
  • Es gibt eine enorme Literatur zu diesen Themen, aber es genügt zu sagen, dass im Fall der Glykolyse die Kontrolle sehr effizient durch allosterische Regulation von PKF erreicht wird, wo Fructose-1,6-bisphosphat und Fructose-2,6-bisphosphat Schlüsselrollen spielen ( siehe Sacktor, 1976).
  • Diese allosterische Steuerung ermöglicht es sehr effektiv, die Glykolyse (fast augenblicklich) einzuschalten und bei einem Maximalwert zu betreiben und (fast augenblicklich) abzuschalten.

Verweise

Wegener, G. (1996) Fliegende Insekten: Modellsysteme üben Physiologie Experientia May 15;52(5):404-12. (Siehe hier )

Sacktor B. (1976) Biochemische Anpassungen für den Flug im Insekt. Biochem SocSymp. 1976;(41):111-31. (Siehe hier )

Ihre ausführliche Antwort ist sehr aufschlussreich, @TomD. Es gibt so viel, was man von der Natur lernen kann, und es ist eine äußerst schwierige Herausforderung, die Effizienz der Natur beim Bau unserer eigenen Fluggeräte nachzuahmen. Keine jemals hergestellte Batterie ist so effizient wie die natürliche Art der Insekten, ihren Flug angesichts ihrer Größe anzutreiben

Je kleiner ein Tier ist, desto leichter wird es für es zu fliegen. Das liegt daran, dass die Oberfläche mit der zweiten Potenz des Durchmessers des Tieres zunimmt, während die Masse mit der dritten Potenz zunimmt. Je größer also ein Ding ist, desto mehr Masse pro Oberfläche hat es.

Und da Insekten in der Regel klein sind, können sie gut fliegen.

Wie aus anderen Gründen glaube ich nicht, dass Insekten energieeffizienter sind als beispielsweise Vögel.

Logisch, aber können Sie dafür Referenzen angeben? Es würde Ihre Antwort erheblich stärken.
Nun, es ist nur das Quadratwürfelgesetz: en.wikipedia.org/wiki/Square-cube_law .
Stimmt, aber das ist keine vollständige Antwort. Mit reduzierter Größe beeinträchtigt man andere Bereiche, die dem Flug zugute kommen können, wie z. B. die Spannweite (das erste, was mir in den Sinn kommt). Kleiner zu sein bedeutet also nicht unbedingt effizienteres Fliegen.
Nach dem Quadratwürfelgesetz nimmt die Spannweite mit der Größe ab, aber die Masse nimmt noch mehr ab. Das bedeutet, dass beim Fliegen für kleinere Tiere weniger Auftriebskraft pro Fläche erforderlich ist.
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