Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schlangensterne verwenden Kristalllinsen zur Erkennung herannahender Feinde

03.09.2001


Schlangensterne der Art Ophiocoma wendtii bilden kirstalline Linsen in ihrem Skelett, mit deren Hilfe sie herannahende Fressfeinde erkennen, das berichtet eine Studie in der Zeitschrift Nature vom 23. August. Dieses einzigartige ’Sehsystem’ ist das erste seiner Art, das bei heute auf der Erde lebenden Tieren beobachtet wurde. Die Entdeckung ist das Ergebnis einer gemeinsamen Studie von Wissenschaftlern am Weizmann Institut in Rehovot, Israel; von Bell Laboratories/Lucent Technologies in New Jersey und vom Natural History Museum of Los Angeles County in Los Angeles, Kalifornien.

Schlangensterne sind wirbellose Meerestiere mit gewöhnlich fünf dünnen, langen Armen, die von einem kleinen, scheibenförmigen Körper ausstrahlen. Sie gehören wie Seeigel, Seegurken, Seesterne und andere Meerestiere zum Stamm der Echinodermata (Stachelhäuter).

In den vergangenen Jahren führten Prof. Lia Addadi, Dekanin der Fakultät für Chemie des Weizmann Instituts, und Prof. Steve Weiner von der Abteilung Strukturelle Biologie des Instituts eine Reihe von Untersuchungen über die verschiedenen Möglichkeiten durch, wie Tiere ihr Skelett aufbauen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass Tiere unterschiedliche Proteintypen produzieren, von denen einige die Bildung von Kristallen steuern. Die Idee für die gegenwärtige Studie entstand durch eine Begegnung der Weizmann-Forscher mit Dr. Gordon Hendler vom Museum für Naturgeschichte des Bezirks Los Angeles. Dr. Hendler machte sie auf eine bestimmte Art von Schlangensternen, Ophiocoma wendtii, aufmerksam; er wusste, dass Tiere dieser offensichtlich besonders lichtempfindlichen Art ihre Farbe verändern können. Obwohl diese Tiere keine als Organ ausgebildeten Augen haben, sind sie fähig, Schatten zu erkennen und vor Feinden rasch in dunkle Felsspalten zu fliehen. Händler vermutete, dass Felder von kugelförmigen Kristallstrukturen an der Oberfläche des äußeren Skeletts das Licht wie Linsen zum Nervensystem der Schlangensterne übertragen. Diese Hypothese wurde gestützt durch die Tatsache, dass die Schlangensterne in ihrem Skelett über ein relativ aufwendiges Nervennetz verfügen. Darüber hinaus scheint die Bewegung von pigmentierten Zellen zwischen den Kristallstrukturen und den Nerven die Reaktion der Schlangensterne auf Licht zu verändern.

Addadi und Weiner begannen gemeinsam mit ihrer damaligen Doktorandin Joanna Aizenberg, die heute bei Bell Laboratories arbeitet, mit der Erforschung dieses Phänomens. Sie fanden heraus, dass jedes einzelne Skelettelement mit seinen hunderten von Linsen aus einem Einkristall aus Kalzit besteht; die optische Achse des Kristalls ist ungefähr rechtwinklig zur Ebene des Linsenfeldes. Das bedeutet, dass das Kalzitlinsenfeld Licht übertragen kann, ohne es in verschiedene Richtungen zu streuen. Es stellt sich nun die Frage, ob der Brennpunkt der Linse in ihrer spezifischen geometrischen Form genau über dem Gebiet liegt, wo unter dem Skelett die Nerven des Schlangensterns verlaufen? Mit anderen Worten: Leiten und bündeln die Linsen Licht und übertragen die konzentrierten Strahlen ins Innere des Gewebes zum Nervensystem?

Diese Fragen blieben fast zehn Jahre unbeantwortet, bis die Forscher jüngst einen Weg fanden, sie experimentell auf kontrollierte Weise zu überprüfen. Das Experiment wurde bei Bell Laboratorien mit Hilfe von Lithografie, einer Halbleiter-Technik, durchgeführt. Dr. Aizenberg entfernte eine Kalzitkristallgruppe aus dem Skelettelement eines Schlangensterns der Art Ophiocoma wendtii, legte es auf eine Schicht photosensitiven Materials und strahlte Licht ein. Wie sie feststellte, erreicht das Licht das photosensitive Material an Stellen direkt unter den Kalzitkristallen. Durch Veränderung der Entfernung zwischen den Linsen und dem lichtempfindlichen Material fand sie heraus, dass die Brennweite jeder Linse - jene Entfernung, bei der die Linse das Licht etwa fugenzigfach konzentriert - genau mit der Tiefe übereinstimmt, in der die Nervenbündel, die vermutlich als Fotorezeptoren dienen, im Gewebe der Schlangensterne eingelagert sind.

Die Kristalllinsen und die pigmentierten Zellen im Skelett von Ophiocoma wendtii dienen somit als ’korrektive Brillen,’ die das Licht filtern und auf die Fotorezeptoren fokussieren. Diese Art ’Sehsystem’ wurde bisher bei keinem gegenwärtig auf der Erde vorkommenden Tier beschrieben, doch Prof. Weiner macht darauf aufmerksam, dass Kalzitkristalle auch in den Facettenaugen von Trilobiten vorkamen, also bei heute ausgestorbenen Meerestieren, die die Erde vor rund 350 Millionen Jahren bevölkerten.

In ihrem Bericht in Nature schreiben die Wissenschaftler abschließend: ’Die hier gezeigte Verwendung von Kalzit bei Schlangensternen, sowohl als optisches Element als auch als mechanische Stütze, veranschaulicht die beachtliche Fähigkeit von Lebewesen, durch den Prozess der Evolution ein Material für mehrere Funktionen zu optimieren, was wiederum neue Ideen für die Herstellung ’intelligenter’ Werkstoffe liefert.’

Prof. Stephen Weiner ist Inhaber des Dr.-Walter-und-Trude-Borchardt Lehrstuhls für Strukturelle Biologie. Seine Forschungsarbeit wird gefördert durch das Helen-und-Martin-Kimmel-Zentrum für archaeolgische Forschung, George Schwartzman aus Sarasota, Florida und die Angel-Faivovich-Stiftung für Umweltforschung.

Prof. Lia Addadi ist Inhaberin des Dorothy-und-Patrick-Gorman-Lehrstuhls. Ihre Forschungsarbeit wird unterstützt durch die Minerva-Stiftung Gesellschaft für die Forschung m.b.H.

Debbie Weiss | idw

Weitere Berichte zu: Kristalllinsen Linse Meerestier Ophiocoma Schlangensterne Skelett

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik