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 Was Stammzellen zu perfekten Alleskönnern macht
27.06.2017 | Universität Zürich

nachricht Einblick ins geschlossene Enzym
26.06.2017 | Universität Konstanz

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

Study shines light on brain cells that coordinate movement

26.06.2017 | Life Sciences

Smooth propagation of spin waves using gold

26.06.2017 | Physics and Astronomy

Switchable DNA mini-machines store information

26.06.2017 | Information Technology