Das dunkelste Geheimnis der Mutiliden: Wie ultraschwarze Tiere die Technologie inspirieren

Nur sehr wenige Menschen haben die Herausforderung angenommen, Mutilidae zu erforschen. Diese Insekten, allgemein als Samtameisen bekannt, sind ebenso interessant wie schwer zu erforschen. In einem klassischen Werk über sie heißt es: „Keine [Hymenoptera-Art] kann für mehr Stunden der Faszination und Frustration sorgen als die Samtameisen.“

Obwohl sie aufgrund der dichten Haarschicht ihres Körpers ein samtiges Aussehen haben, handelt es sich nicht um echte Ameisen, da sie näher mit den Wespen verwandt sind. Derzeit umfasst die Familie Mutillidae 4693 Arten, aber über die überwiegende Mehrheit liegen uns keine Informationen vor .

Die Gründe dafür liegen in ihrer Biologie. Männchen und Weibchen weisen einen extremen Geschlechtsdimorphismus auf: Weibchen sind flügellos und groß, während Männchen Flügel haben und normalerweise kleiner sind. Dies erschwert die Taxonomie, da häufig dieselbe Art als verschiedene Gattungen beschrieben wird.

Zur Eiablage suchen die Weibchen die Nester anderer Insekten, zum Beispiel solitär lebender Wespen auf. Nach dem Schlüpfen ernähren sich die Larven von der Wirtspuppe und fungieren als Parasiten . Dieses Verhalten erschwert auch die Erforschung dieser Art, da hierfür die Beobachtung und das Verständnis der Interaktionen zwischen den Arten in ihrem natürlichen Lebensraum erforderlich sind. Aufgrund ihrer einzelgängerischen Lebensweise sind sie außerdem besonders schwer aufzuspüren.

Es gibt jedoch Menschen, für die Schwierigkeiten keine Entmutigung, sondern eine Anziehungskraft darstellen. Dies ist der Fall bei Vinicius López, einem Entomologen an der Bundesuniversität des Bergbaudreiecks in Brasilien. Gegenüber EL PAÍS sagt er: „Bei der Erforschung von Mutilidae scheint jede Entdeckung mehr Fragen aufzuwerfen als Antworten zu geben. Dieses Gefühl des Mysteriösen und die ständige Herausforderung, sie zu verstehen, finde ich absolut zauberhaft.“

Konkret handelt es sich um eine Art namens Traumatomutilla bifurca , die aufgrund ihrer eigentümlichen schwarz-weißen Färbung seine Aufmerksamkeit erregte. „Bei einer Expedition im Nationalpark Chapada dos Guimarães sah ich diese Art auf hellem Sand laufen und ich hatte den Eindruck, dass die weißen Bänder schwebten, als ob die schwarzen Teile nicht existierten“, erklärt Vinicius López, „das war ein Moment, den ich nie vergessen werde.“

Jahre später kam in seinem Labor ein Spektrometer an, das das von verschiedenen Oberflächen reflektierte Licht messen konnte, und er und sein Team beschlossen, das in der Kutikula von T. bifurca vorhandene Schwarz zu messen. Als Teil der Kalibrierung enthält dieses Instrument spezifische Referenzen für Weiß (steht für maximale Reflexion) und Schwarz (minimale Reflexion). Sie stellten fest, dass das Schwarz von T. bifurca weniger Licht reflektierte als der schwarze Kalibrator im Spektrometer. „Die Entdeckung bestätigte uns, dass es sich um ein einzigartiges Phänomen handelte, das eine Untersuchung wert war “, sagt der Entomologe.

Vinicius und sein Team hatten eine Farbe namens Ultraschwarz entdeckt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie weniger als 0,5 % des einfallenden Lichts reflektiert. In der Natur ist diese Farbe äußerst selten und kommt nur bei wenigen Tieren vor, beispielsweise bei der Tasmanischen Pfauenspinne ( Maratus tasmanicus ), dem Paradiesvogel ( Lophorina niedda ), der Gabunviper ( Gabunviper ) oder dem Griechischen Pantoffelschmetterling ( Catonephele numilia ).

Diese Farbe hat sich bei jedem Tier unabhängig entwickelt und verschafft ihnen unterschiedliche evolutionäre Vorteile. Bei Pfauenspinnen und Paradiesvögeln hebt Ultraschwarz andere helle Farben hervor, erhöht den optischen Kontrast und zieht Partner an. Der Gabunviper ermöglicht es eine bessere Temperaturregulierung und Tarnung, während es dem Griechischen Pantoffelfalter hilft, Raubtiere zu verwirren.

