Die "gestielte Meereichel": Superkleber aus der Natur

Ein kleiner Meereskrebs hat einen der stärksten natürlichen Klebstoffe entwickelt. Dessen Zusammensetzung ist ein heiß begehrtes Geheimnis für Industrie und Technik.

Superkleber Natur
Superkleber Natur
Meer – (c) Www.BilderBox.com

Optimale Haftfähigkeit, bisher unerreichte Langlebigkeit, bestens geeignet unter Wasser und für feuchte Oberflächen sowie für vielfältigste Substanzen wie Glas, Kalk und Metalle einsetzbar – das klingt wie aus dem Werbeslogan eines Superklebers der Zukunft. Doch was der Mensch mit seinen hoch technischen Mitteln bisher noch nicht synthetisch herstellen konnte, hat die Natur im Laufe von Jahrmillionen längst hervorgebracht. Warum also im Labor vergeblich tüfteln, wenn sich von der Natur lernen lässt?

Das haben sich jedenfalls Waltraud Klepal und ihr Team von der Core Facility „Cell Imaging und Ultrastrukturforschung“ an der Fakultät für Lebenswissenschaften der Uni Wien zur Devise gemacht. Sie erforschen Klebstoffe von Meerestieren. Konkret handelt es sich bei diesem vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt um den Klebstoff von Rankenfußkrebsen, den einzigen Krebstieren, die festsitzen und sich nicht frei bewegen. „Die Larvenstadien dieser marinen Krebse sind frei schwimmend“, erklärt Klepal den Lebenszyklus von Rankenfüßern. „Das letzte Larvenstadium jedoch – die Cypris-Larve – hat die Aufgabe, einen Anheftungsplatz für das sich entwickelnde adulte Tier zu finden.“

Dieser Platz kann alles Mögliche sein, denn die Rankenfußkrebse sind nicht wählerisch. Sie setzen sich an Pflanzen wie Seegras und Tang fest, haften an Tieren wie Walen sowie an Panzern von Krabben und Schildkröten – oder „kleben“ sich an so unterschiedliche Substanzen wie Glasflaschen, Treibholz, Plastik oder sogar an Metall von Schiffsrümpfen fest.

Hauptsache, sie werden von Meerwasser umspült, auf das sie für ihre Nahrungsaufnahme und Fortpflanzung angewiesen sind. Antreffen kann man sie daher auf ihrem Substrat haftend, frei im Wasser treibend oder an Felsküsten klebend, wo sie die Brandung feucht hält.

Die blinden Passagiere – so klein sie auch sind – sind jedoch ungeliebte Gäste in der Schifffahrt, da sie die Fahrtgeschwindigkeit erheblich herabsetzen. Und zwar in so einem Ausmaß, dass im Ersten und Zweiten Weltkrieg extra Chemiker darauf angesetzt wurden, einen Anstrich für Schiffsrümpfe zu entwickeln, der den lästigen Klebegeistern das Anheften unmöglich macht oder zumindest erschwert. Das war bisher jedoch erfolglos.


Antennen. „Die Natur ist eben nicht so leicht zu überlisten“, weiß Klepal. Einen Ansatz für die Entwicklung eines Anstrichs bietet das Relief der Substratoberfläche, an das sich die Tiere festheften. Entsprechen die rauen Strukturen der Oberfläche in etwa der Größe der Cypris-Larve, also ungefähr 300 bis 500 Mikrometer (tausendstel Millimeter), können sich die Tiere optimal an die Oberfläche anheften. Je kleiner die Größe der Strukturelemente ist, desto schwieriger wird es für die Tiere. Außerdem sollte sie nicht genau 16 Mikrometer betragen, denn das entspricht wiederum dem Durchmesser der Antennen dieser Larven – die sich mit eben diesen Körperteilen am Untergrund festsetzen.

Aber nicht nur das Anheften an wässrige Oberflächen macht die Tiere für die Forschung interessant; auch die Intensität, mit der sie das bewerkstelligen, ist außergewöhnlich. Ungefähr eine Kraft von neun Bar müsste aufgewendet werden, um einen Rankenfüßer von seinem Substrat zu lösen. Das ist neunmal der mittlere Luftdruck auf Meereshöhe.

