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Ihr Leitfaden für die praktische Anwendung von Hagfish Slime, Glowworm Glue und anderen Tierarten

2022

Die Gewässer um New York City waren früher mit Hunderttausenden Morgen Austernbänken gefüllt. Bevor die Menschen sie verschlang und ihr Wasser verschmutzten, zementierten sich diese Austern an Felsen und aneinander.

„Der New Yorker Hafen war angeblich in der Kolonialzeit so dicht mit Austern, dass man praktisch über ihn laufen konnte“, sagt Jonathan Wilker, Chemiker und Materialingenieur an der Purdue University in West Lafayette, Indiana.

Wenn sich solche dichten Austernbüschel festsetzen können, dienen sie der Küstenumgebung, indem sie Wasser filtern, Schmutz und Sand an Ort und Stelle halten und die Kraft der Sturmflut absorbieren. All dies ist möglich, weil die kraftvollen Zementaustern ihren Körper an Ort und Stelle verankern.

Das ist nicht der einzige Weg, auf dem Menschen von den klebrigen Substanzen profitieren können, die Tiere herstellen. Wilker und andere Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen, wie und warum Tiere Leime und Schleime herstellen und versuchen, ihre eigenen Versionen zu erfinden. Diese Kleber hoffen, ihre bioinspirierten Materialien als chirurgische Klebstoffe, sicherere Alternativen zu einigen der derzeit verwendeten Klebstoffe oder temporäre Klebstoffe einsetzen zu können, die sich lösen, wenn sie nicht mehr benötigt werden.

"Überall um uns herum sind Klebstoffe", sagt Wilker. „Vieles ist dauerhaft, vieles ist nicht sehr gut für uns. Ich denke, wir haben viel Raum für Verbesserungen. “

Austern sind nicht die einzigen, die klebrige Pasten verwenden, um in Position zu bleiben. Muscheln, Seepocken und andere Meerestiere kleben aus verschiedenen Gründen an Felsen und ihren Gefährten. Das Zusammenkommen in leimgebundenen Gemeinschaften schützt diese Lebewesen davor, von Wellen geschleudert zu werden, von hungrigen Seevögeln aufgefressen zu werden oder sich selbst darum zu bemühen, einen Partner zu finden.

"Grundsätzlich hängt ihr Überleben davon ab", sagt Wilker, der sich mit Austern- und Muschelklebstoffen beschäftigt.

Diese Meerestiere könnten ungiftige chirurgische und zahnärztliche Klebstoffe inspirieren und das Gewebe in den feuchten Bereichen des menschlichen Körpers zusammenhalten. "Die meisten unserer Klebstoffe härten nicht in feuchten Umgebungen aus. Deshalb müssen wir nach Antworten suchen, die er hier sagt.

Die Werkzeuge, auf die sich Chirurgen am häufigsten verlassen, sind nicht ideal. Nähte und Heftklammern bohren Löcher in gesundes Gewebe. "Sie bauen all diese Stellen mechanischer Beanspruchung auf, Sie schaffen Stellen für Infektionen, sagt Wilker. Was Schrauben betrifft, ist es unglaublich, wie viel gesunden Knochen Sie bohren müssen, um eine Platte an Ort und Stelle zu halten, wenn Sie Teile verbinden möchten Ich denke, die Ergebnisse für Patienten wären viel besser, wenn wir von Nähten und Heftklammern und Schrauben zu Klebstoffen wechseln könnten. "

Muschelkleber ist möglicherweise ideal für Weichgewebe, während Austern stärkerer Zement für Knochen verwendet werden kann. Wilker und seine Kollegen arbeiten an biologisch inspirierten Klebstoffen für andere Situationen und optimieren sie, um unter verschiedenen Bedingungen eine gute Leistung zu erzielen.

Viele der Produkte, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, werden mit permanenten Klebstoffen zusammengehalten. "Wenn Sie an Computer, Möbel, Autoinnenräume, Telefonbücher oder Schuhe denken, die zum größten Teil am Ende ihrer Nutzungsdauer sind, werfen wir sie einfach auf Mülldeponien. Wilker sagt:" Wie schaffen Sie das alles? die wertvollen Komponenten Ihres Computers oder Laptops auseinander? "Sein Team arbeitet an biologisch inspirierten Klebstoffen, die sich abbauen, wenn sie nicht mehr benötigt werden, was das Recycling erleichtert.

Sie arbeiten auch an Antifouling, um Tiere mit klebrigen Mustern auf den Schiffsrümpfen zu vereiteln. Seepocken und andere freie Lader erhöhen den Luftwiderstand und den Treibstoffverbrauch eines Schiffes und werden derzeit von rot gefärbten Farben abgeschreckt, die Kupferionen ins Wasser lecken. "Unsere derzeitige Antifouling-Technologie besteht also im Wesentlichen darin, alles im Wasser um das Schiff herum abzutöten", sagt Wilker. "Wenn Sie zuerst verstehen, wie die Tiere haften, können Sie diese Informationen verwenden, um Beschichtungen zu entwickeln, an denen Tiere nicht haften können." Toxine ins Wasser auslaugen zu müssen. "

Er und sein Team haben Beschichtungen getestet, die verhindern, dass Muschelkleber an einer Oberfläche haftet. Aber es ist keine leichte Aufgabe, alle Tiere zu bekämpfen, die entschlossen sind, Klebstoff aufzutragen. »Die Natur findet einen Weg«, sagt Wilker.

