Schneckenschleim kann viel mehr als kleben: Forscher entschlüsseln sein Geheimnis

Schneckenschleim gilt meist als glitschiges Ärgernis auf Gartenwegen oder Pflanzen. Für Materialforscher steckt darin jedoch ein erstaunlich vielseitiger Baustoff. Die Bänderschnecke Cepaea nemoralis kann mit ähnlichen Grundbestandteilen gleiten, an Oberflächen haften, sich vor Austrocknung schützen oder ihr Gehäuse verschließen. Wie ihr das gelingt, hat ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) in Potsdam untersucht. Die Studie dazu erschien jüngst im Fachjournal Science.

Die Forscher analysierten fünf unterschiedliche schleimbasierte Materialien der Schnecke. Dabei fanden sie keinen eigenen chemischen Bauplan für jede Funktion. Vielmehr verändern sich Mengen, Struktur und Zusammenspiel weniger Bestandteile. Vor allem Proteine und Kalzium bestimmen, ob der Schleim eher flüssig, zäh, klebrig oder fest wird. „Schneckenschleim mag auf den ersten Blick unscheinbar wirken, ist aber ein unglaublich vielseitiges Material“, sagt Studienautorin Dr. Franziska Jehle.

Schneckenschleim erfüllt fünf sehr unterschiedliche Aufgaben

Für die Fortbewegung braucht die Schnecke einen Schleim, der Reibung reduziert und das Gleiten erleichtert. Will sie sich an einer Oberfläche festhalten, muss das Material dagegen deutlich stärker haften. Während längerer Ruhezeiten verschließt eine festere Variante das Gehäuse. Weitere Schleimtypen schützen vor Austrocknung oder dienen der Verteidigung.

Das Team untersuchte diese fünf Funktionen:

Schleim für die Fortbewegung
haftenden Schleim
Schutz vor Austrocknung
Material zum Verschließen des Gehäuses
Abwehrschleim zur Verteidigung

Trotz der Unterschiede ähneln sich die chemischen Grundbestandteile stark. „Dass die Schnecke mit den gleichen Grundbausteinen gezielt die Eigenschaften ihres Schleims verändern kann, macht sie für die Forschung so spannend“, sagt Jehle.

Kollagen VI gibt dem Material Struktur

Ein überraschender Fund betrifft Kollagen VI. Dieses Protein gehört beim Menschen zur sogenannten extrazellulären Matrix, also zu dem Gerüst zwischen den Zellen. Es kommt unter anderem in Haut, Knochen, Muskeln und Gelenken vor. Auch im Schneckenschleim übernimmt Kollagen VI offenbar eine tragende Funktion und gehört zu dessen wichtigsten strukturellen Bestandteilen.

Je nach Schleimart unterscheiden sich Proteinmenge und Anteil von Kollagen VI. Dadurch verändert sich das Netzwerk im Material. Liegen die Proteine dichter beieinander, kann der Schleim zäher und fester werden. Die Schnecke muss für unterschiedliche Aufgaben also keine völlig neuen Stoffe herstellen, sondern verändert vor allem die Zusammensetzung ihres vorhandenen Materialsystems.

Kalzium verändert Schneckenschleim auf zwei Wegen

Neben den Proteinen beeinflusst Kalzium die Eigenschaften des Schleims. Die Schnecke lagert in ihrem Drüsengewebe amorphes Kalziumkarbonat ein, kurz ACC. Kalziumkarbonat ist unter anderem aus Kalk bekannt und steckt auch im Schneckenhaus. „Amorph“ bedeutet hier, dass der Stoff zunächst keine geordnete Kristallstruktur besitzt.

Beim Ausscheiden des Schleims gelangt ACC in das Material und erfüllt dort je nach Schleimart unterschiedliche Aufgaben. In feuchtem Schleim gibt es Kalziumionen ab. Diese können Proteine miteinander verknüpfen und das Netzwerk stabilisieren. In trockenen Schleimtypen kann das Kalziumkarbonat dagegen zur Vorstufe eines mineralischen Materials werden. Aus einem ähnlichen Grundrezept entstehen dadurch sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften.

Wenige Bausteine reichen für gegensätzliche Eigenschaften

Die Forscher beschreiben Schleime, deren Funktionen teilweise in entgegengesetzte Richtungen gehen. Ein Material muss gleitfähig bleiben, ein anderes möglichst gut haften. Wieder ein anderes soll beim Trocknen eine widerstandsfähige Barriere bilden. Wie sich der Schleim verhält, hängt vor allem vom Protein- und Kalziumgehalt sowie vom Zustand des Kalziums ab.

„Natürliche Materialien erzielen mit wenigen Bausteinen eine enorme Vielfalt an Funktionen“, sagt Prof. Peter Fratzl, Co-Autor der Studie und Direktor am MPIKG. Ein ähnliches Prinzip kennt die Forschung von Spinnen. Auch sie stellen aus einer begrenzten Zahl von Grundstoffen Seiden mit verschiedenen Eigenschaften her.

Schneckenschleim könnte neue Materialien inspirieren

Für die technische Entwicklung ist vor allem dieses Bauprinzip interessant. Ein Material müsste nicht für jede Aufgabe aus völlig anderen Ausgangsstoffen bestehen. Stattdessen ließen sich Eigenschaften möglicherweise über Mischungsverhältnisse, Vernetzung und mineralische Bestandteile verändern. Denkbar wären etwa Klebstoffe, Beschichtungen oder Materialien für medizinische Anwendungen.

Von einem fertigen Produkt ist die Forschung jedoch noch entfernt. Untersucht wurden zunächst Aufbau und Funktion der natürlichen Schleime. Welche Eigenschaften sich technisch nachbilden lassen, welche Rohstoffe dafür geeignet wären und wie solche Materialien im größeren Maßstab hergestellt werden könnten, müssen weitere Arbeiten klären.

Kurz zusammengefasst:

Bänderschnecken können aus ähnlichen Grundstoffen verschiedene Schleime herstellen, die beim Gleiten, Haften, Schutz vor Austrocknung, Verschließen des Gehäuses und bei der Abwehr helfen.
Kollagen VI bildet einen wichtigen Strukturbaustein, während Kalzium die Vernetzung, Stabilität und Mineralisierung des Schneckenschleims beeinflusst.
Die neuen Ergebnisse könnten Vorbilder für neue Klebstoffe, Beschichtungen und medizinische Materialien liefern.

Übrigens: Kollagen steckt nicht nur im Schneckenschleim – Forscher fanden Spuren des Proteins sogar in einem 66 Millionen Jahre alten Dinosaurierknochen. Der Fund stellt bisherige Vorstellungen darüber infrage, wie lange biologische Moleküle in Fossilien überdauern können. Mehr dazu in unserem Artikel.