„Der Blob“ kann seine Leistung steigern

Kann uns ein Schleimpilz zeigen wie man effizientere Pumpen baut?

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Versetzt Forscher immer wieder in Erstaunen: der Schleimpilz Physarum polycephalum.

Göttingen – So manchem läuft es schon kalt den Rücken runter, wenn er oder sie nur den Namen hört: Schleimpilz.

Doch die Exemplare der Art „Physarum polycephalum“ versetzen Forscher ein ums andere Mal ins Erstaunen. So fanden Wissenschaftler des Göttinger Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) nun heraus, dass dieser Schleimpilz aus der Ordnung der Physarida seine Pumpeffizienz steigern kann, wenn er schädlichem Licht ausgesetzt wird. Diese Erkenntnis könnte den Forschern zufolge dabei helfen, effizientere Pumpsysteme zu entwickeln.

Es ist nicht das erste Mal, dass der Schleimpilz Physarum polycepalum durch erstaunliche Eigenschaften auffällt. Fast (über-)menschlich mutet an, dass er den kürzesten Weg durch ein Labyrinth findet oder eine ausgewogene Diät hält, wohlgemerkt ohne ein zentrales Nervensystem zu besitzen. Und auch einen Spitznamen hat das gelbe Etwas: „der Blob“ – in Anspielung auf die außerirdische, menschenverschlingende Substanz aus dem Science-Fiction-Film „Blob – Schrecken ohne Namen“.

Nun zeigen die MPIDS-Forscher Karen Alim, Felix Bäuerle und Stefan Karpitschka in Experimenten, dass er auch seine Pumpeffizienz spontan anpassen kann, sobald sich seine Umgebungsbedingungen ändern. Durch ein cleveres Zusammenspiel von zwei überlagerten Pumpwellen benötigt er dabei nicht einmal mehr Energie und kann trotzdem eine beträchtliche Leistungssteigerung verbuchen.

Die Wellen nutzen das Zusammenziehen und Ausdehnen der Röhren – in der Fachsprache: Peristaltik –, ein Effekt, der auch bei Menschen (Speiseröhre, Darm) auftritt. Jedoch gibt es beim Schleimpilz eine Überlagerung von zwei Wellen: einer Grundwelle und einem Oberton mit der doppelten Frequenz. Die Forscher fanden heraus, dass sich unter blauem Licht, dem der Schleimpilz entweichen möchte, eine der Wellen gegen die andere verschiebt. Stehen die Wellen in der optimalen Konstellation, erreichen sie eine Effizienzsteigerung der Pumpleistung, ohne mehr Energie in die Wellen selbst stecken zu müssen.

„Natürlich stand bei uns sofort die Frage im Raum, warum pumpt Physarum nicht immer mit der höheren Effizienz?“, sagt Karen Alim, Leiterin der Gruppe Biologische Physik und Morphogenese am MPIDS. Die Forscher stellten fest, „dass eine solche viskoelastische Röhre ohne äußeren Einfluss schon einen Oberton aufbauen würde“, so Alim. Doch der liege genau entgegengesetzt zu der effizienten Lösung des Schleimpilzes. „Erst ein bewusstes Eingreifen des Schleimpilzes ermöglicht die beobachtete Dynamik, was dafürspricht, dass Physarum seine Pumpkoordination bestens beherrscht“, meint Felix Bäuerle, Erstautor der Studie.

Der Schleimpilz und der Mensch

Die Beobachtungen könnten in Zukunft in der Medizintechnik oder in der Soft-Robotik eingesetzt werden, in denen die Peristaltik heute schon zum Einsatz kommt. Für die Autoren ist es jedoch insbesondere ein verblüffendes Beispiel, in dem die Natur dem Menschen voraus ist. Stefan Karpitschka sagt dazu: „In dem kleinen gelben Waldbewohner Physarum polycephalum steckt eine Menge Komplexität, die es zu beherrschen gilt: Ein viskoelastisches Zellmaterial, sich ständig ändernde Umgebungsbedingungen und kein Gehirn, um das Ganze zu koordinieren. Und trotzdem schafft er es, nach nur zwanzig Minuten perfekt dem Lichtkegel zu entweichen, indem er seine Pumpeffizienz mit einem raffinierten Trick anpasst, und braucht dabei nicht einmal mehr Energie."

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