Naturkunde: Biologie des Origami

Die Natur beherrscht dieselben raffinierten Falttechniken, wie sie in der japanischen Kultur in Mode kamen

Wenn man einen Falk-Plan falsch zusammenfaltet und er sich nur mit Rissen wieder öffnen lässt, ist das allenfalls ärgerlich. Ganz anders bei Faltungen im Pflanzen- oder Tiergewebe. Damit es keine Verletzungen an den feinen Strukturen gibt, wenn Blätter die schützenden Knospen sprengen oder Schmetterlinge beim Verlassen des Kokons ihre Flügel entfalten, bedient sich die Natur eines Falzmusters, mit dem sich die flächigen Organe in einer einzigen Bewegung und ohne Risse auseinander- oder zusammenschieben lassen. Diese Falttechnik entspricht dem so genannten Miura-Ori-Muster, einer japanischen Origami-Variante, nach der zum Beispiel auch Weltraum-Sonnensegel ge- und entfaltet werden. Mathematisch lässt sich die Methode durch eine Newell-Whitehead-Segel-Gleichung darstellen.

Mithilfe einer Computersimulation konnten Lakshiminarayanan Mahadevan (Harvard University) und Sergio Rica von der Universidad de Chile in Santiago nachweisen, wie raffiniert und einfach zugleich der Faltprozess abläuft. Nötig sind nur zwei aufeinander liegende, zunächst fest verbundene Schichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Die eine Schicht, aus der sich später Blätter oder Flügel bilden, muss dünn, elas-tisch und etwas steif sein, das Trägermaterial dagegen dick und weich. In der Natur entfaltet sich das Objekt bei Wasserzufuhr oder schrumpelt bei Wasserentzug entsprechend zusammen. Blätter und Flügel lösen sich schließlich vom "Trägermate-rial" (dem Körper): Durch das Einströmen von Flüssigkeit in das Gewebe entfalten sich die Strukturen nicht nur, sondern es entstehen auch mechanische Spannungen, die vermutlich die unter Druck geratenen Zellen dazu anregen, "Selbstmord" (Apoptose) zu begehen. Dadurch werden die Verbindungen zwischen den Schichten gekappt.

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