Rutschiger Trick gegen Muschelbewuchs

Bewuchs einer Fläche mit der Kalifornischen MIesmuschel - gegen solche Beläge wollen Forscher angehen. (Foto: Larry J. Friesen)

Muschelbewuchs auf Schiffsrümpfen und Unterwasserrohren ist ein echtes Problem. Nun haben Forscher eine Polymer-Beschichtung entwickelt, die den Meeresbewohnern das Anheften künftig deutlich erschweren könnte. Das Geheimnis des Materials: ein integriertes Gleitmittel, das für eine glatte und abweisende Oberfläche sorgt. An dieser finden die Haftfäden von Muscheln zum einen nur schwer Halt. Zum anderen scheinen die Tiere sie als zu weich zu bewerten - und versuchen deshalb gar nicht erst, sich anzusiedeln. Auf anderes Meeresgetier hat das Material offenbar einen ähnlichen Effekt.

Muscheln, Seepocken und viele andere Meeresorganismen haben eine lästige Angewohnheit: Sie siedeln sich mit Vorliebe an Schiffsrümpfen, Unterwasserrohren oder anderen technischen Oberflächen an. Damit verursachen sie mitunter echte Probleme. So kann dicker Muschelbewuchs etwa Leitungen in Häfen verstopfen oder den Widerstand von Schiffen derart erhöhen, dass sie mehr Treibstoff verbrauchen. Außerdem richten die haftstarken Meerestiere neben ökonomischen auch ökologische Schäden an. Angeheftet an Schiffe legen sie bequem weite Wege zurück und gelangen auf diese Weise in fremde Ökosysteme, wo sie das fein austarierte Beziehungsgefüge der dort heimischen Arten als invasive Spezies empfindlich aus dem Gleichgewicht bringen können. Kein Wunder daher, dass Experten für die unerwünschte Ansiedlung von Muscheln und Co bereits einen eigenen Fachbegriff haben und alles daran setzen, den "Kletten" Herr zu werden. Allein die US Navy gibt jedes Jahr rund eine Milliarde Dollar für Bemühungen gegen das sogenannte Fouling aus.

Helfen sollen zum Beispiel Farben und Beschichtungen mit giftigen Chemikalien, die Meeresorganismen vertreiben oder töten können. Solche Mittel wirken zwar, stehen wegen ihrer Giftigkeit jedoch in der Kritik. Ungiftige Alternativen wie Beschichtungen auf Basis silikonhaltiger Polymere haben ebenfalls ihre Nachteile:  Sie erleichtern das Entfernen von hartnäckigem Bewuchs - bewirken aber nicht, dass sich die Organismen gar nicht erst anheften. Wissenschaftler um Shahrouz Amini von der Nanyang Technological University in Singapur haben sich deshalb auf die Suche nach einer besseren Lösung gemacht. Die entscheidende Inspiration lieferte ihnen dabei eine bestimmte Gruppe fleischfressender Pflanzen: die Kannen- und Schlauchpflanzengewächse. Diese verfügen über kelchförmige Fangblätter, die dank einer Art Gleitmittel besonders glatt sind. Einmal in der Falle gelandet, schlittern Insekten prompt ihrem Verderben entgegen. Denn sie finden keinen Halt mehr, um sich vor dem mit Verdauungsflüssigkeit gefüllten Ende der Rutsche in Sicherheit zu bringen.

Beschichtung mit Schmierzusatz

Könnte ein solches Schmiermittel womöglich auch die perfekte Zutat für ein wirksames Anti-Fouling Material sein? Um das zu überprüfen, entwickelte das Team eine Polymer-Beschichtung mit einer besonderen Eigenschaft: Ihr Material verfügt über nanogroße Poren, in denen ein Gleitmittel eingeschlossen ist. Dadurch entsteht eine stabile, aber gleichzeitig flüssige Oberfläche, die - anders als feste Materialien - glatt ist und abweisend wirkt. Ob dieses Material Haftexperten wie Muscheln tatsächlich abwehren kann, testeten die Forscher bei einem Unterwasserversuch. Dafür setzten sie Muscheln auf eine Oberfläche mit einer Art Schachbrettmuster, deren einzelne Felder sie mit unterschiedlichen Anti-Fouling Mitteln bestrichen hatten. Nach 24 Stunden zeigte sich: Auf der neuartigen Beschichtung hatten sich deutlich weniger Muscheln angesiedelt als auf den Kontrollfeldern. Doch bedeutete das wirklich, dass sich die Tiere nicht hatten anheften können? Das testeten die Forscher mit einer Reihe von Experimenten. Dabei fanden sie heraus, dass die Haftfäden der Muscheln auf dem mit Gleitmittel versehenen Material schlechter halten. Im Vergleich benötigten sie zehnmal mehr Kraft, um die Muscheln von Material ohne Schmierzusatz zu entfernen.

Die Beschichtung scheint die Muscheln jedoch noch auf eine zweite Weise vom Anheften abzuhalten: "Es verwirrt sie", berichtet Amini. Bevor sich die Tiere an einer Oberfläche niederlassen und ihre Haftfäden absondern, tasten sie diese normalerweise für wenige Sekunden mit ihren Füßen ab. Auf Oberflächen mit der neu entwickelten Beschichtung verhielten sich die Muscheln jedoch merkwürdig. Sie tasteten mitunter länger auf dem Material herum, sonderten nur unvollständige Haftfäden ab oder zogen ihre Füße sofort wieder ein und versuchten erst gar nicht, Haftfäden zu produzieren. Der Grund: "Die Muscheln erwarten, beim Kontakt mit einer festen Oberfläche eine bestimmte Druckkraft zu spüren. Diese Rückmeldung fehlt ihnen bei unserer Beschichtung aber. Stattdessen 'zieht' das Gleitmittel sogar noch an ihren Füßen - und das scheint sie davon abzuhalten, sich auf dem Material niederzulassen", sagt Amini.

Einen ähnlichen Effekt scheint das Material auch auf viele andere Organismen mit "haftenden" Eigenschaften zu haben - darunter Polypen, Manteltiere sowie bakterien- und algenhaltige Biofilme. So waren nach einem 16-wöchigen Test im Meer neben Muscheln auch solche Spezies deutlich seltener auf der Gleitmittel-Beschichtung zu finden als auf herkömmlichen Anti-Fouling Materialien. Die Forscher geben sich daher optimistisch, dass ihre Entwicklung das Fouling-Problem an Schiffsrümpfen und Co künftig bedeutend minimieren kann.

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