Der bescheidene Schleimaal ist ein hässliches, graues, aalähnliches Geschöpf, das vor allem für seine Fähigkeit bekannt ist, eine Wolke aus klebrigem Schleim auf ahnungslose Raubtiere loszulassen, die die Kiemen verstopft und die besagten Raubtiere erstickt. Deshalb wird er auch liebevoll „Rotzschlange“ genannt. Schleimaale graben sich auch gerne in Tiefseeablagerungen ein, aber Wissenschaftler konnten nicht genau beobachten, wie sie das tun, da die trüben Ablagerungen die Sicht versperren. Forscher der Chapman University bauten einen speziellen Tank mit transparenter Gelatine, um diese Herausforderung zu meistern und ein vollständiges Bild des Grabverhaltens zu erhalten, so ein neuer Artikel im Journal of Experimental Biology.
„Wir wissen seit langem, dass Schleimaale sich in weiche Sedimente eingraben können, aber wir hatten keine Ahnung, wie sie das tun“, sagte Co-Autor Douglas Fudge, ein Meeresbiologe, der bei Chapman ein Labor leitet, das sich der Erforschung von Schleimaalen widmet. „Indem wir herausfanden, wie man Schleimaale dazu bringt, sich freiwillig in transparente Gelatine einzugraben, konnten wir diesen Prozess zum ersten Mal überhaupt beobachten.“
Wie bereits berichtet, untersuchen Wissenschaftler den Schleim von Schleimaalen schon seit Jahren, weil es sich um ein so ungewöhnliches Material handelt. Er ist nicht wie Schleim, der mit der Zeit austrocknet und hart wird. Schleim von Schleimaalen bleibt schleimig und hat die Konsistenz von halbfester Gelatine. Das liegt an den langen, fadenförmigen Fasern im Schleim sowie an den Proteinen und Zuckern, aus denen Mucin, der andere Hauptbestandteil, besteht. Diese Fasern rollen sich zu „Strängen“ zusammen, die Wollknäueln ähneln. Wenn der Schleimaal einen Schuss Schleim abfeuert, rollen sich die Stränge ab und vermischen sich mit dem Salzwasser, wobei sie sich auf mehr als das 10.000-fache ihrer ursprünglichen Größe aufblähen.
Aus Materialsicht ist Schleimaalschleim ein faszinierendes Material, das sich eines Tages als nützlich für biomedizinische Geräte erweisen könnte, oder zum Weben leichter, aber robuster Stoffe für natürliches Lycra oder kugelsichere Westen, oder zum Schmieren von Industriebohrern, die dazu neigen, in tiefem Boden und Sediment zu verstopfen. 2016 untersuchte eine Gruppe Schweizer Forscher die ungewöhnlichen Flüssigkeitseigenschaften des Schleimaalschleims und konzentrierte sich dabei insbesondere darauf, wie diese Eigenschaften zwei entscheidende Vorteile bieten: Sie helfen dem Tier, sich gegen Raubtiere zu verteidigen, und sie können sich verknoten, um vor ihrem eigenen Schleim zu fliehen.
Schleimaalschleim ist eine nicht-newtonsche Flüssigkeit und ist insofern ungewöhnlich, als er sowohl scherverdickend als auch scherverdünnend ist. Die meisten Schleimaalräuber nutzen Saugkraft, wodurch ein unidirektionaler scherverdickender Fluss entsteht, der die Kiemen besser verstopft und die besagten Räuber erstickt. Aber wenn der Schleimaal aus seinem eigenen Schleim herauskommen muss, erzeugen seine Körperbewegungen einen scherverdünnenden Fluss, der das schleimige Zellnetzwerk, aus dem der Schleim besteht, zum Kollabieren bringt.
Fudge erforscht den Schleimaal und die Eigenschaften seines Schleims schon seit Jahren. So gelang es Fudges Labor bereits 2012, als er an der University of Guelph war, Schleimaal zu gewinnen, ihn in Flüssigkeit aufzulösen und ihn dann zu einem starken, aber dehnbaren Faden zu „spinnen“, ähnlich wie beim Spinnen von Seide. Es ist möglich, dass solche Fäden die erdölbasierten Fasern ersetzen könnten, die derzeit in Schutzhelmen oder Kevlar-Westen verwendet werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Und 2021 stellte sein Team fest, dass der Schleim, der von größeren Schleimaalen produziert wird, viel größere Zellen enthält als der Schleim, der von kleineren Schleimaalen produziert wird – ein ungewöhnliches Beispiel dafür, dass die Zellgröße in der Natur mit der Körpergröße skaliert.
