Physiologie und Aerodynamik des Manövrierflugs in Drosophila

• Applicant: Professor Dr. Fritz-Olaf Lehmann
• Subject Area: Fluid Mechanics ; Animal Physiology and Biochemistry
• Term: from 2007 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 44171693

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Die durchgeführten Arbeiten haben die gesetzten Ziele umfassend erreicht. Für eine strömungsmechanische Analyse induzierter Luftströmungen von fliegenden Insekten wurde ein experimentelles System entwickelt, dass mittels zeitaufgelöster Strömungsmessung (Digitale Particle Image Velocimetry, DPIV) die Wirbelinduktion im Steuerverhalten einer Taufliege analysiert. Die Quantifizierung des Strömungsfelds zeigt, dass eine zeitliche Asynchronität in der Schlagbewegung zwischen beiden Flügeln von wenigen Mikrosekunden (70 Mikrosekunden), die Wirbelstrukturen an den Flügeln im dorsalen Schlagumkehrpunkt signifikant verändert. Es wurde überdies ein neuer Mechanismus des Energierecyclings durch Wirbeldestruktion entdeckt, welcher die energetische Leistung im Flug reduziert und den geringen aerodynamischen Wirkungsgrad des Tiers verbessert. Wirkungsgrade wurden überdies experimentell in robotischen Tandemflügeln abgeschätzt. Die Daten zeigen, dass die Phasenlage der Flügelschlagbewegung Einfluss auf die Kontraktion des Strömungsfelds hat und Flugkosten durch Wiederaufnahme und Fusion von Wirbeln aus dem Strömungsfeld reduziert werden. Die Entwicklung bildgebender Verfahren mittels "Cameleon" FRET-Fluoreszenz in fliegenden Taufliegen hat es überdies ermöglicht, die Änderungen der intrazellulären Kalziumkonzentration im Flugmuskel der Taufliege zu quantifizieren. Im Gegensatz zu früheren Vermutungen, wird den Experimenten zufolge die kalziumkontrollierte Ausgangsleistung der Muskulatur linear und exakt an die Leistungsanforderungen im Flug des Tiers angeglichen. Die bilaterale Verteilung (1-2% deltaFRET) der Leistung der Gesamtflugmuskulatur erfolgt dabei entsprechend der Strömungswiderstände an den schlagenden Flügeln.

Publications

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  Lehmann, F.-O.