Sie ist schnell, elastisch und bei der Beutejagd auch klebrig: die Froschzunge. Für Forscher ist das Jagdinstrument der Amphibien seit langem ein interessantes Forschungsfeld. Mit einer Geschwindigkeit von etwa 36 Kilometern pro Stunde schnellt die Froschzunge hervor, um Beute zu fangen, ermittelten einst US-amerikanische Forscher. Ebenso bemerkenswert ist die Haftkraft, die dabei wirkt. Kieler Forschende fanden 2014 heraus, dass sie weit größer ist als das Körpergewicht der Amphibien selbst. Nun konnte das Kieler Team um Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität (CAU) mit Wissenschaftlern aus den USA und Dänemark erstmals klären, wie der Wechsel zwischen klebriger und nicht-klebriger Froschzunge funktioniert.

Schleim reagiert auf Druck

Im Rahmen der Studie untersuchten sie dafür den klebrigen Schleim auf der Zunge, mit der die Frösche ihre Beute schnappen. Dafür setzten sie Hornfrösche vor eine Glasscheibe, hinter der sich Beutetiere befanden. Beim Versuch, die Beute zu schnappen, stießen die Frösche mit ihrer Zunge an die Scheibe. Dabei hinterließen sie Abdrücke, die die Forscher sammelten und anschließend chemisch untersuchten. „So konnten wir erstmals die physikalisch-chemischen Prozesse auf Froschzungen erklären und beweisen, dass der Schleim auf Druck reagiert“, so Gorb.



Kontraktion ändert Proteinstruktur 

Wie das Team im Fachjournal „Biointerphases“ berichtet, setzt der Druck erst beim Einziehen der Zunge ein, und dadurch kommt der Haftmechanismus zustande. Der Grund: Durch die Kontraktion ändert sich die Anordnung der chemischen Proteinstruktur des Schleims und wird klebrig. Die Forschenden stellten dabei fest, dass sich die zuvor wahllos positionierten Moleküle des Froschzungenschleims beim Zurückziehen der Zunge systematisch in winzigen Fasern, sogenannten Fibrillen, anordnen. Demnach richteten sich wasserabweisende Molekülgruppen an der Glasoberfläche aus, während sich wasseranziehende Moleküle am Schleim orientierten. „Diese physikalische Einwirkung durch das Zurückziehen der Zunge ändert die chemische Struktur des Schleims. So wird die Zunge klebrig“, erklärt der Ko-Autor Joe Baio von der Oregon State University in den USA.

Mit Röntgen- und Laserstrahlen Haftprinzip aufgedeckt

Doch wie war der Hafttrick zu entschlüsseln? „In unserer Studie haben wir Abdrücke einer Froschzunge chemisch analysiert. Dafür haben wir die äußeren vier bis fünf Nanometer der Oberfläche näher untersucht, denn hier laufen die entscheidenden Prozesse ab“, erläutert Baio. Um hinter die chemischen Mechanismen zu kommen, entwickelte die Forschergruppe eine neue Technik. Die Idee dazu lieferte die Kieler Gruppe um Stanislav Gorb. Mithilfe von Röntgenstrahlen der sogenannten Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie konnten zunächst Häufigkeit sowie räumliche Lage der Moleküle auf einer Zungenoberfläche erfasst werden. In Kombination mit Methoden der sogenannten Summenfrequenzspektroskopie war es schließlich möglich, die Oberflächen des Schleims auch mittels Laserstrahlen zu untersuchen und so die chemischen Prozesse zu analysieren.

Die Enthüllung der physikalisch-chemischen Prozesse des Haftmechanismus der Froschzunge könnte für die Entwicklung neuer Materialien hilfreich sein. Als nächstes wollen die Wissenschaftler das Zusammenspiel zwischen Schleimmolekülen und Substraten mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften ins Visier nehmen. 

bb