Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Guter Halt auf rutschigem Untergrund

18.12.2013
Kieler Wissenschaftler untersuchen Haftungsmöglichkeiten in Fließgewässern

Es ist ein altbekanntes Problem: Wenn sich auf Steinen und Geröll in Flüssen Algen gebildet haben, werden sie extrem rutschig. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben nun herausgefunden, dass dieser Effekt umgekehrt für sehr kleine Tiere gilt.

Der Biofilm, wie der schleimige Film aus Algen, Bakterien und anderem organischen Material auf dem Substrat genannt wird, bietet kleinen Tieren wie Insekten und deren Larven zusätzlichen Halt. Besonders in Fließgewässern wie Bächen und Flüssen ist dies für die Besiedlung glatter strömungsexponierter Habitate durch die Tiere entscheidend.

Die Forschungsergebnisse wurden am Mittwoch, 18. Dezember, im renommierten Wissenschaftsmagazin „Journal of the Royal Society Interface“ veröffentlicht.

In einer Versuchsreihe mit den Larven der Eintagsfliege Epeorus assimils konnte das Forscherteam, bestehend aus dem Biophysiker Alexander Kovalev, den Biologen Stanislav Gorb, Jan Michels, Jochen Koop und Petra Ditsche, dass die Insekten vom Biofilm nicht nur als Futterquelle abhängig sind. Denn wo Menschen und Fahrzeuge extreme Schwierigkeiten mit der Haftung bekommen, kommen die Haftungsmechanismen der Insekten zum Einsatz.
Auf teils sehr glatten Oberflächen von Steinen finden die mit Krallen bewehrten Larven schwerlich Halt, die weiche Schleimschicht des Biofilms ist von ihnen jedoch einfach durchdringbar, so dass die Krallen sich an innerhalb des Biofilms befindlichen, festverwachsenen Organismen verklammern können. Durch die hohe Viskosität des Biofilms wird der Widerstand der Insekten gegen die Strömung weiter gestärkt. „Etwa so, als wenn man seine Füße in Honig hätte“, beschreibt Dr. Petra Ditsche von der Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik an der CAU das Phänomen.

Die Methode:
Im Labor wurden künstliche Substrate mit verschiedenen Rauheitsgraden hergestellt, die von sehr glatt bis extrem rau reichten. Einen Teil dieser Substrate haben die Forschenden in einer Fließrinne mit Biofilm bewachsen lassen. In den folgenden Versuchen wurden die bewachsenen Substrate mit den jeweils gleichen Substrattypen ohne Biofilmbewuchs verglichen. Zur Bestimmung der Oberflächenstruktur wurden mittels Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) die Oberflächen vermessen sowie Rauheitsparameter berechnet.

Indentationsmessungen wurden zur Bestimmung der biophysikalischen Eigenschaften des Biofilms wie Elastizität und Härte vorgenommen.

Die Haltefähigkeiten der lebenden Larven wurden dann in einer künstlichen Fließrinne bei steigenden Geschwindigkeiten untersucht. Dabei wurde die Maximalgeschwindigkeit ermittelt, bis zu der die Larven auf dem spezifischen Substrat verbleiben konnten. Zusätzlich wurden Versuche zur Bestimmung der Haltekräfte der Krallen (Reibung und Verklammerung) durchgeführt. Dazu haben die Forschenden Krallenpräparate an einem speziellen Kraftsensor befestigt und die Krallen in natürlicher Position mit Hilfe eines Mikromanipulators parallel zum jeweiligen Substrat gezogen.

Die Ergebnisse:
Die Untersuchungen zeigen, dass es generell wichtig ist, den Biofilm bei der Haftung in aquatischen Systemen zu berücksichtigen, da er die Substrateigenschaften wesentlich verändert. Im Fall der untersuchten Eintagsfliegenlarven waren die Haftkräfte auf den mit Biofilm überzogenen Substraten auf den meisten Substraten erhöht. Dies war auf allen glatten Substraten sowie auf den Substraten geringer Rauheit der Fall, auf welchen die Krallen schwerlich genug Unregelmäßigkeiten zur Verklammerung finden. Der Biofilm sollte daher generell als Faktor bei der Haftung/Befestigung am Untergrund berücksichtigt werden. Dies gilt nicht nur für sessile Organismen, sondern auch für mobile, also freibewegliche Tiere.

Anwendung finden die Forschungsergebnisse möglicherweise in der Antifouling-Forschung, die den Bewuchs an Schiffsrümpfen und anderen technischen Oberflächen verhindern soll, oder bei der Entwicklung von Unterwasserhaftsystemen für technische Geräte wie Strömungsmesser.

Weiterführende Links:
Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik am Zoologischen Institut
www.uni-kiel.de/zoologie/gorb/

Journal of the Royal Society Interface:
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/11/92/20130989.abstract?sid=a6abf5c6-cac7-4b8a-a885-248162daec60

Zwei Fotos stehen zum Download bereit:
1. www.uni-kiel.de/download/pm/2013/2013-391-1.jpg
BU: Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der Klaue eines E. assimilis Vorderbeins. Foto/Copyright: Petra Ditsche

2. www.uni-kiel.de/download/pm/2013/2013-391-2.jpg
BU: Unterwasseraufnahme einer E. Assimilis Larve. Foto/Copyright: Petra Ditsche

Kontakt:
Dr. Petra Ditsche
Friday Harbor Laboratories
University of Washington
620 University Road
Friday Harbor, WA, 98250
USA
phone: +1-360-298-2284 (9 Stunden Zeitverschiebung)
E-Mail: pditsche@UW.edu, pditschekuru@zoologie.uni-kiel.de

Prof. Dr. Stanislav Gorb
Funktionelle Morphologie und Biomechanik
Zoologisches Institut
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Am Botanischen Garten 1-9
24118 Kiel
Tel.: 0431/880 4859
E-Mail: sgorb@zoologie.uni-kiel.de

Originalarbeit:
Ditsche P, Michels J, Kovalev A, Koop J, Gorb S. 2014 More than just slippery: the impact of biofilm on the attachment of non-sessile freshwater mayfly larvae. J. R. Soc. Interface 20130989.

Sebastian Maas | Christian-Albrechts-Universität
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Innovation: Optische Technologien verändern die Welt
01.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht SeaArt-Projekt startet mit Feldversuchen an Nord- und Ostsee
18.11.2016 | Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie