Und der Haifisch, der hat Zähne

Besonderheit im Zahnschmelz von Haifischzähnen entdeckt

Haifischzähne müssen während ihrer kurzen Verweildauer auf den Punkt funktionieren: Der Port-Jackson-Stierkopfhai ernährt sich von harten Beutetieren wie Seeigeln und Muscheln. Seine Zähne müssen kontinuierlich hoher mechanischer Beanspruchung standhalten. Dies gewährleistet die besondere Struktur des Zahnschmelzes: „Die Besonderheit besteht darin, dass die innere Zahnschmelzschicht für Stabilität sorgt, während die äußere sukzessive absplittert. Dadurch behält der Zahn seine Funktion“, sagt Dr. Shahrouz Amini. Diese Erkenntnis liefert neue Designparadigmen für funktionalisierte Werkstoffe mit Außenbeschichtungen, die beschädigt und ersetzt werden können, ohne die Leistung einzuschränken.

Der Zahnschmelz bildet bei allen Wirbeltieren das härteste Gewebe, da er eine starke mechanische Leistung vollbringen und trotzdem jahrzehntelang intakt bleiben muss. Anders bei Port-Jackson-Stierkopfhaien, deren Gebiss sich regelmäßig erneuert. „Spannend ist, dass sich jegliche Zähne in ihrem Gesamtaufbau, je nach Funktion, unterscheiden, sich aber in ihrer Mineralzusammensetzung ähneln“, sagt Peter Fratzl. Apatit ist ein von Natur aus hartes, aber recht sprödes Material. Der Unterschied zwischen Zähnen anderer Wirbeltiere und beispielsweise Port-Jackson-Stierkopfhaien besteht im ungewöhnlich abgestuften Aufbau der äußeren Zahnschmelzschicht. Die Zähne nutzen sich zwar ab und werden geschädigt, aber ihre Funktion bleibt bis zu dem Zeitpunkt, wenn sie ausfallen, bestehen. „Anders ausgedrückt, wird ein Teil des Zahnmaterials für die Aufrechterhaltung der Funktionalität geopfert“, sagt Shahrouz Amini.

Forschungsabteilung Biomaterialien

Am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung ist Prof. Dr. Peter Fratzl einer von vier Direktoren. Er leitet die Abteilung Biomaterialien, in der die Bauprinzipien natürlicher Materialien erforscht werden, welche die Natur im Laufe der Evolution hervorgebracht hat. Im Zentrum des Interesses stehen dabei die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften solcher natürlichen Materialien, die sich ständig wechselnden äußeren Bedingungen anpassen können.

Dr. Shahrouz Amini erforscht neue Biomaterialien und leitet die Forschungsgruppe „Mikromechanik biologischer Materialien“. Amini ist der Erstautor der Zahnschmelz-Studie, die unter folgendem Link in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht wurde:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19739-0

Weitere Autoren aus der Abteilung sind Mason Dean, Ronald Seidel (jetzt am B CUBE in Dresden), Hajar Razi (jetzt an der ETH in Zürich) und Daniel Werner. Externe Mitarbeiter sind James Weaver vom Harvard’s Wyss Institute und Will White von der Australian National Fish Collection des CSIRO.

Originalpublikation:

http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-19739-0

http://www.mpikg.mpg.de