Im Laufe der Evolution hat unsere Behaarung an Körper und Gesicht deutlich abgenommen. Erhalten geblieben sind jedoch unsere Wimpern. Auch viele andere Säugetiere haben diese stabilen, leicht gebogenen Härchen am oberen und unteren Augenlid. Doch welche Funktion erfüllen sie? Frühere Studie haben bereits nahegelegt, dass die Wimpern unsere Augen vor kleinen Schutzpartikeln und anderen Fremdkörpern schützen. Die genaue Funktion ist allerdings nach wie vor umstritten.
Mikrostruktur ähnelt einer Treppe
Ein Team um Shan Zhou von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking hat nun die menschlichen Wimpern genauer unter die Lupe genommen. Dazu untersuchten die Forschenden einerseits unter dem Elektronenmikroskop die Mikrostruktur jedes einzelnen Härchens. Andererseits testeten sie an dreidimensionalen Modellen sowie an menschlichen Freiwilligen die Eigenschaften der Wimpern in ihrer natürlichen Anordnung sowie mit Mascara.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass menschliche Wimpern durch eine Kombination verschiedener struktureller Merkmale in der Lage sind, Flüssigkeiten schnell und gezielt abgleiten zu lassen“, berichtet das Team. Das beginnt auf mikroskopischer Ebene: „Elektronenmikroskopische Aufnahmen von natürlich ausgefallenen Wimpern offenbarten, dass die Härchen eine stufenartige Mikrostruktur aufweisen.“ Mehrere Schichten sich überlappender Zellen bilden eine Art Treppe, die von der Basis bis zur Spitze der Wimper abwärts führt. Trifft beispielsweise ein Wassertropfen auf die Wimper, bewegt er sich dadurch bevorzugt treppab, also zur Spitze der Wimper.
Optimiert für Abtransport von Flüssigkeit
Zusätzlich trägt die makroskopische Form der Wimper dazu bei, Wasser rasch abzutransportieren. Wie Zhou und sein Team berichten, entspricht die gekrümmte Form der Wimper einer sogenannten Brachistochrone – also der Bahn zwischen zwei Punkten, auf der eine Kugel durch den Einfluss der Gravitation am schnellsten vom Anfangs- zum Endpunkt gelangt. Auch die Anordnung der Wimpern nebeneinander hilft dabei, Flüssigkeiten schnell loszuwerden. „Wimpern sind an der Basis dicht und quasi-parallel angeordnet“, beschreibt das Team. Dadurch bilden sie eine wirksame und zugleich flexible Barriere. So sorgen die Wimpern dafür, dass wir selbst bei starker Anstrengung kaum Schweiß in die Augen bekommen und unsere Augen auch unter der Dusche oder im Platzregen weitgehen trocken bleiben.
„Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, ließen wir einen Wassertropfen auf die Wimpern einer geradeaus schauenden Testperson fallen“, erläutern die Forschenden. Das Experiment nahmen sie mit einer hochauflösenden Kamera auf. Das Ergebnis bestätigt die Vermutungen auf Basis der strukturellen Beobachtungen: „Der Tropfen gleitet von den gebogenen Wimpern ab, ohne dass es zu einem Rückfluss oder sichtbaren Rückständen kommt“, berichten Zhou und sein Team. Anhand von Berechnungen zeigten sie zudem, dass der Tropfen 20 Prozent schneller abgleitet als auf einer starren, gerade Piste.
