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Pappige Exkremente: Antihaftschicht schützt Zikaden vor sich selbst

Viele Kleinorganismen profitieren von einer natürlichen Antihaftbeschichtung auf ihrer Oberfläche, an der Schmutzpartikel kaum kleben bleiben. So auch die Gruppe der Zwergzikaden, bei der der zoologische Fachmann allerdings eine Besonderheit verzeichnet: Die selbstreinigende, wasserabweisende Schicht dieser Insekten entsteht nicht durch die Mikro- und Nanostruktur der Oberfläche selbst, sondern ist eine aus spezialisierten Kanälchen aktiv auf die Oberfläche ausgeschiedene Schmierschicht aus Buckyball-förmigen Proteinkügelchen, den so genannten Brochosomen.

Erst diese besondere Proteinschicht macht die Tiere superhydrophob, berichten Roman Rakitov von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau und Stanislav Gorb von der Universität Kiel. Zudem untersuchten sie die bislang unterschätzte Hauptaufgabe des Brochosomen-Mantels: Er schützt die Zikaden offenbar vor allem davor, in den eigenen klebrigen Ausscheidungen unrettbar am Untergrund festzuhaften. Die pappigen Exkremente der Zikaden entstehen in großen Mengen als Stoffwechselendprodukte des süßen Pflanzensafts, den die Tiere aus den Mesophyllzellen ihrer Wirtspflanzen absaugen.

Die beiden Zoologen stellten die Funktionalität der Brochosomen auf die Probe, indem sie 137 ausgerupfte Flügel von Kleinzikaden der Spezies Alnetoidia alneti untersuchten, die sie zuvor in und um Kiel auf Ahornbäumen gesammelt hatten. Von der Hälfte dieser Flügel wuschen die Forscher dann die Brochosomen mit Lösungsmitteln ab, die anderen blieben unverändert. Auf die so vorbereiteten Flügel tropften anschließend sechs Tage lang die Ausscheidungen lebender, an Blättern saugender Zikaden. Schließlich analysierten die Forscher den Effekt, den die austrocknenden Tröpfchen auf die Flügel hatten.

Die Auswertung belegte eindrucksvoll den Antihafteffekt der hydrophoben Proteinkügelchen: Die intakten Flügel trugen gerade einmal drei Exudat-Flecken, während auf den gewaschenen stolze 152 eingetrocknete Exkrementspuren zu verzeichnen waren. Auf den intakten Flügeln sind die superhydrophoben Proteine kettenförmig so orientiert, dass sie die Schmutzpartikel sehr effektiv ableiten. Als Ursache nehmen die Forscher eine hierarchisch gestaffelte Rauheit der Proteinschichtoberfläche im Nano- und Mikrometermaßstab an, wie sie typischerweise bei künstlichen und natürlichen selbstreinigenden superhydrophoben Oberflächen zu erkennen ist.

Pflanzensaftsauger wie die Zikaden haben neben der Oberflächenbeschichtung noch verschiedene andere Methoden entwickelt, um sich vor ihren klebrigen Ausscheidungen zu schützen. So spritzen manche die Ausscheidungen etwa in hohem Bogen von sich – was sie allerdings nur vor dem eigenen Exudat schützt und nicht vor dem eines Nachbarn. Manche gallenbildende Blattlausart kann die Klebausscheidungen selbst mit einer wachsartigen Schicht umgeben. Die Brochosomen der Kleinzikaden scheinen den Vorteil zu haben, dass sie anders als eine permanente Hülle kontinuierlich aktiv ausgeschieden werden – somit mag es etwa möglich sein, einen beschädigten hydrophoben Mantel bei Bedarf zu reparieren oder situationsabhängig neu aufzubauen, spekulieren Rakitov und Gorb.

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