Eine sedimentäre Lösung
Dieses Mal hat Fudges Team seine Aufmerksamkeit auf das Graben von Schleimaalen gerichtet. Die Forschung wirft nicht nur Licht auf das Fortpflanzungsverhalten von Schleimaalen, sondern könnte auch weitreichendere ökologische Auswirkungen haben. Laut den Autoren ist das Graben ein wichtiger Faktor bei der Sedimentumwälzung, während die Belüftung des Grabens die Chemie des Sediments so verändert, dass es mehr Sauerstoff enthalten könnte. Dies wiederum würde beeinflussen, welche Organismen in diesem Sediment wahrscheinlich gedeihen. Das Verständnis der Grabmechanismen könnte auch bei der Entwicklung weicher Grabroboter hilfreich sein.
DS Fudge et al., 2024
Doch zunächst musste Fudges Team herausfinden, wie man durch das Sediment hindurchsehen konnte, um das Grabverhalten zu beobachten. Andere Wissenschaftler, die andere Tiere untersuchten, verließen sich auf transparente Substrate wie mineralisches Kryolith oder Hydrogele aus Gelatine, wobei letztere erfolgreich eingesetzt wurden, um das Grabverhalten von Vielborsterwürmern zu beobachten. Fudge et al. entschieden sich für Gelatine als Sedimentersatz, der in drei speziell angefertigten transparenten Acrylkammern untergebracht war. Dann filmten sie das Gelatine-Grabverhalten von 25 zufällig ausgewählten Schleimaalen.
Dadurch konnten Fudge et al. zwei verschiedene Bewegungsphasen identifizieren, die die Schleimaale zum Bau ihrer U-förmigen Höhlen nutzten. Zunächst gibt es die „Schlag“-Phase, in der die Schleimaale kräftig schwimmt und dabei ihren Kopf von einer Seite auf die andere bewegt. Dies dient nicht nur dazu, die Schleimaale vorwärts zu treiben, sondern hilft auch dabei, die Gelatine in Stücke zu zerhacken. Auf diese Weise könnten die Schleimaale die Herausforderung meistern, eine Öffnung im Sediment (oder Gelatinesubstrat) zu schaffen, durch die sie sich bewegen können.
Als nächstes folgt die „Zappelphase“, die anscheinend durch eine bei Schlangen übliche „innere Ziehharmonika“ angetrieben wird. Dabei verkürzt und streckt sich der Körper kraftvoll, und es werden seitliche Kräfte auf die Wände ausgeübt, um den Bau zu verstärken und zu erweitern. „Eine Schlange, die Ziehharmonikabewegungen verwendet, kommt durch abwechselnde Verlängerungs- und Verkürzungswellen stetig durch einen engen Kanal oder Bau voran“, schreiben die Autoren, und die lose Haut des Schleimaals eignet sich gut für eine solche Strategie. Die Zappelphase dauert, bis der grabende Schleimaal seinen Kopf aus dem Untergrund streckt. Der Schleimaal benötigte im Durchschnitt etwa sieben Minuten oder mehr, um seine Bauten fertigzustellen.
Natürlich gibt es ein paar Vorbehalte. Die Wände der Acrylbehälter könnten das Grabverhalten im Labor oder die endgültige Form der Höhlen beeinflusst haben. Die Autoren empfehlen, die Experimente mit Sedimenten aus dem natürlichen Lebensraum zu wiederholen und Röntgenvideos von Schleimaalen durchzuführen, denen Radiomarker implantiert wurden, um die Bewegungen aufzuzeichnen. Körpergröße und Substrattyp könnten ebenfalls das Grabverhalten beeinflussen. Aber insgesamt glauben sie, dass ihre Beobachtungen „eine genaue Darstellung davon sind, wie Schleimaale in freier Wildbahn Höhlen bauen und sich darin bewegen.“
DOI: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (Über DOIs).