Neue Kristallformen in Stacheln von Seeigeln nachgewiesen

Mit Seeigelstacheln verbinden manche vielleicht unangenehme Erinnerungen an einen vergangenen Urlaub am Meer. Tritt man versehentlich auf einen Seeigel, so hinterlassen dessen durch die Fußsohle gedrungene und darin abgebrochene Stacheln schmerzhafte und lang dauernde Eindrücke.

Seeigelstacheln sind bereits seit langem ein intensiv untersuchter Forschungsgegenstand und ein bekanntes Beispiel für Biomineralisation, also einen Vorgang, bei dem unter biochemischer Steuerung aus Mineralien feste Komposite mit erstaunlichen Eigenschaften entstehen. Bisher erhielt man aus Röntgenstreuungs-Experimenten Hinweise darauf, dass Seeigelstacheln aus kristallinem Kalzit bestehen (ein Mineral aus Calciumcarbonat: CaCO₃), andererseits weisen die Bruchflächen charakteristische Merkmale für glasartige Materialien auf, also für ungeordnete, amorphe Strukturen. Nun haben Wissenschaftler erstmals nachgewiesen, dass Seeigelstacheln eine Struktur aufweisen, die man als mesokristallin bezeichnet. Etwa 92 % des Materials besteht aus kleinen Kalzitkristallen, diese sind mit amorphem CaCO₃ miteinander verkittet und in diesem ganzen Verbund findet man auch noch etwa 0,1 % Proteine (Seto et al. 2012). Dieser besondere Aufbau der Seeigelstacheln verleiht ihnen eine Festigkeit und gleichzeitig eine Elastizität, die aus mineralischen Kalkvorkommen völlig unbekannt ist.

Abb. 1: Heterocentrotus mammillatus, eine der untersuchten Seeigel-Arten, auf einem Korallenriff in Hawaii (Wikimedia Commons, © Scott Roy Atwood)

Forschungen sind in vollem Gang, um diesen Befund technisch anzuwenden, z. B. bei der Herstellung von Hochleistungsbeton.

Die Untersuchungen von mehreren internationalen Arbeitsgruppen, die von H. Cölfen koordiniert wurden, belegen erstmals direkt das Vorkommen von Mesokristallen in Naturprodukten. Die Autoren schreiben am Ende ihres Artikels, dass es sehr verwunderlich wäre, wenn weitere Biomineralien nicht nach demselben Mechanismus aufgebaut wären. In einem Beitrag im Journal der Universität Konstanz wird über die Arbeit unter dem Titel: „Geniales Bauprinzip der Natur“ berichtet.

So können Seeigelstacheln nicht nur für unangenehme Urlaubseindrücke sorgen, sondern auch Anlass für faszinierende Entdeckungen sein und Impulse für technische Entwicklungen geben.

H. Binder

[Seto J, Ma Y, Davis SA, Meldrum F, Gourrier A, Kim Y-Y, Schilde U, Sztucki M, Burghammer M, Maltsev S, Jäger C & Cölfen H (2012) Structure-property relationship of a biological mesocrystal in the adult sea urchin spine. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 3699-3704; siehe auch: Journal der Universität Konstanz: uni‘kon (2012) 46, 9-10. http://www.aktuelles.uni-konstanz.de/uni-kon/uni-kon-46/]