Zungenschuss

Der Zungenschuss

Wie die meisten Leguanartigen Reptilien nutzen auch die Chamäleons Ihre Zunge zum Beutefang. Dennoch haben nur die Chamäleons diese Art des Beutefangs derart perfektioniert. Aus einer Distanz die etwa dem Doppelten ihrer eigenen Körperlänge entspricht, können Sie ihre Beute machen.

Man nimmt an, dass diese Methode die Antwort der Evolution auf die bevorzugte Art und Weise der Chamäleons ist, Beute in „dreidimensional strukturierter“ Umgebung zu machen. (Beute sitzt auf unerreichbarem Ast etc) - Zusammen mit den anderen Anpassungen wie farbliche Tarnung (Auflösung der Konturen), an langsame Fortbewegung und Ausharren angepasste Muskulatur, Greiffüße und -Schwanz sowie den hochspezialisierten Augen fügt sich die Zunge nahtlos in das Bild eines perfekt angepassten „Sit and Wait“ Jägers ein. (Wenngleich der Begriff „Sit and Wait“ etwas irreführend ist, da die Chamäleons aktiv nach Beute suchen.)

Zungenschuss v. Brookesia_thieli - Copyright: www.chamaeleoinfoweb.com

Inhaltsverzeichnis

1 Irrtümer
2 Funktionsweise des Schussapparates
- 2.1 Aufbau des Schussapparates
- 2.2 Die 4 Schussphasen
3 Quellen
4 Links
5 Videos

Irrtümer

Die aussergewöhnliche Art der Chamäleons, mit ihrer Schleuderzunge Beute zu machen, beschäftigt die Menschheit schon lange. Im Laufe der Zeit entstanden dabei eine Menge (aus heutiger Sicht) skurriler Irrtümer, wie dieser Mechanismus funktionieren könnte.

aufgerollte Zunge

Noch bis Anfang des 20. Jahrhunderts war man der Meinung, die Zunge des Chamäleons sei im Maul aufgerollt und würde dem Beutetier einfach entgegengeschleudert. Nach dem Greifen soll, so diese Theorie, die Zunge wieder „zurückgerollt“ werden. Dass die Zunge, zurück im Maul, dann das ganze Beutetier umwickelt wurde dabei geflissentlich ignoriert. Interessant, dass sich gerade dieser Mythos, obwohl längst mehrfach widerlegt, bis in unsere Zeit hält.

Blutdruck

In der 2. Auflage von „Brehms Thierleben“ von 1918 erkennt der Autor immerhin, dass die Zunge nicht aufgerollt sein kann. Stattdessen sei sie auf dem Zungenbein aufgefädelt und werde durch plötzliches Einschießen von Blut in den Zungenkörper förmlich herausgeschossen: „ .... „ Auch ein plötzliches ballonartiges „Aufpumpen“ der Zunge durch Luft aus der Lunge wurde damals diskutiert.

Klebezunge

Mittels klebriger Flüssigkeit oder Adhäsionskräften soll nach der Klebezungentheorie die Beute an der Zungenspitze kleben bleiben. Allerdings könnten schwere Beutetiere wie kleine Säuger oder Vögel, wie sie des öfteren beschrieben werden, nicht allein auf diese Weise ins Maul zurückgeholt werden.

F. pardalis erzielt einen Treffer

Muskelkontraktion

Schon 1836 versucht Duvernoy zu erklären, dass eine spezielle Muskulatur für den Zungenschuss verantwortlich ist. Diverse Studien folgen schon in den 1930er und 60er Jahren (z.B. Zoond 1933, Gans 1967) und begründen schon damals die Erkenntnis, dass der Muskel, der das Zungenbein umschließt, mit einer Kontraktion die Zunge nach vorne herausschnellen lässt „wie ein Stück Seife aus der Faust“. Zusätzlich mit einem kleinen „Schubser“ des Schussapparates soll dieser Theorie nach die Zunge aus dem Maul herausgeschleudert werden. Auch diese Theorie ist, wenngleich nicht völlig falsch, so zumindest nicht vollständig. Denn die immense Beschleunigung von 500m/sec² und Kraft (bis zu 3kW/m-1) kann der Zungenmuskel nicht bewirken. Trotzdem war dies die (mit einigen Modifkationen) gültige Theorie bis etwa 2000, als van Leeuwen zunächst theoretisch bestimmte Bindegewebsschichten in der Zunge für die Beschleunigung verantwortlich machte.

