Die Flügel

Die Flügel der Schmetterlinge sind eine der erstaunlichsten Erscheinungen in der Natur.

Die Flügel der Schmetterlinge sind eine Perfektion der Evolution im Tierreich. Schmetterlinge sind Insekten, die zur Ordnung der Lepidoptera gehören. Sie sind nach Kopf, Brustkorb und Bauch gegliedert. Der Thorax ist in drei Segmente unterteilt und trägt in jedem Segment ein Beinpaar. Im zentralen Ring oder Meso-Thorax sind die vorderen Flügel und die hinteren Flügel sind im hinteren Ring oder Metathorax fixiert, der für das Bewegen der Flügel verantwortlich ist und aus diesem Grund sehr muskulös sein muss.

Die Flügel von Schmetterlingen

Die Flügel der Schmetterlinge sind erstaunliche Schoepfungen,sie sind nahezu perfekt  und die Funktionen der Flügel  gehen weit ueber das  fliegen hinaus.Die Stunde der Flügel beginnt wenn der Schmetterling dabei ist die Puppe zu verlassen. Dabei wird die Chitinstruktur zerlegt, um eine neue Entwicklungsstufe zu beginnen. Beim Verlassen der Puppe sind die Flügel der Schmetterlinge faltig, feucht und noch kleiner als der Körper.Der Schmetterling bringt sich in eine fuer ihn vorteilhafte Position und pumpt sein Blut in die Flügel, so dass sie die ideale Größe bekommen. Anschliessend muss der Schmetterling warten bis die Flügel trocknen, bevor er seinen ersten Flug beginnen kann, andernfalls koennen die Flügel brechen,eine Heilung ist unmoeglich.

Wie sind die Flügel von Schmetterlingen strukturiert?

Die Flügel der Schmetterlinge bestehen aus zwei Schichten von Membranen, die von einer Reihe von Röhrenvenen gespeist werden. Diese Venen sind auch am Atmungsprozess beteiligt. Jeder Schmetterling hat ein spezifisches Design, wodurch er sich vom Rest der Schmetterlingspopulation unterscheiden kann. In der Tat werden ihre Adern verwendet, um taxonomisch die Arten zu bestimmen.

Die Flügel dieser Insekten sind gaenzlich von einer Reihe von kleinen Schuppen und winzigen Haaren bedeckt. Der Name Lepidoptera kommt aus dem Griechischen und bedeutet lepido = Schuppen und Ptero = Flügel; Daraus bedeutet, dass dies eines der wichtigsten Merkmale von Schmetterlingen ist.

Diese schuppige Struktur an den Flügeln verleiht den Schmetterlingen eine samtige Erscheinung und obwohl sie fuer den Betrachter mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist, die Schuppen können rechteckig oder oval in Form von Tropfen sein. Jede dieser Tropfen hat eine Größe zwischen 70 und 250 Mikron und besteht aus Chitin (eine Substanz, die aus stickstoffhaltigen Kohlenhydraten gebildet wird), welche ihnen eine gewisse Starrheit verleiht. Die Flügelschuppen der Schmetterlinge verbessern neben der Stärkung der Struktur des Flügels auch die  Flugeigenschaften dieser Insekten.

Zellen der Schuppen mit verschiedenen Funktionen

Die Zellen dieser Schuppen erhalten zum Zeitpunkt ihrer Bildung die physikalisch-chemischen Eigenschaften, die ihre Färbung ermöglichen. Während der Entwicklung haben diese Zellen die Eigenschaft die Pigmente spezifisch in jeder Region des Flügels zu synthetisieren und abzuscheiden, oder sie können ihre Form verändern, durch das Schaffen neuer Strukturen indem sie das innere Gerüst der Proteine ​​verändern. Dies ist der Beginn der Schaffung von sich wiederholenden Nanostrukturen, die optische Eigenschaften haben, die in Prozesse wie die der Kommunikation zwischen den Schmetterlingen eingreifen. Jede Seite der Flügel der Schmetterlinge hat ein anderes Design.

