A25 Alterung von Pilzen

Thema

Die Haftborsten des Insekts bleiben nicht ewig intakt: Sie altern mit der Zeit durch drei unterschiedliche, gleichzeitig wirkende Prozesse – die Oxidation der sie bedeckenden Proteinkutikula, die Ansammlung von Verunreinigungen auf ihrer Oberfläche und die mechanische Ermüdung, die die Struktur der Borsten mit jedem Kontaktzyklus abnutzt.

Die Oxidation der Proteinkutikula verstärkt die Vernetzung der darin enthaltenen Proteine ​​und führt so zu mehr Querverbindungen. Diese verstärkte Vernetzung erhöht den Elastizitätsmodul der Kutikula und härtet sie aus. Diese Aushärtungsreaktion folgt der Arrhenius-Kinetik und reagiert daher sehr empfindlich auf Temperaturänderungen: Unter warmen Bedingungen beschleunigt sich die Alterung der Kutikula so stark, dass sich die Lebensdauer der Haftborsten im Vergleich zu kühlen Bedingungen um mehrere Größenordnungen verkürzen kann.

Eine durch diese Vernetzung gehärtete Kutikula macht den klebrigen Pilz steifer. Ein steiferer Pilz passt sich der Oberflächenrauheit, auf der das Insekt läuft, weniger gut an, wodurch sowohl die tatsächliche Kontaktfläche als auch die Haftung, die von diesem Kontakt abhängt, reduziert werden.

Verunreinigungen, die sich auf der Oberfläche des klebrigen Pilzes ansammeln, wirken gemäß einer Sättigungskinetik erster Ordnung. Das bedeutet, dass sie die Haftung nicht immer gleich stark beeinträchtigen: Die ersten Stunden der Nutzung sind am schädlichsten für die Haftung, während die danach zusätzlich angesammelten Verunreinigungen zunehmend weniger Schaden anrichten. Oxidative Härtung und angesammelte Verunreinigungen beeinträchtigen die Haftung des Pilzes nicht unabhängig voneinander; vielmehr kombiniert die Gesamthaftungsfunktion des Pilzes beide Effekte multiplikativ, nicht additiv: Wenn die Kutikula bereits gehärtet und gleichzeitig verunreinigt ist, nimmt die Haftung schneller ab, als wenn einer der Mechanismen allein wirken würde.

Angesichts dieser kombinierten Alterungsprozesse verlässt sich das Insekt nicht auf die Reparatur bereits beschädigter Haftborsten: Es löst das Problem biologisch durch periodische Häutung. Dabei wird das Haftsystem des Insekts vollständig erneuert und die Haftborsten werden in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt, ohne die durch Oxidation entstandenen Vernetzungen oder die durch Gebrauch angesammelten Verunreinigungen. Die Häutungshäufigkeit hängt von der Anzahl der Entwicklungsstadien und deren Dauer ab. Diese Erneuerungshäufigkeit verhält sich umgekehrt proportional zur tolerierbaren Abnutzung: Je weniger Abnutzung das Insekt verträgt, bevor es die notwendige Haftfähigkeit verliert, desto häufiger muss es sich häuten, um seine Haftborsten in ihrem ursprünglichen Zustand zu erhalten.

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