Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Wie Mikroben zur Lösung eines komplexen biomechanischen Problems im Zusammenhang mit dem Vogelflug beitrugen

Theagarten Lingham-Soliar

Vogelfedern bestehen aus dem härtesten natürlichen elastischen Biopolymer, β-Keratin. Die fast unlösbare Verbindung zwischen der Faser- und Matrixstruktur von β-Keratin hat es praktisch unmöglich gemacht, eine Faserhierarchie in den Hauptstützstrukturen der Feder, den Federspindeln und Federästen, festzustellen, die über Filamente mit einem Durchmesser von einigen Nanometern hinausgeht. Um die Grenzen herkömmlicher Methoden zur Strukturbestimmung zu umgehen, wurden zum ersten Mal Mikroben eingesetzt, um ein biologisches Strukturproblem zu lösen. Natürlich vorkommende Federparasiten, Pilze, ließ man unter Laborbedingungen in Federn wachsen, wobei man annahm, dass sie bevorzugt die Matrix abbauen und die Faserkomponenten freisetzen würden. Das Ergebnis war, dass Mikroben zum ersten Mal die wahre Hierarchie der Federmikrofasern enthüllten, die die mit einer Größenordnung von drei dicksten bekannten Fasern in β-Keratin umfasste. Diese Fasern wurden synzytiale Äderchen genannt, weil sie ein System von unterbrochenen Knoten wie bei freien Daunenfedern zeigten. Die Seitenwände der Federspindel und der Federäste wurden auf ähnliche Weise untersucht und offenbarten ein gekreuztes Fasersystem, das zum ersten Mal bei Federn beobachtet wurde. Beide Entdeckungen haben tiefgreifende biomechanische Bedeutung, einschließlich einer hohen Brucharbeit in der Feder.