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27.08.2014

Farbige Ornamentik auf harter Schale

Wie die regelmäßigen Muster auf den Gehäusen von Schnecken und Muscheln entstehen

Als hätte ein Kalligraf das Gehäuse mit Ornamenten aus feinen Linien verziert – wer die Gehäuse von Meeres- oder Landschnecken in die Hand nimmt, glaubt manchmal eher an die Arbeit eines Künstlers als an ein natürlich entstandenes Muster: filigrane Zeichen aus gezackten Linien, die Verbände aus Drei- und Vierecken bilden, farbige, an Dachziegel erinnernde Formationen, geschwungene Linien und elegante Bögen. Doch wie entstehen solche wundersamen Strukturen?

In jedem Garten lassen sich Schnecken finden, die Streifen quer zu ihrer Wachstumskante aufweisen. Foto: Andy Powell, CC-Lizenz
Gartenschnecke, Foto: Andy Powell, CC-Lizenz

Die Gehäuse von Schnecken bestehen aus Kalk und sind keineswegs aus einem Guss. Vielmehr wachsen sie Schritt um Schritt heran, indem sich entlang einer Wachstumskante kontinuierlich neues Material anlagert. Diese Wachstumskante ist bei einer lebenden Schnecke noch zu sehen und liegt genau da, wo das Gehäuse mit dem Körper des Tieres verbunden ist.

Die für das Wachstum zuständigen Zellen entlang der Wachstumskante können auch farbige (in der Regel dunkle) Pigmente in das Material einbauen. Das Gehäuse färbt sich an dieser Stelle dann dunkel und bleibt es auch, wenn sich der jeweilige Bereich durch Wachstum immer weiter weg von dieser Kante bewegt. Wie bei den Jahresringen eines Baumes ist die Aktivität der Zelle dann auf immer und ewig im Kalk festgehalten.

Baut nur ein Teil der Zellen entlang der Wachstumskante solche Pigmente in das Material ein, entstehen in diesen Bereichen dunkle Linien. Damit haben wir bereits die erste Erklärung für die Muster auf den Gehäusen von Schnecken, wie sie beispielsweise bei der gewöhnlichen Gartenschnecke auftreten. Bei dieser ziehen sich die Verfärbungen des Schneckenhauses nämlich meistens in Linien senkrecht zur Kante.

Manche Muster auf den Schneckenschalen erinnern mehr an die Arbeit eines Kalligrafen als an ein natürlich entstandenes Phänomen. Foto: Anders Sandberg, CC-Lizenz
Schneckenschale, Foto: Anders Sandberg, CC-Lizenz

Streifen können jedoch auch parallel zur Wachstumskante entstehen. Dies ist immer dann der Fall, wenn sich die Einlagerung von Pigmenten durch die Zellen zeitlich verändert. Ausgelöst werden können solche Schwankungen durch äußere Reize wie beispielsweise die Veränderung des Salzgehalts im Wasser oder aber durch körpereigene Botenstoffe, die durch die Zellen der Kante wandern und sie für eine gewisse Zeit zur Einlagerung von Pigmenten anregen.

Wie schnell solche sogenannten Aktivatoren durch die Wachstumskante wandern, ist entscheidend für das später entstehende Muster. Bewegt sich ein solches Signal sehr schnell, werden die Zellen nahezu gleichzeitig aktiv und es entsteht ein dunkler Ring parallel zur Wachstumskante. Wandert es hingegen nur langsam von Zelle zu Zelle, so bilden sich diagonal verlaufende Linien.  

Richtig kompliziert wird es jedoch, wenn sich mehrere solcher Aktivator-Signale überlagern und verstärken oder wenn die Gegenstücke zu den Aktivatoren auf den Plan treten, die sogenannten Inhibitoren. Diese Stoffe bewirken, dass die Zellen den Einbau von Pigmenten einstellen. Wenn sich Aktivatoren und Inhibitoren überlagern, erinnert das an Wellen auf einem See: Treffen hier Wellenberge auf Wellentäler, bleibt das Wasser glatt – oder es können sich eigene, noch kompliziertere Wellenmuster bilden.

Die größte Vielfalt an Formen und Mustern bei Schnecken und Muscheln findet sich im Meer. Foto: Dennis Hill, CC-Lizenz
Schnecken am Strand. Foto: Dennis Hill, CC-Lizenz

Wie solche Mechanismen die raffiniertesten Muster auf den Schalen von Schnecken entstehen lassen, hat der Tübinger Physiker Hans Meinhardt bereits vor knapp zwei Jahrzehnten in zahlreichen mathematischen Modellen untersucht. Damit konnte er Erklärungen für die meisten Muster finden, wie er in seinem 1997 erschienenen Buch "Wie Schnecken sich in Schale werfen" schreibt. Bei Muscheln, die im Gegensatz zu den Schnecken immer zwei Schalen haben, laufen übrigens ähnliche Prozesse ab – und auch hier bilden sich häufig spannende und raffinierte Muster.

Bleibt noch die Frage nach dem Sinn. Welchen evolutionären Vorteil haben Schnecken und Muscheln von den ausgefallenen Mustern auf ihren Gehäusen und Schalen? Die Antwort lautet: Es gibt keinen bisher bekannten Vorteil. Die Muster bilden sich wohl einfach so. (ud)