Rankenfüßer sind die Seefahrer unter den Meerestieren - und mögen es anscheinend gemütlich: Die Krebstiere setzen sich gerne auf Schiffsrümpfen fest und verlangsamen dadurch die Fahrtgeschwindigkeit. Im zweiten Weltkrieg entwickelte die Marine spezielle, giftige Anstriche, um den Aufwuchs auf den Kriegsschiffen in den Griff zu bekommen - heute sind diese Lacke verboten. Der möliche Nutzen der lästigen Schiffsbesetzter wurde erst erkannt, als die Wissenschaft den natürlichen Superkleber entdeckte, mit dem sich die Krebse an nahezu allen Flächen festheften können.
Neugierige ZahnärztInnen
Die ersten, die Interesse an dem wasserresistenten Klebstoff bekundeten, waren die ZahnmedizinerInnen. Vermutlich ist dies auch der Grund dafür, dass die Substanz "Zement" genannt wird. Denn mit dem Bindemittel für Beton und Mörtel, das auf Baustellen verwendet wird, hat sie nichts zu tun.
"Mittlerweile ist der Bereich möglicher Anwendungen und das Interesse der Industrie noch weiter gewachsen", erklärt Waltraud Klepal von der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung an der Fakultät für Lebenswissenschaften. Zusammen mit der Dissertantin Vanessa Zheden und dem Chemisch-Technischen Assistenten Nikolaus Leisch untersucht die Forscherin im Rahmen eines FWF-Projekts die Entstehung und die Zusammensetzung des Klebstoffs von Dosima fascicularis - der Gestielten Meereichel aus der Familie der Rankenfüßer.
Wasserfest
Um zu verstehen, wie diese Krebsart den Zement überhaupt produziert, durchleuchten Waltraud Klepal und Vanessa Zheden die Tiere bis auf die kleinste Zelle: "Mit dem Elektronenmikroskop untersuchen wir die Zementdrüsen, das ausleitende Gangsystem und den Zement innerhalb und außerhalb der Zelle", erklärt die Projektleiterin.
Mit so genannten Semidünnschnitten von einem halben bis einem Mikrometer Dicke sowie Ultradünnschnitten - 60 bis 70 Nanometer dick - untersucht das Team, wie eine Zementzelle im Detail ausschaut, ob die Zementproduktion einem gewissem Zyklus unterliegt und wie der Zement aussieht, wenn er an der Körperoberfläche des Tieres "polymerisiert": "Der weiche Zement erhärtet, sobald er nach außen gelangt - ähnlich einem Superkleber", erklärt die junge Biologin Vanessa Zheden.
Das ist insofern etwas Besonderes, da nicht viele Klebstoffe bekannt sind, die im Wasser erhärten. Meist stellt es ein Problem dar, feuchte Oberflächen zu verkleben. Wodurch der Zement aushärtet, ist deshalb eine zentrale Frage des Projekts: "Handelt es sich um einen Zwei- oder Ein-Komponentenkleber, einen Reaktionsklebstoff - der eine chemische Reaktion zur Aushärtung benötigt -, eine Dispersion oder einen physikalisch abbindenden Klebstoff?", zählt Klepal die verschiedenen Möglichkeiten auf.
Tollkühne Krebse in schwimmenden Kisten
Mit dem Sekret kann sich Dosima fascicularis aber nicht nur an Felsen, Schiffen oder Bojen - und somit an verschiedenen Oberflächenstrukturen - festheften: Sie hat im Laufe der Evolution gelernt, den Zement als Floß zu verwenden und sich damit durchs Wasser treiben zu lassen. "Das ist biologisch gesehen großartig", freut sich Klepal, "die eigentlich sessilen, sprich festsitzenden Tiere, die sonst auf Wasserbewegungen angewiesen sind, um sich ernähren und fortpflanzen zu können, werden auf diese Weise mobil."
Möglich macht dies die Struktur des Zements: Das Zementinnere ist mit kleinen Blasen gefüllt. Welche weiteren mechanischen Eigenschaften sich davon ableiten lassen und was genau sich in den Blasen befindet - Gas oder Luft -, wird noch im Detail untersucht.
Österreichisch-irisch-deutsche Kooperation
Während sich die ForscherInnen in Wien um die Morphologie - die Struktur und Form - der Tiere und deren Klebstoff kümmern, untersuchen die KooperationspartnerInnen am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen den biochemischen Aufbau des Zements. Die Histochemie (Identifikation von chemischen Gruppen und Komponenten) wiederum wird an der National University of Ireland durchgeführt.
Aus der Natur in die Industrie
Sobald die Zusammensetzung des natürlichen Klebstoffs bekannt ist, besteht die Möglichkeit, ihn auf synthetischem Weg herzustellen. Neben der Zahnmedizin ist der Zement auch für die Allgemeinmedizin, die Chirurgie sowie die Tiermedizin interessant.
"Der Klebstoff könnte bei der Heilung von Schnittwunden die Nähte oder bei Knochenbrüchen Nägel und Schrauben ersetzen", erklärt Klepal, die sich bereits seit längerem mit "Adhesive Systems" beschäftigt - unter anderem bei Tintenfischen (in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Janek von Byern an der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung). "Davor muss natürlich noch seine Verträglichkeit für den menschlichen Organismus geprüft werden", so die Expertin weiter.
Da der "Superkleber der Meere" besonders widerstandsfähig, elastisch und komprimierbar ist, könnte er auch in Industrie und Technik - unter anderem für Unterwasserkonstruktionen - Anwendung finden. (ps)
Ao. Univ.-Prof. i.R. Dr. Waltraud Klepal von der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung an der Fakultät für Lebenswissenschaften leitet das FWF-Projekt "Charakterisierung des Zements von Dosima fascicularis". Zusammen mit der Dissertantin Mag. Vanessa Zheden und dem Chemisch-Technischen Assistenten Nikolaus Leisch arbeitet sie seit 01.08.2009 bis 31.08.2012 an dem Projekt, das im Rahmen des Forschungsschwerpunktes "Adhesive Systems" angesiedelt ist.
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