Viele Tintenfischarten haben rasiermesserscharfe Zähne. Sie befinden sich nur nicht dort, wo man sie zu finden erwartet. Jeder der Saugnäpfe, die entlang der Tentakel eines Tintenfisches verlaufen, verbirgt einen Ring aus Zähnen. Diese Zähne verhindern, dass das Tier seine Beute wegschwimmt. Außerdem sind sie mehr als nur eine Kuriosität. Wissenschaftler wollen von Tintenfischen inspirierte Materialien entwickeln, die genauso stark wie diese Widerhaken sind. Daten aus einer neuen Studie könnten ihnen dabei helfen.
Bevor sie mit der Entwicklung neuer Materialien beginnen konnten, mussten die Wissenschaftler verstehen, was die Tintenfischzähne so stark macht. Einige haben diese Arbeit begonnen, indem sie sich auf die großen Moleküle – Saugproteine – konzentrierten, aus denen die Zähne bestehen.
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Akshita Kumar ist Doktorand an der Nanyang Technological University in Singapur. Zusammen mit Forschern des Bioinformatik-Instituts von A*STAR, ebenfalls in Singapur, hat ihre Gruppe Dutzende von Suckerin-Proteinen identifiziert. Sie bilden starke, dehnbare Strukturen, so genannte Beta-Sheets, berichtet Kumars Team. (Diese Strukturen machen auch Spinnenseide stark und dehnbar.) Die neuen Daten zeigen, dass diese Tintenfischproteine thermoplastisch sind. Das bedeutet, dass sie schmelzen, wenn sie erhitzt werden, und dann wieder fest werden, wenn sie abkühlen.
„Das macht das Material formbar und wiederverwendbar“, erklärt Kumar. Sie stellte die Ergebnisse ihres Teams Ende Februar auf einer Konferenz der Biophysical Society in Los Angeles, Kalifornien, vor.
Mit Hilfe von Bakterien
Kumar hat sich bei ihren Studien auf Suckerin-19 konzentriert, eines der häufigsten dieser Proteine. Sie arbeitet im Labor des Materialwissenschaftlers Ali Miserez, der die Tintenfischproteine seit 2009 untersucht.
Kumar muss die Zähne des Tintenfisches nicht entfernen, um die Proteine zu untersuchen. Stattdessen können die Wissenschaftler in Miserez‘ Labor Bakterien „trainieren“, die Proteine herzustellen. Zu diesem Zweck verändern die Forscher Gene in den einzelligen Mikroben. Auf diese Weise kann das Team jede Menge Saugnapfproteine gewinnen – auch wenn keine Tintenfische in der Nähe sind.
Wissenschaftler glaubten bisher, dass die Saugnapfzähne der Tintenfische aus einem harten Material namens Chitin (KY-tin) bestehen. „Sogar in Lehrbüchern wird manchmal erwähnt, dass sie aus Chitin bestehen“, bemerkt Kumar. Aber das stimmt nicht, wie ihr Team jetzt gezeigt hat. Die Zähne bestehen auch nicht aus Mineralien wie Kalzium, die den menschlichen Zähnen ihre Stärke verleihen. Stattdessen enthalten die Ringzähne des Tintenfisches Proteine und nur Proteine. Das ist aufregend, sagt Kumar. Es bedeutet, dass ein superstarkes Material nur aus Proteinen hergestellt werden kann – ohne andere Mineralien.
Und im Gegensatz zu Seide (wie die Proteine von Spinnen oder kokonbildenden Insekten) bildet sich das Tintenfischmaterial unter Wasser. Das bedeutet, dass von Tintenfischen inspirierte Materialien an feuchten Orten nützlich sein könnten, zum Beispiel im menschlichen Körper.
Der Materialwissenschaftler Melik Demirel arbeitet an der Pennsylvania State University in University Park. Dort arbeitet er an Tintenfischproteinen und kennt sich mit der Forschung auf diesem Gebiet aus. Die Gruppe in Singapur „macht interessante Sachen“, sagt er. In der Vergangenheit hat er schon einmal mit dem Team in Singapur zusammengearbeitet. Jetzt konkurrieren wir“, sagt er.
Zusammenarbeit und Wettbewerb haben das Feld vorangetrieben, stellt er fest. Erst in den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, die Struktur der Proteine in Tintenfischzähnen wirklich zu verstehen. Er hofft, dieses Wissen für sich nutzen zu können.
Vor kurzem hat Demirels Labor ein vom Tintenfisch inspiriertes Material hergestellt, das sich selbst heilen kann, wenn es beschädigt wird. Die Gruppe in Singapur konzentriert sich darauf, zu verstehen, was die Natur in den Zähnen produziert hat. Demirel sagt, dass sein Team versucht, Dinge herzustellen, die über das hinausgehen, was die Natur bereitgestellt hat.
