Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Krebsen auf den Zahn gefühlt

16.05.2012
Australische Flusskrebse besitzen einen Zahnschmelz, der dem menschlichen sehr ähnelt
Manche besonders gelungenen Entwicklungen kopiert die Natur bei sich selbst. So hat ein Team aus Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für

Der australische Flusskrebs Cherax quadricarinatus gehört zu den wirbellosen Tieren, seine Zähne sind aber mit einem Schmelz überzogen, der dem der Wirbeltiere sehr ähnelt. © Shmuel Bentov / Ben-Gurion Universität


Röntgencomputertomografie eines Flusskrebs-Kiefers: Der Zahnschmelz, der hauptsächlich aus Kalziumphosphat besteht, zeichnet sich vom übrigen Panzer hell ab. © Shmuel Bentov / Ben-Gurion Universität

Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Ben-Gurion Universität im israelischen Beer-Sheva herausgefunden, dass die Zähne des australischen Flusskrebses Cherax quadricarinatus mit einem Schmelz überzogen sind, der dem Zahnschmelz von Wirbeltieren in verblüffender Weise ähnelt: Beide Materialien bestehen aus Kalziumphosphat und stimmen auch in ihrer Mikrostruktur weitgehend überein.

Offenbar hat sich diese besonders harte Substanz bei den Flusskrebsen unabhängig von den Wirbeltieren entwickelt, weil sie die Zähne besonders robust macht.

In punkto Härte setzt der Zahnschmelz Maßstäbe – kein anderes biologisches Material kann da mithalten. Die Härte und Festigkeit verdankt die äußere Schicht der Zahnkrone des Menschen und anderer Wirbeltiere winzigen Kristallen aus Kalziumphosphat, das auch Knochen sprichwörtlich beinhart macht. Und weil der Zahnschmelz dank seiner Zusammensetzung und Struktur besonders beißfest ist, hat die Evolution auch bei Flusskrebsen eine stark mineralisierte Schutzschicht für die Kiefer hervorgebracht, die dem Schmelz der Wirbeltiere sehr ähnelt. Das haben Barbara Aichmayer und ihre Kollegen des Max-Planck-Instituts in Potsdam in Kooperation mit Amir Berman und Amir Sagi von der Ben-Gurion Universität in Beer-Sheva jetzt herausgefunden. „Wir gehen davon aus, dass im Laufe der Evolution sowohl Wirbeltiere als auch Flusskrebse unabhängig voneinander zahnschmelzartige Strukturen entwickelt haben“, so Barbara Aichmayer, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung und Leiterin der Studie. „Diese erstaunlichen Materialien sind eine optimale Antwort auf die ähnlichen Anforderungen an die Kauwerkzeuge.“

Der Zahnschmelz der Flusskrebse ist von Natur aus stark fluoridiert

Die Kiefer der Flusskrebse sind Teil des Panzers, der wie bei anderen Krustentieren im Wesentlichen aus einem Netz von Chitinfasern besteht. Gehärtet wird die Schale vor allem durch ungeordnetes Kalziumkarbonat, das von Wissenschaftlern als amorph bezeichnet wird. In den Kiefern von Flusskrebsen ist das weichere Verbundmaterial aus Chitin und amorphem Kalziumkarbonat jedoch mit einer dünnen Schicht überzogen, die sich wie der menschliche Zahnschmelz hauptsächlich aus Kalziumphosphat zusammensetzt. "Das ist bemerkenswert, weil sich der Bestandteil Kalziumphosphat im Exoskelett von wirbellosen Tieren ausgesprochen selten findet", sagt Barbara Aichmayer.
Auch die längliche Form der Kristalle und ihre Anordnung senkrecht zur Zahnoberfläche stimmen mit der Struktur des menschlichen Zahnschmelzes weitgehend überein. Daraus ergeben sich ähnliche mechanische Eigenschaften. Die Struktur macht das Material extrem hart und gleichzeitig sehr widerstandfähig gegen das Ausbreiten von Rissen. So ist der Zahn optimal vor Zerstörung geschützt.

In einem Aspekt unterscheiden sich Flusskrebszähne jedoch von den Zähnen von Wirbeltieren: Ihr Zahnschmelz enthält einen hohen Fluoridanteil, wodurch er schwerer wasserlöslich wird, und das ganz ohne Einnahme von Fluoridtabletten. Im Süßwasser, dem Lebensraum der Flusskrebse, ist das besonders wichtig, weil sich kalziumhaltige Minerale dort leichter auflösen als in Salzwasser.

Flusskrebse erneuern ihren Zahnschmelz zu geringen metabolischen Kosten

Bei menschlichen Zähnen bestehen sowohl die harte Zahnschmelzkrone als auch das darunterliegende weichere Dentin aus Kalziumphosphatkristallen. „Flusskrebse gehen hingegen mit dem Kalziumphosphat, dessen Herstellung für sie metabolisch viel aufwendiger ist als der Aufbau des übrigen Panzers, sehr sparsam um“, sagt Barbara Aichmayer. Denn Flusskrebse erneuern immer wieder ihren Panzer, wenn sie wachsen. Das amorphe Kalziumkarbonat, das sie in das Chitingerüst einlagern, lösen sie dabei heraus und verwerten es in der neuen Schale wieder. Mit dem kristallinen Kalziumphosphat auf ihren Kiefern ist das nicht möglich. Ihren kostbaren Zahnschmelz stoßen sie mit dem restlichen Panzer ab und bauen ihn komplett neu auf. Damit sind Flusskrebse uns allerdings auch in einem Punkt entscheidend voraus: Sie erneuern ihre Zähne zu geringen metabolischen Kosten immer wieder, während sich unser Zahnschmelz trotz seiner Härte allmählich verbraucht, und zwar unwiederbringlich.

Ansprechpartner

Dr. Barbara Aichmayer
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Telefon: +49 331 567-9463
Fax: +49 331 567-9402
Email: barbara.aichmayer@­mpikg.mpg.de
Prof. Dr. Peter Fratzl
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Telefon: +49 331 567-9401
Fax: +49 331 567-9402
Email: gabbe@­mpikg.mpg.de
Katja Schulze
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Telefon: +49 331 567-9203
Fax: +49 331 567-9202
Email: katja.schulze@­mpikg.mpg.de
Originalveröffentlichung
Shmuel Bentov, Paul Zaslansky, Ali Al-Sawalmih, Admir Masic, Peter Fratzl, Amir Sagi, Amir Berman und Barbara Aichmayer
Enamel-like apatite crown covering amorphous mineral in a crayfish mandible
Nature Communications, 15. Mai 2012; DOI: 10.1038/ncomms1839

Dr. Barbara Aichmayer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5797982/zahnschmelz_australischer_flusskrebs

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Hält die Klebung?
29.05.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise