Scharfe Waffe Rätsel des Tintenfisch-Schnabels gelöst

Kalmare besitzen einen extrem harten und messerscharfen Schnabel, um ihre Beutetiere zu erlegen. Wie aber benutzen sie ihn, ohne ihren eigenen weichen Körper zu verletzen? Jetzt haben Wissenschaftler das Geheimnis gelüftet.

Kalmare sind bekanntlich Weichtiere, ihr harter Schnabel aber erinnert mitunter an das Beißwerkzeug eines Vogels. Wie die Tiere auf die Jagd gehen und Beute erlegen, sich aber nicht selbst an ihrem scharfen Schnabel verletzen, war bisher unbekannt. Denn der Kalmarschnabel besteht aus einem der härtesten bekannten rein organischen Materialien, vergleichbar etwa mit der Härte von Zahnschmelz. Der Körper des Tintenfisches hingegen ist weich wie Wackelpudding.

Jetzt haben Forscher das Rätsel gelöst. Der Schnabel 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 getötet 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, schreiben Ali Miserez von der University if California in Santa Barbara und seine Kollegen im Fachblatt "Science" (Bd. 319, S. 1816).

Wie ein Messer ohne Griff

Bei einem Angriff auf ein Beutetier muss der Kalmar vermeiden, dass das harte Schnabelmaterial gleichzeitig in sein eigenes Gewebe schneidet. Das sei vergleichbar mit dem Versuch, mit einer Messerklinge ohne Griff einen Braten zu tranchieren - ein Vorhaben, das der Hand wohl ebensoviel Schaden zufüge wie dem Braten, erläutern die Forscher.

Doch die Tintenfische haben ein "wirklich faszinierendes Design" gefunden, um dieses Problem zu lösen, meint Frank Zok, einer der Autoren der Studie. Der Schnabel besteht demnach 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 abnimmt. 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, erklärte Zok: 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.

mbe/ddp

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