05.01.2005 · Geckos scheinen der Schwerkraft zu trotzen: Dank ihrer Haftfüße erklimmen sie mühelos senkreckte Wände und laufen auf Zimmerdecken herum. Doch warum bleibt an Geckozehen kein Schmutz kleben? Forscher fanden die Antwort.
Von Manfred Lindinger
© PNAS/dpa
Geckofüße reinigen sich selbst
Für Geckos scheinen die Gesetze der Schwerkraft nicht zu gelten. Mühelos krabbeln sie senkrechte Wände hinauf und laufen an der Zimmerdecke umher. Mit nur einem Fuß können sie das Dreifache ihres gesamten Körpergewichts halten, und auch ein Spurt über glatte Oberflächen bereitet ihnen keinerlei Schwierigkeiten.
Die erstaunliche Fähigkeit verdanken die Tiere den unzähligen winzigen Härchen, den sogenannten Setae, die dicht gedrängt an der Unterseite der Füße sitzen. Sie sorgen selbst auf extrem glatten Oberflächen für einen festen Kontakt, der jederzeit gelöst werden kann und keinerlei Spuren hinterläßt.
Jetzt sind zwei Forscher von der Lewis und Clark University in Portland (Oregon) einer weiteren verblüffenden Eigenschaft der Geckofüße auf die Spur gekommen. Kellar Autumn und seine Kollegin Wendy Hansen haben herausgefunden, warum an den feinen Setae kein Schmutz haftenbleibt.
Die Härchen eines Fußes tragen ein ganzes Kilo
Schon der griechische Philosoph Aristoteles hatte vor mehr als zweitausend Jahren über die Fähigkeit der Geckos gestaunt, und bis vor wenigen Jahren war es noch weitgehend ein Rätsel, wie die Tiere mit ihren rutschfesten Füßen selbst an extrem glatten Oberflächen der Schwerkraft trotzen können.
Dank Kellar Autumn weiß man heute, daß die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte dafür verantwortlich sind. Sie wirken zwischen der Oberfläche und jenen Spitzen, den Spatulae, die zu Hunderten am Ende eines Seta-Härchens sitzen. Normalerweise binden die elektrostatischen Van-der-Waals-Kräfte, die das Ergebnis zufälliger Ladungsfluktuationen in den Atomen und Molekülen sind, die Teilchen recht schwach aneinander.
Berühren sich jedoch größere Flächen - etwa ein Geckofuß und eine Glasoberfläche -, dann kommt es zu einem starken Klebeeffekt. Nach Berechnungen könnten die Härchen eines Geckofußes ein Gewicht von etwa einem Kilogramm tragen - weit mehr, als das Tier selbst wiegt. Sollte die Wand feucht sein, dann sorgten die Kapillarkräfte des Wassers für ausreichenden Halt.
Warum bleibt kein Schmutz haften
Eine Eigenschaft der Geckofüße ist indes bis vor kurzem noch ungelüftet geblieben. Wenn die Geckofüße so eine enorme Klebewirkung besitzen, warum bleibt an ihnen kein Schmutz haften? Zumal man noch niemals beobachtet hat, daß die Tiere ihre Füße intensiv putzen oder ein reinigendes Sekret abscheiden. Auch können sie den Staub nicht einfach abschütteln.
Irgendeinen Mechanismus muß es aber geben, weil bei schmutzigen Füßen die Haftwirkung nicht mehr funktioniert. Autumn und Hansen sind dem Rätsel nun mit für die Tiere äußerst schonenden Versuchen sowie reichlich Mathematik nachgegangen und haben dabei eine überraschende Entdeckung gemacht.
Selbstreinigende Geckofüße
Die beiden Forscher tauchten die Füße von Tokee (Gekko gecko) in künstlichen, stark haftenden Schmutz, der aus einer Art Quarzmehl bestand, und ließen die Tiere eine Glasplatte hinauflaufen. Wie erwartet, ließ die Klebewirkung zunächst deutlich nach, wodurch die Geckos ins Rutschen kamen. Doch nur nach wenigen Schritten konnten sie wie gewohnt die glatte Wand erklimmen. Die Füße hatten sich offensichtlich selbst gereinigt.
Als Autumn und Hansen sich isolierte Setae vornahmen - das Abtrennen der Härchen, die nach kurzer Zeit wieder nachwachsen, ist für die Geckos schmerzlos -, erhielten sie das gleiche Ergebnis. Die Kügelchen des Quarzmehls blieben an den Härchen nicht haften. Detaillierte Berechnungen im Anschluß an die Versuche lieferten die Erklärung.
Energetisches Ungleichgewicht
Danach ist der Mechanismus der Selbstreinigung die Folge eines energetischen Ungleichgewichts zwischen den wirkenden Haftkräften: Die Anziehung zwischen den Quarzpartikeln und den Setae ist geringer als zwischen den Quarzpartikeln und der Glasoberfläche, so daß im Endeffekt die Härchen ohne Putzen sauber bleiben. Offenbar ist dieser Effekt in der Struktur und Geometrie der Setae und der Spatulae begründet.
Wie stark der Selbstreinigungseffekt ausgeprägt ist, hängt offenkundig von der Größe der Schmutzpartikeln und der Dimension der Setae ab, berichten Autumn und Hansen in der kommenden Ausgabe der „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften (Bd. 102, S. 389). Jetzt wollen die beiden Forscher prüfen, ob sich der „Gecko-Effekt“ nicht ähnlich praktisch nutzen läßt wie der Lotus-Effekt.
