Dabei stellte sich heraus, dass erwachsene D. melanogaster unter konstanter Fernfeld-HF-EMF-Exposition einen Peak in der HF-Absorption bei etwa 90 GHz aufweisen, wobei eine Exposition von 1 V/m einer Absorption von 6 nW entspricht.

Wäre dieses Ergebnis aufgrund theoretischer Überlegungen voraussagbar gewesen? Schauen wir mal, was Schlaumeier ChatGPT auf dem Kasten hat.

Erste Runde

Auftrag an die KI: Prüfe die Körperabmessungen einer Schwarzbäuchigen Taufliege und sage mir, bei welcher Frequenz das Tierchen einem Funkfeld die meiste Leistung entzieht.

Antwort der KI: Man kann das für die schwarzbäuchige Taufliege (Drosophila melanogaster) überschlägig, aber physikalisch sauber abschätzen.

Die Körperlänge einer adulten Taufliege liegt typischerweise bei etwa 2 bis 3 mm, der Thoraxdurchmesser im Bereich von rund 0,5 bis 1 mm. Der Körper besteht überwiegend aus wasserreichem Gewebe, sodass man – grob – von einer hohen relativen Permittivität ausgehen kann (Größenordnung 40 bis 60, ähnlich wie bei anderem biologischen Gewebe).

Eine besonders günstige Kopplung tritt, wie beim Menschen, dann auf, wenn eine charakteristische Körperabmessung etwa einem nennenswerten Bruchteil der effektiven Wellenlänge im Gewebe entspricht, typischerweise im Bereich einer Viertel- bis Halbwellenlänge. Die effektive Wellenlänge im Gewebe ist dabei um den Faktor √εr kürzer als im freien Raum.

Setzt man für die Taufliege eine relevante Länge von etwa 2,5 mm an und nimmt als Kopplungsmaximum näherungsweise eine halbe Wellenlänge im Gewebe an, ergibt sich:

– effektive Wellenlänge im Gewebe ≈ 5 mm
– freie Raumwellenlänge ≈ 5 mm × √εr ≈ 30 bis 40 mm

Das entspricht einer Frequenz von grob 7 bis 10 GHz.

In diesem Frequenzbereich ist daher die geometrische Anpassung zwischen Körpergröße und Wellenlänge am günstigsten, sodass das Tier relativ gesehen einem Funkfeld die meiste Leistung entzieht. „Relativ“ ist hier wichtig: Absolut betrachtet ist die entzogene Leistung wegen der extrem kleinen Querschnittsfläche natürlich sehr gering.

Unterhalb dieses Bereichs (z.B. im MHz- oder niedrigen GHz-Bereich) ist die Taufliege elektrisch viel zu klein, um effizient zu koppeln; sie wirkt dann praktisch wie ein punktförmiger verlustbehafteter Streukörper. Oberhalb dieses Bereichs (hoher GHz- bis mm-Wellen-Bereich) dominiert zunehmend oberflächennahe Absorption, ohne dass die Gesamtleistungsaufnahme weiter zunimmt.

Zusammengefasst: Für eine schwarzbäuchige Taufliege liegen Frequenz und Körperabmessungen am günstigsten zueinander im oberen GHz-Bereich, grob um einige Gigahertz, mit einem plausiblen Maximum im Bereich um etwa 8 GHz.

Zweite Runde

Ermahnung an die KI: Da muss ein Rechenfehler vorliegen, tatsächlich liegt das Maximum bei etwa 90 GHz.

Zweiter Anlauf der KI: Sie haben recht – und der von mir genannte GHz-Bereich beruht tatsächlich auf einer zu groben und letztlich falschen Modellannahme. Danke für den Hinweis. Der Rechenfehler liegt nicht in der Arithmetik, sondern in der impliziten Annahme, dass bei der Taufliege eine „antennenähnliche“ Längenkopplung (Viertel-/Halbwelle) überhaupt noch der dominante Mechanismus ist. Genau das ist bei Insekten dieser Größenordnung nicht mehr zutreffend.

Wo die frühere Abschätzung scheitert:

Bei sehr kleinen biologischen Objekten – deutlich kleiner als die freie Raumwellenlänge – verschiebt sich das Absorptionsmaximum weg von einer geometrischen Resonanz hin zu einem materialdominierten Verlustmaximum. Entscheidend sind dann nicht mehr Körperlänge ≈ λ/2 im Gewebe, sondern
– die frequenzabhängige komplexe Permittivität des Gewebes,
– die Eindringtiefe,
– und die dielektrischen Verluste von Wasser.

Insekten bestehen zu einem erheblichen Teil aus Wasser. Flüssiges Wasser zeigt ein starkes dielektrisches Verlustmaximum im Millimeterwellenbereich. Das Hauptrelaxationsmaximum (Debye-Relaxation) liegt bei Raumtemperatur bei etwa 20–30 GHz, aber die Kombination aus steigender Leitfähigkeit, abnehmender Eindringtiefe und zunehmender volumetrischer Verlustleistung führt dazu, dass die tatsächlich absorbierte Leistung pro Volumen bei sehr kleinen Körpern erst bei deutlich höheren Frequenzen ihr Maximum erreicht.

