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Viele Organismen, die am Meeresboden nahe des antarktischen Kontinents leben, müssen vor allem im flachen Wasser befürchten, dass sich auf ihrer Oberfläche eine Eisschicht bildet, was eigentlich den Tod für sie bedeutet. Nur wenige Arten, darunter Seeigel, Seesterne und Anemonen, haben Strategien entwickelt, um Vereisung zu verhindern. Kürzlich entdeckten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der University of Oregon, dass die Antarktische Jakobsmuschel (Adamussium colbecki) ebenfalls gegen Vereisung gewappnet ist und haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlicht.
Die Ozeantemperatur rund um die Antarktis liegt wegen das Salzgehalts unter dem eigentlichen Gefrierpunkt von Wasser, bei bis zu minus 1,9 Grad Celsius. Besonders im Flachwasser unter dem Schelfeis oder vor Eiskanten tritt häufig noch etwas kälteres, sogenanntes unterkühltes flüssiges Wasser auf. Trifft dieses unterkühlte Wasser auf Oberflächen (Tiere, Steine, wissenschaftliches Gerät) oder kleinste Partikel, bilden sich Eiskristalle. Im McMurdo Sound wird regelmäßig eine bis zu drei Meter dicke Schicht dieser Eiskristalle auf dem Meeresboden im Flachwasser beobachtet, die als Grundeis bezeichnet wird. In der Studie definierten die Forscher diesen Prozess als «Cryofouling», analog zu dem Begriff Biofouling, bei dem Oberflächen unter Wasser (Schiffsrümpfe etc.) von Organismen besiedelt werden.
Um dem sicheren Tod durch Vereisung zu entgehen, müssen die Lebewesen in diesem Lebensraum Tricks anwenden. Wie das internationale Forschungsteam jetzt herausfand, entwickelte die Antarktische Jakobsmuschel im Laufe der Evolution eine sehr regelmäßige Oberflächenstruktur mit mikroskopisch kleinen Rillen und Erhöhungen. Ihre Verwandten aus gemäßigten Breiten haben dagegen unregelmäßige oder glatte Schalenoberflächen.
Studienleiter Konrad Meister, Professor für Chemie an der University of Alaska Southeast und Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, Deutschland, ist von Tauchern auf die Antarktische Jakobsmuschel während einer Expedition aufmerksam gemacht geworden. Die Taucher berichteten, dass sie bei dieser Muschelart noch nie Eis auf deren Oberfläche beobachtet haben.
Im Mikroskop lässt sich beobachten, dass diese Erhöhungen oder Grate strahlenförmig auf der Muschelschale verlaufen und die Stellen sind, an denen das Wasser vorzugsweise gefriert. Die Rillen dazwischen bleiben eisfrei. Bildet sich eine durchgehende Eisschicht auf der Schale, liegt diese also nur auf den Erhöhungen auf und kann aufgrund der geringen Haftung von kleinsten Unterwasserströmungen wieder abgespült werden.
Zum Vergleich führte das Forschungsteam auch Vereisungsexperimente mit einer Jakobsmuschelart aus wärmeren Regionen durch und fand heraus, dass die Entfernung der Eisschicht bei der Antarktischen Jakobsmuschel deutlich leichter geht als bei der anderen Art.
«Es ist spannend, wie die Evolution dieser Muschel offensichtlich einen Vorteil verschafft hat», sagt Konrad Meister. «Aus der Erkenntnis der eisfreien Muschelschale sind neue technologische Anwendungen nach dem Prinzip der Bionik denkbar. So könnten nicht vereisende Oberflächen beispielsweise für die polare Schifffahrt höchst interessant sein.»
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: William S. Y. Wong, Lukas Hauer, Paul A. Cziko, Konrad Meister. Cryofouling avoidance in the Antarctic scallop Adamussium colbecki. Communications Biology, 2022; 5 (1) DOI: 10.1038/s42003-022-03023-6