Biohybride Quallen sollen die Grenzen der Tiefseeforschung erweitern

Die Erforschung der Meere ist seit langem eine unwiderstehliche Herausforderung für Wissenschaftler. Wie die Weiten des Weltraums ist auch der Ozean weitgehend unerforscht. Dabei birgt seine Tiefe wertvolle Informationen, die wichtige Erkenntnisse über das Klima und die Ökosysteme unseres Planeten liefern könnten. In einem einzigartigen Versuch, diese Informationen zu erschließen, haben Forscher am Caltech die 3D-Drucktechnologie mit einem ungewöhnlichen Verbündeten zusammengebracht: der Qualle. Durch die Entwicklung von 3D-gedruckten Verbesserungen für Quallen wollen die Forscher den Ozean besser navigieren, um wertvolle Daten über eines der größten Ökosysteme der Erde zu sammeln.

Inspiriert von den anmutigen Bewegungen und der enormen Anpassungsfähigkeit der Quallen, leisten Dr. John Dabiri, Centennial Professor of Aeronautics and Mechanical Engineering am Caltech, und sein Team Pionierarbeit bei der Entwicklung von biohybriden Quallen. Diese Quallen, die mit 3D-gedruckten Verbesserungen und Sensoren ausgestattet sind, können als „Cyborg“-Pendants betrachtet werden.

Biohybride Quallen mit eingebauten Vorderkörpern und Sensoren (Bild: Caltech)

Diese Innovation stützt sich stark auf den 3D-Druck, um maßgeschneiderte Vorderkörper herzustellen, die an der Spitze der Glocke der Quallen angebracht werden, um den Auftrieb zu verbessern und den Luftwiderstand zu verringern. Das Team von Dr. Dabiri stattete die Quallen außerdem mit speziellen elektronischen Schrittmachern aus, die eine präzise Steuerung ihrer Schwimmgeschwindigkeit ermöglichen. Die Experimente ergaben, dass Quallen, wenn man sie dazu anregt, schneller zu schwimmen als ihr natürliches, gemächliches Tempo, noch geschickter werden. Die Quallen konnten ihre typische Geschwindigkeit um mehr als das Vierfache übertreffen, obwohl sie nur doppelt so viel Energie verbrauchten, selbst wenn sie eine Nutzlast trugen.

Quallen schaffen neue Möglichkeiten in der Erforschung der Meere

Um ihre Kreationen zu testen, hat das Forscherteam am Caltech ein hochmodernes vertikales Aquarium errichtet. Mit einer Höhe von mehr als drei Stockwerken dient diese Struktur als kontrollierte Umgebung für das Studium der Cyborg-Quallen. Es wird als eine Art „Wasser-Laufband“ fungieren, um die Kreaturen gegen vertikale Strömungen zu testen. Mit ihren 3D-gedruckten Verbesserungen haben diese biohybriden Quallen im Vergleich zu ihren natürlichen Vorbildern eine deutlich verbesserte Geschwindigkeit und Beweglichkeit gezeigt und navigieren mühelos und effizient durch die Tiefen und den Druck des Tanks.

Abgesehen von ihrer inhärenten Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit an die Tiefsee bieten Quallen auch einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Kosteneffizienz, insbesondere im Vergleich zu teuren Instrumenten zur Erforschung des Ozeans. Mit einem Preis von nur 20 Dollar pro Qualle bieten diese biohybriden Versionen eine überzeugende Alternative zu herkömmlichen Methoden, da Forschungsschiffe bis zu 50.000 Dollar pro Tag kosten können.

Derzeit ist eine weitere Entwicklung von Instrumenten und Verstärkungspaketen erforderlich, um diese Quallenforscher in noch größeren Meerestiefen einzusetzen. Das Forscherteam am Caltech ist jedoch zuversichtlich, dass es mit diesem Projekt gelingen wird, wichtige Meeresdaten zu gewinnen. „Quallen sind die ursprünglichen Entdecker der Ozeane, sie erreichen die tiefsten Ecken und gedeihen genauso gut in tropischen oder polaren Gewässern. Da sie weder ein Gehirn noch die Fähigkeit haben, Schmerzen zu empfinden, konnten wir mit Bioethikern zusammenarbeiten, um diese biohybride Roboteranwendung in einer Weise zu entwickeln, die ethisch vertretbar ist“. Dabiri erklärte. „Ich bin wirklich gespannt darauf, was wir lernen können, wenn wir diese Teile des Ozeans zum ersten Mal einfach nur beobachten.“

Während sich die derzeitigen biohybriden Quallen bei Tiefseemessungen durch ein verbessertes geradliniges Schwimmen auszeichnen, sieht Dr. Dabiri zukünftige Fortschritte. Derzeit wird daran geforscht, sie mit Steuerfähigkeiten auszustatten, die nicht nur die vertikale, sondern auch die horizontale Navigation ermöglichen. Diese Fortschritte haben eine Debatte darüber ausgelöst, ob diese Technologie auch für die Erforschung außerirdischer Lebensräume geeignet ist, insbesondere für die Erkundung der Ozeane ferner Monde. Mehr zu diesem Projekt erfahren Sie HIER.

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