Flügel in allen Farben fuer alle Funktionen

Die Farbmuster der Schmetterlingsfluegel haben unterschiedliche Funktionen. Viele Arten zeichnen sich dadurch aus, dass sie Farbmuster haben, die den in der Umwelt vorkommenden Farben sehr ähnlich sind, um in Ihrem Lebensraum nicht aufzufallen und um sich mit dem sie umgebenden Lebensraum zu vermischen.Schmetterlingsarten, die Fluegel mit hellen Farben haben,wollen damit Ihren Feinden eine Warnung geben, zu verstehen geben,das sie als giftig oder als Beute ungeniessbar sind. Andere Schmetterlinge hingegen spielen mit ihren Farben und lassen ihre Gegner glauben, dass sie groesser sind als sie .Eine weitere wichtige Funktion der Farbe der Flügel ist die Anziehungskraft auf potentielle Partner, die von den vielfarbigen leuchtenden maennlichen Schmetterlinge fasziniert werden.

Bei sehr vielen Arten sind die Schuppen mit Riechdrüsen besetzt, aus denen Sexualpheromone freigesetzt werden und je nach ihrer Anordnung im Flügel des Schmetterlings unterschiedliche Farbmuster zeichnen können, die wie oben erwähnt, bei der Partnersuche nützlich sind.

Flügel als Hörorgan

Es gibt einige Arten, die ihre Flügel als Hörorgane benutzen, diese Schmetterlinge haben einen Sack in Trichterform im unteren Teil des Flügels, welcher  mit einer dünnen Membran bedeckt ist, dieser Sack vibriert, wenn ein hochfrequentes Geräusch empfangen wird, und sendet eine Nachricht an das Gehirn des Schmetterlings.

Eine der wichtigsten Funktionen der Flügel der Schmetterlinge ausser natuerlich dem Fliegen ist, dass die Anordnung ihrer Skalen direkt mit der Absorption von notwendiger Wärme zusammenhaengt

Bei den primitiveren Schmetterlingen der Lepidoptera haben die Schuppen eine feste Struktur, aber in den meisten Arten sind sie hohl, weshalb angenommen wird, dass sie sich als eine Art Wärmeisolatoren in nachtaktiven Insekten entwickelt haben, Bei den Schmetterlingen die tagaktiv sind helfen diese Schuppen, die Sonnenstrahlung zu konzentrieren oder zu reflektieren, was es den Schmetterlingen ermöglicht, die Körpertemperatur entsprechend ihren Bedürfnissen zu erhöhen oder zu senken. Schmetterlinge sind kaltblütige Tiere und koennen ohne eine bestimmte geregelte Temperatur nicht fliegen.

Biomimética: Kopieren der Flügel der Schmetterlinge

Es gibt viele Studien, die ueber die Eigenschaften der Flügel der Schmetterlinge durchgeführt werden, da die Anordnung ihrer Schuppen die Fähigkeit hat, Solarenergie einzufangen, mit einer Effizienz, die größer ist als die eines herkömmlichen Solar-Panels.

Wissenschaftler aus den USA und China, entwickeln Projekte basierend auf den Kenntnissen ueber die verschiedenen Designs der Flügel der Schmetterlinge, um die Entwicklung der Solartechnologie voranzutreiben.

 

Tongxiang Fan, ein Wissenschaftler von der Jiao Tong Universität in Shanghai, China, stellte einen Prototyp bei der American Chemical Society in San Diego (USA) vor,als Ergebnis von jahrelangen Beobachtungen zweier  Arten von schwarzen Schmetterlinge welche die größten Mengen an Sonnenlicht absorbieren konnten.

Sonnenkollektoren der neuesten Generation

Diese Wissenschaftler erkannten bei der Untersuchung der Flügel unter dem Mikroskop , dass diese aus verschiedenen Skalen bestehen, die kleine Löcher  aufweisen .Jede Skale hat die Fähigkeit, einen Teil der Wärme in diesen Loechern zu speichern wenn diese geschlossen werden.

