Forscher haben mit modernster Röntgentechnik das Geheimnis des spiralförmigen Narwalzahn-Wachstums gelüftet. Eine Untersuchung von Walkadavern aus Grönland zeigt, dass der berühmte, bis zu drei Meter lange Stoßzahn im Inneren eine doppelte Helix aufweist. Diese gegenläufige Struktur sorgt für enorme Stabilität und erklärt, warum der Zahn trotz seiner Drehung gerade wächst.
Der Stoßzahn des Narwals fasziniert Menschen seit Jahrhunderten. Im Mittelalter wurde er in Europa als Horn von Einhörnern gehandelt, mit Gold aufgewogen und für magisch gehalten, wie Reuters berichtet. Tatsächlich handelt es sich bei dem markanten Fortsatz um den linken Eckzahn des Wals, der durch den Kiefer und die Lippe bricht. Er kann eine Länge von bis zu drei Metern erreichen und ist weltweit das einzige bekannte Tiergebilde dieser Art, das konsequent nach links gedreht ist.
Einzigartige Doppelhelix aus Kollagen und Mineralien
Ein internationales Forschungsteam hat nun mithilfe von dreidimensionaler Röntgentechnik nachgewiesen, dass dieser Zahn nicht nur eine einfache Schraubenform besitzt. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass der Zahn aus zwei gegensätzlich gewundenen Schichten aufgebaut ist. Die äußere Schicht aus Zementgewebe bildet eine Linksschraube, während das innere Dentin als Rechtsschraube gewunden ist.
Um diese mikroskopischen Strukturen sichtbar zu machen, kombinierten die Wissenschaftler die Kapazitäten von drei großen Synchrotrons in Europa: MAX IV in Schweden, die Swiss Light Source in der Schweiz und die European Synchrotron Radiation Facility in Frankreich. Wie die Studienautoren erläutern, mussten sie auf diese riesigen Partikelbeschleuniger zurückgreifen, um die enorme Größe und die feine Architektur des Zahns dreidimensional zu kartieren.
Wir schlagen vor, dass diese Anordnung dazu beiträgt, dass der Tusk gerade wächst, im Gegensatz zu anderen Stoßzähnen – wie denen von Elefanten oder Walrossen –, die gekrümmt sind. Henrik Birkedal, Materialchemiker an der Universität Aarhus in Dänemark
Die mechanische Stabilität entsteht durch die winzigen Bausteine des Zahns: Proteinfasern aus Kollagen, die durch Nanopartikel aus einem Kalziummineral verstärkt werden. Diese Fibrillen richten sich im Wesentlichen entlang der Längsachse aus, weichen jedoch in den beiden Schichten systematisch in entgegengesetzte Richtungen ab. Diese entgegengesetzten Kräfte bilden ein System aus innerer Torsionsspannung.
Jagdtrophäen und Belege aus Grönland für die Wissenschaft
Die für die Untersuchung analysierten Proben stammten zum Teil von Walkadavern, die von grönländischen Inuit-Subsistenzjägern gesammelt wurden, sowie aus den Beständen des Grönländischen Naturinstituts. Die Tiere selbst leben in den eisigen Gewässern des Arktischen Ozeans, insbesondere vor den Küsten Grönlands, Kanadas, Norwegens und Russlands. Sie ernähren sich von Fischen, Tintenfischen und Garnelen und können ein Alter von bis zu 80 Jahren erreichen.
Der Zweck des auffälligen Zahns ist unter Biologen weiterhin Gegenstand von Debatten. Forscher weisen darauf hin, dass der Zahn vor allem bei Männchen ausgebildet ist, was auf eine Funktion als sexuelles Signal bei Rangordnungskämpfen hindeutet. Gelegentlich wurden jedoch auch Weibchen mit Stoßzähnen gesichtet, und einige Männchen besitzen gar keine. Luftbildaufnahmen aus früheren Studien zeigten zudem, dass die Tiere den Zahn gelegentlich beim spielerischen Umdrehen von Fischen einsetzen, während andere Theorien ihn als Sinnesorgan für Temperatur- und Salzgehaltveränderungen vermuteten.
Klimaforschung im Zahnarchiv und neue Materialien
Die Entdeckung der Doppelhelix schließt nicht nur eine jahrhundertealte Wissenslücke über die Anatomie der Meeressäuger, sondern eröffnet auch neue Wege für die Umwelt- und Materialforschung. Weil die Zähne der Narwale zeitlebens kontinuierlich wachsen, hinterlassen Veränderungen der Umwelt vergleichbar mit den Jahresringen von Bäumen sichtbare Spuren in den harten Gewebeschichten.
Da der Nordatlantik derzeit einem rasanten Wandel unterliegt, arbeiten die Forscher daran, die historischen Umweltbedingungen im Zahnarchiv abzulesen. Gleichzeitig soll die genaue Architektur als biologisches Vorbild dienen. Die Kombination aus harten Mineralien und flexiblen Fasern bietet eine extreme mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Biegen und Brechen, die als Inspiration für neuartige Verbundwerkstoffe in der Medizin und im Bauwesen dienen könnte.
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