Fischhaut als Panzer

Die Panzerstruktur eines urtümlichen Fisches könnte als Vorbild für militärische Schutzkleidung dienen

Dass der Senegal-Flösselhecht sich vor seinen Feinden schützen muss, ist angesichts seines Verhaltens nachvollziehbar. Immerhin handelt es sich um einen mehr als ellenlangen Räuber, der meist dicht unter der Wasseroberfläche nach kleineren Fischen, Larven und Insekten jagt. Berüchtigt ist er auch dafür, es beim Ausbruch aus dem Aquarium zu besonderer Geschicklichkeit zu bringen. Bei solch einer Gelegenheit, berichtet ein Aquarianer, sei sein eigenes Exemplar gar tätlich und mit aufgerissenem Maul gegen die Katze vorgegangen.

Klar, dass so wehrhafte Fische die Aufmerksamkeit des US-Militärs erregen. Unter anderem mit finanzieller Hilfe der US-Army haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) deshalb die genaue Beschaffenheit des Panzers untersucht, den der Senegal-Flösselhecht trägt. Ihre Ergebnisse stellen sie im Fachmagazin Nature Materials vor.

Tatsächlich gehört der Fisch zu einer Gruppe, die sich schon seit beinahe 100 Millionen Jahren auf der Erde findet, zu den (Überraschung!) Flösselhechten (Polypteridae). 96 Prozent aller heute lebenden Fischarten gehören zu den Echten Knochenfischen - nicht aber die Polypteridae, deren gemeinsames Kennzeichen die vielen Rückenflossen sind. Den Senegal-Flösselhecht hat man deshalb nicht ganz zu unrecht im englischsprachigen Raum auch den Populärnamen „Dinosaurier-Aal“ zugewiesen.

Polypterus senegalus im Aquarium. Bild: Donna Coveney, MIT

Sein Körper ist mit speziellen rautenförmigen Schuppen, den Ganoidschuppen, bedeckt, wie sie beispielsweise auch der Stör trägt. Doch es steckt offenbar noch mehr hinter dem Geheimnis dieser Fischhaut, wie die MIT-Forscher herausbekommen haben. Ihre Beschreibung liest sich wie einem Kriegsroman der Zukunft entnommen.

Dass der Panzer insbesondere für penetrierende Angriffe so unempfindlich ist, liegt demnach an einem ganzen Maßnahmekatalog. Der umfasst zum Beispiel die Überlagerung verschiedener verstärkender Kompositschichten, die jeweils unterschiedliche Verformungskennlinien besitzen. Dazu gehört auch eine räumlich einzigartige Form der mechanischen Eigenschaften, die aus Regionen unterschiedlicher Dichte zwischen den und innerhalb der Materialschichten gebildet wird. Bei anderen Schichten lässt sich keine Dichte feststellen, weil die Materialbeschaffenheit belastungsabhängig ist. Oberflächenrisse breiten sich auf der Haut kreisförmig aus, während sich in den laminierten Unterschichten Haarrisse orthogonal bilden. Schließlich sind auch noch die Verbindungen zwischen den Schichten aufgerauht.

Mit dieser cleveren Kombination aus technischen Tricks hat die Evolution ein Problem gelöst, das auch den Menschen interessiert - jedenfalls soweit er sich gegen Angriffe meint schützen zu müssen. Es geht um den richtigen Kompromiss zwischen Schutzwirkung und Beweglichkeit. Beim Senegal-Flösselhecht hat die Natur das mit einer mehrschichtigen Struktur aus vier organisch-anorganischen Nanokomposit-Materialien gelöst.

Außen schützt die oben schon genannte Ganoid-Schicht, einer Form von Email vergleichbar, mit einer Dicke von zehn Mikrometern. Darauf folgt eine Schicht aus Dentin (Zahnbein), die 50 Mikrometer dick ist. Es folgt eine Knochenschicht aus Isopedin (40 Mikrometer) und schließlich die 300 Mikrometer dicke Knochengrundplatte. Die äußerste Schicht ist dabei stark mineralisiert, sie enthält nur noch weniger als fünf Prozent organisches Material. Die Dentinschicht ist weniger mineralisiert - aber immer noch mehr als die Knochen-Grundplatte. Die Isopedin-Schicht schließlich besteht aus mehreren Ebenen, die eine sperrholzähnliche Verbindung eingehen.

Besonders spannend fanden die Forscher aber den Rückschluss von der Art des Schutzes auf die Weise der Bedrohung. Der Flösselhecht-Panzer erwies sich dabei als gegen Bissverletzungen optimiert. Genügend Feinde hatte er im Erdmittelalter: einen gigantischen Seeskorpion zum Beispiel, oder den Riesenfisch Dunkleosteus, der anscheinend stärker als jeder andere Fisch (den Weißen Hai eingeschlossen) zubeißen konnte. (Matthias Gräbner)

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