Natur ausgetrickst

Alaska-Käfer produziert eigenes Frostschutzmittel

(Bild: Kent Walters/University of Notre Dame)

Wie schaffen es manche Tierarten, selbst bei extremen Minusgraden zu überleben? Ausgeklügelte Tricks der Natur helfen ihnen dabei. US-Forscher wollten wissen, wie beispielsweise der Alaska-Käfer (rechts im Bild) bei minus 60 Grad problemlos existieren kann. Die Antwort: Die Insekten produzieren ein chemisches Molekül mit besonderen Eigenschaften - sozusagen ein Frostschutzmittel.

Damit sich keine Eiskristalle im Blut bilden und es dadurch gefriert, produzieren manche Tierarten eine Art Frostschutzmittel. So überleben zum Beispiel Schwarzfische über mehrere Wochen in zugefrorenen Tümpeln. Auch einige Schmetterlingsarten kommen so durch den Winter. Nun haben Forscher von der University of Notre Dame im US-Bundesstaat Indiana eine neue Art Frostschutzmittel entdeckt.

Im Gegensatz zu den meisten bisher bekannten Substanzen handelt es sich beim Alaska-Käfer (Upis ceramboides) um eine rein chemische Substanz, die Kent Walters und seine Kollegen aus dem Insekt isoliert haben. Das ist insofern außergewöhnlich, da die Tiere in den meisten Fällen spezielle Proteine als Gefrierschutzmittel nutzen. Die Substanz, die Upis ceramboides vor dem Kältetod bewahrt, ist jedoch ein Vielfachzucker. Dieses Riesenmolekül heißt Xylomannan.

Künstliche Frostschutzmittel bestehen meist aus kleinen Molekülen, die in hohen Konzentrationen den Gefrierpunkt senken. Bei großen Molekülen wie Xylomannan genügen dagegen geringe Mengen. Sie binden sich in die Eiskristallgitter ein und verhindern so, dass diese immer größer werden und die Zellen zerstören.

Der Frostschutz bremst im schwarzen Alaska-Käfer nicht nur das Anwachsen von Eiskristallen, der Vielfachzucker hält auch durch Wechselwirkungen mit der Zellmembran Eis vom flüssigen Wasser in den Zellen fern. Sein Frostschutzeffekt entspricht dabei dem wirkungsstärksten Antigefrier-Protein, das bisher in Insekten gefunden worden ist.