Die Tiefsee ist dunkel und voller Schrecken, aber das vielleicht schrecklichste Wesen von allen ist der Drachenfisch, ein pechschwarzes Tier mit einem hervorstehenden Kiefer voller messerartiger Zähne. Aber es ist unwahrscheinlich, dass andere Kreaturen des Abgrunds den Mund von ginormösen Chompers bemerken, bis es zu spät ist. Das liegt daran, dass die übergroßen Zähne des Fisches durchsichtig sind und unter Wasser nicht sichtbar sind.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Matter veröffentlicht wurde, wurde die Struktur dieser einzigartigen Zähne einer Drachenfischart, Aristostomias scintillans, genauer untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Zähne aus einem Material bestehen, das möglicherweise nicht nur für den Fang der nächsten Mahlzeit des Drachenfisches geeignet ist.
Drachenfische sind eigentlich ziemlich beeindruckend: Sie mögen weniger als einen Fuß lang und etwas langsam sein, aber sie sind immer noch das Raubtier an der Spitze in ihrer tiefen, dunklen Schicht des Ozeans, die sich ungefähr 1.600 Fuß unter der Oberfläche befindet. Ihre tiefschwarzen Körper und durchsichtigen Zähne halten sie unbemerkt, es sei denn, sie werden von biolumineszierenden Organen entlang ihres Körpers und Kiefers beleuchtet. Es gibt jedoch noch viele Rätsel um den Fisch, einschließlich dessen, woraus diese Zähne im Stealth-Modus bestehen.
"Sie sitzen die meiste Zeit mit offenem Kiefer herum und warten auf etwas, das sie sehen", heißt es in einer Pressemitteilung von Audrey Velasco-Hogan, Diplom-Ingenieurin an der Universität von Kalifornien in San Diego. "Ihre Zähne sind immer exponiert, daher ist es wichtig, dass sie transparent sind, damit sie kein biolumineszierendes Licht von der Umgebung reflektieren oder streuen."
Um zu verstehen, wie die Zähne funktionieren, untersuchten Velasco-Hogan und eine internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern die Nanostruktur des Fischgebisses mithilfe von Elektronenmikroskopie und anderen bildgebenden Verfahren.
Es stellt sich heraus, dass Dragonfish Zähne im Wesentlichen eine seltsame Variante der herkömmlichen Perlweiß sind. Wie die meisten Chompers haben die Zähne des Drachenfisches zwei äußere Schichten: eine äußere Zahnschmelzschale und eine innere Dentinschicht, die normalerweise aus Tubuli besteht, die den Zahnschmelz, die Nervenzellen und die Blutgefäße in der Mitte des Zahns verbinden.
Laut Wudan Yan von der New York Times ist der Drachenfischschmelz jedoch mit winzigen Kristallen aus Hydroxylapatit mit einem Durchmesser von nur 5 bis 20 Nanometern besetzt. Die Kristalle sind so strukturiert, dass kein Licht von den Zähnen gestreut wird. Ungewöhnlich ist das Dentin auch, weil es keine mikroskaligen Tubuli enthält, die das Licht sichtbar machen, sondern aus nanoskaligen Dentinstäben besteht. Im Wesentlichen ist das Material nicht super-exotisch, aber seine Struktur ist.
„Anfangs dachten wir, die Zähne bestünden aus einem anderen, unbekannten Material. Wir haben jedoch festgestellt, dass sie aus denselben Materialien bestehen wie unsere menschlichen Zähne: Hydroxyapatit und Kollagen “, sagt der leitende Autor Marc Meyers, ebenfalls von UCSD, gegenüber Jeremy Rehm von Associated Press. „Ihre Organisation unterscheidet sich jedoch erheblich von der anderer Fische und Säugetiere. Dies war eine Überraschung für uns: gleiche Bausteine, unterschiedliche Maßstäbe und Hierarchien. Die Natur ist in ihrer Genialität erstaunlich. “
Auf der Mikroskala, der Ebene, auf der die meisten Zähne strukturiert sind, kann Licht interagieren und von Molekülen abprallen, was zu einem schönen strahlend weißen Lächeln führt, erzählt Meyers Gizmodos Ed Cara. Wenn Strukturen im Nanobereich organisiert sind, passiert Licht jedoch häufig nur, ohne zu interagieren.
„Wenn die Eigenschaften der meisten Materialien sehr, sehr klein sind, wird das Licht nicht gestreut oder abgestrahlt - es geht einfach hindurch“, sagt Meyers.
Die größte biologische Erkenntnis aus der Studie liegt auf der Hand: Der Drachenfisch hat diese einzigartigen Stealth-Chompers wahrscheinlich weiterentwickelt, um sie zu effektiveren Raubtieren zu machen. Die Ergebnisse interessieren aber auch Materialwissenschaftler. Die entdeckten Nanostrukturen könnten genutzt werden, um neue transparente Materialien zu entwickeln, wie der Materialwissenschaftler Chih-Hao Chang von der North Carolina State University, der nicht an der Studie beteiligt war, Yan mitteilte.
„Die Biomimetik hat Ingenieuren viele Anregungen gegeben, und dies ist ein weiteres gutes Beispiel“, sagt er. "Es zeigt nur, wie schön die Natur um uns herum ist, und es kann sich wirklich lohnen, genauer hinzuschauen."
Cara von Gizmodo berichtet, dass das Team nun daran interessiert ist, zu erfahren, wie hart die Zähne der Drachenfische sind. Wenn sie stark sind, könnte die Forschung zur Entwicklung einer neuen Art von robustem, transparentem Glas oder Keramik führen.
Und wenn die Zähne der Drachenfische nicht herausfallen, gibt es mehr Fische im Meer. Rehm vom AP berichtet, dass das Team auch daran interessiert ist, die Chompers anderer Tiefseefische mit durchsichtigen Zähnen, einschließlich Seeteufel und Beil, zu analysieren.