Der vorgestellte Solarpanel Prototyp reproduziert die Struktur des Flügels der Schmetterlinge mit Solarzellen und wurde verwendet, um Solarenergie zu synthetisieren, was zur Erzeugung der doppelten Energie eines herkömmlichen Katalysators führte.

An der Universität von Yale wurde nachgewiesen dass es an der Spitze der Schuppen des Flügels der Schmetterlinge Glas-Nanostrukturen gibt, die als Kreisel bezeichnet werden, aus Chitin bestehend und die Farbe beeinflussend und zudem in der Lage sind Licht selektiv zu streuen. Mit den gewonnen Ergebnissen dieser Untersuchungen soll die Forschung ueber neue Solarmodule vorangetrieben werden.

Die Forscherteams der Universitäten von Pennsylvania (USA) und der Autonomen Universität von Madrid entwickeln ihrerseits ein Programm zur Reproduktion biologischer Strukturen, bei dem bereits optische Diffusoren aehnlich den Flügeln der Schmetterlinge entwickelt wurden .

Dies sind einige der zivielen Technologien, die aus der Struktur der Flügel der Schmetterlinge abgeleitet und entwickelt wurden. Die Studien sind noch nicht beendet, weil die Merkmale der Flügel der Schmetterlinge noch nicht komplett erforscht sind.

 

Überlappende Flügel

Alle Schmetterlinge und Motten (außer den Pluma Motten) haben 2 Paare von überlappenden Fluegeln, die jeweils aus einer sehr dünnen Doppelmembran versteift durch ein Netz von röhrenförmigen Adern, die von der Basis der Flügel ausgehen,bestehen. Das Adermuster ist für jede Schmetterlingsgattung unterschiedlich und eines der Hauptkriterien, die von den Forschern bei der Klassifizierung von Schmetterlingen verwendet werden.

Skalen

Die Flügelmembranen sind durchsichtig, sind jedoch teilweise oder vollständig von einer staubartigen Schicht aus winzigen Farbschuppen bedeckt. Jede Skala besteht aus einer flachen Platte, die aus einer einzelnen Zelle auf der Oberfläche des Flügels hervortritt.

Es kann bis zu 600 einzelne Skalen pro Quadratmillimeter der Flügeloberfläche geben, in bestimmten Gattungen wie der Acraea, Aporia und Parnassius, deren  Dichte wesentlich geringer ist, was den Flügeln eine transparentere Erscheinung verleiht. In einigen tropischen Gattungen wie Ithomia, Lamproptera und Cithaerias fehlen die Schuppen in großen Bereichen der Flügel, was zu einer fast vollständigen Transparenz führt.

Das Geheimnis der Schmetterlingsflügel sind regelmäßig angeordnete, mikroskopisch kleine Schuppen. Sie brechen und streuen einfallendes Licht und erzeugen so das beeindruckende Farbenspiel.

Zudem halten die winzigen Schuppen Wassertropfen ab und sorgen damit für einen Selbstreinigungseffekt. Forscher konnten die Struktur der Flügeloberfläche auf verblüffend einfache Weise nachahmen. Sie stellten eine Flüssigkeit her, die einige zehntausendstel Millimeter große Kunststoffkügelchen und wenige Millionstel Millimeter große Silikatkügelchen enthielt.

Die Schuppen variieren beträchtlich in der Form, einige sind rechteckig, während andere wie Tropfen von Tränen oder Federn geformt sind.

Eine einzelne Skala kann ungefähr 50 Mikrometer breit (1/20 eines Millimeters) messen und 100 Mikrometer lang sein, obwohl viele Haare ähnlich sind und viel länger sind.

3 Arten der Flügel-Struktur der Schmetterlinge

Es gibt 3 grundlegende Arten der Beschaffenheit der Fluegel (Skalen):Die  Pigment-Skalen, Struktur-Skalen und die Androconia.

