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Physik im Alltag und Naturphänomene, Rubrik: "Schlichting! ", Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Auf der Spur einer Schnecke

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 9 (2021), S. 64 – 65

»Lerne Schnecken zu beobachten«

Susan Ariel Rainbow Kennedy (geb. 1954)

Eine Schnecke kann sich auf ihrem Schleimfilm fortbewegen, weil das Sekret je nach Art der Beanspruchung zwischen flüssig und fest wechselt. Dank der viskoelastischen Eigenschaften ihrer mobilen Unterlage vollführen die Tiere spektakuläre Kunststücke.

Schnecken sind zwar langsam unterwegs, dafür überwinden sie so gut wie jede Barriere. Sie erklimmen senkrechte Wände, gleiten über glatte oder scharfkantige Oberflächen und erreichen selbst kopfüber kriechend fast jeden Ort. Dabei hinterlassen sie deutliche Spuren in Form von Schleim (siehe oberes Foto links). Auf ihm bewegen sie sich fort, und er macht ihren Körper so glitschig, dass sie kaum zu greifen sind.

Die Tiere sondern die Unterlage je nach Bedarf entlang ihres über die ganze Bauchseite verlaufenden Fußes ab. So schaffen sie sich auf einzigartige Weise ihren eigenen Straßenbelag. Er macht sie weitgehend unabhängig von den tatsächlichen Untergründen, seien es Zweige, Blätter, Sandböden, Spinnennetze oder Fensterscheiben. Schnecken fixieren das Sekret auf jeglichem natürlichen Material, und selbst künstliche superhydrophobe Oberflächen bremsen sie nur mit Mühe aus. Der dünne Belag mit einer Dicke von gerade einmal einigen zehn Mikrometern überbrückt selbst Abgründe (siehe oberes Foto rechts). Ist die Lücke doch zu groß, verwandeln die Tiere den Schleim in einen Faden, an dem sie sich einfach abseilen (siehe mittleres Foto).

Das alles beweist: Der Schleim ermöglicht nicht nur extrem gutes Gleiten, sondern er ist zugleich reißfest, tragfähig und ähnlich stabil wie ein elastischer Festkörper. Physikalisch gesehen handelt es sich um ein vernetztes Gel, das bis zu 97 Gewichtsprozent aus Wasser und zum Rest aus hochmolekularen Protein-Polysaccharid-Komplexen besteht. Obwohl die Mixtur also hauptsächlich Wasser enthält, sind ihre Eigenschaften ganz und gar nicht typisch für dessen Verhalten. Vordergründig widersprechen sie sich sogar. Mit der Gleitfähigkeit scheint weder die Reißfestigkeit vereinbar zu sein, noch passt sie zu der Notwendigkeit, sich zum Vorankommen immer wieder abstoßen zu müssen. Denn jede Fortbewegung setzt voraus, dass man sich von der Unterlage wegdrückt. Beispielsweise wird es auf einer Eisfläche umso schwieriger, durch normales Laufen voranzukommen, je glatter sie ist.

Als so genannte nichtnewtonsche Flüssigkeit kann der Schneckenschleim die verschiedenen Ansprüche verbinden. Im Ruhezustand ist das Gel fest und klebrig. Wird es jedoch geschert – das heißt, entlang der Grenzschicht wirkt eine waagerechte Kraft –, gibt es bei einer bestimmten Stärke der Scherkraft nach. Dann geht es in den flüssigen, gleitfähigen Zustand über. Das passiert aber nur bis zu einer gewissen Tiefe, denn mit seiner Unterseite muss der Schleim ja fest auf dem zu überkriechenden Objekt fixiert bleiben. Indem sie die physikalischen Gegebenheiten fein kontrolliert, kann die Schnecke die Zähigkeit bedarfsgerecht steuern.

Beim Vorwärtskriechen laufen durch den Fuß regelrechte Wellen. Sie entstehen in Folge von Muskelkontraktionen und -entspannungen, die sich periodisch von hinten nach vorn ausbreiten. Ein ruhender Teil des Fußes ist in seinem Auflagebereich mit dem Gel fest verbunden. Von dort aus schiebt die Muskulatur den übrigen Schneckenkörper ein Stück voran. Durch die während der Kontraktion auf den Schleim ausgeübte Scherkraft wird schließlich die Schwelle überschritten, bei der das Gel nachgibt und zerrinnt. Der Zeitpunkt trifft mit der Entspannung des Muskelelements zusammen. Inzwischen kontrahieren benachbarte Abschnitte, und der zuvor verankerte Teil des Fußes gleitet über das nunmehr verflüssigte Stück. So entsteht ein quasi kontinuierlicher Vortrieb.

