Ein ganzer Mikrokosmos bizarr geformter Lebewesen eröffnet sich, wenn man Kieselalgen, den Hauptbestandteil des Meeresphytoplanktons, unter dem Mikroskop betrachtet. Die regelmäßig strukturierten Silikatschalen dieser einzelligen Kleinstlebewesen haben es Wissenschaftlern angetan, denn sie sind besonders interessante Beispiele für natürliche Hybridmaterialien und zeichnen sich durch außergewöhnliche mechanische und optische Eigenschaften aus. Noch sind die Mechanismen der zu Grunde liegenden Biomineralisation nicht vollkommen verstanden, dennoch dienten die Silikatschalen schon häufig als Inspiration für die Synthese künstlicher Nanostrukturen. Forscher der TU Dresden und des Max-Planck-Instituts für chemische Physik fester Stoffe in Dresden konnten jetzt einen weiteren Bestandteil der Zellwände einer Kieselalge identifizieren. Wie das Team um Professor Eike Brunner von der Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie der TU Dresden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Angewandte Chemie“  berichtet, fanden sie ein organisches Netzwerk aus miteinander vernetzten Chitinfasern.

Chitin ist eine lange Molekülkette aus Zuckerbausteinen, ein so genanntes Polysaccharid. Neben Cellulose ist es das verbreitetste Polysaccharid auf der Erde. Im Zusammenspiel mit Calciumcarbonat (Kalk) und Proteinen bildet es unter anderem den „Panzer“ von Insekten und Krebsen. „Bei der Biomineralisation solcher kalkbasierter Schalen und Strukturen spielt Chitin eine wichtige Rolle“, erläutert Brunner. „Wir haben jetzt erstmals nachgewiesen, dass auch die silikatischen Zellwände der Kieselalge Thalassiosira pseudonana ein auf Chitin basierendes Netzwerk enthalten.“

Die Forscher lösten die Silikatbestandteile von Kieselalgenschalen mit einer fluoridhaltigen Lösung auf. Die Überbleibsel erscheinen unter dem Rasterelektronenmikroskop als filigrane, netzartige Gerüstsubstanz. Dieses Netz gleicht der Form und Größe der Zellwand und besteht aus miteinander vernetzten Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 25 nm. Spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass diese Fasern Chitin sowie weitere, bisher unbekannte Biomoleküle enthalten.

„Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die chitin-basierte netzwerkartige Struktur als Grundgerüst für die Silikatabscheidung dient, während weitere Biomoleküle diese aktiv beeinflussen“, so Brunner. „Dieser Mechanismus wäre dann dem der Calciumcarbonat-Biomineralisation analog. Zusätzlich könnten die Netzwerke im Inneren der Zellwand eine mechanische Stabilisierungsfunktion haben.“

Die Zeitschrift „Angewandte Chemie“ gehört  zu den angesehensten Zeitschriften  im Bereich der Chemie und angrenzender Wissenschaftsgebiete und ist  eine der wenigen international bedeutsamen Zeitschriften, die sowohl  in englischer als auch deutscher Sprache erscheinen.

Weitere Informationen:
Prof. Eike Brunner
Tel.: 0351 463-32631
eike.brunner@tu-dresden.de
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