Wie konnte dieser glitschige, schwer fassbare Schleim für die Wissenschaft so wichtig sein?

Leviathan Press:

Als der Protagonist Neo in „Matrix“ aus seinem „Traum“ von Maschinen und Programmen erwacht, um zu zeigen, dass er in die reale Welt zurückgekehrt ist, stellt er nach dem Aufwachen als Erstes fest, dass die reale Welt voller Schleim ist.

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Obwohl niemand dieses klebrige Gefühl mag (und vielleicht sogar Ekel empfindet), müssen wir uns dennoch fragen: Was ist die Natur von Schleim? Warum ist es in der biologischen Welt so verbreitet? Welchen Sinn hat es, sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch die eines Feststoffes zu haben?

Unsere Nasen und Nebenhöhlen sind beispielsweise ständig mit klebrigem Schleim gefüllt, und das aus gutem Grund. Die Hauptfunktion der Nase besteht natürlich darin, saubere Luft einzuatmen, sie muss jedoch auch als Filter fungieren und möglichst viele Schadstoffe aus der Luft entfernen. Wenn wir im Alltag husten oder eine laufende Nase haben, ist der aus dem Körper ausgeschiedene Schleim eigentlich eine normale Reaktion der Atemwege, um äußere Reizstoffe und Krankheitserreger auszustoßen.

Das Wetter in Morro Bay, Kalifornien, ist herrlich, die Küste ist malerisch und die Tierwelt sieht aus, als wäre sie direkt einem Disney-Film entsprungen. Seeotter tollen mit ihren Jungen in der Brandung herum, Reiher sonnen sich am Strand und Robben strecken ihre dicken Bäuche in der Sonne aus.

Doch inmitten der Ruhe von Morro Bay lauert ein Monster, das direkt aus den Werken von H. P. Lovecraft stammt, so schleimig und glitschig wie eine Kreatur aus Sartres Albträumen. Es gibt nichts Außerirdischeres als das. Zwei Herzen? Aus dem Kopf wachsen Tentakeln? Vier Reihen Reißzähne? Ein Lächeln auf deinem Gesicht? Aber würden Sie es ein Lächeln nennen? Oder sollten wir es „Gesicht“ nennen? Ja, es ist der Schleimaal. (Anmerkung des Übersetzers: Sartre nahm während seines Studiums an der École Normale Supérieure in Paris im Jahr 1929 das Halluzinogen Meskalin und sah in seinen Albträumen Meerestiere. Danach litt er noch lange Zeit unter Krabbenhalluzinationen.)

Waffenfähiger Schleim: Schleimaale (wie dieser) können bei Bedrohung Moleküle aus ihrer Haut freisetzen, die Wasser in Schleim verwandeln, der dick genug ist, um das Maul eines Hais zu füllen. Die US-Marine experimentiert sogar mit dem Einsatz von Schleimaalschleim, um verdächtige Schiffe ohne Gewaltanwendung aufzuhalten. © Frank Fennema/Shutterstock

Der Autor und Nobelpreisträger John Steinbeck mochte das Monster nicht. Er fand es „abstoßend“ und „widerlich“, doch sein enger Freund, der Meeresbiologe Ed Ricketts, sagte, „fand das nicht so, weil er etwas an den Schleimaalen faszinierend fand.“ Ich finde sie auch faszinierend.

Bei Bedrohung können Schleimaale große Mengen Wasser augenblicklich zu einem dicken Schleim kondensieren. © Andra Sommers

Es gibt einige Besonderheiten beim Schleimaal, darunter sein deutscher Name Schleimaal ; ein irreführender Name, da dieses schlanke Geschöpf weder ein Aal noch, wie sein englischer Name vermuten lässt, ein echter Fisch ist. Tatsächlich gehören Schleimaale zur selben Familie wie die ebenso unangenehmen, parasitären Neunaugen, die einzigen überlebenden Mitglieder der primitiven Klasse der Cyclostomata, ein Name, der „rundes Maul“ bedeutet.