 Trotz der vielfältigen Einsatzzwecke des viskoelastischen Fluids bringt es für die Schnecken einige Nachteile. Neben der geringen Geschwindigkeit sind das vor allem der extreme Material- und Energieaufwand. Wegen des enormen Flüssigkeitsbedarfs müssen sich die Tiere vor Austrocknung schützen. Sie bleiben bevorzugt in feuchten und schattigen Gebieten und sind vor allem nachtaktiv. Bei widrigen Bedingungen wie Hitze und stark absorbierenden Untergründen gehen sie manchmal zu einer besonders sparsamen Akrobatik über. Sie legen ihren Schleimteppich nicht durchgehend aus, sondern mit Unterbrechungen und hangeln sich von einem Fleck zum nächsten (siehe unteres Foto). Von Artgenossen hinterlassene Spuren werden ebenfalls gern genutzt – was nicht nur die Fortbewegung beschleunigen dürfte, sondern auch die Partnersuche.

Da das Sekret am Boden verbleibt, muss die Schnecke ständig neues nachproduzieren. Das nutzt sie nicht nur zur Fortbewegung. Es bedeckt den ganzen Körper, hält ihn feucht und wehrt dank chemischer Zusätze Mikroben und sogar Beutegreifer ab. Viele potenzielle Fressfeinde meiden die Klebrigkeit oder den widerlichen Geschmack einiger Arten. Der Heimatdichter Hermann Löns (1866–1914) hat in seiner Erzählung »Ein ekliges Tier« ausdruckstark seine Abscheu beschrieben, nachdem er in einem Selbstversuch Schneckenschleim probiert hat. Dort vermischt er an einer Stelle seine Erfahrung sogar mit den physikalischen Eigenschaften, indem er berichtet, dass »Frachtkutscher, die schlecht geschmiert haben, diese Schnecken statt der Wagenschmiere gebrauchen; denn ich kann mir denken, daß selbst eine Radachse aus Angst vor einer zweiten Auflage sich fürder lautlos benimmt«.

Quelle

Mayuko Iwamoto et al.: The advantage of mucus for adhesive locomotion in gastropods. Journal of Theoretical Biology 353, 2014

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Diskussionen

18 Gedanken zu “Auf der Spur einer Schnecke

  1. Für Schnecken hat – absolute – Geschwindigkeit eine andere Wertigkeit als für Menschen oder Insekten. Manches Insekt erzeugt vierzig mal schneller Bilder als Menschen. Offenbar weil es möglich ist, chemisch und physikalisch.

    Verfasst von kopfundgestalt | 3. September 2021, 12:20
    • Die Miniaturisierung ermöglicht (u.a. wg. der Flächen-Volumenrelation) eine Steigerung bestimmter phys. Leistungen u.a. der Schnelligkeit. Die Schnecke hat wohl andere Sorgen. Sie muss während der Fortbewegung in schnellem Rhythmus die viscoelastische Flüssigkeit von flüssig auf fest umschalten und – was noch wesentlich aufwändiger ist – ständig neuen Schleim nachproduzieren – denn er bleibt ja bekanntlich auf der Strecke.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 3. September 2021, 13:45
      • Reichlich merkwürdiges evolutionäres Prinzip. Bei der Spinne kann ich ja den Aufwand noch verstehen 😉

        Verfasst von kopfundgestalt | 3. September 2021, 17:06
      • Vielleicht haben die Menschen ja die Kettenfahrzeuge von den Schnecken abgeguckt und durch die periodischen Wiederverwenung (geschlosse Kette) perfektioniert. Und das Prinzip des Schneckenschleims findet man u.A. im Ketchup wieder. Ist das nicht? – ich meine gesamtevoluionär betrachtet 😉

        Verfasst von Joachim Schlichting | 3. September 2021, 19:10
  2. Wo du immer diese Zitate findest, Joachim?! Dieses Löns-Zitat ist ja irre …

    Verfasst von Ule Rolff | 4. September 2021, 20:27
    • Literatur ist meine Leidenschaft. Ich lese seit meiner Schulzeit viel und streiche mir bemerkenswerte Passagen an. Zugebenermaßen ist das Wiederfinden oft nicht ganz einfach 😉

      Verfasst von Joachim Schlichting | 4. September 2021, 20:43
      • Eine Leidenschaft, die ich gut verstehe. Angestrichene Passagen wiederzufinden heißt ja zu wissen, dass sie „hier irgendwo“ sein müssen. Das braucht ein ziemlich gutes Gedächtnis.

