Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Kiefer eines alten Meereswürms aus einem mysteriösen Biometall bestand

"Diese Entdeckung stellt das herkömmliche Verständnis biologischer Materialien in Frage und eröffnet neue Wege in der Erforschung natürlicher Biomaterialien. Die in Biophysics Reviews veröffentlichte Forschung wurde von einem Team der TU Wien (Wien University of Technology) und der Universität Wien durchgeführt, das die Struktur und das mechanische Verhalten der Mundteile des Wurms analysierte. Die Studie konzentrierte sich auf den räuberischen Borstenwurm, der seine Kiefer benutzt, um Beute zu jagen und zu konsumieren. Im Gegensatz zu typischen biologischen Geweben wie Knochen oder Knorpel kombinieren die Kiefer von Perinereis cultrifera strukturelle Proteine mit Metallionen und erzeugen ein Verbundmaterial, das sowohl hart als auch widerstandsfähig ist.

Die Forscher identifizierten drei charakteristische Merkmale von Biometallen: eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer oder Einspritzung, eine vorhersehbare Reaktion auf angelegte Belastungen und eine strukturierte Anordnung von Metallionen und Proteinen, die ein festes Netzwerk bilden. Diese Merkmale unterscheiden Biometalle von anderen harten biologischen Materialien.

Chemische Analysen und detaillierte Bildgebung ergaben weiter, dass Metallionen hauptsächlich an den Spitzen der Kiefer konzentriert sind, während ihre Anwesenheit in Richtung Zentrum abnimmt. Diese Verteilung legt nahe, dass die Spitzen speziell verstärkt sind, um den Kräften während der Fütterung standzuhalten, wodurch der Wurm einen effektiveren und dauerhafteren Beißmechanismus erhält. Die Forscher untersuchten auch, wie die Kiefer auf unterschiedliche Ebenen der Eindrucktiefe reagieren.

Dieser Effekt weist darauf hin, dass kleinere Bereiche eines Materials dazu neigen, der Verformung effektiver zu widerstehen als größere. In den Kiefern des Wurms bedeutete dies, dass lokalisierte Belastungsreaktionen an kleineren Einstiegspunkten ausgeprägter wurden, was darauf hindeutet, dass die innere Struktur des Materials eine größere Verriegelung von Defekten ermöglicht und seine Verformungsbeständigkeit erhöht. Während die Kiefer viele metallähnliche Eigenschaften aufweisen, sind sie nicht identisch mit synthetischen Metallen.

Die Interaktion zwischen Metallionen und Proteinen erzeugt beispielsweise ein dynamisches System, das sich auf eine Weise an Stress anpasst, die sich von anorganischen Materialien unterscheidet. Diese Anpassungsfähigkeit könnte Einblicke in die Entwicklung fortgeschrittener biomimetischer Materialien mit Anwendungen in der Technik und Medizin geben. Die Entdeckung von Biometallen in Perinereis cultrifera unterstreicht die Komplexität natürlicher Materialien und das Potenzial biologischer Systeme, technologische Innovationen zu inspirieren. Wissenschaftler wollen nun untersuchen, ob ähnliche Mechanismen in anderen Organismen existieren, was möglicherweise zu Durchbrüchen in der Materialwissenschaft und Biotechnologie führt.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Natur anspruchsvolle Lösungen für mechanische Herausforderungen entwickelt hat und wertvolle Lehren für vom Menschen hergestellte Materialien bietet.