Echsenhaut leitet Wasser entgegen der Schwerkraft zum Maul

12. August 2015, 11:23
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Einzigartige Hautoberfläche der Texanischen Krötenechse hat Potenzial für praktische Anwendungen

Linz – Die Texanische Krötenechse (Phrynosoma cornutum) hat so einige bizarre Tricks drauf. Bekannt ist die mit hornartigen Fortsätzen bewehrte Echse für ihre Fähigkeit, Blut aus ihren Augen auf Angreifer zu schießen. Nun haben Linzer Wissenschafter den Hintergrund einer weiteren verblüffenden Kunstfertigkeit der Krötenechse geklärt: Dank der einzigartigen Oberfläche ihrer Haut fließt Wasser entgegen der Schwerkraft am Körper entlang zum Maul des Tieres. Auch an einer industriellen Anwendungen dieses Phänomens wird bereits geplant.

Texanische Krötenechsen sind stachelige und wehrhafte Wüstenbewohner. Um Angreifer wie Kojoten oder Schakale zu vertreiben, erhöhen sie den Blutdruck in den Augenhöhlen so sehr, dass das Blut bis zu eineinhalb Meter weit aus ihren Augen spritzt. Aber nicht nur in diesem Zusammenhang hat sich das Tier auf sehr kreative Art und Weise an seine Umwelt angepasst: Es leitet auch das spärlich vorhandene Wasser auf ganz besonderen Wegen zum Mund.

Auf die Spur des Tieres sind der Leiter des Instituts für Medizin- und Biomechatronik der Uni Linz, Werner Baumgartner, und sein Team in Gesprächen mit Wolfgang Böhme vom Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn gekommen. Wie die Krötenechse Wasser sammelt, haben die Wissenschafter dann genauer analysiert. Dabei sind sie auf mehrere Eigenheiten gestoßen, über die sie unter anderem im Fachjournal "Royal Society Interface" berichteten.

Stabiler Wasserfilm

Einerseits ist die Oberfläche der schuppigen Haut extrem hydrophil. Wassertropfen werden also umgehend auf der Haut verteilt und spritzen nicht weg. Auf der wabenartig strukturierten, "golfball-ähnlichen" Oberfläche entstehen keine Tröpfchen, es bildet sich dagegen ein stabiler dünner Wasserfilm, erklärte Baumgartner.

Für den Wassertransport zeichnet andererseits ein ausgeklügeltes System aus feinsten Kanälchen (Kapillaren), die zwischen den Schuppen über den ganzen Körper verteilt sind, verantwortlich. "Tritt das Tier irgendwo in eine Lacke oder streift mit dem Körper an mit Tau bedeckten Grashalmen entlang, fließt das Wasser in die Kapillaren, dann zum Mund und das Tier kann trinken", so der Forscher. Seinem Kollegen Philipp Comanns fiel bei den Analysen auf, dass das Wasser automatisch in Richtung des Mundes fließt. "Das war natürlich schräg und dann ging die Forschungsarbeit erst richtig los", sagte Baumgartner.

Der Schlüssel liegt in der besonderen Struktur der Kapillaren: Immer zwei liegen leicht versetzt nebeneinander und sind in der Mitte in bestimmten Abständen verbunden. Zusätzlich verengen sich die Kanälchen, um sich danach wieder sprunghaft auszuweiten. Die Kapillaren und ihre Querverbindungen sind auf komplexe Weise derart aufgebaut, dass sich die Flüssigkeit durch die Oberflächenspannung immer weiter in die gewünschte Richtung bewegt. "Sie hangelt sich wie auf einer Leiter nach vorne, und in die andere Richtung stoppt sie einfach", wie Baumgartner es ausdrückte.

Praktische Anwendungen

Auf diese Erkenntnis folgten der Nachbau des Systems und Computersimulationen sowie Fragen zur technischen Nutzung des Prinzips. Auf Kunststoffen-Prototypen gelingt es den Forschern mittlerweile, Flüssigkeiten gezielt in eine Richtung zu stoppen und in die andere Richtung fließen zu lassen.

Anwendung finden könnte diese Art der Wasserweiterleitung ohne mechanische Pumpen etwa in besonderen Miniatur-Forschungslabors, sogenannten "Labs on a Chip". Auch an Wundauflagen, die Flüssigkeiten von der Wunde wegleiten, oder Gewebefasern, die in Fliesen eingebaut Flüssigkeiten nur in eine Richtung leiten, denke man bereits. Mit einem Industriepartner arbeiten die Forscher gerade daran, auf Basis dieses Prinzips Gleitlager zu konstruieren, auf denen Schmierstoffe automatisch verteilt und gehalten werden. (APA/red, 12.8.2015)

  • Texanische Krötenechse (Phrynosoma cornutum) spritz Blut aus ihren Augen und leitet an ihrer Hautoberfläche Wasser automatisch zu ihrem Maul.
    foto: paul hurtado

    Texanische Krötenechse (Phrynosoma cornutum) spritz Blut aus ihren Augen und leitet an ihrer Hautoberfläche Wasser automatisch zu ihrem Maul.

  • Auf den ersten Blick unscheinbar wirkt die Haut der Krötenechse unter dem Mikroskop. Erst der Schnitt offenbart feinste Kapillaren, die Wasser zuverlässig zum Maul des Tieres befördert. Und noch etwas zeichnet die Haut der Echsen aus: Auf der "golfball-ähnlichen", hydrophilen Oberfläche entstehen keine Tröpfchen, es bildet sich dagegen ein stabiler dünner Wasserfilm (rechts).
    fotos: jku

    Auf den ersten Blick unscheinbar wirkt die Haut der Krötenechse unter dem Mikroskop. Erst der Schnitt offenbart feinste Kapillaren, die Wasser zuverlässig zum Maul des Tieres befördert. Und noch etwas zeichnet die Haut der Echsen aus: Auf der "golfball-ähnlichen", hydrophilen Oberfläche entstehen keine Tröpfchen, es bildet sich dagegen ein stabiler dünner Wasserfilm (rechts).

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