Funktionsweise und erstaunliche Überdauerungsfähigkeit
Zapfen von Nadelbäumen wie Kiefern oder Stechtannen öffnen sich bei Trockenheit und schließen sich bei Nässe. Dieser Mechanismus ermöglicht die Freisetzung der Samen unter günstigen Umgebungsbedingungen. Die Bewegung der einzelnen Schuppen erfolgt passiv und verbraucht keine Stoffwechselenergie.
Aufgrund dieser Eigenschaften sind Zapfen seit einigen Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen und dienen als Inspirationsquelle für bioinspirierte, autonom reagierende technische Klappenstrukturen. Poppinga und Speck konnten nachweisen, dass die Schuppen eine extreme Überdauerungsfähigkeit hinsichtlich ihrer Funktionalität besitzen. Fossile Zapfen aus der Eem-Warmzeit (ca. 126.000 bis 113.000 Jahre alt) sowie aus dem Mittleren Miozän (ca. 16,5 bis 11,5 Millionen Jahre alt) reagieren weiterhin auf Veränderungen der Umgebungsfeuchte und bewegen ihre Schuppen.
Fossilisationsprozess und Strukturerhalt der Zapfen
Mithilfe computertomographischer Methoden zeigten die Forscher, dass die Zapfen während des Fossilisationsprozesses inkohlt, also in Kohle umgewandelt, wurden. Dabei kam es nur zu geringfügigen Mineraleinlagerungen. Dies führte dazu, dass die für feuchtigkeitsabhängige Bewegungen verantwortlichen Feinstrukturen erhalten blieben.
Die Studie wurde im Rahmen des europäischen Forschungsnetzwerks JONAS (Joint Research Network on Advanced Materials and Systems) durchgeführt. Neben Poppinga und Speck waren Wissenschaftler der BASF SE sowie des Universitätsklinikums Heidelberg beteiligt.