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PUBLIC RELEASE DATE: 28 juli 2004

Waldbrandsensor nach Vorbild der Natur

Bonner Zoologen "kopieren" Messvorrichtung eines Käfers



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Feuerwehrleute wnschen sie sich schon lange: Kostengnstige und hochempfindliche Infrarotsensoren, die groe Waldgebiete automatisch berwachen und im Falle eines Brandes rechtzeitig warnen. Zoologen der Universitt Bonn sind diesem Ziel einen Schritt nher gekommen: Sie haben einen Waldbrandsensor konstruiert, der zwar noch nicht so empfindlich ist wie handelsbliche Infrarotdetektoren, dafr aber kostengnstiger hergestellt werden knnte. Das bisher in Natur und Technik unbekannte Messprinzip haben sie dabei einem kleinen Insekt abgeschaut: dem Schwarzen Kiefernprachtkfer, der im Holz frisch verbrannter Bume seine Eier ablegt und Waldbrnde angeblich noch aus 80 Kilometern Entfernung entdecken kann. Die Biologen wollen ihr kleines Vorbild nun vermessen, um zu sehen, wo die Grenzen des neuen Messprinzips liegen.

Der Schwarze Kiefernprachtkfer fliegt auf verbranntes Holz: Unmittelbar nach Waldbrnden laufen die Weibchen auf den Bumen umher und legen in der verkohlten Rinde ihre Eier ab. Da viele andere Insektenarten eine frische Brandflche meiden, knnen sich die Prachtkfer-Larven dort weitgehend unbehelligt von Konkurrenz entwickeln. Ihren "Sinn fr's Brenzlige" verdanken die erwachsenen Insekten einem pfiffigen Sinnesorgan auf ihrer Unterseite: Dort sitzen zahlreiche Sensoren, die gerade fr die Infrarot- ("IR") Strahlung eines Waldbrandes auerordentlich empfindlich sind.

"Interessanterweise handelt es sich bei diesen Infrarotfhlern um abgewandelte Mechanosensoren", erklrt der Bonner Zoologe Dr. Helmut Schmitz, "das ist eine vllig neuartige Messmethode fr IR-Strahlung." Der fingerfrmige Fortsatz eines einzelnen Mechanorezeptors steckt dabei in einer winzigen Kugel aus "Kutikula" - dem Material, aus dem auch der Insektenpanzer besteht. Die Kutikula-Kugel umfasst den druckempfindlichen "Finger" wie eine Klammer. "Die Kutikula unseres Kiefernprachtkfers absorbiert nun besonders gut Wrmestrahlung von etwa drei Mikrometern Wellenlnge - das ist genau die Strahlung, die typischerweise bei einem saftigen Waldbrand frei wird. Bei einem Feuer erwrmt sich daher die Kugel, dehnt sich aus und erregt so direkt den Mechanorezeptor", so der Privatdozent. Da die Atmosphre fr Infrarotlicht in diesem Wellenlngenbereich durchlssig ist, knnen die Insekten potenzielle Brutpltze auf weite Distanzen wahrnehmen.

Zusammen mit seinem Doktoranden Martin Mller hat Schmitz den Sensor mit einfachsten Mitteln nachgebaut. An die Stelle der Kutikula-Kugel tritt in der Kopie ein Polyethylen-Plttchen. Polyethylen absorbiert Infrarotstrahlung in einem hnlichen Bereich wie die Kutikula und dehnt sich dabei ebenfalls aus. Diese Ausdehnung messen die Wissenschaftler. "Das Ganze funktioniert schon ziemlich gut, wenn auch handelsbliche IR-Sensoren noch um den Faktor 100 besser sind", sagt Schmitz, ist aber berzeugt: "Wir befinden uns mit unserem einfachen Prototypen erst am Anfang dessen, was mglich ist." Zurzeit sucht der Zoologe nach Industriepartnern, um seinen Sensor genau zu spezifizieren und weiter zu vervollkommnen.

Um zu prfen, wo die Grenzen des Messprinzips liegen, will er zudem das biologische Vorbild genau vermessen. "In der Literatur gibt es Hinweise, dass der Schwarze Kiefernprachtkfer Waldbrnde noch aus 80 Kilometern Entfernung aufgesprt haben soll; diese Angaben sind aber noch nie geprft worden und daher auch nicht seris." Die Kfer sollen aber erst der Anfang sein: "Unser Ziel ist es, bei allen bekannten infrarotsensitiven Tieren zu testen, wie empfindlich ihr Sinn fr Wrmestrahlung ist." Allerdings scheint diese Gabe im Tierreich nicht sehr weit verbreitet zu sein: Bislang wei man - abgesehen von drei verschiedenen Kferarten - nur von Grubenottern und Riesenschlangen, dass sie ber echte IR-Sinnesorgane verfgen. Seit Anfang vergangenen Jahres arbeitet mit Dr. Guido Westhoff auch ein Schlangenexperte am Bonner Institut fr Zoologie und untersucht in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefrderten Projekt den Wrmesinn der Reptilien. So sind - weltweit einmalig - alle bisher bekannten IR-sensitiven Tiere unter dem Dach eines Institutes vereint.