US-Forscher haben entdeckt, warum sich Kalmare beim Fressen nicht selbst an ihrem scharfen und harten Schnabel verletzen: Er ist dank einer raffinierten Mischung von miteinander vernetzten Proteinen, Chitin und Wasser so konstruiert, dass er von der extrem harten Spitze zum Ansatz hin immer weicher und nachgiebiger wird. Auf diese Weise vermeiden die Tiere einen zu abrupten Übergang von hartem Schnabelmaterial zum weichen Muskel und verfügen trotzdem über eine scharfe Waffe, mit der Beutetiere schwer verletzt werden können. Das System ist so ausgeklügelt, dass die Spitze des Schnabels mehr als hundertmal härter ist als die Stelle, an der er in das Körpergewebe übergeht, berichten Ali Miserez und seine Kollegen.
Der Kalmarschnabel besteht aus einem der härtesten bekannten rein organischen Materialien, dessen Härte vergleichbar ist mit der von Zahnschmelz. Der Körper des Tintenfisches hingegen ist sehr weich und hat “die Konsistenz von Wackelpudding”, wie es Co-Autor Frank Zok formuliert. Dieser extreme Unterschied stellt das Tier vor ein gewisses Problem: Versucht es, mit dem Schnabel ein Beutetier anzugreifen, muss es vermeiden, dass das harte Schnabelmaterial gleichzeitig in sein eigenes Gewebe hineinschneidet. Vergleichbar sei das mit dem Versuch, mit einer Messerklinge ohne Griff einen Braten zu tranchieren ? ein Vorhaben, das der Hand wohl ebensoviel Schaden zufügt wie dem Braten, erläutern die Forscher.
Doch die Tintenfische haben laut Zok ein “wirklich faszinierendes Design” gefunden, um dieses Problem zu lösen, denn sie variieren die Härte des Schnabels nicht abrupt, sondern graduell. Möglich macht dies die besondere Zusammensetzung des Materials: Es besteht zwar überall aus Chitin, Proteinen und Wasser, aber die Anteile dieser Komponenten variieren. So nimmt der Chitingehalt von der Spitze aus betrachtet in Richtung Basis deutlich zu, während der Proteingehalt umgekehrt von 60 Prozent an der Spitze auf lediglich 5 Prozent an der Basis fällt. Der Schlüsselfaktor für den Härtegradienten ist jedoch der Wasseranteil, der zwischen 70 Prozent an der Basis und weniger als 20 Prozent an der Spitze beträgt: Wird nämlich der gesamte Schnabel getrocknet, ist die Härte überall vergleichbar.
Die Entdeckung sei keineswegs nur für die Grundlagenforschung interessant, erklärt Studienleiter Miserez in einem Interview mit dem Fachmagazin “Science”: Gelänge es, einen ähnlichen Gradienten künstlich nachzubauen, würden sich ganz neue Möglichkeiten für das Materialdesign ergeben. So sei es beispielsweise denkbar, dass in Zukunft Prothesen so entworfen werden, dass sie an einer Seite weich und flexibel wie Knorpel sind und dort problemlos an Muskeln oder anderes weiches Gewebe angeschlossen werden können. Die andere Seite könnte hingegen mit der Härte von Knochen ausgestattet werden, so dass sie stabiler und weniger anfällig für Abrieb sei. Auch vollkommen neuartige Klebstoffe seien denkbar.
Ali Miserez (Universität von Kalifornien, Santa Barbara) et al.: Science, Band 319, S. 1816 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
