How hard can insects bite?

The praying mantis wriggles a little in the hand. As the insect approaches the sensor, it bites the two metal plates that transfer the pressure to a piezo crystal as a defense. The crystal generates a force-dependent voltage that is transmitted to a laptop via an amplifier. Curves appear on the screen, some of which rise steeply and reach a plateau in a twitching manner before dropping back to zero. Sometimes the rise and fall are flatter - depending on how quickly the insect in question approaches maximum force when it bites.

"There is hardly any data on how hard insects can bite," reports Peter Rühr, a doctoral student at the Institute of Evolutionary Biology and Ecology at the University of Bonn. Photo: Volker Lannert

„Es gibt kaum Daten dazu, wie stark Insekten zubeißen können”, berichtet Peter Rühr, Doktorand am Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn. Mit ihrem Sensorsystem “forceX” wollen die Wissenschaftler untersuchen, wie sich Kiefer, Muskulatur und die Kopfform von Insekten an die Herausforderungen ihrer jeweiligen Umgebung angepasst haben. „Nicht für jedes Insekt ist es vorteilhaft, stark zubeißen zu können, da hohe Beißkräfte auch mit höheren energetischen Kosten für das Tier einhergehen”, sagt Rühr. Die Beißkraft hängt etwa davon ab, welche Nahrung ein Insekt zu sich nimmt oder ob es die Kiefer zur Verteidigung braucht.

In der Messanordnung der Forscher der Universität Bonn dient ein Binokular - ähnlich einer starken Lupe - dazu zu erkennen, ob die Kiefer des zu untersuchenden Insekts an der richtigen Stelle mit den Metallplättchen des Aufbaus in Berührung kommen. Das untere Plättchen ist unbeweglich, während das obere über eine Wippe die Kraft auf den Sensor überträgt.

„Je nach Größe und Öffnungswinkel der Kiefer verwenden wir unterschiedlich große Beiß-Plättchen, die sich austauschen lassen”, erläutert Rühr. „Damit lässt sich der Sensor über eine relativ große Spannweite auf die jeweiligen Erfordernisse der Tiere einstellen.“ Meist lassen sich die Tiere nicht lange überreden, bis sie zubeißen. Sie fühlen sich in der fremden Umgebung unwohl und wehren sich mit Abwehrbissen. Bleibt dieses instinktive Verhalten aus, streichen ihnen die Forschenden mit einem zarten Pinsel über den Kopf. Spätestens dann schließen die Insekten ihre Kiefer.

Den stärksten Biss mit über 12 Newton zeichneten die Forscher bei der Heuschrecke (Chauliogryllacris acaropenates) aus dem Australischen Regenwald auf. Von dieser ist bekannt, dass sie sich sogar Höhlen in lebendes Holz beißt. Auch andere Heuschrecken und Stab- und Gespentsschrecken entwickeln ähnliche Beißkräfte, die ausreichen um verholzte Brombeerzweige zu zerkauen. „Zwölf Newton sind schon eine enorme Kraft, die mehr als einem Kilo entspricht“, erklärt Rühr. Bei den Wirbeltieren bringen zum Beispiel Wanderfalken eine ähnliche Beißkraft auf. „Da die Mandiblen bei den Insekten extrem spitz sind, wirkt diese Kraft beim Zubeißen zudem nur auf eine ganz kleine Fläche“, ergänzt Rühr.

Hirsch- und Bockkäfer dagegen, kommen auf Beißkräfte zwischen 5 und 7 Newton. Sie benutzen ihre Mandibeln hauptsächlich bei innerartlichen Kämpfen. Libellen dagegen, kommen gerade mal auf ein Newton Beißkraft.

Original publication:

Peter T. Rühr, Alexander Blanke:

forceX and forceR: a mobile setup and R package to measure and analyse a wide range of animal closing forces,

Methods in Ecology and Evolution

DOI: 10.1111/2041-210X.13909; URL:

besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/2041-210X.13909

Contact:

Peter Rühr

Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie

Universität Bonn

Tel. +49-(0)228/735115

E-Mail: ruehr@uni-bonn.de