Der Name ist eher für Neunaugen geeignet, die über ein scheibenförmiges Saugmaul mit vielen Zähnen verfügen, mit dem sie sich an Fischen festklammern und das Fleisch von den Seiten her zerreißen können. Zuvor hatte eine überraschende Entdeckung die einzigartige Evolutionsgeschichte der Rundmäuse bestätigt[1]. Im Rahmen der Studie wurde erstmals ein 100 Millionen Jahre altes Schleimaalfossil entdeckt, das so gut erhalten war und sogar Schleimspuren aufwies, dass es wie „ein Niesen in einem Stein“ wirkte. Dies unterstreicht die enge Verwandtschaft des Tieres mit den Neunaugen und legt nahe, dass es sich bei ihnen nicht um unsere primitiven Wirbeltiervorfahren handelt, wie manche Wissenschaftler zuvor angenommen hatten.

Das Neunauge ist eine Art aus der Familie der Rundschwanzseeschwalben. Es gibt keinen Kiefer, aber er ist mit scharfen Zähnen besetzt, was eines der Merkmale der urzeitlichen Fischvorfahren ist. Die Kiemen befinden sich im Inneren in ihrer ursprünglichen sackförmigen Form, mit jeweils sieben Kiemenlöchern auf jeder Seite, angeordnet hinter den Augen. © High Country News

Im Gegensatz zu Neunaugen scheinen Schleimaale die meiste Zeit harmlos zu sein. Sie leben in der Tiefsee und ernähren sich hauptsächlich von toten Körpern. An Land wird es nur von Leuten wie mir gesehen, die durch die Straßen von Morro Bay streifen und nach Fischgroßhändlern suchen.

Sandy Winston ist ein solcher Fischgroßhändler. Er war so freundlich, mich an diesem tristen Dezembernachmittag vor Weihnachten in seinen Garten zu lassen. Im Hof ​​wälzten und krümmten sich Hunderte von Schleimaalen in zwei übergroßen Metallbehältern, die über große Rohre kontinuierlich mit Wasser versorgt wurden. Dies ist jedoch im Behälter nicht immer der Fall, da die Organismen die Flüssigkeit schnell in eine dicke, gelartige Substanz verwandeln. Ich sah und spürte es selbst, denn bald tastete ich im klaren Schleim herum und versuchte, mit bloßen Händen einen Schleimaal zu greifen.

Sie sind schwerer zu fangen, als ich dachte, weil sie nie stillhalten und dazu neigen, mir durch die Finger zu rutschen. Nicht nur das, auch der Schleim war ein Problem; es war so zäh, dass ich es wie einen dicken, dichten Stoff hochheben konnte. Es war so klebrig und zog Fäden, dass es ein Netz zwischen meinen Fingern bildete und so klebrig war, dass ich es nicht abwaschen konnte.

Wortlos reichte mir Sandys Kollegin Becky einen alten, mit Schleim angefeuchteten Lappen, mit dem ich mir den Schleim von den Händen rieb. Sie war blond und sehr fröhlich. Sie stand mit mir neben dem Behälter und wühlte ebenfalls im Schleim. Sie ist für die Versorgung der Tiere zuständig und sucht derzeit nach einem toten Schleimaal. „Ich kann es riechen“, sagte sie.

Warum sollte man einen toten Schleimaal mitnehmen, der von seinen eigenen aasfressenden Artgenossen umgeben ist? „Sie fressen sich nicht gegenseitig“, sagte Becky.

Diese Nahaufnahme eines Schleimaals weist eine verblüffende Ähnlichkeit mit dem Poster des Horrorfilms „Tremors“ aus dem Jahr 1990 auf. © BRANDON D. COLE/CORBIS

Allerdings machen nicht viele Lebewesen Jagd auf Schleimaale. Seine lose Haut macht es schwierig, ihn zu fangen, und er verfügt über eine extrem schleimige Abwehr.

Bei Bedrohung geben Schleimaale extralange Moleküle aus ihrer Haut ab (die normalerweise in einer platzsparenden Spindelform gespeichert sind und auf ihren Einsatz warten). Diese stoßen dann in schnellen Stößen aus und verdichten augenblicklich eine große Zahl von Wassermolekülen zu einem dichten Schleim. Dadurch entsteht eine erstickende Gelwolke, die sogar stark genug ist, um das Maul eines Hais zu verstopfen.

