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Besonderer Zahnschmelz Das Geheimnis guter Haifischzähne

Autor / Redakteur: Juliane Jury* / Christian Lüttmann

Haie haben ein so genanntes Revolvergebiss: Ihre Zähne sind in mehreren Reihen hintereinander angelegt und wachsen ständig nach. Doch auch der Zahn selbst ist besonders. So haben Forscher nun den Zahnschmelz bei Port-Jackson-Stierkopfhaien analysiert und herausgefunden, dass dieser in Teilen geopfert wird, um die Funktion des gesamten Zahns zu erhalten. Dieses Prinzip könnte man auch für technische Beschichtungen nutzen.

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Port-Jackson-Stierkopfhai – im hervorgehobenen Bildausschnitt sind die Zahnreihen zu erkennen.
Port-Jackson-Stierkopfhai – im hervorgehobenen Bildausschnitt sind die Zahnreihen zu erkennen.
(Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung)

Villigen /Schweiz – Haifischzähne müssen während ihrer kurzen Verweildauer auf den Punkt funktionieren. Der Port-Jackson-Stierkopfhai ernährt sich beispielsweise von harten Beutetieren wie Seeigeln, Seesternen, Muscheln und Schnecken. Seine Zähne müssen daher kontinuierlich hoher mechanischer Beanspruchung standhalten. Dies gewährleistet die besondere Struktur des Zahnschmelzes, die Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPI-KG) nun genau analysiert haben.

Etwas Zahnschmelz der Funktionalität opfern

Der Zahnschmelz bildet bei allen Wirbeltieren das härteste Gewebe, da er eine starke mechanische Leistung vollbringen und trotzdem jahrzehntelang intakt bleiben muss. Bei vielen Haien, wie auch dem Port-Jackson-Stierkopfhai, ist das anders. Hier erneuert sich das Gebiss regelmäßig.

„Spannend ist, dass sich jegliche Zähne in ihrem Gesamtaufbau, je nach Funktion, unterscheiden, sich aber in ihrer Mineralzusammensetzung ähneln“, sagt Prof. Dr. Peter Fratzl, Leiter der Abteilung Biomaterialien. Hauptbestandteil ist wie bei allen Zähnen Apatit, ein von Natur aus hartes, aber recht sprödes Material. Der Unterschied zwischen Zähnen anderer Wirbeltiere und beispielsweise Port-Jackson-Stierkopfhaien besteht im ungewöhnlich abgestuften Aufbau der äußeren Zahnschmelzschicht: Die Zähne nutzen sich zwar ab und werden geschädigt, aber ihre Funktion bleibt so lange nahezu unbeeinträchtigt bestehen, bis sie ausfallen. „Anders ausgedrückt, wird ein Teil des Zahnmaterials für die Aufrechterhaltung der Funktionalität geopfert“, sagt Dr. Shahrouz Amini, Forschungsgruppenleiter am MPI-KG.

Vorlage für neue für Werkstoffe und Beschichtungen

„Die Besonderheit dieser Haifischzähne besteht darin, dass die innere Zahnschmelzschicht für Stabilität sorgt, während die äußere sukzessive absplittert. Dadurch behält der Zahn seine Funktion“, fasst Amini zusammen. Diese Erkenntnis liefert neue Designparadigmen für funktionalisierte Werkstoffe mit Außenbeschichtungen, die beschädigt und ersetzt werden können, ohne die Leistung einzuschränken.

Originalpublikation: Amini, S., Razi, H., Seidel, R. et al.: Shape-preserving erosion controlled by the graded microarchitecture of shark tooth enameloid, Nature Communications volume 11, Article number: 5971 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-19739-0

* J. Jury, Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, 14476 Potsdam

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