Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wunderschöne Kieselalgen: Muster für stabile Konstruktionen

19.02.2003


Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) veröffentlichen in der Zeitschrift "Nature" am 20. Februar 2003 neue Erkenntnisse über Struktur und Materialeigenschaften von Kieselalgen (Diatomeen). Diese einzelligen Meeresalgen sind für den größten Teil der Produktion von Sauerstoff und pflanzlicher Biomasse im Meer verantwortlich. Seit ihrer Entdeckung vor rund 170 Jahren werden sie wegen ihrer Schönheit und Vielfalt bewundert. Erstmals wurde nun nachgewiesen, dass ihre fantastischen Formen einen ökologischen Sinn haben.


Exemplare der Kieselalgen Thalassiosira (mitte) und Corethron (rechts).
Foto: R. M. Crawford, AWI



Die Schalen der Diatomeen halten Kräften von bis zu mehreren hundert Mikronewton (entsprechend mehrere hundert Tonnen pro Quadratmeter) stand und schützen die Algen damit gegen ein breites Spektrum an Organismen (Zooplankton), die ihrerseits versuchen, sie aufzubrechen. Trotz dieser hohen mechanischen Belastbarkeit sind sie äußerst leicht gebaut und gehen damit auch ökonomisch mit dem im Wasser nur begrenzt vorhandenen Baustoff Silizium um. Die Leichtbauweise ist erforderlich, weil das Baumaterial relativ schwer ist und zusätzlichen Ballast für die im Wasser schwebenden Algen (Phytoplankton) bedeutet.



Material und Struktur

Die Ergebnisse entstanden am AWI in enger Zusammenarbeit mit Biophysikern von der TU München und dem Forschungszentrum Jülich sowie Schiffbauingenieuren von der Hochschule Bremen. Die Wissenschaftler unterzogen einzelne Kieselalgen mikromechanischen Belastungstests. Die Beanspruchung durch unterschiedliche Beißwerkzeuge wurde darüber hinaus mit Hilfe moderner Berechnungsmethoden (Finite-Elemente-Modelle) am Computer simuliert. Es zeigte sich, dass die Festigkeit der Schalen durch ein Zusammenspiel von hochkomplexen, fließenden Formen mit den besonderen Materialeigenschaften des glasartigen Baustoffes entsteht. Die Kombination von Silizium und Kohlenstoff im Schalenmaterial ermöglichte es den Kieselalgen, im Laufe der Evolution so zahlreiche verschiedene Formen zu entwickeln. Dabei entstanden Strukturen, die denen von technischen Konstruktionen oder Bauwerken auffallend ähnlich sind.

Bedeutung für die Forschung

"Diese Untersuchungen an Diatomeenschalen sind ein Ausgangspunkt für eine Reihe fundamental neuer Erkenntnisse über die Evolution mariner Lebensgemeinschaften", sagt Dr. Christian Hamm aus dem AWI.

Der Reichtum an Schalenarchitekturen kann auf die Anpassung an mechanische Belastungen durch unterschiedlich geformte Beißwerkzeuge zurückgeführt werden. Hiermit wehren sich die Algen offenbar gegen den Fraßdruck durch das Zooplankton.

Diese Entwicklung hat auch Auswirkungen auf den Stoffhaushalt im Meer, insbesondere die Aufnahme und Ablagerung von Kohlenstoff und Silizium im Sediment. Die Schalen besonders widerstandsfähiger Arten überdauern im Sediment und können zur Rekonstruktion früherer Umweltbedingungen herangezogen werden. Diese Befunde dienen nicht nur der Klimaforschung, sondern geben auch Hinweise auf biologische Zusammenhänge und kommen der marinen Ökologie zu Gute.

"Das AWI baut damit seine international führende Stellung bei der Erforschung der Kieselalgen und ihrer Rolle im globalen Kohlenstoffhaushalt weiter aus", erläutert Prof. Dr. Victor Smetacek, Leiter der Planktonforschung am AWI.

Vorbild für die Technik

Übertragen auf technische Problemstellungen, in denen Stabilität und Leichtigkeit besonders wichtig sind, könnte eine den Diatomeenschalen nachempfundene Architektur für einen besonders ökonomischen Einsatz von Baumaterial und Treibstoff sorgen. Dies ist beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt und im Transportwesen von Interesse. In Zusammenhang mit ihrer Schönheit bieten die mechanisch stabilen Strukturen aber auch interessante Anwendungsmöglichkeiten für die Verbindung von Design und Funktionalität.

Claudia Ratering | idw
Weitere Informationen:
http://www.awi-bremerhaven.de/Research/hustedt1-d.html
http://www.awi-bremerhaven.de/Pelagic/index.html

Weitere Berichte zu: AWI Alge Kieselalgen Luft- und Raumfahrt Silizium

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks
17.02.2017 | Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin, Münster

nachricht Der Entropie auf der Spur
17.02.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung