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Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben untersucht, wie eine gewöhnliche Gartenschnecke aus nahezu identischen Grundbausteinen fünf grundlegend verschiedene Materialien herstellt. Die Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, liefert konkrete Daten für die Entwicklung neuer Biomaterialien. Klebstoffe, Beschichtungen und Wirkstoffträger könnten davon profitieren.
Fünf Schleimtypen aus einem Baukasten
Die Forschungsgruppe analysierte die Schneckenart Cepaea nemoralis, auch bekannt als Bänderschnecke. Das Tier produziert fünf funktional unterschiedliche Schleimtypen, die alle auf denselben Grundzutaten basieren: faserartigen Kollagenen und Kalziumkarbonat.
Der sogenannte Gleitschleim, gebildet unter dem Fuß der Schnecke, verhält sich unter mechanischer Belastung wie eine Flüssigkeit, ohne Belastung zeigt er nahezu feste Eigenschaften. Dieses Verhalten bezeichnet die Materialwissenschaft als scherverdünnend.
Ein weiterer Schleimtyp sorgt für die Haftkraft der Schnecke an senkrechten Flächen. Zwei Varianten eines Abwehrschleims entstehen im Mantelgewebe: eine gelbe, besonders zähe Sorte sowie eine blasenhaltige Variante. Den fünften Typ nutzt die Schnecke zum Abdichten des Gehäuses, etwa während der Winterruhe.
Kollagen VI und Kalzium als Schlüsselvariablen
Das Team analysierte Proteinzusammensetzungen und untersuchte Strukturdetails per Röntgenfluoreszenz- und Röntgenbeugungsmessungen. Das Ergebnis: Kollagen VI steht im Mittelpunkt aller Schleimtypen. Dieses Protein kommt auch in menschlicher Haut, Knochen und Gelenken vor.
Der Kollagenanteil bestimmt, wie engmaschig das Proteinnetzwerk ist, und damit, wie zäh oder gleitfähig das Material wird. Kalziumionen vernetzen die Proteine zusätzlich und erhöhen die Belastbarkeit des Schleims. Durch Variation dieser zwei Stellgrößen erzeugt die Schnecke das gesamte Eigenschaftsspektrum ihrer Schleime.
Präzise Steuerung ohne externe Eingriffe
Für die industrielle Relevanz ist folgender Befund zentral: Die Schnecke verändert nicht die Zusammensetzung ihrer Grundbausteine. Sie variiert ausschließlich die molekulare Anordnung und das Verhältnis von Kollagen zu Kalzium. Dieser Mechanismus erlaubt eine fein abgestufte Steuerung der Materialeigenschaften ohne zusätzliche chemische Komponenten.
Anwendungspotenzial in Medizin und Materialentwicklung
Institutsdirektor Peter Fratzl ordnet die Studie konkret ein: Das Verstehen der Prinzipien sei Voraussetzung für die Entwicklung nachhaltiger Materialien. Das Institut nennt als Anwendungsfelder technische Klebstoffe, medizinische Beschichtungen sowie Wundheilmittel und Arzneimittelträger.
Klebstoffe nach biologischem Vorbild sind kein neues Forschungsfeld. Bereits 2019 präsentierten US-Forscher ein Polymer-Gel, das sich ähnlich wie Schneckenschleim verhält. Jenes Material bestand jedoch aus Kunststoff und hatte mit dem biologischen Ausgangsmaterial strukturell wenig gemein. Die aktuelle Studie setzt früher an: Sie liefert die molekularen Baupläne des Originals.
Nachhaltigkeitsaspekt gewinnt an Gewicht
Kollagen VI ist ein biologisch abbaubares Protein. Klebstoffe oder Beschichtungen auf Kollagenbasis würden ohne synthetische Polymere auskommen. Für Unternehmen, die Scope-3-Emissionen senken wollen, also indirekte Emissionen entlang der Lieferkette, könnte das ein relevanter Faktor werden. Vorausgesetzt, die Skalierung gelingt.
Fazit
Die Potsdamer Studie liefert belastbare Grundlagendaten. Bis zur industriellen Anwendung sind weitere Entwicklungsschritte nötig. Die strukturelle Logik hinter dem Schneckenschleim ist jedoch klar belegt und technisch übertragbar.
