Onderzoekers bij een laboratorium voor biomechanica in Californië organiseerden onlangs het vermoedelijk meest ongelijke zoetwatergevecht aller tijden. In de ene hoek bevond zich een roodbuikpiranha, de schrik van de Amazone met zijn messcherpe tanden. In de andere hoek zwom een nogal sullig uitziend meervalletje van niet meer dan tweeënhalve centimeter, een zogenaamde Corydora trilineatus.
De piranha stoof op zijn tegenstander af, deed zijn bek wijd open en beet een, twee en uiteindelijk tien keer - waarna de meerval zich loswurmde en er ongeschonden, maar enigszins geïrriteerd, vandoor ging.
‘Het was niet eens een schrikreactie, waarbij de vis snel wegzwemt,’ vertelt Misty Paig-Tran, onderzoeker Biological Science aan de California State University in Fullerton enigszins bewonderend. ‘Het was meer zoiets van: “Wat doe jij nou? Houd eens op, je verpest mijn dag.”’
Hoe komt het dat zo'n klein visje zo’n aanval kan weerstaan? Volgens een recent onderzoek waarover een publicatie verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Acta Biomaterialia heeft het dier een geheim pantser: dankzij zijn gespecialiseerde schubben van collageen en eiwit kan het visje zich met alle grote jongens meten. Wetenschappers hopen dat de mens in staat is om deze schubben na te bootsen, om zo sterker en lichter materiaal te maken voor bijvoorbeeld kogelwerende vesten.
Vrolijk rond blijven zwemmen
De Corydora trilineatus behoort tot de pantsermeervallen.
De vis brengt zijn dagen door met het afspeuren van de zandoever en de modderige rivierbodem van de Amazone en zijrivieren daarvan. Met behulp van zijn vleesachtige, van smaakpapillen voorziene voelsprieten is hij op zoek naar voedsel.
De ongeveer vijf centimeter lange dieren kunnen worden opgegeten door grote roofdieren als de reuzenotter en de orinocodolfijn. Maar tegen piranha's, en dan vooral tegen de kleinere die het meestal op de meervallen hebben voorzien, maakt de vis dankzij zijn schubben een goede kans.
Tijdens het onderzoek werden de meervallen blootgesteld aan in gevangenschap grootgebrachte roodbuikpiranha's. Andrew Lowe, die inmiddels promotieonderzoek doet aan de Amerikaanse Chapman University, ging ervan uit dat het niet best zou aflopen met de visjes. In video's van aquariumhouders met piranha's is te zien dat de buik van even kleine vissen zonder een pantser soms al door één beet wordt opengereten.
Maar de Corydoras trilineatus hielden dapper stand. Ze zwaaiden met de scherpe stekels op hun borstvinnen om de piranha's weg te houden van de grootste opening in hun pantser: het gebied rond hun vinnen. Een goed gemikte hap daar kan hun onthoofding betekenen.
Drie piranha's gaven de moed op, terwijl zeven soortgenoten er uiteindelijk wel in slaagden om hun prooi te verslinden. Maar de roofvissen konden het dan ook zo vaak proberen als ze wilden; de meervallen konden niet aan hun aanvallers ontsnappen. In het wild bieden het troebele water en waterplanten een slimme vis allerlei mogelijkheden om zich te verstoppen, vertelt Lowe.
‘Je hoeft er alleen maar voor te zorgen dat je pantser intact blijft tot de piranha je loslaat,’ zegt Paig-Tran. Als het de meervallen lukt om weg te komen zonder letsel aan hun interne organen, ‘kunnen ze vrolijk blijven rondzwemmen tot hun volgende piranha-gevecht’.
De Corydora kopiëren
De schubben van de meerval zijn niet rond, zoals die van de regenboogvis of de betta die je misschien zag rondzwemmen in het aquarium op de basisschool. Ze zien er meer uit als uitgespreide speelkaarten; ze zijn lang en dun en liggen in twee rijen over de hele lengte van de vis. En waar de schubben van de meeste vissen worden gevormd door odontoblasten, de cellen waaruit onze tanden bestaan, zijn de schubben van de pantsermeervallen gemaakt van osteoblasten, de cellen die onze botten vormen.
Dit soort schubben zijn behoorlijk sterk. Maar volgens Lowe zit het geheim van het pantser van de vis juist in een zacht onderdeel. Elke schub bestaat uit twee lagen: een hard, versteend oppervlak en een netwerk van collageenweefsel. Dat is hetzelfde eiwit dat onze huid zijn elasticiteit geeft en het fundament vormt voor beenderen.
Harde oppervlakken zijn vaak broos: ze breken wanneer er kracht op komt, vooral als ze dun zijn – denk aan spiegels of borden. Hoewel het voor de piranha's lastig is om de meervallen te doorboren vanwege de laag schubben van hard mineraal, is het de zachte laag daaronder die de kracht van de beten absorbeert, en daardoor voorkomt dat de schubben ‘krak’ doen.
Materiaaltechnicus Marc Meyers, van de University of California in San Diego, die niet bij de studie betrokken was, vindt de uitkomst van de kooigevechten van Lowe intrigerend. ‘In de loop van de evolutie hebben allerlei diersoorten huidpantsers ontwikkeld,’ vertelt Meyers. Vaak waren die specifiek aangepast aan de ‘wapenwedloop’ tussen de roofdieren en hun prooien in een bepaald gebied. Hij zou graag de nanostructuur van het zachte deel van de schubben van de meervallen bestuderen, voegt hij daar nog aan toe.
Als de Corydora trilineatus het vedergewicht is van de Amazone, dan is de arapaima met zijn honderd kilo en ongeveer twee meter het zwaargewicht. Meyers en zijn collega's bestuderen deze vis al tien jaar lang. Het collageen in het pantser van de arapaima is gerangschikt in complexe, kurkentrekkervormige lagen om de druk te verspreiden. Het collageen van de Corydora zou een miniatuurversie kunnen zijn van dat van de arapaima, maar het zou ook een geheel onbekende structuur kunnen hebben, aldus Meyers.
Mensen proberen al duizenden jaren te achterhalen hoe vispantsers werken, en hebben die kennis ook toegepast bij het ontwerpen van harnassen. Paig-Tran wijst op de complexe geschubde borstplaten uit de tijd van de Han-dynastie en van de Scythen als voorbeelden van ‘biomimetica’, zoals het imiteren van verschijnselen uit de natuur ook wel wordt genoemd.
Wetenschappers zien de hard-zachte buitenkant van vissoorten als de pantsermeerval tegenwoordig als een lichtend voorbeeld voor de creatie van lichtere, flexibeler kogelvrije vesten. Over de hele wereld hebben onderzoeksteams vesten getest gebaseerd op schubben van 3D-geprinte polymeren, glas en geperforeerd keramiek. Een onderzoeksgroep van het Imperial College London maakte onlangs een prototype met superdunne schubben van met koolstofvezels versterkt polymeer. Dat bleek bestand tegen een 46 procent hogere belasting dan een ononderbroken laag van het met koolstofvezels versterkte polymeer.
Volgens Paig-Tran is het eigenlijk ook niet zo vreemd dat vissen als de ‘kleine tanks van de Amazone’ menselijke uitvinders nog steeds een zwemslag voorblijven. De vissen zijn tenslotte al miljoenen jaren bezig.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Enges gepubliceerd op NationalGeographic.com