Goop kann ein starkes Abschreckungsmittel sein. Hagfish sind dafür bekannt, sich in Knoten zu binden, um die Kadaver, die sie vom Meeresboden verschlingen, besser in den Griff zu bekommen. Sie haben ein weiteres ungewöhnliches Talent: Schleim auf ihre Feinde zu schießen.

„Bei Hagfish Slime geht es nicht unbedingt darum, sich an Dinge zu halten“, sagt Douglas Fudge, Meeresbiologe an der Chapman University in Orange, Kalifornien. "Der Schleim scheint sehr gut darin zu sein, Dinge wie Kiemen zu verstopfen."

Hagfish scheiden ihren Schleim aus Schleimdrüsen aus, die sich über die Länge ihres Körpers erstrecken. "Es gibt wirklich keinen Ort, an dem man einen Hagfish beißen kann, ohne dass Schleim auf einen schießt", sagt Fudge.

Der Schleim hat einige einzigartige Eigenschaften. Hagfish kann riesige Mengen des Materials in Sekundenbruchteilen auspumpen. "Wie sie so viel daraus machen, verstehen wir nicht ganz", sagt Fudge.

Der Schleim ist auch mit Seidenfasern gefüllt. "Das macht es sehr ungewöhnlich - es ist nicht nur Schleim und Wasser, es ist Schleim, Wasser und diese zehntausenden seidenartigen Fäden", sagt Fudge.

Er und seine Kollegen untersuchen dieses einzigartige Sekret, indem sie Hagfish betäuben und dann die Schleimdrüsen überreden, ihren Inhalt preiszugeben. Künstliche Versionen von Hagfish Slime können verschiedenen Zwecken dienen. Fudge kann keine Details zu den Projekten teilen, an denen er derzeit mit mehreren Unternehmen zusammenarbeitet. Aber er sagt, dass eine Anwendung, die die Leute in Betracht gezogen haben, die Verwendung von Hagfish-Schleimfäden als Alternative zu Spinnenseide für bio-inspirierte Materialien ist. "Hagfish Schleimfäden ... haben Materialeigenschaften, die mit denen von Spinnenseide konkurrieren", sagt er. Derzeit versuchen Forscher, Spinnenseide zu kopieren, um Materialien mit der Festigkeit von Stahl und der Flexibilität von Gummi herzustellen.

Fudge hat auch darüber gesprochen, wie die Fasern in Schutzhelmen oder kugelsicheren Westen nützlich sein könnten. Und im Januar gaben Marineforscher bekannt, dass sie ein Material geschaffen hatten, das von Hagfish Slime inspiriert war. "Der synthetische Hagfish-Schleim kann zum Schutz der Ballistik, zur Brandbekämpfung, zum Schutz vor Verschmutzung, zum Schutz der Taucher oder zum Schutz vor Haisprays verwendet werden", sagte Josh Kogot in einem Statement. "Die Möglichkeiten sind endlos."

Andere Tiere verwenden Kleber, um sich zu schützen. Einige Seegurken werfen klebrige Fäden aus, um die Raubtiere zu verwirren, während bestimmte Salamander Kleber absondern, um den Mund eines Raubtiers schnell zu verkleben. Da sie unter trockenen Bedingungen arbeiten, können die Zubereitungen der Salamander Hautkleber inspirieren. "Salamanderleim ist ... sehr stark, sagt Janek von Byern, Zoologe am Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie in Österreich. Wenn man es mit kommerziellen Systemen vergleicht, ist es eine sehr gute Konkurrenz."

Leim kann auch verwendet werden, um eine Mahlzeit zu fangen. Eine neu beschriebene Wurmschneckenart schießt Schleimgewebe auf ihre Beute, während viele Spinnen und Glühwürmchen darauf warten, dass ihr Abendessen in die von ihnen hergestellten klebrigen Fäden stürzt.

Im Dezember berichteten von Byern und seine Kollegen, dass die Tröpfchen, die die Glühwürmchen-Angelschnüre klebrig machen, hauptsächlich aus Wasser und den eigenen Abfällen der Würmer bestehen. Der Brei besteht zu 99 Prozent aus Wasser, das mit etwas Harnstoff und anderen Zutaten versetzt ist. Diese Einfachheit bedeutet, dass Glühwürmchenkleber eine gute Vorlage für billige künstliche Klebstoffe für Möbel, Papier oder Pappe sein könnte, erklärte von Byern gegenüber Popular Science .

