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Die Architektur der Muskelwelt

10.02.1999 - (idw) Friedrich-Schiller-Universität Jena

Die Strukturen natürlicher Bewegungssysteme möchte Dr. Stanislav Gorb entschlüsseln, damit sie technisch reproduziert werden können. Der ukrainische Wissenschaftler, der in der Gruppe von Prof. Dr. Martin S. Fischer am Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie der Universität Jena arbeitet, untersucht den Zusammenhang zwischen Aufbau und Funktionsweise von Muskeln.

Das Forschungsprojekt ist Teil des Innovationskollegs "Bewegungssysteme". Hier sind Forscher unterschiedlicher Fachrichtungen vereint, die die Fortbewegung von Wirbeltieren untersuchen und diese Erkenntnisse auf technische Bewegungsapparate übertragen wollen.

Bekannt ist, daß jede Muskelfaser von Bindegewebe umgeben ist. Das Bindegewebe besteht aus Kollagen, einem Protein, das elastische, technisch sehr geschätzte Eigenschaften besitzt. Materialien mit ähnlichen Eigenschaften können künstlich hergestellt werden. Wie ein Stromkabel mit verschieden starken Drähten und Isolierungen ist ein Muskel aufgebaut. Mit Aufnahmen vom Rasterelektronenmikroskop konnte Dr. Gorb jetzt den räumlichen Aufbau der Feinstrukturen dieser muskelumhüllenden Bindegewebsschichten aufklären.

Selbst die kleinsten Fasern des Muskels, die sogenannten Myofibrillen, sind von einer Schicht einzelner Kollagenfasern umgeben. Die Muskelfaser, die Faszikel, besteht aus mehreren Myofibrillen. Sie ist auch von Kollagenfasern umschlossen - sogar von mehreren Schichten. Das Bindegewebe um den gesamten Muskel ist ebenfalls mehrschichtig, enthält aber Stränge von Kollagen. "Das ist Architektur und Design auf feinstem Niveau", erläutert Gorb. "Wir müssen jetzt klären: Wie arbeitet das Netzwerk, was passiert im kontrahierten Muskel, wie verhält sich das Bindegewebe, und welche Fasern sind aktiv und welche passiv?"

Einige dieser Fragen wollen die Jenaer Wissenschaftler im Innovationskolleg beantworten. Sie führen dazu elektrophysiologische Messungen durch. Mit Hilfe einer Meßplatte mit mehreren Elektroden können sie feststellen, welche Zellen im gespannten Meerschweinchenmuskel aktiv sind. Daß nur ein Teil der Muskelfasern kontrahiert ist und andere Fasern die Bewegung passiv mitmachen, weiß die Wissenschaft bereits. Aber noch ist nicht geklärt, wie die Kraft der Muskelkontraktion auf das Bindegewebe übertragen und weitergeleitet wird und welche Rolle die Anordnung der Kollagenfasern dabei spielt. Experimentell möchten die Jenaer Zoologen herausfinden, ob bei der Kontraktion das lockere, stark stauchbare Kollagen zusammengeschoben wird oder die Kollagenfasern und Stränge ihre Orientierung ändern.

"Doch die Welt der Muskeln ist noch viel komplizierter", erzählt Gorb. Man unterscheidet biochemisch ungefähr 50 Fasertypen. Muskelfasern werden auch nach ihrer Reaktionszeit in langsame und schnelle Fasern eingeteilt. Nur durch Anfärben können diese zwei Typen bisher unterschieden werden. Die Jenaer Forscher suchen jetzt nach Strukturunterschieden.

Ob Muskeln technisch nachgebaut werden können? "Einen künstlichen Muskel nachzubauen, ist sicher nicht möglich", vermutet Gorb. "Die biologische Struktur ist immer ein Kompromiß der Lösungen für verschiedene Aufgaben und Probleme." Das Prinzip muß man verstehen, nicht alles bis ins letzte Detail lösen. Welche Struktur für welche Funktion ausreichend und notwendig ist - "das ist Aufgabe der funktionellen Morphologie" und bleibt Forschungsgebiet des Ukrainer Forschers, der im April nach Tübingen gehen wird. Dort erlaubt ihm ein hochdotiertes Stipendium des Bundesforschungsministerium, eine eigene Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie aufzubauen.

Ansprechpartner:

Dr. Stanislav Gorb, Prof. Dr. Martin S. Fischer
Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie
der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1, 07743 Jena
Tel.: 03641/949141, Fax: 03641/949142
e-mail: b5fima@rz.uni-jena.de


Friedrich-Schiller-Universität
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Anke Siebert
Fürstengraben 1
07743 Jena
Tel.: 03641/931035
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