Eine aktuelle Studie von Forschern in Kanada und Deutschland hat ergeben, dass ein unwahrscheinliches Ereignis, das sich vor über 12 Millionen Jahren ereignete, eine wichtige Rolle bei der Entstehung einer der schädlichsten invasiven Arten Kanadas spielte.
Zebra- und Quagga-Muscheln, die zur Familie der Dreisseniden gehören, sind in ganz Nordamerika weit verbreitete, in Süßwasser eindringende Arten, die eine erhebliche Gefahr für einheimische Ökosysteme darstellen, indem sie um Ressourcen konkurrieren. Mithilfe eines faserigen Ankers namens Byssus tragen Dreissenid-Muscheln zum Biofouling auf Oberflächen bei und verstopfen Einlassstrukturen in Kraftwerken und Wasseraufbereitungsanlagen.
„Diese neue Studie, die sich mit der Art und Weise befasst, wie diese Muscheln an Oberflächen haften, könnte dazu beitragen, Strategien gegen Biofouling zu verbessern, ein Problem, das allein in Kanada Schäden in Millionenhöhe verursacht“, sagt Co-Autor und leitender McGill-Professor Matthew Harrington.
Überraschenderweise entdeckten Forscher, dass ein bisher undokumentiertes Ereignis zur Widerstandsfähigkeit der Dreissenidenmuschel als Art beitrug.
Professor und Co-Autor der Universität Göttingen, Daniel J. Jackson, erklärt: „Vor mehr als 12 Millionen Jahren ist es wahrscheinlich, dass ein einzelnes Bakterium genetisches Material in eine einzelne Muschel übertrug und seinen Nachkommen die Fähigkeit verlieh, diese Fasern herzustellen. Angesichts ihrer.“ Dieser horizontale Gentransfer spielt eine entscheidende Rolle bei der Anheftung von Muscheln in Süßwasserlebensräumen und unterstützte die schädliche globale Ausbreitung dieser Muscheln.“
Video eines Zebramuschelfußes, der einen Byssalfaden absondert. Das Video wurde mit einem Umkehrmikroskop durch den Boden einer Petrischale aufgenommen, an der die Muschel einen Faden befestigte. Die distale Vertiefung (wo sich die Klebeplakette bildet) und die ventrale Rille (wo die Faser gebildet wird) sind hervorgehoben, ebenso wie der Faden, der aus der Rille gelöst wird. Das Fußgewebe ist transparent, sodass die trüben weißen Sekretdrüsen rund um die ventrale Furche und die distale Vertiefung zu sehen sind. Beachten Sie die rhythmischen Kontraktionen des Fußes, während die Faser in der Rille abgesondert wird. Die Videogeschwindigkeit wird um das Vierfache erhöht. Kredit: Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2311901120
Diese Forschung stellt einen wichtigen Fortschritt im Verständnis invasiver Muscheln und ihrer Bindungsmechanismen dar und könnte potenzielle Lösungen zur Abmilderung ihrer ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen in Kanada bieten.
Die Studie beleuchtet auch, wie Muschelfasern die Entwicklung nachhaltiger Materialien inspirieren könnten.
Nachhaltige Materialien, inspiriert von der Muschelbiologie
„Diese Forschung erweitert nicht nur unser Verständnis der Muschelentwicklung und des Biofoulings, sondern bietet auch eine spannende Gelegenheit für die Entwicklung neuartiger Materialien“, sagte Harrington, der auch Co-Direktor des McGill Institute of Advanced Materials ist. „Dreissenid-Byssus-Fasern, die strukturell Spinnenseide ähneln, könnten die zukünftige Entwicklung robuster Polymerfasern inspirieren und zu haltbareren und nachhaltigeren Materialien beitragen, die typischerweise in Textilien und technischen Kunststoffen verwendet werden.“
„Wir fanden heraus, dass die Bausteine der Fasern massive Coiled-Coil-Proteine sind, die größten, die jemals gefunden wurden“, sagte Harrington. Es wurde festgestellt, dass diese Proteine, die strukturell denen im menschlichen Haar ähneln, sich durch einfache Anwendung von Streckkräften während der Bildung in seidenartige Betakristallite umwandeln.
Diese Faserherstellungsmethode ist viel einfacher als die Herstellung von Spinnenseide und bietet möglicherweise einen einfacheren Weg zur biotechnologischen Herstellung nachhaltiger Fasern – einer Branche, die derzeit von künstlicher Spinnenseide dominiert wird.
Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Mehr Informationen:
Miriam Simmons et al., Invasive Muscheln bilden seidenähnlichen Byssus durch mechanische Verarbeitung massiver horizontal erworbener Spiralen. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2311901120