Sich wiederholende, fliesenartige Muster sind nicht nur für den Menschen ästhetisch ansprechend; Sie sind eine grundlegende, weit verbreitete Lösung in der gesamten natürlichen Welt. Von den mikroskopischen Strukturen von Viren bis hin zu den riesigen Schuppen der Elefantenhaut ist die Evolution unabhängig voneinander immer wieder zu diesem Design gelangt. Neue in PNAS Nexus veröffentlichte Forschungsergebnisse katalogisieren über 100 Beispiele dieser „biologischen Kacheln“ und offenbaren ihre erstaunliche Vielfalt und entscheidenden Funktionen.
Die Allgegenwärtigkeit gekachelter Strukturen
Der Biologe John Nyakatura von der Humboldt-Universität zu Berlin betont, dass es in allen Lebensbereichen gekachelte Oberflächen gibt. Der Katalog der Studie reicht von nanometergroßen Proteinhüllen in Viren bis hin zu zentimeterbreiten Platten auf Schildkrötenpanzern. Dies ist nicht auf eine einzelne Linie beschränkt; Pflanzen, Arthropoden, Säugetiere, Fische und sogar mikroskopisch kleine Bärtierchen nutzen alle diese Muster.
Diese Verbreitung lässt auf ein starkes Grundprinzip schließen: Gekachelte Strukturen bieten vielseitige Vorteile, die die Kosten ihrer komplexen Entwicklung überwiegen. Die Tatsache, dass sich die Evolution immer wieder dieser Lösung annähert, spricht Bände über ihre Effizienz.
Multifunktionale Designs
Biologische Fliesen dienen nicht nur der Show. Sie erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, oft gleichzeitig:
- Lichteinfang: Die Augen zusammengesetzter Insekten nutzen gekachelte Strukturen, um die Lichtabsorption zu maximieren.
- Schutz: Haiskelette und Gürteltierpanzer sind auf Kacheln angewiesen, um Flexibilität mit robuster Verteidigung in Einklang zu bringen.
- Wärmeregulierung und Abwehr: Die gemusterte Elefantenhaut fängt Wasser und Schlamm ein, kühlt das Tier und schützt es vor Parasiten und der Sonne.
- Anpassungsfähigkeit: Die segmentierte Panzerung von Gürteltieren ermöglicht kontrollierte Bewegungen bei gleichzeitiger Beibehaltung der Steifigkeit.
Der Hauptvorteil ist oft ein Gleichgewicht zwischen Schutz und Flexibilität. Eine solide, ununterbrochene Oberfläche könnte zu starr sein, aber Fliesen mit Verbindungsmaterial ermöglichen Bewegung und Anpassung, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.
Bioinspirierte Innovation
Forscher glauben, dass das Verständnis dieser natürlichen Designs eine Reihe menschlicher Anwendungen beeinflussen kann.
- Adaptive Materialien: Knieschützer, die sich an die Größe eines wachsenden Kindes anpassen.
- Effiziente Strukturen: Gebäudefassaden sind auf bessere Kühlung und Energieeffizienz ausgelegt.
- Flexible Rüstung: Schutzausrüstung, die volle Bewegungsfreiheit ermöglicht, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
Nyakatura kommt zu dem Schluss, dass die potenziellen Anwendungen „alles“ sind – die Grundprinzipien der biologischen Fliesenlegung können angepasst werden, um eine Vielzahl technischer Herausforderungen zu lösen.
Biologische Bodenbeläge zeigen, dass die Natur immer wieder zu eleganten, multifunktionalen Lösungen gelangt. Die Untersuchung dieser Muster wird wahrscheinlich zu weiteren Innovationen führen und einmal mehr beweisen, dass die Natur eine beispiellose Inspirationsquelle für menschliches Design bleibt.
