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Viele Echsen tragen winzige Härchen auf ihrer Haut. Kieler Forschende zeigen, dass diese Strukturen ihnen möglicherweise dabei helfen, in trockenen Lebensräumen Wasser zu sparen.
In einer trockenen Buschlandschaft kann ein Gecko über seine Haut schnell Wasser verlieren und dadurch austrocknen. Über seine hauchdünne Haut kann Wasser an die trockene Umgebung verloren gehen – möglicherweise schneller, als der Gecko es ersetzen kann. Doch die Tiere verfügen über eine besondere Anpassung: Ihre Haut ist mit winzigen, nanometergroßen Härchen bedeckt, den sogenannten Setulae. Sie könnten dabei helfen, Feuchtigkeit auf der Haut zu halten.
Die winzigen Hautstrukturen sind der Wissenschaft schon seit Jahren bekannt. Ihre Funktion war jedoch bislang unklar. Auffällig ist, dass sie besonders häufig bei Geckos und Chamäleons vorkommen, die in trockenen oder halbtrockenen Lebensräumen leben. Das brachte Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) auf eine naheliegende Frage: Könnten die Härchen den Tieren helfen, Wasser zu sparen? Die Ergebnisse veröffentlichte das Team nun im Journal "Biointerphases", einer von AVS herausgegebenen Fachzeitschrift von AIP Publishing.
Eine Grenzschicht gegen das Austrocknen
„Biologische Strukturen entstehen nicht zufällig, sondern sind das Ergebnis evolutionärer Prozesse, in denen genetische Variation durch natürliche Selektion geformt wird.“, sagt Professor Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut, der die Studie geleitet hat. „Was ist also die ursprüngliche Funktion solcher Strukturen? Wir wollten herausfinden, ob diese feine Struktur die Verdunstung verringert.“
Um dieser Frage nachzugehen, entwickelte Gorb mit seinem Forschungsteam ein vereinfachtes Computermodell der Geckohaut. Darin bildeten die Forschenden auch eine Reihe der winzigen Setulae ab. Mithilfe von Strömungsmodellen simulierten sie anschließend, wie sich die Luft über die Haut bewegt und welchen Einfluss die Härchen im Nanomaßstab darauf haben.
Zunächst vermuteten die Forschenden, dass die Härchen auch einen gegenteiligen Effekt haben können. Durch die vergrößerte Hautoberfläche hätte mehr Wasser verdunsten und die Echsen noch schneller austrocknen können. Die Simulationen zeigten jedoch, dass die Anordnung der Setulae einen anderen Effekt haben kann: Dem Modell zufolge halten die Härchen Luft in ihren Zwischenräumen fest. Dadurch könnten die Setulae die Haut abschirmen und den Wasserverlust verringern.
„Die Struktur im Nanomaßstab erzeugt eine Grenzschicht. Das bedeutet, dass die Wassermoleküle, die von der Hautoberfläche in die Luft gelangen, in dem begrenzten Raum viele Male zurückprallen und einige von ihnen wieder zurückkehren“, sagt Gorb.
Die Modellierung liefert damit einen möglichen Mechanismus, wie die Hautstrukturen den Wasserverlust verringern könnten. Ob dieser Effekt tatsächlich auf der Haut lebender Geckos auftritt, müssen Experimente zeigen. Dafür will das Team in einem nächsten Schritt künstlich hergestellte Haut oder von Geckos abgestreifte Haut untersuchen. Außerdem möchten die Forschenden den Einfluss von Lipiden genauer erforschen, die in die Hautstruktur eingebettet sind und die Oberfläche wasserabweisender machen.
Weiterführende Informationen
Professor Stanislav Gorb ist Mitglied des Forschungsschwerpunkts KiNSIS – Kiel Nano, Surface and Interface Science. Im Mittelpunkt stehen nanoskalige Strukturen und ihre Wechselwirkungen mit Oberflächen und der Umgebung. Gorbs Arbeitsgruppe untersucht diese Prinzipien am Beispiel biologischer Oberflächen.
Über den Forschungsschwerpunkt KiNSIS
Im Nanokosmos herrschen andere, quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Strukturen und Prozesse in diesen Dimensionen zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsnah umzusetzen, ist das Ziel des Forschungsschwerpunkts KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Aus der intensiven interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Physik, Chemie, Ingenieur- und Lebenswissenschaften entstehen neue Moleküle und Materialien, Sensoren und Batterien, Quantentechnologien, katalytische Verfahren, medizinische Therapien und vieles mehr. www.kinsis.uni-kiel.de
Hinweis zum Text:
Diese Pressemitteilung basiert auf der wissenschaftlichen Publikation, den Angaben der Autorinnen und Autoren sowie einer von AIP über EurekAlert! veröffentlichten Pressemitteilung. Sie wurde für die Kommunikation der CAU redaktionell neu strukturiert, gekürzt und sprachlich angepasst.
Prof. Dr. Stanislav N. Gorb
Zoologisches Institut, CAU
Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik
0431-880 4513
sgorb@zoologie.uni-kiel.de
Alexander E. Filippov, Alexander Kovalev, Elena V. Gorb et al. (2026): „Surface protrusions of the microstructured lizard skin may reduce evaporation intensity: Numerical modelling approach“, Biointerphases 21: 041006; DOI: 10.1116/6.0005508
https://pubs.aip.org/avs/bip/article/21/4/041006/3402935/Surface-protrusions-of-...
https://www.uni-kiel.de/de/forschung/forschungsschwerpunkte/detailansicht/news/w...
https://www.eurekalert.org/news-releases/1140772
https://www.uni-kiel.de/de/universitaet/newsportal/alle-neuigkeiten/archiv-ag-bi...
Ein Tokay-Gecko haftet an einer Glasscheibe. Unten: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen ...
Copyright: © Filippov et al.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Ein Tokay-Gecko haftet an einer Glasscheibe. Unten: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen ...
Copyright: © Filippov et al.
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