title: Von der Grenzschicht auf dem Spinnenbein
Creators: name: Jägers, Janine Johara
Publisher: name: :none
Year: 2014

description: Die Wanderspinne Cupiennius salei (Keys. 1877) nimmt zum Beutefang eine charakteristische Lauerposition ein. Fliegt ein potenzielles Beutetier in Reichweite vorbei, springt sie hoch und fängt es aus der Luft. Laborversuche haben gezeigt, dass die Spinne diese Leistung auch blind, mit Hilfe von strömungssensitiven Mechanosensoren durchführen kann. Sie besitzt pro Bein ca. 100 Trichobothrien, welche die von Beutetieren und Fressfeinden verursachte Luftströmung detektieren. Bisherige theoretische Modelle haben gezeigt, dass verschiedene Längen der Sensillen auf verschiedene Frequenzbereiche ausgelegt sind. Hierbei soll die Ausbildung einer Grenzschicht auf dem Spinnenbein eine signifikante Rolle spielen. Die Grenzschicht wird mit steigender Frequenz kleiner, die kleineren Trichobothrien sind für höhere Frequenzen und die größeren für niedere Frequenzen konzipiert (Barth, 2001). Unerwarteterweise trat bei Messungen der Grenzschicht der von Richardsons 1929 entdeckte Annulareffekt, anstatt der erwarteten stationären Grenzschicht auf. Durch die oszillatorische Bewegung des Lautsprechers entsteht eine zeitlich abhängige Grenzschicht, die sich innerhalb einer Periode stark in Größe und Geschwindigkeit ändert und ein Maximum im plattennahen Bereich aufweist. Das ursprüngliche Ziel dieser Arbeit, Messungen am Spinnenbein durchzuführen, die zeigen wie das Trichobothrium mit der Grenzschicht zusammen wirkt, wurde daher während der Messphase verworfen und neu definiert. Die aufgenommenen Daten entsprechen vollkommen der Theorie. Das neue Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Grundlage für Messungen am Spinnenbein zu schaffen, mit der die Theorie experimentell überprüft werden kann. Hierzu wird zunächst die genaue Lauerposition bestimmt und eine Präparationsmethodik entwickelt, die es erlaubt, ein lebendes Tier in der Stellung ohne Spinnenhalter für DPIV-Messungen (Digital Particle Image Velocimetry) zu fixieren. Desweitern wird ein Versuchsaufbau konstruiert, der es ermöglicht Grenzschichten räumlich und zeitlich, bei verschiedenen Frequenzen hochaufgelöst wiederzugeben und darzustellen. Für zukünftige Messungen am Spinnenbein bietet er die Möglichkeit, die Parameter schnell und einfach auszubauen und zu variieren. Wie sich heraus stellte, sind die Winkel der Gelenke für alle acht Beine, während der Jagdposition, annähernd identisch: Femur-Patella: 137° ± 15, Patella-Tibia: 186° ± 6, Tibia-Metatarsus: 157° ± 10, Metatarsus-Tarsus: 209° ± 12. Die Beine sind um die Spinne gleichmäßig verteilt. Mit der entwickelten Präparationsmethodik ist es gelungen, das Tier in dieser Position ohne Spinnenhalter zu fixieren. Die Arbeit hat mit der Bestimmung der Lauerposition, der Entwicklung der Präparationsmethodik, sowie des Versuchsaufbaus und der Charakterisierung der Grenzschicht eine Grundlage geschaffen, die unabdingbar für nachfolgende Projekte ist.
description: The wandering spider Cupiennius salei (Keys. 1877) captures prey by hunting. If an insect flies above the spider, it jumps from a characteristic lurk position into the air and catches the animal. Experiments have shown that the hunter is able to perform this in artificial blindness as well, relying on its mechanical sensory system, with which the spider detects the air stream. Cupiennius salei has approximately 100 sensors or trichobothria on each leg, with which the spider detects the airflow produced by the prey or by other hunters. Theoretical considerations indicate that different hair-lengths are tuned to distinct frequencies, and therefore dependent on a boundary layer above the spider’s leg. The boundary layer gets higher by low frequencies and vice versa; the short trichobothria detect high frequencies and the long trichobothria detect the low (Barth, 2001). During the measurements of the boundary layer it was found, that the layer is not as stable as expected but unstable and shows the Annulareffect, found by Richardson at 1929. The instability was caused by the oscillating movement of the speaker. A time-dependent boundary layer was created, which modifies its height and velocity over the period and possesses a maximum near the wall. Because of this new condition the original aim was changed from showing how the Trichobothria are interacting with the boundary layer to an illustration of this effect. The data produced from this study is consistent with theoretical background. The aim of this work is now to build the fundamental framework to enable theoretical verification through informed experimentation. Therefore, the first step was to determine the exact hunting position of the spider. Following this, a methodology was created by which the spider would remain artificially sedentary. This enabled measurements with a DPIV (Digital Particle Image Velocimetry), where a loud speaker delivers the signal. In addition, an experimental set up is constructed to determine the boundary layer in diverse frequencies with a high spatial and temporal resolution. Future experimental analysis on the spider’s leg could be easily recreated, and the setup can be varied to expand experimental conditions. This study shows that the ankles of the joints within one leg are approximately the same as the remaining legs as follows; Femur-Patella: 137° ± 15°, Patella-Tibia: 186°± 6°, Tibia-Metatarsus: 157° ± 10°, Metatarsus-Tarsus: 209° ± 12°. The positions of the legs are equally distributed around the spider. The method described above was implemented in order to obtain this information. Therefore, it is thought that this work will provide a robust, fundamental basis from which on can develop further experiments.