Funktionsweise des Schussapparates

Jurriaan H. de Groot und Johan L. van Leeuwen bestätigten 2003, dass diese elastischen Fasern die immense Beschleunigung und Zielgenauigkeit erklären. (VAN LEEUWEN 2004) - Der Muskel wirkt hier nur noch wie der Seilzug eines Katapultes oder Armbrust, der die Fasern „vorspannt“, beschleunigt aber nichtmehr die Zunge direkt. Diese Fasern lassen die Zunge dann nach dem "Auslösen" nach vorne schnellen. Für die Rückholung auch schwerer Beute aus großer Entfernung machen Herrel et al superkontrahierende Muskeln verantwortlich. (HERREL et al 2001) Im Folgenden wird die Funktionsweise etwas ausführlicher Beschrieben.

Aufbau des Schussapparates

Die 4 elementaren Teile des Schussapparates sind wie folgt:

das Zungenbein (entoglossal process): - ein zylindrischer Knorpel umgeben von einer dicken Schicht längslaufender Collagenfasern. (Perichondrium)

der „Rückholmuskel“ umgibt den hinteren Teil des Zungenbeins und geht an seinem vorderen Ende in den „Beschleunigungsmuskel“ (accelerator muscle) über.

der „Beschleunigungsmuskel“ umhüllt die dicke Bindegewebsschicht, die das Zungenbein umhüllt. Die Muskelfasern umlaufen das Zungenbein in spiralförmiger Anordnung von aussen nach innen (siehe Bild).

Dieser Muskel wiederum ist auf seiner Innen- und Aussenseite mit einer dicken Bindegewebsschicht umhüllt.

vorne endet der ganze Apparat in der „Zungenspitze“, der widerum über das Bindegewebe mit dem Zungenbein verbunden ist. Die Zungenspitze erfüllt mehrere Aufgaben gleichzeitig:
- Einerseits bildet sie durch ihre Masse die Vorraussetzung für den Ballistischen „Flug“ der Zunge. (Ähnlich einem Sper, der an der Spitze ebenfalls schwerer ist als hinten)
- Zum anderen hat dieser Teil der Zunge die Aufgabe des „Auslösers“. Er bestimmt, wann die Zunge abgeschossen, also die in den vorgespannten Fasern gespeicherte Energie freigesetzt wird.
- Zuguterletzt wird mit der Zungenspitze das Beutetier umschlossen und mittels Adhäsionskräfte, aber auch durch kontrollierbare Saugkräfte zurückgesaugt. (HERREL, 2000)

Die 4 Schussphasen

Phase 1: Der Schussapparat wird in Stellung gebracht, das Ziel wird fokussiert.

Zielphase F.pardalis - Foto: Micha Schwarz

Es vergehen einige Sekunden bis zum Schuss. In dieser Zeit schätzt das Chamäleon den Abstand und den Energieaufwand für den ballistischen Flug der Zunge. Der Schuss ist immer exakt vorrausberechnet.

Der Beschleunigungsmuskel spannt sich an und „drückt“ auf die elastischen Kollagenfasern und setzt sie so unter Spannung.

Anschaulich wird das am Beispiel einer Armbrust: Obwohl auch die Armbrust mit Muskelkraft (des Armes) gespannt wird, so könnte derselbe Muskel den Bolzen niemals alleine mit dieser enormen Geschwindigkeit wegwerfen. Nur das langsame Spannen des Bogens und das plötzliche Freisetzen der gesamten gespeicherten Energie durch das Auslösen des Abzugs bringt den Bolzen auf die Geschwindigkeit.

Genauso verhält es sich hier. Der Beschleunigungsmuskel setzt das Gewebe aus Kollagenfasern unter Spannung. Je nachdem, wie stark der Muskel auf die Fasern drückt, desto stärker oder weniger stark werden sie „gespannt“.

Die Zungenspitze verhindert, durch einen bestimmten Mechanismus, noch das sofortige „Abfeuern“ der Zunge. Der Druck auf die Fasern kann so aufgebaut werden. Man kann dieses „Anspannen“ auch gut selbst beobachten: der mittlere Teil der Zunge „zuckt“ und vibriert während der Zeit des Zielens merklich.