        Verfasst von Ule Rolff | 4. September 2021, 22:43
      • Da ich versäumt habe, von Anfang an meine Bücher systematisch (z.B. nach Verfassern) in die Regale zu stellen, hat sich eine eher „historisch gewachsene“ Ordnung ergeben. Ich weiß daher in etwa, wo ein Buch steht, sodass die Suche auf bestimmte Bereiche begrenzt bleibt. Aber ideal ist das nicht. Nicht immer finde ich, was ich suche, weil die Erinnerung eher eine Ahnung als eine Gewissheit ist. 😉

        Verfasst von Joachim Schlichting | 5. September 2021, 08:02
      • So ähnlich ist es bei mir auch … grobe Abteilungen (Lyrik/Romane/ Philosophie/Kunst ….) gibt es wohl, darin aber nur „gefühlte“ Gliederung. Außer mir selbst findet dort niemand was, für mich funktioniert es, meistens.

        Verfasst von Ule Rolff | 5. September 2021, 08:35
      • Das zeigt, dass eine intuitive Ordnung einer formal-systematischen Ordnung doch wohl überlegen ist.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 5. September 2021, 09:23
      • Das glaube ich auch, solange nur die Intuition eines einzelnen Menschen gefragt ist. Öffentliche Bibliotheken brauchen wohl objektiver Systematik oder perfekte Verschlagwortung (was für ein Wort!).

        Verfasst von Ule Rolff | 5. September 2021, 10:12
      • Das stimmt!

        Verfasst von Joachim Schlichting | 5. September 2021, 13:20
  3. Was der Mensch tatsächlich gelernt hat? Nun, der Schleimer kommt überall hin… Bioengeneering seit den frühesten Tagen der Steinzeit – Horde.
    Aber ich kann bestätigen: Selbst in hängenden (!) Vogelhäuschen tut sich die Nacktschnecke, kurzerhand zum mechanischen Tode verurteilt, gütlich (wobei ich natürlich Gehäuseschnecken und Schnegel verschone!).

    Und auch bei der Begründung heimischer Bibliotheken kann ich nur zustimmen. Immer einmal wieder versuche ich krampfhaft eine reguläre, eine übergeordnete, eine nachvollziehbare Ordnung einzuführen, nach Genres, auch nach Autoren – ohne umfassenden und endgültigen Erfolg. Trotzdem bin ich manchmal beim Suchen schneller als die Jugend mit ihren elektronischen Weltempfängern neuester Technologie (Suchmaschinen sind dumm, zumindest dümmer als der bibliophile Mensch, der seine Kulturtechniken schätzt.).

    Verfasst von gerlintpetrazamonesh | 18. November 2021, 10:59
    • Was mich betrifft, so lass ich die Tierchen am Leben. Wenn sie mich stören bringe ich sie in den nahegelegenen Wald. Ihre Lebensweise und Fähigkeiten sind so faszinierend, dass ich nicht wage einzugreifen.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 18. November 2021, 11:28
      • Was macht das Salatbeet? – eine zweite Eigenschaft ist nämlich ihre Vermehrungsfreudigkeit. Rote, braune Wegschnecken, hellbeige Ackerschnecken…

        Verfasst von gerlintpetrazamonesh | 19. November 2021, 11:19
      • Ein gewisser Schwund ist natürlich immer. Aber er hält sich in Grenzen, weil ich die Pflanzen in der Erntezeit abends im Dunkeln noch einmal absuche und die Schleimer in den Wald bringe (Nebeneffekt: Spaziergang). In diesem Jahr waren es nur Schnegel…

        Verfasst von Joachim Schlichting | 19. November 2021, 12:34

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