1. Die Pigmentschuppen sind meist flach.Ihre Farbe ist das Ergebnis der Anwesenheit von Melaninen, Pterinen und anderen chemischen Pigmenten.Die meisten werden aus den Nahrungspflanzen von den Larven entnommen und damit an  ausgewachsene Schmetterlinge weitergegeben. Die Pigmente repräsentieren die Grundfarben der Schmetterlingsflügel: schwarz, rot und gelb. Das Nebeneinander von verschiedenen farbigen Skalen und die Menge an Pigmenten erlauben die Illusion von zusätzlichen Farben wie Orange, Creme und Grün.Bei einigen Arten, wie beispielsweise der orangenen Spitze, der Anthocharis Cardamines, deren fleckige grüne Markierungen auf der Unterseite ist nur eine Taueschung, die durch eine fein ausgewogene Mischung aus gelben und schwarzen Farbelementen ensteht. Subtile Veränderungen in der Pigmentierung und die Dichte der Farbelemente  können Taueschungen der Textur oder der Schattierung erzeugen, die den Flügeln einiger Schmetterlinge ein dreidimensionales Aussehen geben.Die Pigmentplättchen werden auch als „Boden Flocken“ bekannt, da sie effektiv auf den Flügeln eines Schmetterlings eine Schicht tiefer Farbe und Muster bilden. Die Schuppen sind in Reihen angeordnet, so wie Ziegel auf einem Dach. Jede Reihe besteht aus abwechselnd pigmentierten und strukturellen „Deckschalen“. Letztere sind größer als die Pigmentskalen. Sie überlappen sich und sind halbtransparent, so dass die Farben der pigmentierten Skalen durch sie hindurch sichtbar sind.
2.  Strukturelle Skalen.Der brennende Farbton der Lycaena Kupfer, die goldgelben Farbtoene der Troides Birdwings, die grün leuchtenden metallischen Toene der Caria Metalmarks und das schillerndes Blau des Morpho Schmetterlings aus Südamerika koennen durch die Refraktion des Lichts erzeugt werden  durch Beugung und Interferenz von Licht, wenn es die halbdurchlässige Struktur durchläuft .Wenn das Licht gebrochen wird,wird es  in hellere oder dunklere Streifen unterteilt, nachdem es durch ein Netzwerk von Blasen oder mikroskopischen Schlitzen innerhalb der Skalen hindurchgegangen ist.
3. Es ist wie beim Regenbogen,das Sonnenlicht tritt in den Tropfen ein, wird dabei gebrochen, dann an seiner Rückseite reflektiert und beim Austritt an der Vorderseite wiederum gebrochen. Da die Brechung je nach Farbe unterschiedlich ist (rotes Licht wird schwächer gebrochen als blaues), wird das weiße Sonnenlich in die „Regenbogenfarben“ aufgespalten.. Die Interferenzmuster sind das Ergebnis des Lichts, das durch klare Schichten variabler Dichte hindurchtritt und das so rückwärts reflektiert wird, dass sich die Farben entsprechend dem Blickwinkel ändern. Beispiele für diese schillernden Farben finden sich in vielen Schmetterlingen, besonders auffallend sind sie jedoch, wie im neotropischen Doxocopa, wo sich ein Farbband von  einem bewegten Blau zu lebhaftem Türkis verändern kann.Ein anderes Beispiel ist der Sunset Chrysiridia rhipheus Nachtfalter, bei der die geringste Winkeländerung die grünen Metallbänder an den vorderen Flügeln in Türkis verwandelt, während ein Kontrastfleck an den Hinterflügeln eine noch dramatischere Veränderung erfährt,das Erscheinen jeder Farbe im Regenbogen, wenn das Licht in verschiedenen Winkeln auftrifft. Seine außerordentliche Helligkeit und das Leuchten der Farben sind auf seine bandförmigen, gekrümmten Schuppen zurückzuführen, die bewirken, das das Licht zwischen den benachbarten Skalen springt, anstatt direkt auf den Beobachter reflektiert zu werden.Fast alle Schmetterlinge und Motten haben eine Mischung aus pigmentierten und strukturellen Skalen. In Kombination können diese jede Farbe erzeugen, von metallischem Gold bis zu fluoreszierendem Orange, schillerndem Grün, Saphirblau oder jede andere Farbe, die man an Schmetterlingsflügeln sieht. Sie können sogar Farben außerhalb des sichtbaren Spektrums zeigen: Die meisten Schmetterlinge haben neben den Farben und Mustern, die für Menschen und Vögel sichtbar sind, auch ein „verstecktes“ UV-Muster, das nur von anderen Schmetterlingen erkannt werden kann.
4. Die Androconia findet sich hauptsächlich bei männlichen Schmetterlingen. Sie existieren normalerweise als leicht erhabene dunkle Streifen oder Flecken auf den Vorderflügeln und haben oft ein mehliges Aussehen. Am Fuß der Androconia befinden sich kleine Beutel mit Duftstoffen (Pheromonen). Der Duft breitet sich durch winzige Haare oder Federn an den Rändern der Fluegel, und wird verwendet, um Weibchen anzulocken um zu kopulieren. Männliche Androconia kann auch in Form von Büscheln (zB Heckflügel Morpho und Charaxes oder kann in androconial Falten wie jene, in späteren Flügel gefunden Schwalbenschwanz oder Costal falten Pyrginae). In Danaini und Ithomiini erscheinen sie als „Haarstifte“. Diese können in Form von extrusiblen Körpern an der Spitze des Bauches oder können als lange „Haare“ auf den hinteren Fluegeln erscheinen. Bei einigen Arten, zum Beispiel Lycorea wird das Bauchorgan gegen die androconia Heckflügel gebürstet um Pheromone zu sammeln. Diese werden verbreitet, indem die Büschel in Anwesenheit der Weibchen gedehnt werden.Die androconia kann auch als „RBCs“ in der weiblichen Geschlechtsöffnung Battus, Parides, Troides, Ornithoptera und Heliconius Schmetterlinge und Motten in bestimmten Familien erscheinen, zum Beispiel Saturniidae, Lasiocampidae und Lymantridae.Der dunkle diagonale Fleck auf den vorderen Flügeln des oben dargestellten männlichen Great-Musters besteht aus Hunderten von androkonischen Skalen. Diese verbreiten Pheromone, die von Weibchen während der Partnerfindung entdeckt werden können. Da die männlichen Alterung, die  Stärke ihrer Pheromon nachlaesst, kann ein Weibchen das Alter und die Virilität eines potenziellen Partners bewerten.