In jedem Liter Schleimaalschleim sind Zehntausende Fasern enthalten. Sie sind lang und dünn, aber dennoch robust und elastisch, ein bisschen wie starke Seide oder synthetische Fasern. Als rein natürliche Moleküle könnten sie den Weg zu völlig neuen ökologischen Textilgeweben weisen.

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Aber es gibt noch mehr: Die US-Marine experimentiert mit der Verwendung von Schleimaalschleim in Militärlaborqualität, um verdächtige Boote ohne Gewaltanwendung anzuhalten. Zu den aktuellen Abfangtaktiken gehört das Abfeuern von Plastikseilen, die die Schiffe verlangsamen, indem sie sich um die Schiffspropeller verwickeln, sich danach aber nur schwer wieder lösen lassen. Im Gegensatz dazu könnten sich Waffen auf Basis von synthetischem Schleim von Schleimaalen unter Wasser möglicherweise zu einer klebrigen Kugel ausdehnen, um verdächtige Schiffe zu blockieren und sich anschließend aufzulösen, ohne Rückstände zu hinterlassen.

Es wäre eine moderne Nacherzählung des mysteriösen schleimigen Ozeans, der von den alten Griechen und Römern beschrieben wurde.

„Seit mehr als 2.000 Jahren erwähnen geografische Texte ein ‚gefrorenes Meer‘, das Schiffe an der Weiterreise hinderte oder die Navigation erschwerte.“

„Das Phänomen wird auch in der mittelalterlichen Literatur erwähnt, wo von einem ‚gefrorenen Meer‘ oder ‚unbeweglichen Meer‘ die Rede ist, das den lateinischen Namen ‚Morimarusa‘ (Meer der Toten) erhielt“, schrieb der deutsche Historiker Richard Hennig 1926.

Wer weiß, wie viele andere einzigartige, nützliche Schleime es da draußen gibt, die sich unserem Horizont entziehen? Wenn der Schleimaal der König des Tierschleims ist, dann umfasst sein Reich die gesamte natürliche Welt – und jede darin vorkommende Art. Biologische Schleime sind keine obskure, gelegentliche Besonderheit; Sie sind die Grundregel, eine notwendige Voraussetzung zum Überleben.

In all den Jahren, in denen ich diese faszinierende Substanz studiert habe, bin ich noch nie auf einen Organismus ohne Schleim gestoßen und ich bezweifle, dass solche „minimalistischen“ Organismen überhaupt existieren. Dies ist nicht überraschend, da die Natur mit Schleim auf nahezu jede evolutionäre Frage eine Antwort hat. Insbesondere wirbellose Tiere sind auf diese Substanz angewiesen, um sich fortzubewegen, zu kommunizieren, sich fortzupflanzen, sich selbst zu verteidigen und sogar zu jagen, während Quallen, Rippenquallen und anderes Zooplankton vollständig aus der gallertartigen Mesoglea bestehen, schrieb Mark Denny von der Stanford University in einem bahnbrechenden Artikel aus dem Jahr 1989.

Das allumfassende Medium des Lebens: Schleim hat für Mikroorganismen dieselbe Bedeutung. Was ist also mit uns sogenannten höheren Wesen? Schleim ist sowohl für uns Wirbeltiere als auch für Pflanzen wichtig. Auch wir verwenden Schleim auf unzählige Arten, er fällt bei uns nur nicht so stark auf.

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Diese Tarnung ist für Landorganismen notwendig, da Schleim, der viel Wasser enthält, an der Luft schnell trocknet. Jeder Organismus, der an Land in großem Umfang Schleim verwendet, würde ihn lieber in seinem Körper oder, wie Pflanzen, im Boden verstecken, wo er den Wasserverlust leichter kontrollieren könnte.

Die einzige Schleimoberfläche, die wir Menschen öffentlich zeigen, sind unsere Augen. Sie sind von einer dünnen Schleimhaut umhüllt, die durch die Lipidschicht vor dem Austrocknen geschützt wird. Vielleicht liegt es gerade an der weitgehend verborgenen Natur des Schleims, dass wir lange nicht erkannt haben, dass es sich um eine wichtige und komplexe Substanz handelt.