Power Words
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bacterium (pl. bacteria) Ein einzelliger Organismus. Sie leben fast überall auf der Erde, vom Meeresgrund bis zum Inneren von Tieren.
Kalzium Ein chemisches Element, das in den Mineralien der Erdkruste und im Meersalz vorkommt. Es kommt auch in Knochenmineralien und Zähnen vor und kann eine Rolle bei der Bewegung bestimmter Stoffe in und aus den Zellen spielen.
Graduierter Student Jemand, der auf einen fortgeschrittenen Abschluss hinarbeitet, indem er Kurse besucht und Forschung betreibt. Diese Arbeit erfolgt, nachdem der Student sein Studium bereits abgeschlossen hat (normalerweise mit einem vierjährigen Abschluss).
Materialwissenschaft Die Untersuchung, wie die atomare und molekulare Struktur eines Materials mit seinen allgemeinen Eigenschaften zusammenhängt. Materialwissenschaftler können neue Materialien entwerfen oder bestehende analysieren. Ihre Analysen der Gesamteigenschaften eines Materials (z. B. Dichte, Festigkeit und Schmelzpunkt) können Ingenieuren und anderen Forschern bei der Auswahl von Materialien helfen, die für eine neue Anwendung am besten geeignet sind.
Mineral Die kristallbildenden Substanzen, wie Quarz, Apatit oder verschiedene Karbonate, aus denen Gestein besteht. Die meisten Gesteine enthalten mehrere verschiedene Mineralien, die miteinander vermischt sind. Ein Mineral ist in der Regel fest und bei Raumtemperatur stabil und hat eine bestimmte Formel oder Rezeptur (mit Atomen, die in bestimmten Anteilen vorkommen) und eine bestimmte kristalline Struktur (d. h. die Atome sind in bestimmten regelmäßigen dreidimensionalen Mustern angeordnet). (in der Physiologie) Die gleichen Chemikalien, die der Körper benötigt, um Gewebe herzustellen und zu ernähren, um die Gesundheit zu erhalten.
Molekül Eine elektrisch neutrale Gruppe von Atomen, die die kleinstmögliche Menge einer chemischen Verbindung darstellt. Moleküle können aus einzelnen Atomsorten oder aus verschiedenen Sorten bestehen. Zum Beispiel besteht der Sauerstoff in der Luft aus zwei Sauerstoffatomen (O2), aber Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom (H2O).
Prey (n.) Tierart, die von anderen gefressen wird. (v.) Eine andere Art angreifen und fressen.
Proteine Verbindungen, die aus einer oder mehreren langen Ketten von Aminosäuren bestehen. Proteine sind ein wesentlicher Bestandteil aller lebenden Organismen. Sie bilden die Grundlage von lebenden Zellen, Muskeln und Geweben; sie verrichten auch die Arbeit in den Zellen. Das Hämoglobin im Blut und die Antikörper, die Infektionen bekämpfen, gehören zu den bekannteren, eigenständigen Proteinen. Medikamente wirken häufig, indem sie sich an Proteine anlagern.
Seide Eine feine, starke, weiche Faser, die von einer Reihe von Tieren gesponnen wird, z. B. von Seidenraupen und vielen anderen Raupen, Weberameisen, Köcherfliegen und – den wahren Künstlern – Spinnen.
Singapur Ein Inselstaat, der direkt vor der Spitze Malaysias in Südostasien liegt. Früher eine englische Kolonie, wurde es 1965 eine unabhängige Nation. Die rund 55 Inseln (die größte ist Singapur) umfassen eine Fläche von 687 Quadratkilometern und beherbergen mehr als 5,6 Millionen Menschen.
Tintenfisch Ein Mitglied der Familie der Kopffüßer (zu der auch Tintenfische und Sepien gehören). Diese räuberischen Tiere, die keine Fische sind, haben acht Arme, keine Knochen, zwei Tentakel zum Fangen der Nahrung und einen definierten Kopf. Das Tier atmet durch Kiemen. Es schwimmt, indem es Wasserstrahlen unter seinem Kopf ausstößt und dann mit flossenartigem Gewebe, das Teil seines Mantels ist, einem Muskelorgan, wedelt. Wie ein Oktopus kann er seine Anwesenheit verbergen, indem er eine Wolke aus „Tinte“ abgibt.
Sauger (in der Botanik) Ein Spross an der Basis einer Pflanze. (in der Zoologie) Eine Struktur an den Tentakeln einiger Kopffüßer, wie Tintenfische, Kraken und Sepien.
Sauger Eine Familie von Strukturproteinen, die die Grundlage vieler natürlicher Substanzen bilden, von Spinnenseide bis zu den Zähnen der Saugnäpfe eines Tintenfisches.
thermoplastisch Ein Begriff für Substanzen, die plastisch werden – ihre Form verändern können – wenn sie erhitzt werden und dann aushärten, wenn sie abkühlen. Und diese Formveränderungen können immer wieder wiederholt werden.