Bei Traumatomutilla bifurca ist die Funktion von Ultrablack nicht ganz klar. Über das Sexualverhalten der Mutilidae weiß man noch immer wenig, aber es scheint nicht, dass die Färbung der Weibchen dazu dient, Männchen anzulocken. Stattdessen könnte es ihnen helfen, Raubtieren zu entgehen.

Mutiliden sind für ihreStrategien zur Abwehr von Raubtieren bekannt. Die Weibchen sehen aus wie kleine gepanzerte Panzer: Sie haben ein unglaublich robustes Exoskelett und einen sehr starken, giftigen Stachel. Darüber hinaus haben sie Farbmuster mit anderen Arten in ihrem Umfeld gemeinsam, die ebenfalls giftig sind. Diese sogenannte Müller-Mimikry ist bekannt. Interessanterweise wurden zwischen diesen Ameisen und insektenfressenden Raubtieren kaum Interaktionen beobachtet. Wie Vinicius López erklärt: „Wer ihre natürlichen Feinde sind, bleibt ein Rätsel, was ihre Erforschung noch spannender macht.“

Allerdings sind bei den Mutiliden nicht alle Rätsel gelöst. Mithilfe hochentwickelter Techniken wie Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) haben Vinicius López und sein Team herausgefunden, wie diese Insekten es schaffen, eine so dunkle Farbe zu erzeugen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie kürzlich im Belstein Journal of Nanotechnology .

Die Oberfläche der Kutikula von T. bifurca ist mit einer dichten Schicht von Stacheln bedeckt, die als Lichtfallen wirken und das Licht in die Kutikula leiten. Unter dieser Oberflächenschicht befinden sich eine Reihe überlappender Schichten, die ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Diese Anordnung erhöht die Lichtabsorption noch weiter, da das Licht innerhalb der Lamellen mehrfach reflektiert wird, bis es schließlich von Pigmenten, wahrscheinlich Melanin, absorbiert wird. Es ist eine perfekte Kombination aus Nanoengineering und Biochemie.

Ein solches Studium eröffnet Möglichkeiten für praktische Anwendungen in der Technik. Der Wissenschaft ist es bereits gelungen, diese Mechanismen im Labor mithilfe von Kohlenstoffnanoröhren und Strukturen, die denen dieser Tiere ähneln, nachzubilden. Laut Stanislav Gorb, Professor am Zoologischen Institut der Universität Kiel und einer der führenden Experten für biomimetische Materialien, liegen ihre erfolgreichsten Anwendungen in optischen Geräten wie Mikroskopen und Teleskopen, wo ultraschwarze Oberflächen interne Reflexionen verringern und so die Qualität der erhaltenen Bilder verbessern.

So feierte beispielsweise Vantablack , eines der bekanntesten ultraschwarzen Materialien, 2015 sein Debüt im Weltraum als Beschichtung für den Sternentracker des Mikrosatelliten Kent Ridge 1. Obwohl die Umgebung dunkel erscheint, ist der Weltraum sehr hell. Ventablack absorbiert das in die Sensoren des Trackers einfallende Licht und verbessert so dessen Fähigkeit, die Position relativ zu den Sternen zu überwachen.

Stanislav Gorb ist davon überzeugt, dass die Anwendung von Ultraschwarz in Solarmodulen eine der vielversprechendsten Entwicklungen ist. Im Vergleich zu aktuellen Beschichtungen, die einen Teil des einfallenden Lichts reflektieren können, sorgt Ultrablack dafür, dass nahezu die gesamte verfügbare Lichtenergie von den Photovoltaikzellen eingefangen wird. Langfristig könnte diese Technologie eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Leistung erneuerbarer Energien spielen und die Entwicklung nachhaltigerer und wettbewerbsfähigerer Lösungen vorantreiben.

Als Vinicius López T. bifurca zum ersten Mal im weißen Sand entdeckte, dachte er wahrscheinlich nicht an Teleskope oder Solarmodule. Sein Interesse an Mutiliden bestand in keinem anderen als dem Versuch, Tiere zu verstehen, die sich weigern, ihre Geheimnisse preiszugeben. Doch in der Natur ist alles miteinander verbunden und das dunkelste Geheimnis eines Insekts kann für einen neugierigen Primaten, der in den Weltraum gereist ist, eine Inspirationsquelle sein.