Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flexibler Schlangenpanzer

15.08.2012
Biologie könnte verschleißminimierte Systeme in der Technik inspirieren

Schlangen sind hochspezialisierte „beinlose“ Tiere, die vor 150 Millionen Jahren entstanden sind. Ohne Extremitäten ist ihr Körper allerdings ständigen Reibungskräften ausgesetzt.

Die Doktorandin Marie-Christin Klein und Professor Stanislav Gorb von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) fanden jetzt heraus, wie Schlangenhaut auf die beinlose Fortbewegung spezialisiert ist: unabhängig vom Lebensraum ist sie außen steif und hart, nach innen wird sie weicher und flexibler. Ihre aktuellen Ergebnisse haben Klein und Gorb in der heutigen Ausgabe (Mittwoch, 15. August) der Fachzeitschrift „Journal of the Royal Society Interface” veröffentlicht.

Schlangen bewohnen alle großen Ökosysteme außerhalb der Polarregionen. Sie schaffen es, auf Bäume zu klettern oder sich unter die Erdoberfläche zu graben. Dabei muss die Haut einer Schlange zwei bis drei Monate halten, bis das Häuten einsetzt. „Die Schlangenhaut muss also gegen Verschleiß optimiert sein“, nahm Marie-Christin Klein zu Beginn ihrer Forschung an. Gemeinsam mit Stanislav Gorb untersuchte sie die Haut von vier Schlangenarten.

Die Sandboa (Gongylophis colubrinus), die Kettennatter (Lampropeltis getula californiae), die Regenbogenboa (Epicrates cenchria cenchria) und die Grüne Baumpython (Morelia viridis) besiedeln verschiedene Lebensräume von der Wüste bis hin zu tropischen Bäumen. „Mithilfe dieser vier Arten haben wir herausgefunden, dass die Haut-Architektur je nach Lebensraum sehr unterschiedlich ist.

Alle weisen aber einen Gradienten der Materialeigenschaften auf. Das heißt, obwohl die Schlangenhaut von Art zu Art unterschiedlich dick und unterschiedlich strukturiert ist, sind trotzdem alle Häute außen steif und hart und werden nach innen hin weich und flexibel“, erklärt Klein ihre Entdeckung, die ihre Vermutung auf verschleißoptimierte Schlangenhaut bestätigt. Die vier Schlangenarten erreichen diesen mechanischen Effekt zum Beispiel durch verschiedene Zelltypen. Eine Art hat eine dickere Haut mit runden Zellen, die zweite eine dünnere Haut mit länglichen Zellen. „Dies spricht für eine funktionelle Anpassung an eine beinlose Fortbewegung, welche sich für Schlangen in sowohl trockenen als auch in feuchten Gebieten entwickelt hat“, sagt Klein.

Dieses Forschungsgebiet sei noch weitgehend unberührt, berichtet Klein weiter. „Es ist bekannt, wie die Schlangenhaut im Allgemeinen aufgebaut ist, jedoch hat noch niemand untersucht, welche Auswirkungen dies auf die mechanischen Materialeigenschaften hat. Ein Material, das einen Übergang von einer steifen Außenseite zu einer flexibleren Innenseite hat, kann die einwirkende Kraft über eine größere Fläche verteilen und den punktuellen Druck verringern. Solche Materialien sind wie ein flexibler Panzer.“
Mögliche Anwendungsgebiete dieses Prinzips liegen im Bereich der Medizintechnik. Hier könnte beispielsweise Reibung in künstlichen Prothesen optimiert werden. Des Weiteren könnte der Antriebs- und Fördertechnikmarkt von den verschleißminimierenden Erkenntnissen profitieren, da weniger Schmierstoffe eingesetzt werden müssten. Das Reibungssystem der Schlangenhaut sei hierfür ein wichtiges Modell, welches in der Bionikforschung an der Kieler Universität (Abteilung Spezielle Zoologie, Professor Stanislav N. Gorb) für die Entwicklung neuartiger sowie für die Optimierung bereits vorhandener Materialien in Zusammenhang mit Reibung und Verschleiß genutzt wird.

Originalpublikation:
“Epidermis architecture and material properties of the skin of four snake species”
J. R. Soc. Interface rsif20120479; published ahead of print August 15, 2012, 1742-5662.
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/early/2012/08/13/
rsif.2012.0479.abstract

Bilder stehen zum Download bereit:

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-1.jpg
Bildunterschrift: Forschungsobjekt: Schlangenhaut. Marie-Christin Klein, Doktorandin an der Kieler Universität erforscht, wie sich Schlangenhaut gegen Reibung schützt.
Copyright: CAU, Foto: Claudia Eulitz

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-2.jpg
Bildunterschrift: Sandboa, Gongylophis colubrinus.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-3.jpg
Bildunterschrift: Kettennatter, Lampropeltis getula californiae.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-4.jpg
Bildunterschrift: Regenbogenboa, Epicrates cenchria cenchria.
Copyright: CAU, Foto: Claudia Eulitz

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-5.jpg
Bildunterschrift: Grüne Baumpython, Morelia viridis.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-6.jpg
Bildunterschrift: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts von der Bauchschuppe einer Kettennatter.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-7.jpg
Bildunterschrift: Die Abbildung zeigt die Kraftverteilung bei einem Material mit und ohne Gradient bei gleichem Druck.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein


Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse und Kommunikation, Dr. Boris Pawlowski,
Redaktion: Claudia Eulitz,
Text: Marie-Christin Klein
Postanschrift: D-24098 Kiel,
Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de

Marie-Christin Klein | Uni Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2012/2012-230-schlangen.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE