Die südamerikanischen Hornfrösche sind Lauerjäger, die halb eingegraben darauf warten, dass sich ihnen Beutetiere nähern.
Die mikroskopischen Aufnahmen zeigen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf der Oberfläche von Froschzungen.
Wie einige Froscharten Fliegen fangen, weiß praktisch jedes Kind: Ihre lange Zunge schnellt hervor, die Beute bleibt an ihr kleben und wird ebenso rasch ins Maul zurück befördert. Weniger bekannt ist dagegen, wie die Amphibien es schaffen, ihre Opfer wieder von dem klebrigen Schleim zu lösen. Bisher vermuteten Wissenschafter, dass die haftenden Flächen auf Druck reagieren. Eine Bestätigung für diese Theorie ist nun einer internationalen Gruppe von Forschern gelungen.
Die Wissenschafter entwickelten neue Techniken, um die chemischen Mechanismen zu untersuchen, die auf der Oberfläche von Froschzungen ablaufen. Ihre Beobachtungen zeigen, dass der Schleim winzige Fasern ausbildet, sobald er Beutetiere berührt. Durch die Kontraktion der Zunge ordnet sich die chemische Proteinstruktur des Schleims neu an, wodurch dieser erst klebrig wird. Das Verständnis solcher physikalisch-chemischen Mechanismen könnte in die Entwicklung neuer Materialien einfließen, die sich biologische Wirkungsweisen zunutze machen.
Froschzungenschleim unter dem Mikroskop
"In unserer Studie haben wir Abdrücke einer Froschzunge chemisch analysiert. Dafür haben wir die äußeren vier bis fünf Nanometer der Oberfläche näher untersucht, denn hier laufen die entscheidenden Prozesse ab", sagt Joe E. Baio von der Oregon State University, Koautor der im Fachjournal "Biointerphases" veröffentlichten Studie.
Die sogenannte Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (engl. near-edge x-ray absorption fine structure, NEXAFS) erfasst mithilfe von Röntgenstrahlung die Häufigkeit sowie die räumliche Lage von Atomen oder Molekülen auf einer Oberfläche. In Kombination mit Methoden der sogenannten Summenfrequenzspektroskopie ist es möglich, Oberflächen mittels Laserstrahlen zu untersuchen. Dadurch war das Team in der Lage, die chemischen Prozesse zu analysieren, die an der Oberfläche des Schleims ablaufen.
Die Idee sowie die biologischen Proben für diese Studie kamen von der Forschungsgruppe um Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Dafür setzten sie Hornfrösche vor eine Glasscheibe, hinter der sich Beutetiere befanden. Beim Versuch, mit ihren Zungen die Beute zu fangen, stießen die Frösche an die Glasscheibe. Die hier hinterlassenen Abdrücke der Zungen konnten so gesammelt werden. "Anschließend haben wir diese Abdrücke chemisch analysiert. So konnten wir erstmals die physikalisch-chemischen Prozesse auf Froschzungen erklären und beweisen, dass der Schleim auf Druck reagiert", so Gorb.
Winzige Fasern verändern die Schleimchemie
Das Forschungsteam fand heraus, dass sich die zuvor wahllos positionierten Moleküle des Froschzungenschleims beim Zurückziehen der Zunge systematisch in winzigen Fasern, sogenannten Fibrillen, anordnen. Hydrophobe, wasserabweisende, Molekülgruppen richteten sich an der Glasoberfläche aus. Hydrophile, wasseranziehende Gruppen, ordneten sich am Schleim aus. "Diese physikalische Einwirkung durch das Zurückziehen der Zunge ändert die chemische Struktur des Schleims. So wird die Zunge klebrig", so Baio.
In einem nächsten Schritt will das Forschungsteam die Interaktionen zwischen Schleimmolekülen und Substraten mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften charakterisieren. (red, 27.11.2018)