Hoger dan een vlo: De biomechanische wonderen van insectensprongen

Het belangrijkste in het kort

• De schuimcicade (Philaenus spumarius) is de wereldkampioen hoogspringen en overtreft de versnellingskrachten van een vlo ruimschoots.
• De enorme sprongkracht is niet alleen gebaseerd op spierkracht, maar op een biologisch katapultmechanisme waarbij het eiwit resiline wordt gebruikt.
• In de natuurlijke tuin dienen deze sprongen voor een efficiënte vlucht voor natuurlijke vijanden en maken ze een snelle verplaatsing tussen waardplanten mogelijk.

Wanneer men in de vroege zomer door de tuin loopt en het zogenaamde koekoeksspuug op de stengels van het knoopkruid (Centaurea jacea) of het echt walstro (Galium verum) ontdekt, ziet men een natuurkundig fenomeen. In dit schuimnest verblijft de larve van de schuimcicade (Philaenus spumarius). Terwijl de larve nog honkvast en beschermd leeft, ontwikkelen de volwassen dieren in de hoogzomer een vermogen dat hen tot de krachtigste springers in het hele dierenrijk maakt.

De grenzen van de spieren

In de biomechanica – de leer van de bewegingspatronen van biologische systemen – stuiten spieren op natuurkundige grenzen. Een spier kan zich slechts met een beperkte snelheid samentrekken. Om de enorme hoogte van wel 70 centimeter te bereiken, zou de schuimcicade een kracht moeten uitoefenen die theoretisch honderd keer groter is dan haar eigen spiermassa. De oplossing van de natuur is een mechanische truc: energieopslag.

De schuimcicade gebruikt een zogenaamd palmechanisme. Hierbij worden de achterpoten in een speciale houder aan het borststuk (thorax) vergrendeld. De spieren spannen zich langzaam aan, maar het insect beweegt aanvankelijk niet. De energie wordt opgeslagen in een boogvormig skeletelement, de metafurca (een inwendige skeletstructuur in het borstgebied).

Resiline: Het perfecte biologische rubber

De doorslaggevende bouwstof voor deze energieopslag is resiline. Dit is een eiwit met rubberachtige eigenschappen dat bijna zonder verlies energie kan opnemen en plotseling weer kan afgeven. Wanneer de cicade het vergrendelingsmechanisme loslaat, ontlaadt de opgeslagen energie zich in milliseconden.

Ter vergelijking: een mens die een sprong vanuit de knieën maakt, bereikt een versnelling van ongeveer twee tot drie G (het veelvoud van de zwaartekrachtversnelling). De schuimcicade bereikt bij de afzet een versnelling van meer dan 4.000 G. Dat is ongeveer vierhonderd keer de kracht die een straaljagerpiloot bij extreme vliegmanoeuvres moet verdragen.

Vergelijking van de sprongprestaties van inheemse insecten

Om de prestatie van de schuimcicade in perspectief te plaatsen, helpt een blik op andere insectensoorten die in de tuinen van Midden-Europa te observeren zijn.

Anatomie van de versnelling

Bij de schuimcicade zitten de springpoten zeer dicht bij het zwaartepunt van het lichaam. De achterpoten (extremiteiten) zijn zo geconstrueerd dat ze bij de afzet synchroon worden aangestuurd. Zou één poot slechts een fractie van een milliseconde eerder afzetten, dan zou het dier ongecontroleerd opzij tollen. De coördinatie verloopt via een mechanische overbrenging: piepkleine tandjes aan de heupgewrichten (trochanter) grijpen in elkaar en garanderen dat beide poten exact tegelijkertijd afzetten.

De ecologische betekenis van de sprong

Waarom levert de natuur deze enorme constructieve inspanning? De sprong is de meest effectieve verdedigingsstrategie. Vogels zoals de huismus (Passer domesticus) of roofinsecten zoals de gewone wesp (Vespula vulgaris) hebben nauwelijks een kans om een dier te fixeren dat binnen een milliseconde uit het gezichtsveld verdwijnt.

Voor de tuinbezitter betekent de aanwezigheid van deze dieren dat de tuin een functionerend ecosysteem vormt. De cicaden maken deel uit van de voedselketen en hun biomechanische specialisatie laat zien hoe fijngevoelig de evolutie heeft gereageerd op het leefgebied van de weide.

Praktische tips voor observatie en bevordering

1. Laat in juni en juli gericht enkele gebieden met hoog gras en wilde kruiden zoals de bijenvriend (Phacelia tanacetifolia) staan om de dieren dekking te bieden.
2. Vermijd het gebruik van bestrijdingsmiddelen wanneer er schuimnesten worden gezien. Het schuim is een beschermde ruimte voor de opgroeiende topsporters.
3. Observeer de volwassen cicaden in augustus op zonnige dagen. Door voorzichtig tegen een stengel te tikken, kan de bliksemsnelle vluchtreactie worden uitgelokt.
4. Gebruik een loep om de krachtige achterpoten van de volwassen dieren te bekijken. De doorns op de schenen (tibia) dienen als steunpunt bij de afzet op gladde oppervlakken.
5. Let op de diversiteit: er zijn honderden cicadesoorten, waarvan er vele vergelijkbare, zij het minder extreme, sprongtechnieken gebruiken.

Veelgestelde vragen

Waarom springen cicaden hoger dan vlooien?

Cicaden gebruiken een groter skeletelement als energieopslag (metafurca), dat meer elastische energie kan opnemen dan de kleine kussentjes van de vlo.

Wat is resiline precies?

Resiline is een elastisch eiwit in insectengewrichten dat kinetische energie opslaat en met een rendement van bijna 97% plotseling weer afgeeft.

Is de enorme versnelling schadelijk voor het insect?

Nee, omdat het exoskelet (uitwendig skelet) van chitine zeer stabiel is en de inwendige organen door de gelijkmatige krachtverdeling worden beschermd.

Wanneer is de beste tijd om springende cicaden te zien?

Volwassen schuimcicaden (Philaenus spumarius) zijn vooral in de warme maanden juli en augustus actief en klaar om te springen.

Hoofdartikel: Schuimcicade & koekoeksspuug: plaagdier of nuttig insect in de natuurlijke tuin?

Verder lezen

• Gewone schuimcicade & koekoeksspuug: plaag of nuttig insect in de natuurlijke tuin?
• Diversiteit op grashoogte: bloemenweiden als cruciale leefgebieden voor gespecialiseerde plantenzuigers
• Evolutionaire camouflage: De verbazingwekkende kleurvariatie bij inheemse insectensoorten
• Gevaar voor de landbouw: vectoren en de verspreiding van Xylella fastidiosa
• Het geheim van koekoeksspuug: Waarom insecten schuim produceren