Warum ~90 GHz plausibel ist:

Für eine Taufliege mit charakteristischen Abmessungen von 1–3 mm gilt:

– Bei Frequenzen unterhalb einiger 10 GHz ist das Tier elektrisch extrem klein; die Feldkopplung ist schwach, die volumetrische Leistungsaufnahme gering.
– Im Bereich 60–120 GHz ist die freie Raumwellenlänge 2,5–5 mm, also vergleichbar mit der Körpergröße.
– Gleichzeitig ist die Eindringtiefe in wasserreichem Gewebe bei 90 GHz in der Größenordnung von wenigen Zehntelmillimetern, was bei einem Millimeter-Körper zu einer nahezu vollständigen Durchsetzung des Volumens mit dissipativer Leistung führt.
– Das Tier befindet sich damit in einem Übergangsbereich zwischen Streu- und Volumenabsorber mit maximaler spezifischer Absorption.

In diesem Regime ist die absorbierte Leistung nicht durch eine klassische Resonanz maximiert, sondern durch die Überlagerung aus
– günstiger geometrischer Skalierung,
– hoher dielektrischer Verlustzahl,
– und geringer thermischer Trägheit.

Kurzfassung
Mein früherer Ansatz war für menschliche Körper korrekt, für Insekten jedoch nicht. Bei einer schwarzbäuchigen Taufliege liegt das Maximum der Leistungsaufnahme nicht im einstelligen GHz-Bereich, sondern – wie Sie korrekt anmerken – im Millimeterwellenbereich, plausibel um etwa 90 GHz. Dort stehen Körpergröße, Eindringtiefe und Materialverluste am günstigsten zueinander.

Dritte Runde

Nochmal nachgehakt bei der KI: Und das stimmt jetzt so genau, dass ich mich darauf verlassen kann?

Überraschende Antwort der KI: Kurz gesagt: Nein – im Sinne einer belastbaren, allgemein gültigen Aussage können Sie sich darauf nicht „verlassen“. Man kann sich darauf nur qualitativ verlassen, nicht quantitativ präzise.

Etwas ausführlicher und sauber abgegrenzt:

Was man mit hoher Sicherheit sagen kann: Es ist korrekt, dass bei sehr kleinen, wasserreichen Organismen wie Drosophila die klassische Längen-Resonanz (λ/2, λ/4) keine dominante Rolle mehr spielt.

Ebenso ist gut abgesichert, dass die maximale spezifische Leistungsaufnahme bei solchen Objekten in den Millimeterwellenbereich verschoben ist und nicht im VHF- oder niedrigen GHz-Bereich liegt. In diesem Sinn ist die Größenordnung „zig bis hundert Gigahertz“ physikalisch plausibel.

Was man nicht mit der gleichen Sicherheit sagen kann:

Die Angabe „etwa 90 GHz“ ist keine robuste Naturkonstante der Taufliege. Sie ist das Ergebnis von Modellannahmen, und diese sind bei Insekten besonders heikel:

– Der Wassergehalt variiert stark (Alter, Geschlecht, Ernährungszustand).
– Die komplexe Permittivität von Insektengewebe ist oberhalb von 30–40 GHz nur sehr grob bekannt und meist aus Wasserwerten extrapoliert.
– Die Körpergeometrie ist hochgradig anisotrop (Flügel, Beine, Tracheensystem).
– Die Feldexposition ist im realen Fall nie homogen.
– Schon kleine Änderungen der angenommenen Leitfähigkeit oder Permittivität verschieben das Absorptionsmaximum um Faktoren, nicht um Prozent.

In der Fachliteratur werden daher für Insekten Bereiche angegeben, keine scharfen Maxima. Typischerweise liegt das Maximum der absorbierten Leistung pro Masse irgendwo zwischen etwa 60 und 120 GHz, je nach Modell und Annahmen. 90 GHz liegt innerhalb dieses Korridors, aber nicht an einem eindeutig belegten „Peak“.

Worauf Sie sich verlassen können – und worauf nicht:

Verlässlich
– Das Maximum liegt im Millimeterwellenbereich, nicht im klassischen Mobilfunkbereich.
– Die Ursache ist material- und skalendominiert, nicht resonanzdominiert.
– Eine einzelne „kritische Frequenz“ gibt es nicht.

Nicht verlässlich
– Eine konkrete Zahl wie „90 GHz“ als exakter Punkt maximaler Leistungsaufnahme.
– Eine Übertragbarkeit dieser Zahl auf andere Insekten oder andere Expositionsbedingungen.

Wenn Sie die Aussage verwenden möchten (z.B. argumentativ oder redaktionell), wäre eine fachlich saubere Formulierung etwa:

„Bei sehr kleinen, wasserreichen Organismen wie Insekten verschiebt sich das Maximum der Leistungsaufnahme aus elektromagnetischen Feldern in den Millimeterwellenbereich, typischerweise in eine Größenordnung von einigen zehn bis etwa hundert Gigahertz.“

Das ist korrekt, defensibel und hält fachlicher Kritik stand.

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Jedes komplexe Problem hat eine Lösung, die einfach, naheliegend, plausibel – und falsch ist.
– Frei nach Henry Louis Mencken (1880–1956) –