Tropfenkatapult für Pilzsporen

Aufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera offenbaren einen bisher im Detail unbekannten Mechanismus
Miteinander verschmelzende Wassertropfen können eine künstliche Pilzspore mit enormer Beschleunigung nach oben schleudern.
Miteinander verschmelzende Wassertropfen können eine künstliche Pilzspore mit enormer Beschleunigung nach oben schleudern.
© Chuan-Hua Chen, Duke University
Durham (USA) - Pilze sind wahre Meister der Natur, um ihre Sporen möglichst weit zu verbreiten. Viele Arten vertrauen auf den Wind oder Insekten, um ihre Samen in der Umgebung zu verteilen. Andere Spezies nutzen physikalisch pfiffigere Methoden und schleudern ihre sogenannten Ballistosporen mit vieltausendfacher Erdbeschleunigung durch die Luft. Die Details dieses Phänomens konnten nun amerikanische Wissenschaftler mit Aufnahmen einer Hochgeschwindigkeitskamera erstmals entschlüsseln und berichten über ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Journal of the Royal Society Interface“.

„Die Sporen werden mit massiven Kräften in eine spezifische Richtung geschossen“, sagt Chuan-Hua Chen von der Duke University in Durham. „Fast wie mit einer Kanone.“ Verantwortlich für die enorme Beschleunigung sind miteinander verschmelzende Wassertropfen auf der Pilzoberfläche in unmittelbarer Nähe zu den Sporen. Diese Beobachtung hatte der Naturforscher Reginald Buller bereits vor mehr als hundert Jahren gemacht. Unklar blieben bisher allerdings die exakten Abläufe dieses binnen weniger Mikrosekunden ablaufenden Katapultstarts.

Zur Aufklärung des Phänomens griffen Chen und seine Kollegen nicht zu echten Pilzsporen, sondern bauten diese vergrößert aus kleinen, halbierten Kügelchen aus dem Kunststoff Polystyrol nach. An die gewölbte Seite des etwa einen halben Millimeter kleinen Sporenmodells mit wasserabstoßender Oberfläche hefteten sie einen Wassertropfen. Direkt neben der flachen Seite setzten sie einen zweiten Wassertropfen, den sie mit weiteren Tröpfchen aus einem Tintenstrahldrucker nach und nach vergrößerten.

War der zweite Wassertropfen groß genug, vereinigte er sich schlagartig mit dem an der künstlichen Spore haftenden Tropfen. Dabei verringerte sich plötzlich die Gesamtoberfläche der Tropfen und es wurde die Energie der Oberflächenspannung abrupt freigesetzt. Daraus resultierte eine enorme Beschleunigung, mit der die künstliche Spore entlang der Ausrichtung der abgeflachten Seite hochgeschleudert wurde. „Die Energie wird so rasant freigesetzt, um das gesamte System mit etwa der einmillionenfachen Erdbeschleunigung zu katapultieren“, sagt Chen. Allerdings sei der Luftwiderstand so groß gewesen, dass die Spore nur wenige Millimeter weit fliegen konnte.

© Wissenschaft aktuell


 

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