Federmotte

Die Familien der Feder Motten wie die der Federgeistchen Motte haben Flügelmembranen.Ihre vorderen und hinteren Flügel die jeweils aus steifen Adern mit Dutzenden von langen, dünnen Flocken ausgekleidet sind, geben den bezeichnenden und gemeinsamen Namen „“Federmotten.“ Es gibt 186 Arten von Alucitidae in der Welt, von denen viele erst in den letzten 20 Jahren entdeckt wurden. Der Name der dargestellten Motte wird übersetzt mit Alucita hexadactyla als „20 Finger“, aber es ist eine falsche Bezeichnung, da die Federgeistchen 24 Büschelfedern  hat.

Die Pterophorinae sind anatomisch ähnlich, unterscheiden sich aber durch ihre langen Spornenbeine und eine seltsame Ruheposition, in der sich die Flügel in einem Winkel von 90 ° zum Körper aufrollen und halten.

Alle Schmetterlinge und Motten haben vier Flügel, zwei Hinterflügel und zwei Vorderflügel. Kleine Schmetterlinge haben die Flügel am Thorax und die an diesen Strukturen befestigten Muskeln bewegen die Flügel. Der Schmetterling kann auch seine Flügel bewegen, indem er die Form seines Brustkorbs ändert. Die Flügelvenen, Rohre mit verdickten Wänden, die Trachean die Nerven und Raum enthalten, pumpen die Hämolymphe (Blut) in die Fluegel. Die Adern geben den Flügeln Struktur, Stärke und Halt. Das Abdomen besteht aus elf Segmenten, von denen die letzten zwei oder drei verbunden sind. Bei männlichen Monarchen-Schmetterlingen sieht man am Ende des Bauches einige Verschlüsse. Diese Anhänge greifen nach dem Weibchen während der Paarung.

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