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Starke Minifedern

Der Einzeller Vorticella convallaria kann seinen schwanzförmigen Fortsatz zu einer Spirale zusammenziehen und bringt dabei eine für mikroskopisch kleine Maschinen bisher unerreichte mechanische Leistung auf. Dies haben Forscher des am Massachusetts Institute of Technology beheimateten Whitehead Instituts für biomedizinische Forschung mithilfe einer neuartigen Mikroskopiemethode herausgefunden. Auf das jeweilige Gewicht bezogen übertrifft die Leistungsstärke des Einzellers die eines gewöhnlichen Automotors.

Um herauszufinden, zu welcher mechanischen Leistungsfähigkeit der Einzeller beim Aufspiralisieren des Zellfortsatzes im Stande ist, griffen Paul Matsudaira und seine Kollegen zu einem Trick: Die Forscher brachten die Einzeller auf der Oberfläche eines Drehtellers auf, der schnell auf einem Mikroskoptisch rotieren konnte.

Durch die Zentrifugalkraft, die dabei auf die primitiven Lebewesen einwirkte, wurden deren Zellfortsätze nach außen gerichteten Kräften ausgesetzt. Den Experimenten zufolge gelang es Vorticella dennoch, seinen Fortsatz gegen eine angelegte Kraft von bis zu 300 Nanonewton aufzuspiralisieren (siehe Film) – eine für mikroskopisch kleine Maschinen bisher unerreichte Leistungsfähigkeit.

Matsudaira fand außerdem heraus, dass das Zusammenziehen des Schwanzes durch Kalzium-Ionen ausgelöst wurde. Die mechanische Leistung wird daher direkt aus der chemischen Umgebung gewonnen, im Gegensatz zu elektrischer Energiezufuhr. Dieses Konzept könnte sich gewinnbringend auf künstliche Mikro- und Nanomaschinen übertragen lassen, so der Forscher.

Beitrag auf der 45. Jahreskonferenz der American Society for Cell Biology Stefan Maier
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