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Also, was genau ist Schleim?

Es ist die Standardbezeichnung für eine unbekannte, aber langsam fließende Flüssigkeit oder einen unheimlich weichen Feststoff. Es ist eine Art Zwischending, ein Gefühl und eine Beschreibung der Materie, aber es gibt keinen typischen Schleim.

Je nach Herkunft und Funktion verbirgt es sich hinter vielen Spitznamen wie „Gel“, „Biofilm“, „Schleim“ und „Glykokalyx“, in ökologischen Gemeinschaften wie „biologischen Bodenkrusten“ und in Phänomenen wie „Meeresschnee“.

Doch wie klären wir die Unterschiede und Gemeinsamkeiten dieser Konzepte? Die meisten geleeartigen Substanzen werden sogar in wissenschaftlichen Veröffentlichungen unter dem Begriff „Schleim“ zusammengefasst, doch ihr molekulares Innenleben ist – zumindest bis vor einigen Jahren – kaum erforscht. Heute vernetzen sich immer mehr Forscher, die sich mit bestimmten Schleimarten befassen, mit ihren Kollegen, um ihre Erkenntnisse auszutauschen.

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Adam Braunschweig von der City University of New York leitet eine internationale Zusammenarbeit, deren Ziel es ist, den Schleim verschiedener Tiere zu untersuchen und anhand ihrer Designs neue Technologien zu entwickeln. Dies ist ein lohnendes Ziel, da dieser Schleim, wie sie in einem Artikel schreiben, „eine bemerkenswerte Vielfalt an Funktionen aufweist, darunter Schmiermittel, feuchter Klebstoff, Schutzbarriere und Mineralisierer.“[2] Die neue Disziplin hat sogar einen Namen: „Mucomics“.

Doch selbst wenn spezifischer Schleim anhand seiner Struktur und Funktion identifiziert werden kann, wie können wir eine einheitliche Definition für alle Arten von biologischem Schleim finden? Die Antworten mögen ebenso schlüpfrig und schwer fassbar sein wie die Substanzen selbst, doch zumindest weisen die verschiedenen Schleimarten einige wichtige gemeinsame Merkmale hinsichtlich Zusammensetzung, Struktur, Verhalten und Funktion auf.

Es ist möglicherweise einfacher, diese Frage von außen nach innen zu untersuchen, beginnend mit der Funktion: Trotz ihrer Vielfalt fungiert biologischer Schleim in erster Linie als Schmiermittel, Klebstoff und selektive Barriere. Sie haben auch andere Funktionen, beispielsweise die Befeuchtung oder Mineralisierung, aber diese Funktionen können normalerweise in die oben genannten wenigen Hauptkategorien eingeteilt werden, die selbst nicht völlig unabhängig und klar sind.

Ich bin noch nie einer Kreatur ohne Schleim begegnet und ich bezweifle, dass solche „minimalistischen“ Kreaturen überhaupt existieren.

Bisher haben wir die Funktionen des Schleims nur bei wenigen Arten verstanden und untersucht. Beispielsweise können Schnecken leicht an Oberflächen haften bleiben oder darauf kriechen, indem sie eine andere Art von Schleimkleber absondern. Sie bedecken auch innere Oberflächen wie den Verdauungstrakt mit Schleim als Barriere – genau wie Menschen und viele andere Organismen.

Was aber, wenn eine einzelne Zelle den gesamten Organismus darstellt und es in ihrem Körper keine Gewebe oder Oberflächen gibt, die geschützt werden müssen? Mikroben sind möglicherweise die primitivsten und geschicktesten Schleimbildner aller Lebewesen. Sie kommen zusammen und bauen auf jeder Oberfläche, die Wasser und etwas zum Festhalten bietet, schleimige Städte (auch Biofilme genannt). Mikrobieller Schleim ist in der Umwelt allgegenwärtig und beeinträchtigt Lebensräume von Wüsten bis zu Küsten, indem er Sand, Sedimente und andere Substrate zusammenbindet, oft an der Schnittstelle zwischen Luft, Land und Wasser.

