Der 3D-Druck ist keine Erfindung der Menschheit. Es ist eine beunruhigende Offenbarung, die aus der Studie hervorgeht veröffentlicht Nature Communications veröffentlicht von einem Team unter der Leitung von Florian Raible: die Meereswürmer Platynereis dumerilii produzieren natürliches Chitin um ihre Borsten Schicht für Schicht aufzubauen, genau wie es ein 3D-Drucker tun würde. Ein eleganter und äußerst präziser Prozess mit Details im Mikrometerbereich. Diese Entdeckung wirft nicht nur neues Licht auf eine Art, die als „lebendes Fossil“ gilt, sondern eröffnet auch faszinierende Szenarien für die Entwicklung neuer Biomaterialien und medizinischer Anwendungen.
Stück für Stück
Es fasziniert mich, wie die Natur Millionen von Jahren, bevor wir Menschen sie „erfunden“ haben, derart ausgefeilte Produktionsmethoden entwickeln konnte. Die eigentlichen Protagonisten dieses Prozesses sind die spezialisierten Zellen der Würmer. Sie produzieren natürliches Chitin durch längliche Oberflächenstrukturen, die Mikrovilli, die auf eine Art und Weise funktionieren überraschend ähnlich den Düsen eines 3D-Drucker.
„Der Vorgang beginnt mit der Borstenspitze, dann folgt der Mittelteil und zum Schluss die Basis. Dabei werden die fertigen Teile immer weiter aus dem Körper herausgedrückt. In diesem Entwicklungsprozess entstehen nach und nach Stück für Stück die wichtigen Funktionseinheiten“, erklärt er. Raibel.
Die Präzision dieses biologischen Mechanismus ist unglaublich: Mikrovilli verändern im Laufe der Zeit ihre Form und Anzahl und formen mit einer Präzision im Submikrometerbereich komplexe geometrische Strukturen, wie beispielsweise die einzelnen Zähne an der Spitze einer Borste.
Natürliches Chitin: Vielseitig und anpassungsfähig
Ein weiterer außergewöhnlicher Aspekt des natürliches Chitin Diese Meeresringelwürmer zeichnen sich durch ihre Vielseitigkeit aus. In nur zwei Tagen entwickeln sich diese Strukturen von der ersten Bildung bis zur vollen Reife und sind bereit, dem Wurm in seinem Leben im Wasser zu helfen. Darüber hinaus können die Borsten je nach den Bedürfnissen des Wurms und den Umweltbedingungen unterschiedliche Formen und Längen annehmen. Sie können kürzer oder länger, spitzer oder flacher werden und passen sich so perfekt der jeweiligen Lebenssituation des Organismus an.
Um diesen faszinierenden biologischen Prozess zu verstehen, mussten die Forscher auf modernste Bildgebungstechniken zurückgreifen. Sie erstellten detaillierte 3D-Modelle mit dem Serielle Block-Rasterelektronenmikroskopieund gewann beispiellose Einblicke in diesen biologischen Prozess. Die präzise Veränderung der Anzahl und Form dieser Mikrovilli im Laufe der Zeit ist daher der Schlüssel zur Modellierung der geometrischen Strukturen einzelner Borsten mit erstaunlicher Genauigkeit.
Zukünftige Anwendungen von natürlichem Chitin
Diese Entdeckung ist nicht nur aus biologischer Sicht interessant, sondern könnte auch wichtige praktische Auswirkungen haben. Das Verständnis dieses biologischen Prozesses könnte zur Entwicklung neuer medizinischer Produkte und natürlich abbaubarer Materialien führen.
Tintenfisch-Chitin werde beispielsweise bereits als „Rohstoff zur Herstellung besonders verträglicher Wundauflagen“ eingesetzt. Wer weiß, welche weiteren Anwendungsmöglichkeiten sich aus einem tieferen Verständnis dieser natürlichen Prozesse der Chitinbildung ergeben könnten. Noch einmal, Meister Biomimikry, wir verneigen uns vor dir.
