Antihaft-Beschichtung lässt Insekten keine Chance
Stuttgarter Wissenschaftler zeigen, wie fleischfressende Pflanzen mit raffiniertem Materialdesign erfolgreich Fallen stellen
Pflanzen sind in der Lage, mit Hilfe organischer Substanzen ähnliche Effekte zu erzielen wie wir sie zumeist nur von technischen Materialien kennen. Das haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Metallforschung und der Universität Hohenheim am Beispiel fleischfressender Kannenpflanzen gezeigt. Diesen Pflanzen gelingt es mit einer doppelt mit Wachs beschichteten Falle, Insekten zu fangen und festzuhalten. Während die Kristalle der oberen Wachsschicht die Haftorgane der Insekten verschmutzen, reduziert die untere Wachsschicht die Haftfläche, über die Insektenfüße mit der Pflanzenoberfläche in Berührung kommen: Die Insekten rutschen in die kannenförmige Falle und werden dort verdaut (The Journal of Experimental Biology, Dezember 2005). Aus diesen Erkenntnisse ergeben sich auch Hinweise für die Entwicklung von Antihaftfolien.
Die Gleitfallen der tropischen Kannenpflanze Nepenthes gehören zu den passiven Fallen. Die Gleitzone hat eine Schlüsselrolle beim erfolgreichen Fallenstellen. Dieser Bereich ist von einer Schicht kristalliner Wachse bedeckt, auf der die Insekten den Halt verlieren und in die Verdauungsflüssigkeit hinab rutschen. Bei bisherigen Studien hat man sich entweder mit der Wachsstruktur oder dem Insektenverhalten in der Falle befasst.
Die Forscher haben deshalb die Mikromorphologie, chemische Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften der Wachse untersucht und mit Experimenten zum Insektenverhalten kombiniert. Danach besteht diese Wachsbedeckung aus zwei übereinanderliegenden Schichten, die sich in ihrer Struktur, chemischen Komposition, Härte und Elastizität unterscheiden. Diese Wachsschichten reduzieren die Haftkraft der Insekten auf zwei ganz unterschiedlichen Wegen.
Die obere Wachsschicht besteht aus einzelnen unregelmäßigen 30-50 Nanometer dicken Plättchen, die sich mehr oder weniger senkrecht zur anderen Schicht und zur Oberfläche der Kannenwand anordnen. Ihre Orientierung ist eher zufällig; die Plättchen bilden keine klaren Muster. Die Kristalle bestehen aus vielen kleinen, parallel zueinander ausgerichteten Schichten und besitzen einen kleinen "Stiel", der sich in derselben Ebene wie das Kristallplättchen befindet.
Die untere Schicht ähnelt einem Schaumstoff. Sie besteht aus miteinander verbundenen Membranplättchen, die in spitzem Winkel aus der Oberfläche herausragen und keine klare Ausrichtung zeigen. Härte und Elastizität beider Schichten unterscheiden sich um mehr als eine Größenordnung: Die obere Wachsschicht ist viel weicher und geschmeidiger als die untere Schicht.
In Laborexperimenten mit der Käfern der Art Adalia bipunctata zeigte sich, dass die Wachsschichten - im Vergleich zu Glas bzw. der entwachsten Kannenwand als Referenzoberflächen - die Haftkraft der Insekten signifikant verringerten. Während durch die obere Schicht die Insektenfüße verschmutzt und damit weniger haftfähig werden, reduziert die untere Schicht die Fläche, über die die Füße mit der Falle Kontakt haben.
Originalveröffentlichung: E. Gorb, K. Haas, A. Henrich, S. Enders, N. Barbakadze, S. Gorb; "Composite structure of the crystalline epicuticular wax layer of the slippery zone in the pitchers of the carnivorous plant Nepenthes alata and its effect on insect attachment."; The Journal of Experimental Biology 2005, vol. 208, 4651-4662.
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