Charakterisierung des Zements von Dosima fascicularis

Viele Organismen, von Bakterien, Pilzen bis zu größeren marinen Evertebraten und terrestrischen Vertebraten verwenden klebrige Substanzen zur Haftung. Diese natürlichen Klebstoffe unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Struktur, Komposition und Funktion deutlich von synthetisch hergestellten Produkten. Die Entwicklung neuer biomimetischer Polymerverbindungen auf Basis dieser biologischen Klebstoffe ist zurzeit von großem Interesse, sowohl für medizinische Anwendungen (wie Wundheilung von weichem und festem Gewebe, Haftung von Implantaten im medizinischen und dentalen Bereich) als auch in der Industrie und Materialwissenschaft. Während der Entwicklungsphase kleben sich Cirripedia dauerhaft mit sog. Zement an Substrat fest. Die Charakterisierung dieses Zements ist seit langem Gegenstand von Untersuchungen und soll die Grundlage für Antifouling-Maßnahmen bringen. Anders als bei den meisten Cirripedia Thoracica ist der Zement der Pedunculaten Dosima fascicularis modifiziert und ermöglicht sowohl eine Haftung als auch Auftrieb für das Tier. Bislang sind viele Fragen betreffend Synthese und Modifikation des Dosima Zements offen. Befunde zur biochemischen Zusammensetzung dieses Sekretes oder dem Mechanismus der Schwimmfähigkeit gibt es bislang noch keine. Das geplante Forschungsvorhaben befasst sich mit der Ultrastruktur der Zementdrüsen bei Dosima und fokussiert histochemische und biochemische Analysen auf die proteinergen Bestandteile des Zements. Die Befunde werden Aufschluß über die Zusammensetzung des Zements und von dessen Adhäsions- bzw. Schwimmfähigkeit geben. Darüber hinaus bieten die biochemischen Daten zur Struktur und der Funktion der Klebstoffe bei Dosima eine Grundlage für die Entwicklung biomimetischer Polymerverbindungen, die sowohl industrielle (im Bereich Schaumstoffherstellung oder Schiffsbau) als auch medizinische Anwendungen implizieren.

Cirripedier sind marine Krebse, die dauerhaft an festes Substrat geheftet leben. Wir unterscheiden gestielte und ungestielte Arten. Mit Ausnahme der gestielten Art Dosima fascicularis heften sich alle Cirripedier mit einer dünnen Schicht Klebstoff an natürlichem oder künstlichem Substrat fest. Der Klebstoff wird Zement genannt. Diese Bezeichnung für den biologischen Klebstoff ist vermutlich auf Zahnmediziner zurückzuführen, die sich als Erste für den ungiftigen Klebstoff interessierten. Besondere Eigenschaften dieses Zements sind Polymerisation im feuchten (nassen) Milieu und außerordentliche Haftkraft. Der Zement kann als biologischer Superkleber bezeichnet werden. Der Zement von Dosima fascicularis unterscheidet sich in Struktur und Menge deutlich von dem aller anderen bekannten Arten. Er ist schaumartig und wird in wesentlich größerer Menge produziert. Im Gegensatz zu allen anderen Arten hat er eine Doppelfunktion: er wird zum Festheften verwendet und kann auch als Floß genutzt werden. Mit dieser Art von Schwimmkörper driftet Dosima im Meer und erobert neue ökologische Nischen.Das Floß entsteht immer dann wenn sich Dosima als Larve an einem kleinen Stück flottierenden Substrats (z.B. Seegras) festheftet und als Adulttier dieses mit Zement umschließt. Der Zement wird in regelmäßigen Abständen entsprechend dem Häutungszyklus abgeschieden solange das Tier wächst. Er kann bis zu 30mm im Durchmesser erreichen. In Hinblick auf die synthetische Herstellung des Zementmaterials und eine eventuelle Nutzung in Medizin und Technik wurde neben der Morphologie des Zementapparates, der Chemismus und die mechanischen Eigenschaften des Zements analysiert. Die Zement produzierenden Drüsen, das komplexe ausleitende Gangsystem, die Poren durch die der Zement am Stiel des Tieres ausgeschieden wird und das Zementfloß wurden im Detail licht- und elektronenmikroskopisch dargestellt. Das Floß besteht aus konzentrischen Lagen wobei die äußerste Schichte die jüngste ist. Diese Schicht beinhaltet relativ kleine Blasen und bildet eine Art Rinde, die gegen mechanische Einwirkung schützt. In den inneren Lagen sind große Blasen, die den Auftrieb des Floßes verursachen. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass es sich bei dem Zementfloß um ein poröses System handelt, das nach außen zu geschlossen ist. Der Chemismus des Dosima Zements ist ähnlich dem anderer Cirripedier, unterscheidet sich aber wesentlich durch das Fehlen von Disulphidbrücken, obwohl Schwefel als Element nachzuweisen ist. Anwendungsmöglichkeiten dieses Materials sind aufgrund der starken Haftfähigkeit in der Zahnmedizin und aufgrund der stoßdämpfenden Wirkung in der Orthopädie zu sehen. Weiters eignen sich die Struktur und der Chemismus des Dosima Zements als Material für Zell- und Gewebekultur und zur Unterstützung von Wundheilung. In Technik und Industrie könnte dieser Zement als starker und dauerhafter Klebstoff unter Wasser angewendet werden.