Haifischzähne sind nicht härter, als menschliche Zähne.Und das, obwohl die Zähne der Raubfische zu hundert Prozent aus Fluoride-Kristallen bestehen. Menschlicher Zahnschmelz hingegen enthält das etwas weichere Mineral Hydroxylapatit. Vergleichsuntersuchungen an Haifischzähnen und menschlichen Zähnen ergaben, dass beide gleich robust sind. Dies ist zunächst überraschend. Doch schaut man genauer hin, so unterscheiden sich die Zähne deutlich in ihren Formen. Die Zähne des Tigerhais sind breit und flach. Ihre Schnittflächen gleichen einem Sägeblatt, denn diese Jäger zerschneiden das Fleisch ihrer Opfer. Beim Kurzflossenmako sind die Zähne lang und spitz. Sie dienen zum herausreißen von Fleischstücken aus dem Beutetier. Der menschliche Zahn verfügt über eine besondere Nanostruktur der Hydroxylapatit-Kristalle. Sie sind so angeordnet und durch Proteine miteinander verklebt, dass ein Bruch nicht durch den ganzen Kristall läuft. Dies macht auch den menschlichen Zahn widerstandsfähig und bewahrt den Zahn vor dem Zersplittern. Aus diesem Grund ist der Zahn auch nicht vollständig mineralisiert.
Die Form – nicht das Material – bestimmt die Funktion
Die Untersuchungen der Wissenschaftler von der Universität Duisburg-Essen und des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf belegen, dass nicht das Material, sondern die Form der Zähne über ihre Funktion (schneiden, reißen, mahlen) entscheidet. In der Natur hat sich dieses Funktionsprinzip demnach über Artgrenzen hinweg durchgesetzt.
Der menschliche Zahn
Der Zahnschmelz ist das härteste Material des menschlichen Körpers. Er wird von schmelzbildenden Zellen produziert und besteht zu 95 Prozent aus Hydroxylapatit, dessen Hauptbestandteile Calcium und Phosphat sind.
Der Zahnschmelz ist für wasserlösliche Stoffe geringfügig durchlässig, zum Beispiel für seine Bestandteile Calcium und Phosphat, sowie für Fluoride. Mit Hilfe von Fluoriden wird das Hydroxylapatit in das härtere Fluorapatit umgewandelt. Deshalb werden diese zur Härtung des Zahnschmelzes in Zahnpasten verwendet. Säuren hingegen können dem Zahn schaden, weil sie aus dem Zahnschmelz das Calcium und Phosphat herauslösen und ihn damit aufweichen. Für einen gesunden Zahn ist also das Gleichgewicht zwischen herausgelöstem Calcium und Phosphat und dem mit Hilfe von Fluoriden wieder eingebaute Calcium und Phosphat entscheidend. Fluorid fördert somit die Remineralisation, härtet die oberste Schmelzschicht und hemmt das Bakterienwachstum.
Biomineralisation
Biomineralisation ist ein Vorgang, bei dem mineralische Produkte (Biominerale) von Organismen gebildet werden. Hierzu zählen beispielsweise Zähne, Knochen und Muschelschalen. Die Optimierung dieser Mineralisationsvorgänge ist für die Wissenschaft und Technik interessant, da sich aus den natürlichen Vorgängen neue Produkte entwickeln lassen. So könnten zukünftig deutlich natürlichere Materialen als Zahnersatz Verwendung finden.
Quellen:
- Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen: Wissenschaftler untersuchen Haifischzähne – Damit sie auch morgen noch zubeißen, 27.07.12
- MaterialNews: Bionik: Hart wie ein Haizahn, 20.08.12