Der Zement, wie die klebrige Substanz dieser Krebstiere genannt wird (Waltraud Klepal vermutet dahinter eine Bezeichnung aus der Zahnmedizin, die diesen Stoff als erste Wissenschaftsdisziplin für mögliche Anwendungen entdeckt hat) wird in speziellen Zementdrüsen in den Antennen gebildet. Sobald die Substanz an der Antennenoberfläche austritt, erhärtet sie. „Wir wollen genau erforschen, wie dieser Erhärtungsprozess vor sich geht; immerhin gibt es nicht viele Klebstoffe, die in Wasser hart werden. Möglich wäre, dass im Ausfuhrkanal Proteine hinzugefügt werden, die den Stoff hart werden lassen“, erklärt sie. Um das herauszufinden, wird die Krebsart Dosima fascicularis bis in die Zellen hinein von der Dissertantin Vanessa Zheden untersucht. „Mit dem Elektronenmikroskop erforschen wir die Zementdrüsen, das ausleitende Gangsystem sowie den Zement innerhalb und außerhalb der Zelle.“

Dazu werden Dünnschnitte des Gewebes im Mikro- und Nanometer-Bereich angefertigt. Die Kooperationspartner am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen durchleuchten den biochemischem Aufbau des Zements, während an der National University of Ireland an der Histochemie, also der „groben“ Identifikation von chemischen Gruppen und Komponenten, geforscht wird. „Bis zu 96 Prozent besteht der Zement aus einem Multiproteinkomplex, der Rest aus Kohlenhydraten, Lipiden und Wasser“, verrät Klepal. Die Zusammensetzung schwankt jedoch zwischen den einzelnen Arten.


Einzigartig unter Wasser. Die Kombination der hervorragenden Klebeeigenschaften unter Wasser und die Tatsache, dass er sich mit den unterschiedlichsten Materialien verbinden kann, macht den Klebstoff der Rankenfüßer zu etwas Einzigartigem. „Sie sind die einzigen bisher bekannten Tiere, die eine Kombination von nasser und trockener Anheftung nutzen können.“

Und diese außergewöhnlichen Eigenschaften lassen den Zement für Verwendungen in Industrie und Technik natürlich vielversprechend erscheinen, vor allem für Unterwasserkonstruktionen. Immerhin kann die Substanz derzeit noch nicht durch Säuren oder Basen aufgelöst werden, sondern ist äußerst widerstandsfähig. Außerdem muss man bedenken, dass Körperflüssigkeiten von Tieren und vom Menschen in ihrer Zusammensetzung der des Meerwassers sehr ähnlich sind. Speziell in der Zahnmedizin ließen sich dadurch neue Methoden entwickeln. Aber auch in der Allgemeinmedizin, der Chirurgie und der Tiermedizin sind Anwendungen denkbar.

„Der Klebstoff könnte bei der Heilung von Schnittwunden die Nähte oder bei Knochenbrüchen Nägel und Schrauben ersetzen“, beschreibt Klepal die möglichen Einsatzbereiche.

Dämpfungskissen wären eine weitere Anwendungsmöglichkeit, der Zement wird nämlich nicht nur als Klebstoff von den Rankenfüßern eingesetzt, sondern auch als Floß, auf dem sie sich durch das Meer treiben lassen. Durch Blasen, die in den Klebstoff eingelagert werden, erhält die Substanz eine schaumartig Struktur wie Styropor.

„Die Natur ist viel einfallsreicher als der Mensch mit seinen hoch spezifischen, technischen Möglichkeiten. Jedenfalls hat sie ein breiteres Spektrum an Klebstoff-Variationen hervorgebracht, als wir mit synthetischen Substanzen abdecken können“, sagt Klepal.

Die „gestielte Meereichel“ Dosima fascicularis ist ein mariner Krebs aus der Familie der Rankenfußkrebse (Cirripedia).

("Die Presse", Print-Ausgabe, 10.10.2010)

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