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Knochen: Beim Wachstum gilt "Form
Follows Function"
Bislang ging man davon aus,
dass die Knochenform genetisch vorgegeben ist. Doch offenbar könnten
Knochen auch "nach Bedarf" wachsen.
(jkm) - Die Form von Knochen und
Muschel- oder Schneckenschalen ist erstaunlich gut an die mechanischen
Anforderungen angepasst. Darmstädter und Bochumer Forscher
haben nun ermittelt, dass diese Anpassung weniger stark durch
die Gene bestimmt sein könnte, als bislang angenommen. Die
Form der Stützelemente ergibt sich demnach praktisch von
selbst, wenn sie nur dort wachsen, wo sie auch beansprucht werden.
Knochen sind mechanische Meisterwerke,
die mit einem Minimum an Materialaufwand enorme Stabilität
erreichen. Die Mediziner, Biologen und Maschinenbauer um Torsten
Rossmann von der Technischen Universität Darmstadt und Ulrich
Witzel von der Ruhr-Universität Bochum untersuchten nun,
ob die ausgefeilten Strukturen auch als bloße Reaktion auf
Belastungen ihre endgültige Form finden könnten.
Die Forscher begannen mit Computermodellen,
in denen Skelettelemente durch viele kleine "Bausteine"
dargestellt wurden. Diese so genannte Finite-Elemente-Methode
ist im Maschinenbau weit verbreitet. Geleitet durch wenige Grundannahmen
über Lagerung und Krafteinleitung suchten sie dann, die bestmögliche
Form zu finden. Tatsächlich wiesen die im Rechner gewachsenen
Knochen verblüffende Ähnlichkeit mit ihren realen Pendants
auf. So ließen sich etwa die Form der menschlichen Nase,
der Überaugenwulst des Neandertalers oder die lange Schnauze
des Krokodils auf der Basis mechanischer Zwänge und der Reaktion
durch Anlagerung weiteren Knochenmaterials erzeugen.
Rossmann, Witzel und ihre Kollegen
sehen damit das "wissenschaftliche Credo, dass die Form etwa
eines Schädels oder einer Muschelschale rein genetisch determiniert
ist, in Frage gestellt." Ihrer Ansicht nach könnten
weitere Untersuchungen Vorhersagen über die Entstehung natürlicher
Strukturen erlauben, beispielsweise im Falle ausgestorbener Tiere,
deren Weichteile nicht im Fossilienmaterial erhalten geblieben
sind. Zudem könnten die Ergebnisse bei der naturnahen Gestaltung
von Prothesen Anwendung finden.
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