Funktionen der Haut

Unterwasseraufnahme eines Weissspitzen-Riffhais.

Bionik

Funktionen der Haut

Von Sebastian Rams

Mit Oberflächen wie der Haut schirmen Organismen normalerweise ihr Körperinneres gegenüber der Umwelt ab. Die Haut übernimmt aber nicht nur eine Schutzfunktion, sie kann bei entsprechendem Aufbau sogar die Fortbewegung erleichtern oder Waffen beherbergen. Eigenschaften, von denen viele Wasserbewohner profitieren.

Von Natur aus porentief rein

Haie zählen zu den schnellsten und elegantesten Schwimmkünstlern der Weltmeere. Ohne großen Energieaufwand durchstreifen sie die Tiefen der Ozeane. Im Gegensatz zu Walen beispielsweise sorgen keine "Mitfahrer" wie Seepocken oder andere Organismen für erhöhten Strömungswiderstand. Diese Eigenschaft der Haie interessierte Bioniker der Fachhochschule Bremen.

Oberflächen frei von Besatz oder Bewuchs durch Seepocken, Algen oder Muscheln zu halten, ist ein großes Problem in der Schifffahrt. Ständig müssen Schiffe von Bewuchs befreit werden, um Material zu schützen und den Reibungswiderstand zu senken. Höherer Reibungswiderstand kann die Geschwindigkeit der Schiffe enorm verringern.

Bisher wird das Problem oft mithilfe von chemischen "Antifouling"-Anstrichen gelöst. Diese sind jedoch hochgiftig und belasten die Umwelt. Nach dem Vorbild der Haihautoberflächen haben die Bremer Wissenschaftler jetzt einen alternativen Anstrich entwickelt, der herkömmlichen Antifouling-Anstrichen Konkurrenz machen könnte.

Farbiger Schiffsrumpf mit Algen bewachsen im Trockendock

Haihaut inspirierte Forscher zu einem Schutz gegen Algenbewuchs

Die Haihaut ist keineswegs völlig glatt. Sie besitzt unzählige, kleine scharfe, schuppenartige Hautzähnchen, die sogenannten "Placoidschuppen". Durch die räumliche Anordnung verhindern diese Schuppen die Anhaftung von anderen Organismen.

Die Kunst bestand darin, diese Schuppenstruktur mit einem ungiftigen Alternativanstrich nachzubilden. Das ist den Bremer Bionikern gelungen. Der neue "Antifouling-Anstrich" nach dem Haihautprinzip ist mittlerweile auf dem Markt.

Nicht nur sauber, sondern auch reibungsarm

Die beweglichen, spitzen Placoidschuppen der Haie verhindern nicht nur die Anhaftung von Organismen, sie senken auch generell den Reibungswiderstand im Wasser. Dadurch sparen Haie viel Energie beim Durchstreifen der Ozeane. Verantwortlich dafür sind zusätzliche feine Rillen in den Schuppen.

Die Gesamtheit der Schuppen ist zudem so ausgerichtet, dass sie in Schwimmrichtung eine durchgezogene Rinne längs der Körperachse ergeben. Aufgrund dieser besonderen Struktur entstehen weniger turbulente Strömungen und der Wasserwiderstand an der gesamten Oberfläche sinkt.

Nach dem Vorbild der Haihaut wurden schon sogenannte "Ripletfolien" entwickelt und getestet. Mit ihnen könnten Flugzeuge beklebt werden, um Treibstoffkosten einzusparen. Auch an Lacken mit speziellen Nanopartikeln, die die Haihaut nachbilden, wird geforscht. Ein Problem bei der Umsetzung des Prinzips ist nach wie vor die Empfindlichkeit der Nanostrukturen gegenüber äußeren Einflüssen.

Unterwasseraufnahme eines Weißhais.

Das Vorbild der Haihaut könnte auch Flugzeuge sparsamer machen

Unterwasserjagd mit Luftpolster

Viele Hautoberflächen sind mit Haaren bedeckt. Sie schützen und halten warm. Die Wasserjagdspinne nutzt ihre Körperhaare auch dazu, um in einem feindlichen Lebensraum auf Jagd zu gehen. Ihr Jagdrevier liegt unter Wasser, obwohl sie an Land zu Hause ist.

Die Haare auf der Körperoberfläche sind mikroskopisch klein und so fein strukturiert, dass sich ein schützendes Luftpolster um die Spinne bildet, sobald sie ins Wasser eintaucht um zu jagen. Wie eine Taucherglocke versorgt das Luftpolster die Spinne mit Sauerstoff zum Atmen. Und nicht nur das. Das Luftpolster senkt auch noch den Reibungswiderstand, sodass die Wasserjagdspinne sich unter Wasser energiesparend und schnell fortbewegen kann.

Ein weiterer interessanter Effekt: Die Wasserjagdspinne wird dank des Luftpolsters auch nicht nass. Eine Oberfläche, dem Wasserjagdspinnen-Prinzip nachempfunden, könnte Kleidungsstücke wasserunempfindlich machen.

Viel interessanter wäre aber eine entsprechende Beschichtung von Schiffsrümpfen. Die Senkung des Reibungswiderstandes verspricht enormes Treibstoffeinsparpotenzial. Bioniker der Universität Bonn versuchen, das Problem zu lösen.

Das Patent der Wasserspinnen 01:58 Min. Verfügbar bis 30.12.2099

Wehrhaft dank Nesselkapseln

Die Haut kann nicht nur eine Schutzfunktion haben, sie kann sogar Waffen beherbergen und somit helfen, das Überleben zu sichern. Bekannte Beispiele sind Feuerquallen oder Seeanemonen. Sie besitzen sogenannte Nesselkapseln in ihren Tentakeln, die bei Berührung Giftfäden in Angreifer oder Beutetiere schießen und sie dadurch lähmen oder töten.

Interessant für Bioniker ist die Tatsache, dass Clownfische nicht unter den Nesselkapseln der Seeanemonen leiden. Sie leben in Symbiose mit den Seeanemonen. Sie können problemlos zwischen den Tentakeln umherschwimmen, sich verstecken und ihre Eier am Körper der festsitzenden Tiere ablegen.

Im Gegenzug schützen sie die Seeanemonen vor deren Fressfeinden. Die giftigen Nesselfäden der Seeanemonen schaden dem Clownfisch nicht, weil er eine schützende Schleimschicht inklusive spezieller chemischer Substanzen besitzt, die die Giftstoffe der Nesselfäden unschädlich machen.

Bionikern ist es gelungen, die schützenden Substanzen zu identifizieren und anschließend zu synthetisieren. Das Ergebnis der langjährigen Forschungsarbeit ist eine Sonnenmilch mit integriertem Quallenschutz, die Verletzungen durch Nesselzellen verhindern soll.

Clownfisch und Anemonen

Interessant für Bioniker: die Symbiose von Clownfischen und Seeanemonen

Stand: 17.08.2016, 11:42

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