Bioinspiratie: de supertanden van de schaalhoren

donderdag 26 februari 2015

Door Gerbrand Gaaff

 

Lange tijd werd gedacht dat spinrag het sterkste biologische materiaal was, maar Britse onderzoekers van de Universiteit van Portsmouth hebben nu ontdekt dat de tanden van een zeebewoner nog sterker zijn. Het gaat om de schaalhoren, een zeeslak met een conisch huisje die we in het Waddengebied vooral kennen als lifter op spullen die na aanhoudende westenwinden aanspoelen.

 

Bioinspiratie is het principe waarbij wetenschappers eigenschappen van natuurlijke materialen analyseren, zodat deze kunnen worden toegepast in de techniek. In een eerder Wadweten-artikel (Poepbacterie verbetert mossellijm) werd al beschreven dat de lijm waarmee mosselen zich vasthechten aan de zeebodem een unieke, door mensen nog niet geëvenaarde, combinatie van eigenschappen bezit.


Op basis van het voedselgedrag van schaalhorens vermoedden de Engelse onderzoekers dat de tanden van deze zeeslakken wel eens bijzondere eigenschappen zouden kunnen hebben. Ze waren met name geïnteresseerd in de mogelijkheden om het natuurlijke composiet uit de tanden te imiteren voor technische toepassingen. Materiaal dat zo sterk is kan al in hele dunne platen worden gebruikt bij de bouw van bijvoorbeeld vliegtuigen of auto's.

 

Kuilbewoner gaat uit eten

Schaalhorens hebben zich gespecialiseerd in het leven in de getijdenzone. Ze wonen in een ondiep kuiltje, bij voorkeur op een rotsachtige ondergrond. Het gekozen kuiltje is precies zo groot dat de schaalhoren het lucht- en waterdicht kan afsluiten met zijn schelp. Bij laagwater neemt de slak dan een voorraadje zeewater mee. Op die manier beschermt hij zich ook tegen belagers en de invloed van de golfslag. Bij hoogwater gaat de schaalhoren op voedseltocht. Hij verlaat het kuiltje en kruipt rond, terwijl hij met zijn rasptong (de radula, zie ook http://www.waddenacademie.nl/wetenschap/wadweten/wadweten-2014/raspende-tongen/) algen en organisch materiaal van de stenige ondergrond schraapt. Tegen laagwater keert de slak weer terug naar de thuiskuil. 

 

Rasptong

De rasptong van een schaalhoren is ongeveer net zo lang als het totale lichaam van de slak. Op de tong staan 120 rijen van elk 16 gebogen tanden, die ongeveer een tiende millimeter lang zijn. Door het vele geschraap over stenige ondergrond slijten de tanden. Ze worden van achteruit vervangen door nieuwe. De tanden bestaan uit samengesteld materiaal (een natuurlijk composiet), waarin het mineraal goethiet is ingebed in een structuur die verder vooral uit chitine bestaat.

 

Cutting edge

Om de mogelijkheden voor technische toepassingen te verkennen moesten de eigenschappen van het composiet op moleculair niveau worden onderzocht. Met nog maar net ontwikkelde apparatuur werden microcoupes van het materiaal onderzocht op structuur en blootgesteld aan oplopende trekkrachten. Het resultaat was naar verwachting: het composiet van de tanden van schaalhorens is, voor zover nu bekend, de sterkste natuurlijke stof die er bestaat. In de loop van de evolutie hebben schaalhorens het ideale evenwicht uitgevonden tussen de lengte van de goethiet-deeltjes en de manier waarop deze zijn ingebed in het eiwit. Maar ook verrassend was een andere waarneming: grote stukken schaalhorencomposiet zijn even sterk als kleine stukken. Dit is opmerkelijk omdat doorgaans een groot stuk van een stof zwakker is dan een klein stuk. In een groot stuk zitten immers meer zwakke plekken. Maar het composiet uit de tanden van schaalhorens is blijkbaar zeer consistent van opbouw.

 

Bronnen

Asa H. Barber , Dun Lu , Nicola M. Pugno (2015): Extreme strength observed in limpet teeth. The Royal Society. Webversie: http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/12/105/20141326

http://www.anemoon.org/Flora-en-Fauna/Soorteninformatie/Soorten/ID/71/Schaalhoren

 

De foto in de header is van Henk Postma.



Artikel WadWeten

Het  wekelijkse artikel 'WadWeten' verschijnt in de digitale nieuwsbrief (aanmelden kan hiernaast op de pagina onder "Nieuwsbrief") en op de websites van de Waddenvereniging en de Waddenacademie. In deze serie artikelen wordt het waddengebied beschreven vanuit verschillende onderzoeksdisciplines, zoals de biologie, de geologie en de cultuurhistorie. Een wetenschappelijke benadering in heldere taal. De berichten worden beurtelings geschreven door wetenschappers van Ecomare, de Waddenacademie en de Waddenvereniging.

“Na één getijde ziet het er weer heel anders uit.”