Wenn Sie an ein furchterregendes Raubtier mit scharfen Zähnen denken, ist ein Tintenfisch wahrscheinlich nicht das erste Tier, das Ihnen in den Sinn kommt. Aber diese komplexen Kreaturen über ein ausgeprägtes Sehvermögen verfügen, ein starker Schnabel zum Zerschlagen von Muscheln und bewegliche Tentakeln, die ihnen beim Schnappen ihrer Beute helfen.
Oh, und sie haben Zähne in ihren Saugnäpfen. gezackte Zähne in den Saugnäpfen ihrer Tentakeln ermöglichen es ihnen, sich an die Beute zu klammern.
Während die meisten harten Gewebe bei Tieren mineralisiert sind und Kalzium ihre Knochen, Schalen oder Zähne stärkt, bestehen die Saugzähne der Tintenfische stattdessen aus Strukturproteinen. Wissenschaftler verstehen nicht wirklich, wie diese Zähne hergestellt werden.
Durch einen Blick in das Innere eines Tintenfischsaugers mit einem Elektronenmikroskop, Unser Wissenschaftlerteam hat ein Bild aufgenommen, das das Zellgewebe zeigt, aus dem die Zähne wachsen. Die Zellen in den Innenwänden des Saugnapfs scheiden Proteine aus, die sich aneinander binden und komplexe Zahnringstrukturen bilden.
Hochwirksame Proteine in den Saugzähnen von Tintenfischen
Die Saugzähne von Tintenfischen haben einige außergewöhnliche Eigenschaften. Sie sind druckfest, aber dennoch flexibel und können sich der Form ihrer Beute anpassen. Die Forschung unseres Teams versucht nicht nur zu verstehen, wie diese Zähne hergestellt werden, sondern auch, woher ihre einzigartigen Eigenschaften kommen.
Die Zähne bestehen aus einer Familie von Strukturproteinedie eher eine mechanische als eine biologische Funktion haben. Beispiele hierfür sind Keratin, aus dem Haare und Nägel bestehen, oder Seide, die Spinnweben und Seidenraupenkokons Struktur verleiht. Bei Tintenfischen fangen und klammern sich diese Saugzähne an Beute fest.
Proteine bestehen aus Aminosäuren, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, und diese Reihenfolge bestimmt ihre Struktur. Die Proteine der Saugzähne enthalten Aminosäuren, die im Material harte, winzige Kristalle bilden, sogenannte Nanokristalle. Diese Nanokristalle verbinden die Proteinstränge in einem Netzwerk – ähnlich den Knoten in einem Fischernetz.
Diese Nanokristalle vereinigen sich und bilden im Inneren des Materials Nanoröhren, die wie winzige Wabenstrukturen aussehen. Wenn wir sie durch ein Elektronenmikroskop betrachten, können wir einen halbierten Zahn erkennen, der die komplexe innere Struktur mit langen, aber winzigen Nanoröhren enthüllt. Dank dieser Nanostrukturen sind die Zähne aus Tintenfischproteinen so stark, zäh und flexibel, dass sie viele synthetische Polymere und moderne Materialien übertreffen.
Von Tintenfischen inspirierte neue Materialien
Wissenschaftler und Ingenieure können sich von der Biologie inspirieren lassen und einzigartige natürliche Strukturen nutzen, um neue Materialien zu modellieren und zu entwickeln. So haben beispielsweise die Zähne der Saugnäpfe von Tintenfischen die Entwicklung von selbstheilende Materialien die ihre Schnitte, Löcher oder Kratzer selbst reparieren können.
Die Nanokristalle, die die Proteine der Tintenfischzähne zusammenhalten, können sich nach ihrem Bruch wieder bilden. In unserem Labor hergestellte Materialien, die von Tintenfisch-Nanokristallen inspiriert sind, könnten zu Folgendem führen: selbstreparierende medizinische Geräte oder Roboter. Diese Materialien würden länger halten und weniger Pflege erfordern, was in gefährlichen Umgebungen oder im menschlichen Körper nützlich wäre.
Diese von Tintenfischen inspirierten Materialien könnten sich auch selbst zusammensetzen und wieder zerlegen. Materialien mit dieser Eigenschaft könnten recycelt oder abgebaut ohne dabei Abfall zu hinterlassen. Damit wäre dieses Material eine vielversprechende biobasierte Alternative zu Einwegplastik.
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