Obwohl Schwämme weder Nerven noch Muskeln oder gar ein Gehirn besitzen, sind sie in der Lage, Schleimklumpen auf eine Art und Weise aus ihrem Körper auszustoßen, die einem Niesen ähnelt. Dieses Verhalten ist den Wissenschaftlern schon lange bekannt, doch wie es genau zustande kommt, blieb bis heute ein Rätsel. © Aktuelle Biologie

Betrachten wir als nächstes das Verhalten: Welche Funktion hat Schleim als Schmiermittel, Klebstoff und flexible Barriere? Dies ist auf ihre viskoelastischen Eigenschaften zurückzuführen, das heißt, sie besitzen sowohl Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Feststoffen.

In vielen Fällen können Organismen dieses Verhalten anpassen, indem sie die Fließfähigkeit, Viskosität und Dichte des Schleims fein abstimmen und sich so extrem gut an veränderte Bedürfnisse anpassen. Das Verhalten von Hydrogelen hängt von der Dauer und Stärke bestimmter auf sie einwirkender Kräfte ab. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass sie als Schmiermittel, Klebstoffe und Barrieren so vielfältig und anpassungsfähig sind – obwohl sie im Grunde nur aus Wasser bestehen. Ihre charakteristische langsame Fließfähigkeit (oder „Viskosität“) hängt von der inneren Struktur und den Bestandteilen der Substanz ab.

Laut dem deutschen Mikrobiologen Hans-Curt Flemming ist „Schleim fast nur gehärtetes Wasser.“ Diese Steifheit ist teilweise auf ein dreidimensionales Gerüst zurückzuführen, das das Wasser bindet und es in seinen Molekülketten hält. Mit anderen Worten: Wasser möchte fließen, ist aber durch sein Molekülgerüst fest gebunden (auch wenn diese Bindung etwas elastisch ist), was sein Verhalten erklärt, das eher dem eines Feststoffes ähnelt. Dieses Netzwerk besteht aus Polymeren, also langen, miteinander vernetzten Molekülketten. Was sie einzigartig macht, ist ihre Fähigkeit, außergewöhnliche Mengen Wasser zu binden, zumindest wenn es um den hochfunktionellen Schleim geht, der von lebenden Organismen produziert wird.

Obwohl die Wissenschaft gerade erst beginnt, diesen glitschigen, schwer fassbaren Schleim in die Finger zu bekommen, ist dies nicht das erste Mal, dass die Menschen ihn faszinierend finden und nutzen.

© Simia Attentive/Shutterstock

Bei hellem Sonnenlicht verfärbt sich der gelbe Schleim der Murex dunkelviolett. Im alten Rom wurde die Molluske zu Tausenden (und später von den Königsfamilien Europas) gejagt, um daraus luxuriöse Kleider in der Farbe des kaiserlichen Purpurs, auch Königspurpur genannt, herzustellen. Ein ähnliches Schicksal erlitt die einst weit verbreitete europäische Möwenmuschel (Pholas dactylus), die heute als Schatz gilt. Diese Tiere graben mit ihren länglichen Schalen Höhlen in Felsen und verbringen ihr ganzes Leben versteckt darin. Trotz der raffinierten Höhlen, die sie selbst gegraben hatten, wurden sie von den Römern entdeckt. Plinius der Ältere schrieb, dass bei nächtlichen Muschelfesten die Münder, Hände und Kleider der Gäste im Dunkeln leuchteten, weil sie mit dem biolumineszierenden Schleim der Muscheln bespritzt waren.

Es scheint, als würden wir aus der Vergangenheit lernen und diese Erkenntnisse in die Zukunft übertragen: Wir werden die Gele der Natur auf überraschendere – und hoffentlich zurückhaltendere – Weise nutzen und wertschätzen.

Quellen:

[1]www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1814794116

[2]pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.0c00713

Von Susanne Wedlich

Übersetzt von Kushan

Korrekturlesen/Magerer Bambus und Tofu

Originaltext/nautil.us/the-importance-of-slime-287047/

Dieser Artikel basiert auf der Creative Commons License (BY-NC) und wird von Kushan auf Leviathan veröffentlicht

Der Artikel spiegelt nur die Ansichten des Autors wider und stellt nicht unbedingt die Position von Leviathan dar