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Transparente Waffen

Die transparenten Zähne des Tiefseefisches Aristostomias scintillans bleiben für potenzielle Beutetiere unsichtbar. (Bild: Audrey Velasco)

Zähne sind für gewöhnlich weiß – von eventuellen Verfärbungen einmal abgesehen. Allerdings gibt es Lebewesen, deren Beißer von diesem gängigen Farbschema abweichen. Die Zähne einiger Tiefseefische beispielsweise sind vollkommen transparent. Wie dieses Merkmal zustande kommt, haben Forscher nun untersucht. Das Geheimnis liegt demnach in der besonderen Nanostruktur der Zähne. Sie sorgt dafür, dass die Beißer auch bei Lichteinfall unsichtbar bleiben – und verschafft den Fischen auf diese Weise einen entscheidenden Vorteil bei der Beutejagd.

Die Tiefsee ist kein besonders lebensfreundlicher Ort: Hunderte Meter unter der Meeresoberfläche ist es kalt, der Druck der Wassermassen enorm hoch und es herrscht fast vollkommene Dunkelheit. Nichtsdestotrotz haben sich einige bizarre Kreaturen an diese extremen Lebensbedingungen angepasst – zum Beispiel Aristostomias scintillans aus der Familie der Barten-Drachenfische. Dieser Tiefseefisch ist nur rund 15 Zentimeter lang, gehört aber zu den Spitzenjägern in seinem Revier. Beute lockt der Fisch mit selbsterzeugten Lichteffekten an, ansonsten ist sein Körper so schwarz wie die Umgebung. Die Zähne des Tieres sind dagegen vollkommen transparent. „Diese besondere Eigenschaften lässt sich bei einigen Tiefseefischen beobachten. Wie sie zustande kommt, ist bisher jedoch noch nie erforscht worden“, erklären Audrey Velasco-Hogan von der University of California in San Diego und ihre Kollegen.

Nanokristalle im Zahn

Um mehr über die Beißer des Drachenfisches zu erfahren, haben die Wissenschaftler sie nun genauer unter die Lupe genommen. Dabei sorgten schon die ersten Tests für eine Überraschung: Die Zähne von A. scintillans sind extrem hart und scharf und damit ähnlich gefährlich wie die von berüchtigten Raubfischen wie dem Weißen Hai oder Piranhas. Doch wie kommt nun die Transparenz der Zähne zustande? Untersuchungen unter anderem mithilfe der Elektronenmikroskopie offenbarten, dass die Zahnstruktur des Fisches auf den ersten Blick mit der unsrigen vergleichbar ist. Demnach bestehen die Beißer aus einer äußeren Zahnschmelz- und einer inneren Dentin-Schicht.

Das Besondere aber: In beiden Schichten finden sich Nanokristalle aus Hydroxylapatit. Im Zahnschmelz liegen diese Minikristalle zerstreut und in einer Größe von rund 20 Nanometern vor. Im Dentin beschichtet das Hydroxylapatit dagegen Kollagenfibrillen und bildet gemeinsam mit ihnen winzige Stäbchen mit einem Durchmesser von etwa fünf Nanometern. Kanälchenstrukturen im Mikromaßstab, die zum Beispiel bei menschlichen Zähnen die Farbgebung beeinflussen, fehlen dem Dentin, wie die Forscher herausfanden. Diese spezielle Nanostruktur sorgt ihnen zufolge dafür, dass die Zähne einfallendes Licht kaum reflektieren oder streuen. Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, dass die Zähne des Drachenfisches zudem sehr dünn sind. „Mit diesen einzigartigen Merkmalen sind diese Zähne ganz anders als das, was wir von vielen anderen Tieren und dem Menschen kennen“, konstatieren Velasco-Hogan und ihr Team.

Perfekte Tarnung

Warum aber haben A. scintillans und einige weitere Bewohner der Tiefsee im Laufe der Evolution überhaupt transparente Beißer entwickelt? Die Wissenschaftler vermuten einen Vorteil bei der Beutejagd: Viele Lebewesen in der Tiefsee können Licht produzieren, um zu navigieren, Feinde zu verwirren oder Opfer anzulocken – auch der Drachenfisch nutzt diese Strategie. „Doch die Zähne dieses Fisches sind proportional zu seinem Maul sehr groß. Sollten sie sichtbar werden, würde jedes Beutetier sofort flüchten“, erklärt Velasco-Hogans Kollege Marc Meyers. Dank ihrer besonderen Struktur bleiben die Zähne des Räubers jedoch trotz Lichteffekten im Verborgenen und bilden keinen Kontrast zum umgebenden Wasser. „In Kombination mit der schwarzen Haut bilden die scharfen Zähne somit eine tödliche, unsichtbare Waffe“, resümieren die Wissenschaftler. Wie sie betonen, liefert ihre Studie nicht nur neue Einblicke in die Biologie der geheimnisvollen Tiefseebewohner. Möglicherweise lassen sich nach dem Vorbild des Drachenfisches auch neue tarnsparente Materialien entwickeln.

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Quelle: Audrey Velasco-Hogan (University of California, San Diego) et al, Matter, doi: 10.1016/j.matt.2019.05.010

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