Phase 2:
- Die Spitze der Zunge „klappt“ nach vorne um und gibt so den Weg für die Fasern frei. Diese bauen die in ihnen gespeicherte Spannung ab und schleudern die Spitze der Zunge nach vorne.
- Durch die spezielle rauten- oder scherenförmige Anordnung der Fasern über die gesamte Länge der Zunge wird die Energie auf der gesamten Flugbahn kontinuierlich freigesetzt, nicht nur am Ort des „Abschusses“, also dem Zungenbein.
- Die Spannkraft der Fasern beschleunigt die Zunge bis die zuvor „hineingedrückte“ Energie aufgebraucht, und das Beutetier erreicht ist.
- Zum Vergleich, um sich die Werte etwas besser vorstellen zu können:
- Während ein normaler PKW mit etwa 3-4m/sec² beschleunigt, erreicht ein Spaceshuttle etwa 100m/sec² und damit die Grenze des für Menschen erträglichen Bereichs.
- Der menschliche Arm bringt beim Kugelstoßen etwa 10m/sec² auf.
- Die gespannten Kollagenfasern in der Chamäleonzunge hingegen beschleunigen die Zunge mit 500m/sec².
- (Anmerkung: Beschleunigung wird in m/sec² gemessen. sprich: Meter im Sekundenquadrat. Nicht zu verwechseln mit m/sec (Meter pro Sekunde), was die Geschwindigkeit wäre!)

Phase 3:
- Die Zunge trifft auf das Beutetier. Nach landläufiger Meinung „klebt“ das Beutetier mittels Adhäsionskräften an der Zunge, oder wird von den Hautlappen der Zungenspitze ergriffen.
- Allerdings können Adhäsionskräfte allein (mit denen z.B. ein nasses Stück Papier an einer Fensterscheibe kleben würde) laut Herrel nicht erklären, wie das Chamäleon schwere Beutetiere wie eine Maus oder Vögel heranzieht.
- Das bewusste Ergreifen hingegen würde eine sofortige Muskelaktion beim Auftreffen auf das Ziel erfordern. Die Verarbeitung der Reizimpulse (Berührung) und die Reaktion (Zugreifen) können aber in dieser kurzen Zeit nicht stattfinden.
- Nach Herrel formt die Zungenspitze beim Auftreffen eine Art Saugglocke. Der „Mittelpunkt“ der Zunge wird bereits wieder zurückgezogen, während die Äusseren Lappen sich noch nach vorne bewegen und das Beutetier umhüllen. (siehe Video)

Phase 4:
- Der Rückzugsmuskel tritt in Aktion. Dank der teleskopartig angelegten Sehnenfasern im „hohlen“ Zentrum des Zungenmuskels wird die Zungenspitze gleichzeitig mit allen anderen Teilen der Zunge wieder zurückgeholt und auf dem Zungenmuskel „aufgefädelt“.
- Das geschieht bei kleineren Beutetieren direkt in den Mund zurück, bei schwereren Beutetieren schleudert die Zunge zunächst seitlich am Kopf vorbei und wird dann erst in den Mund gezogen.
- Zum Schutz der empfindlichen Augen schließt das Chamäleon während des Rückholvorgangs die Lider und zieht bei Bedarf die Augen teilweise in die Höhlen zurück.

Man kann nun beobachten, wie das Beutetier mit schnellen bissen „zerkaut“ wird, um es schnell zu töten, oder aber längere Zeit zwischen den Zähnen festgehalten wird. Nach einiger Zeit wird das Beutetier mit der Zunge nach und nach tiefer in den Rachen geschoben, also nicht im eigentlichen Sinne geschluckt.

Quellen

“Evidence for an elastic projection mechanism in the chameleon tongue“ J.H. de Groot & J.L. van Leeuwen - The Royal Society (2004).

“The mechanics of prey prehension in chameleons”, Antony Herrel - Journal of Experimental Biology 203, (2000)

“On the tip of a chameleon’s tongue”, Henry Gee - nature (2000)

“Functional implications of supercontracting muscle in the chameleon tongue retractors”, A. Herrel, J.J. Meyers, P. Aerts, K. C. Nishikawa - Journal of Experimental Biology 204 (2001)