Hoger dan een vlo: de biomechanische wonderen van insectensprongen

Het belangrijkste in het kort

• De schuimcicade (Philaenus spumarius) is wereldkampioen hoogspringen en overtreft de versnellingskrachten van een vlo met gemak.
• De enorme springkracht berust niet alleen op spierkracht, maar op een biologisch katapultmechanisme met het eiwit resiline.
• In de natuurtuin dienen deze sprongen om efficiënt aan vijanden te ontsnappen en snel tussen waardplanten te wisselen.

Wanneer je in de vroege zomer door je tuin loopt en het zogeheten koekoeksspuug aan de stengels van knoopkruid (Centaurea jacea) of geel walstro (Galium verum) ontdekt, ontmoet je een natuurkundig fenomeen. In dat schuimnest zit de larve van de schuimcicade (Philaenus spumarius). Terwijl de larve nog vast zit en beschermd leeft, ontwikkelen de volwassen dieren midden in de zomer een prestatie die hen tot de krachtigste springers van het hele dierenrijk maakt.

De grenzen van spieren

In de biomechanica – de leer van bewegingsverloop in biologische systemen – lopen spieren tegen fysische grenzen aan. Een spier kan slechts met een beperkte snelheid samentrekken. Om de enorme hoogte van wel 70 centimeter te halen, zou de schuimcicade een kracht moeten leveren die theoretisch honderdmaal groter is dan haar spiermassa. De oplossing van de natuur is een mechanische truc: energieopslag.

De schuimcicade gebruikt een zogenaamd pal-mechanisme. Daarbij worden de achterpoten in een speciaal opbergelement aan het borststuk (thorax) vergrendeld. De spieren spannen langzaam aan, maar het insect beweegt zich eerst niet. De energie wordt opgeslagen in een boogvormig skeletelement, de metafurca (een interne skeletstructuur in het borstgebied).

Resiline: het perfecte biologische rubber

De bepalende bouwstof voor deze energieopslag is resiline. Dat is een eiwit met rubberachtige eigenschappen, dat bijna verliesvrij energie opslaat en in één klap weer kan vrijgeven. Wanneer de cicade het palmechanisme ontgrendelt, komt de opgeslagen energie in milliseconden vrij.

Ter vergelijking: een mens die met gebogen knieën springt, haalt een versnelling van ongeveer twee tot drie G (veelvoud van de zwaartekrachtversnelling). De schuimcicade bereikt bij de afzet een versnelling van meer dan 4.000 G. Dat is ongeveer vierhonderd keer zo veel als een straaljagerpiloot tijdens extreme vluchtmanoeuvres verdraagt.

Vergelijking van de springprestaties van inheemse insecten

Om de prestatie van de schuimcicade te kunnen plaatsen, is een blik op andere insectensoorten in Midden-Europese tuinen nuttig.

Anatomie van de versnelling

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

De ecologische betekenis van de sprong

Waarom levert de natuur zulke enorme constructieve inspanningen? De sprong is de effectiefste verdedigingsstrategie. Vogels zoals de huismus (Passer domesticus) of roofinsecten zoals de gewone wesp (Vespula vulgaris) hebben bijna geen kans een dier te fixeren dat binnen een milliseconde uit het gezichtsveld verdwijnt.

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

Praktische tips om te observeren en te stimuleren

1. Laat in juni en juli bewust enkele plekken met hoog gras en wilde kruiden zoals phacelia (Phacelia tanacetifolia) staan, zodat de dieren dekking hebben.
2. Als je schuimnesten ziet, gebruik dan geen spuitmiddelen. Het schuim is een beschermingsruimte voor de aankomende topsporters.
3. Observeer de volwassen cicaden in augustus op zonnige dagen. Als je voorzichtig een stengel aantikt, kun je de razendsnelle vluchtreactie uitlokken.
4. Gebruik een loep om de stevige achterpoten van de volwassen exemplaren te bekijken. De doorns aan de schenen (tibiae) dienen als steunpunt bij het afzetten op gladde oppervlakken.
5. Let op de diversiteit: in de DACH-regio's komen meer dan 600 soorten cicaden voor, waarvan vele vergelijkbare, zij het minder extreme, springtechnieken 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 polsters van een 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 vrijgeeft.

Is die enorme versnelling schadelijk voor het insect?

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

Wanneer kan ik springende cicaden het beste zien?

Volwassen schuimcicaden (Philaenus spumarius) zijn vooral actief en springklaar in de warme maanden juli en augustus.

Hoofdartikel: Schuimcicade & koekoeksspuug: plaaggeest of nuttig insect in de natuurtuin?