Wie das Fell von Eisbären zu einem Durchbruch in der Anti-Vereisungstechnologie führen könnte
Eine neue internationale Studie hat überraschende Eigenschaften der natürlichen Öle im Fell von Eisbären entdeckt. Die erste Verwendung wird in Skiwachs sein, aber auch Flugzeuge, Kühlschränke und Klimaanlagen könnten davon profitieren.
Sie haben es wahrscheinlich auf Video gesehen: Eisbären, die Hügel hinunterrutschen , als ob ihr Fell so glatt wäre wie ein Bob. Oder sogar auf dem Bauch über dünnes Eis gleiten oder bei der Jagd ins eiskalte Wasser tauchen.
All diese Verhaltensweisen werden durch eine besondere Eigenschaft ihres Fells ermöglicht: Selbst bei Temperaturen weit unter Null friert es nicht wie das Fell anderer Säugetiere.
Bis vor kurzem waren die Gründe für diese Eigenschaft des Eisbärenfells – und die möglichen Anwendungen – noch im Dunkeln. Doch nun hat eine neue internationale Studie unter der Leitung des Doktoranden Julian Carolan vom Trinity College in Dublin ein neues Licht auf die Frage geworfen, was genau das Eisbärenfell so besonders macht.
Und es stellte sich heraus, dass die Gründe dafür ganz anders waren, als die Forscher zunächst dachten.
„Wir dachten zunächst, der Grund sei die Struktur der Eisbärenhaare, so wie die Struktur der Pinguinfedern der Grund dafür ist, dass sie nicht frieren. Aber als wir der Sache auf den Grund gingen, stellte sich heraus, dass es überhaupt nicht an der Struktur lag. Eisbärhaare sind unter dem Mikroskop den menschlichen Haaren sehr ähnlich“, sagte Julian Carolan, der aus der Chemie kommt, gegenüber Polar Journal AG.
Die natürlichen Öle auf dem Fell
Aber auch wenn sich ihre erste Vermutung als falsch herausstellte, wussten Julian Carolan und seine Kollegen, dass sie an etwas dran waren.
Sie hatten vom Norwegischen Polarinstitut Eisbärenhaarproben erhalten, die auf Svalbard gesammelt worden waren. Erste Messungen dieser Haare zeigten in der Tat, dass sie eine viel geringere Adhäsion aufwiesen als die Haare anderer Säugetiere.
Aber die Antwort konnte nicht in der Mikrostruktur gefunden werden, wie Julian Carolan erwartet hatte.
„Einerseits hatte ich gehofft, dass die Ursache strukturell ist. Wenn man versucht, das zu kopieren, kann man ein paar coole 3D-Drucke machen. Als wir also entdeckten, dass es nicht so war, fand ich das ein bisschen schade“, sagte er.
Stattdessen mussten Julian Carolan und seine Kollegen einen Schritt zurücktreten und überlegen, was sonst noch in Frage kommen könnte.
„An diesem Punkt fragten wir uns: ‚Okay, was können wir noch variieren?‘ Erst dann begannen wir, uns die Öle auf dem Eisbärenhaar anzusehen“, sagte Julian Carolan.
Und die chemische Zusammensetzung des Haaröls erwies sich als der Jackpot. In einem einfachen Experiment stellten die Forscher fest, dass die geringe Haftung nicht mehr vorhanden war, sobald das Haaröl abgewaschen wurde. Sie hatten ihre Lösung gefunden.
„Als ich dann anfing, mir diese Ölstrukturen anzusehen, wurde mir klar, dass dies wahrscheinlich noch interessanter ist, als wenn es strukturell gewesen wäre. Plötzlich befasste ich mich mit etwas, das nur wenige Menschen untersucht hatten“, sagte er.
Squalen führt zum Gefrieren
Tatsächlich war es das Fehlen einer bestimmten chemischen Verbindung, die sich als signifikant erwies. Squalen ist ein Öl, das in den Haaren der meisten Säugetiere vorkommt (zumindest in denen, die untersucht wurden), aber die Forscher fanden es in dem Haaröl der Eisbären überhaupt nicht.
„Alle zuvor untersuchten aquatischen Säugetiere hatten Squalen in ihren Haaren – Tiere, die ins Wasser gehen und wieder herauskommen, wie Otter, Seelöwen und Biber, zum Beispiel. Aber Eisbären nicht“, sagte Julian Carolan.
„Menschliches Haar ist ebenfalls reich an Squalen, weshalb sich auf Bärten so viel Eis bildet“, sagte er.
Die Studie hat nicht nur festgestellt, dass Squalen die Eisbildung stark begünstigt, sondern hat auch eine noch wichtigere Entdeckung gemacht. Eine, die zur Entwicklung einer neuen Anti-Vereisungstechnologie führen könnte.
