Wie Muscheln in einer eisigen Welt eisfrei bleiben

Antarktische Gewässer haben Bedingungen, unter denen Gegenstände und Lebewesen sogar unter Wasser gefrieren können. Dies ist ein großes Problem für Schiffsreisen in Polarregionen. Sogenanntes unterkühltes Wasser hat eine Temperatur knapp unter dem Gefrierpunkt. Aufgrund des hohen Salzgehalts hat Wasser in der Antarktis einen Gefrierpunkt von etwa -1,9 °C, ist aber etwa 0,05 °C kälter. Kleinste Störungen wie Sandkörner oder Oberflächen können dieses unterkühlte Wasser zum Einfrieren bringen – mit teilweise fatalen Folgen für Lebewesen, die gefroren nicht überleben können.

Dagegen wehrt sich die antarktische Jakobsmuschel „Adamussium colbecki“, wie der Chemiker Konrad Meister weiß. Meister ist Professor an der University of Alaska und leitet eine Forschungsgruppe in der Abteilung von Mischa Bonn am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz. Während einer Expedition in der Antarktis machten ihn Taucher auf die Jakobsmuschel mit dem effizienten Eisschutzmechanismus aufmerksam. „Unsere Taucher berichteten, dass sie noch nie großflächiges Eis auf der Oberfläche dieser einheimischen Jakobsmuschelart beobachtet hatten“, sagt Meister.

Das internationale Forscherteam, bestehend aus Mitgliedern mehrerer Forschungsgruppen des MPI-P sowie der University of Oregon, vermutet, dass die Jakobsmuschelart im Laufe der Evolution eine spezielle Oberflächenstruktur entwickelt hat, die sie vor Vereisung schützt. Während Jakobsmuscheln in wärmeren Regionen ungeordnete oder glatte Schalenoberflächen aufweisen, hat die antarktische Art eine mikroskopisch kleine, sehr regelmäßige Struktur.

Das Mikroskop zeigt kleine Grate, die strahlenförmig auf ihrer Schale verlaufen. Diese Grate sorgen dafür, dass Wasser bevorzugt dort gefriert. Setzt sich der Gefrierprozess fort, bildet sich eine durchgehende Eisschicht, die nur auf den Graten aufliegt. Durch die geringe Haftung zwischen Eis und Schale kann somit die kleinste Unterwasserströmung das Eis wieder abwaschen und die Jakobsmuschel gefriert nicht.

Neben mikroskopischen Untersuchungen führte das Forschungsteam auch Vereisungsexperimente mit der Antarktis und mit einer Jakobsmuschel aus wärmeren Regionen durch. Es wurde festgestellt, dass zum Entfernen der Eisschicht auf der antarktischen Jakobsmuschel weitaus weniger Kraft erforderlich ist als bei den anderen Arten.

„Es ist spannend, wie die Evolution dieser Jakobsmuschel offensichtlich einen Vorteil verschafft hat“, sagt Konrad Meister. „Aus dem Wissen um die eisfreie Hülle sind neue technologische Anwendungen denkbar, die auf dem Prinzip der Bionik basieren. Beispielsweise könnten eisfreie Oberflächen für die Polarschifffahrt hochinteressant sein.“

Ihre Forschungsergebnisse haben die Forscher nun in der Fachzeitschrift veröffentlicht Kommunikationsbiologie.