Computersimulation lüftet Geheimnis der Pantoffeltierchen

Mit Zilien ausgestattete Kleinstlebewesen sind so schnell, weil sie Wellen erzeugen, auf denen sie surfen. Das fanden Jülicher Forscher heraus. Dieses Wissen könnte auch Menschen helfen.

Zilien: Mit diesen Flimmerhaaren sind nicht nur Pantoffeltierchen ausgestattet.

Foto: Forschungszentrum Jülich

Fußballfans wären nicht darauf gekommen. La Ola, die Freudenwelle, die bei einem absehbaren Sieg der eigenen Mannschaft auf den Rängen zu sehen ist, hat ein unscheinbares Lebewesen erfunden: das Pantoffeltierchen. Der Winzling besitzt rund 10.000 wimpernartige Fortbewegungsmittel, die es pfeilschnell über die Wasseroberfläche sausen lassen. Jülicher Biophysiker haben jetzt herausgefunden, dass die Zilien genannten Wimpern nicht gleichmäßig ins Wasser tauchen wie die Ruder beim Achter, auch nicht chaotisch, sondern in einem genau definierten Ablauf. Die Folge ist, dass sich die Kleinstlebewesen ähnlich einem Surfer auf der selbst erzeugten Welle vorwärts bewegen. Das geht bei gleichem Energieaufwand bis zu dreimal schneller als beim Rudern im Gleichtakt. Die Aktivität der Zilien wird gesteuert über die Bewegung der Flüssigkeit, die die benachbarten Zilien verursachen.

Die Forscher entdeckten diese Zusammenhänge, als sie ein Computermodell einer Zilie entwickelten, das sie im Laufe der Zeit auf ein paar tausend Modelle ausbauten. Deren Zusammenspiel beobachteten sie mit Hilfe der Hochleistungsrechner des Forschungszentrums, die zu den stärksten in der Welt gehören.

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Angeborene Krankheit bald heilbar?

Ob sich die Erkenntnisse irgendwann auf den Rudersport auswirken oder den Vortrieb von Schiffen beschleunigen, ist derzeit nicht abzusehen. Für die Medizin ist die Lösung des Zilienrätsels dagegen schon jetzt hoch interessant. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Bewegungsablauf der Wimpern nicht immer optimal ist. Es treten Defekte auf, die auch bei den Flimmerhärchen beobachtet werden, die durch wellenartige Bewegungen die Atemwege frei halten. Sie transportieren Bakterien, Pollen und Staub von der Lunge weg. Möglicherweise hilft das Know-how aus Jülich bei der Therapie von Primärer Ciliärer Dyskinesie, einer angeborenen Atemwegserkrankung, an der in Deutschland eins von 20.000 Babys leidet. Bei diesem Krankheitsbild ist die Funktion der Flimmerhärchen schwer gestört, sodass sich vor allem Bakterien in den Atemwegen anreichern. Die Folge sind chronische Entzündungen.

Denkbar sind auch synthetische Pantoffeltierchen, die durch den menschlichen Körper schwimmen, um Medikamente an den Ort der Erkrankung zu bringen. Oder in Tanks Chemikalien zu Giftstoffen transportieren, um diese zu neutralisieren

Ein Beitrag von:

Wolfgang Kempkens

Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.