Dies könnte eine sicherere Alternative zu Holzklebstoffen auf Formaldehydbasis sein, die extrem billig sind. Formaldehyd ist in niedrigen Dosen reizend und in hohen krebserregend. Diese Klebstoffe wurden infolge des Hurrikans Katrina berüchtigt, als Menschen krank wurden, nachdem sie in Anhängern Zuflucht gesucht hatten, die von der Federal Emergency Management Agency zur Verfügung gestellt wurden. "Sie haben in der heißen Sonne von Louisiana gebacken, und dann ist der Formaldehyd aus den Klebstoffen in der Verkleidung herausgekommen", sagt Wilker Dinge, die biobasierter und weniger giftig sind… das wäre großartig, sagt Wilker.

Gleiches kann für Kosmetika gelten. „Zum Verkleben der künstlichen Nägel und der Wimpernverlängerungen ist es im Grunde genommen Sekundenkleber… und das ist nicht sehr gesund“, sagt Wilker.

Vielleicht könnte hier Salamanderkleber seine Nische finden. "Ich habe noch nie Salamander-Kleber auf meinen Fingernägeln getestet", gibt von Byern zu. „Aber ich weiß, dass Salamanderleim perfekt auf der menschlichen Haut haftet. Es ist wirklich klebrig! "

Von Tieren inspirierte Klebstoffe ersetzen nicht alle von uns verwendeten Klebstoffe. »Wir wollen nicht alle diese Klebstoffe loswerden, einige von ihnen sind wirklich starke synthetische Klebstoffe«, sagt von Byern. »Aber in dem Moment, in dem menschlicher Kontakt hergestellt wird, sollten wir darüber nachdenken, ist das wirklich notwendig?«

Eine von Tieren inspirierte Alternative anzubieten, ist keine schnelle oder einfache Aufgabe. Wissenschaftler müssen herausfinden, wie ein Tier seine Trümmer macht, welche Inhaltsstoffe darin enthalten sind und wie sie es nachahmen können. Dann müssen Wissenschaftler ihre Festigkeit an Materialien wie Holz, Schweinehaut oder Tierknochen testen. Und schließlich müssen sie ihre eigene Version noch besser machen als die echte.

Es wäre nicht praktisch, den Kleber direkt von den Tieren zu nehmen. Zum einen wäre es eine Herausforderung, ausreichende Mengen an Goop zu ernten. Und sobald wir die Formel kennen, die ein Tier verwendet, können wir sie optimieren, um sie menschlicher zu machen. »Eine Muschel möchte sich an einen Felsen binden, oder eine Auster möchte sich an eine andere Auster binden«, sagt Wilker. "Es ist nicht unbedingt das Gleiche wie das, was Sie sich wünschen, um Knochen an Knochen zu binden oder eine neue Version von Sperrholz- oder Weichgewebebindung oder einen Zahnzement oder einen kosmetischen Kleber herzustellen."

Jeder Geschmack von Goop ist an die Bedürfnisse des Tieres angepasst, das es herstellt. Glühwürmchenkleber ist nur unter sehr feuchten Bedingungen klebrig. Salamander-Kleber muss in einem Augenblick aushärten, bevor sein Verfolger die Chance hat, sich zu verkochen. Es kann länger dauern, bis der Muschelkleber ausgehärtet ist. "Es muss nicht schnell sein, aber es muss für den Rest ihres Lebens arbeiten, immer stark und sich nie ändern", sagt von Byern.

Durch das Kopieren dieser Pistolen könnten wir eine Vielzahl von Klebstoffen erhalten, die perfekt für die Bedürfnisse des Menschen geeignet sind. Und sie sind nur Tropfen im Ozean von tierischen Leimen und Schleimen. Seesterne verwenden Klebstoffe, um über den Meeresboden zu kriechen und die Muscheln zu öffnen. Der treffend benannte Swiftlet aus essbaren Nestern hustet lange, klebrige Spuckenstränge, um seine Nester zu bauen, die als Delikatesse geschätzt werden. Schnecken versickern mit Schleim, der ihnen hilft, über den Boden zu gleiten - und inspirierten das Design von Gewächshausfenstern, die Feuchtigkeit speichern und abgeben. Der antike Nautilus klebt seine Tentakel anstatt mit Saugnäpfen aus, während die Fische einen Schleim absondern, der sie vor Krankheitserregern und Schädlingen schützt. Und viele andere Lebewesen außerhalb des Tierreichs machen sich selbstständig, vom "Fliegenpapier", das auf fleischfressenden Pflanzen zu finden ist, bis zum Zahnbelag (es ist ein Biofilm, der von Bakterien hergestellt wird, die in Ihrem Mund leben).

Wir müssen viel über die vielen Arten von Goop lernen, die in der Natur vorkommen, und wie sie uns dienen können. Aber immer mehr Labore richten ihre Aufmerksamkeit auf Tierkrätze. "Früher war es ziemlich seltsam und Nische", sagt Wilker. Aber jetzt kommen wir an den Punkt, an dem die Kommerzialisierung und die tatsächlichen Auswirkungen unmittelbar bevorstehen.

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