„Wir haben drei Eisbärenölmoleküle gefunden, die in unseren Simulationen nur sehr schwach am Eis haften. Diese Moleküle können in anderen Anwendungen eingesetzt werden und sind das wichtigste Ergebnis dieser Studie“, sagte Julian Carolan.
Mit indigenem Wissen auf der Spur
Ein wichtiger Hinweis, der die Forschenden dazu veranlasste, das Öl statt der mikroskopischen Struktur des Fells in Betracht zu ziehen, war das überlieferte Wissen der Inuit. Denn seit jeher wissen die Inuit um die besondere eisabweisende Eigenschaft des Eisbärenfells.
Dem dänischen Ethnographen Erik Holtved zum Beispiel fiel dies während seiner ausgedehnten Reisen nach Nordgrönland in den 1930er Jahren auf. In seinem Werk beschreibt er, wie die einheimischen Inuit das Fell nicht waschen, wenn sie einen Eisbären getroffen und getötet haben.
Stattdessen nutzten sie das nicht gefrierende Material auf verschiedene Weise, z. B. als Jagdhocker aus Eisbärenfell oder als Sandalen, mit denen sie sich lautlos durch den Schnee bewegen konnten.
Beispiele dieser alten Eisbärenfellwerkzeuge gibt es noch im dänischen Nationalmuseum, und das internationale Forschungsteam, das hinter der Eisbärenfellstudie steht, hat sie sowohl in ihrer Forschung als auch in ihrer abschließenden Veröffentlichung verwendet.
„Die Idee, die Haaröle zu untersuchen, kam uns schon früh aufgrund dieser historischen Dokumente. Gegen Ende der Studie begannen wir dann, die möglichen Verwendungszwecke dieser Moleküle mit der traditionellen Verwendung durch die Inuit in Beziehung zu setzen“, sagte Julian Carolan.
Ein Patent auf Skiwachs
Und mit der neuen Studie könnte dieses uralte Wissen der Inuit über das Eisbärenfell auch in der modernen Welt Anwendung finden.
Bislang hat die Studie allerdings nur mit simulierten Substanzen auf einem Computer gearbeitet. Es muss noch viel mit echten chemischen Verbindungen in der realen Welt getestet werden. Julian Carolan führt diese Tests derzeit durch und ihm zufolge sind die ersten Anzeichen vielversprechend.
Die offensichtlichste Anwendung des neuen Wissens ist das Skiwachs für den Skilanglauf. In den letzten Jahren wurden fluorierte Wachse in den USA und in der EU verboten, nachdem entdeckt wurde, dass sie gefährliche PFAS-Chemikalien enthalten können. Daher ist die Nachfrage nach einem Ersatzwachs groß und das Öl der Eisbärenhaut (oder das daraus gewonnene Wissen) könnte genau das bieten.
Einige Kollegen von Julian Carolan haben daher bereits ein Patent für ein Skiwachs erhalten, das auf den neu entdeckten Verbindungen basiert.
„Das ist der offensichtlichste Anwendungsfall. Wir müssen nur den richtigen Wachscocktail herstellen und die richtige Viskosität und Klebekraft erreichen. Ich denke also, dass dies der erste Einsatzort sein wird“, sagte er.
Darüber hinaus können die neuen Verbindungen auch bei anderen Problemen helfen, die durch Eisbildung verursacht werden. Julian Carolan erwähnt Probleme wie Vereisung in Flugzeugen, in Gefrier- und Kühlschränken, in Klimaanlagen und sogar in Windkraftanlagen.
„Es gibt zwei Möglichkeiten, wie die Verbindungen verwendet werden können. Entweder man stellt ein Wachs her und trägt sie auf oder man bindet sie chemisch an die Oberfläche. Beide haben Vor- und Nachteile und ich teste derzeit, wie sie am besten funktionieren“, sagte er.
Sollte er eine gewinnbringende Anwendung für diese Anti-Vereisungsmittel entdecken, ist Julian Carolan nicht abgeneigt, daraus ein Geschäft zu machen. Und wenn er so weit kommt, hat er ein paar beruhigende Worte für alle, die sich Sorgen um das Schicksal der Eisbären machen: Jetzt, da die Studie abgeschlossen ist, wird ihr Fell nicht mehr benötigt.
„Wir brauchen die Eisbären nicht mehr. Die drei Anti-Vereisungsmoleküle, die wir gefunden haben, kann man im Handel kaufen, und wir können sie selbst herstellen“, versicherte er.
Ole Ellekrog, Polar Journal AG
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