Ideenklau aus dem Tierreich Piranhasichere Fische als Vorbild für kugelsichere Westen

Der Riesenfisch Arapaima lebt im Amazonas sehr entspannt zwischen angriffslustigen Piranhas. Sie würden sich an ihm höchstens die Zähne ausbeißen, dank seiner besonderen Schuppen. Sie sind die widerstandsfähigsten, den man bei Fischen findet. Wissenschafter von der Universität von Californien in San Diego und Berkeley haben sie genauer untersucht - in der Hoffnung, diesen Schutz für uns Menschen nachbauen zu können.

Westindische Seekühe und Arapaima gigas unter Wasser
Arapaima gigas ist mit bis über vier Meter Länge einer der größten Süßwasserfische. Hier im Vergleich zu karibischen Seekühen, die rund drei Meter lang werden. Bildrechte: imago/alimdi

Die Schuppen des Arapaima sind dick wie Reiskörner und liegen wie eine Rüstung um seinen Körper. Sie sind so widerstandsfähig, dass sie sogar den starken Zähnen der Piranhas standhalten. Sie verformen sich zwar vorrübergehend, können aber weder reißen noch brechen. Forscher haben jetzt den Aufbau der Knochenplatten genauer untersucht - in der Hoffnung, dieses kleine Wunder der Natur nachempfinden und für uns Menschen nutzbar machen zu können.

Leicht, fest und trotzdem flexibel - ideales Vorbild für Schutzwesten

Arapaima-Schuppen nah
Ein Panzer aus reiskorndicken Schuppen schützt den Arapaima vor Piranhabissen. Bildrechte: imago images / Nature Picture Library

Ein Material, das wie die Arapaima-Schuppe hocheffizient mechanischen Einwirkungen standhält, leicht ist und jede Bewegung mitmacht, ist ein perfektes Vorbild für die Herstellung von kugelsicheren Schutzwesten. Derzeit bestehen diese aus mehreren Schichten flexiblen Gewebes, das zwischen harten Kunststoffplatten angeordnet ist. Die Fischschuppe enthält eine mineralisierte Außenschicht - mit Kunststoffplatten vergleichbar - und eine weichere, aber sehr zähe untere Schicht aus in sich verdrehten Kollagenfibrillen. Beide Schichten sind miteinander verwachsen und ergeben so ein festes Stück. Das ist der Grund für die außergewöhnliche Stabilität.

Wenn ein Gegenstand auf ein hartes Material wie Glas einwirkt, zersplittert es. Indem die Natur ein hartes und ein weiches Material miteinander verbindet, verhindert sie das.

Studienleiter Robert Ritchie, University of California, Berkeley

Bei der Arapaima-Schuppe konnten die Wissenschaftler diesen Effekt nachtweisen, indem sie sie zerbrachen und für 48 Stunden in Wasser legten. Dann übten sie Druck auf einen zentralen Punkt aus. Dabei konnten sie beobachten, dass die harte Außenschicht rissig wurde und sich allmählich ablöste. Die weichere Kollagenschicht hingegen verformte sich lediglich, zerbrach aber nicht. Diesen Vorgang haben sie in einem Video festgehalten.

Zerstörung einer Arapaima-Schuppe unter dem Mikroskop
Eine zerstörte Arapaima-Schuppe unter dem Mikroskop. Deutlich zu sehen: das transparente Gewebe aus Kollagen, das der Schutzschicht Flexibilität verleiht. Bildrechte: University of California / MDR

Die Forscher untersuchten auch die Struktur der Schuppe. Unter dem Elektronenmikroskop konnten sie erkennen, dass die Kollagenschicht lamellenförmig angeordnet ist. Dadurch werden einwirkende Kräfte abgelenkt und verteilt. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler in ihrer Studie zusammengefasst. Demzufolge sind die Schuppen des Arapaima aus einem der widerstandsfähigsten Materialien, das die Natur zu bieten hat. Es nachzuahmen und für uns Menschen nutzbar zu machen, wird jedoch noch einige Jahre in Anspruch nehmen.

Die Studie wurde von der US Air Force finanziert. Die Forscher gaben an, dass das für ihre Arbeit jedoch keinen Interessenkonflikt darstelle.

Dieses Thema im Programm: MDR FERNSEHEN | 04. März 2016 | 15:00 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 22. Oktober 2019, 10:23 Uhr