Der Kieselschwamm Euplectella besitzt ein bemerkenswertes Skelett: Es hat nicht nur ähnliche optische Eigenschaften wie industriell genutzte Glasfaserkabel, sondern ist auch mechanisch außerordentlich stabil ? obwohl es im Wesentlichen aus amorpher Kieselsäure, also Glas, besteht. Wie der Schwamm diese Stabilität erreicht, beschreiben Forscher um Joanna Aizenberg von den Bell Laboratories in New Jersey in der Zeitschrift Science.
Das Schwamm-Skelett ist auf sieben Ebenen von der Nanometer- bis zur Makro-Skala unterschiedlich organisiert, schreiben Aizenberg und ihre Kollegen. Auf der kleinsten Ebene besteht das Skelett aus winzigen Kieselsäure-Teilchen, die rund um ein Filament aus organischem Material angeordnet sind. Die Nanoteilchen bilden konzentrische, zylindrische Schichten, die Fasern mit einem Durchmesser von fünf bis fünfzehn Mikrometer formen. Mehrere dieser kleinen Fasern sind in einer Verbundstruktur zu einer größeren Faser mit einem Durchmesser von etwa 60 Mikrometern vereinigt. Die größeren Fasern bilden wiederum ein regelmäßiges Netz. Ein Teil verläuft in gleichmäßigen Abständen senkrecht und waagerecht. Andere verlaufen diagonal. Das auf diese Weise entstehende Glasfasergeflecht ähnelt dem in altmodischen Stühlen.
Dieses Geflecht ist wiederum das Skelett der makroskopisch sichtbaren Nadeln des Schwamms. Rundherum sind noch einmal spiralförmige Fasern gewickelt, die die gesamte Struktur stärken. “Die Hauptaufgabe dieser hierarchischen Strukturen besteht darin, gefährliche Risse abzulenken und ihr Vordringen zu erschweren”, erläutert John Currey von der University of New York. Auch die Verankerung der Schwämme im Meeresboden ist flexibel, damit sie bei starken Strömungen nicht brechen.
Welche mechanische Bedeutung jede einzelne der sechs ineinander greifenden hierarchischen Ebenen habe, sei noch nicht geklärt, so John Currey. Doch der Forscher ist begeistert vom Erfindungsreichtum der Natur: “Obwohl die meisten Skelette fast ausschließlich aus spröden Mineralien bestehen, sind sie überraschend fest.”
Joanna Aizenberg et al.: Science, Bd. 309, S. 275
Ute Kehse
