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Kurioses über Steine der Lebewesen

Von Hans-Jörg Müllenmeister

Natursteine sind Gebilde aus einem Mineral oder einem Mineralgemisch. Sie können sich auch aus organischen Stoffen der Lebewesen entwickeln. Dank ihrer Festigkeit entdeckten einige Spezies schon frühzeitig Steine als nützliches Werkzeug und Baumaterial. Spannend ist zu erfahren, warum Organismen inkorporale Steine produzieren – sie dienen ihnen sogar als Feinmessinstrumente. Neben der kostbaren Seite einiger Steine gibt es auch eine schmerzhafte: Gewisse Gebilde können als Quälgeister in den Organen rumoren. Auch davon sei hier die Rede.

Steinwerkzeuge der Tiere

Lange vor den Menschen, kombinierten Schimpansengruppen der Nimba-Berge in Guinea Steinwerkzeuge wie Hammer und Amboss. Damit erschlossen sie sich eine schwer zugängliche Nahrungsquelle. Eigentlich sind Früchte für sie ein gefundenes Fressen im Regenwald, wenn sie nur nicht Basketball-groß wären und obendrein so hartleibig. Indes ließen sich die Schimpansen etwas einfallen. Ein Stein wird zum Hammer, mit dem sie auf die Frucht einschlagen. Allein damit können sie keine mundgerechten Brocken aus dem „Basketball“ herausbrechen: Zudem federt der weiche Waldboden den kräftigsten Schlag ab. Also legen die Affen einen flachen Stein als Amboss unter. Mit kräftigen Zertrümmerungsschlägen kommen sie so zu einer nahrhaften Mahlzeit.

Bartgeier sind spezialisiert auf Knochen von Kadavern. Ihre findige Ernährungsweise ist einzigartig. Um an das begehrte Knochenmark heranzukommen, helfen ihnen Schwerkraft und Gestein. Der Greifvogel lässt größere Knochen aus großer Höhe auf Felsen fallen, so dass sie zerschellen und in schlundgerechte Portionen zersplittern. Deshalb nennen die Spanier den Bartgeier zu Recht den Knochenbrecher.

Seeotter, der putzige Muschelknacker

Der Otter benutzt Steine nicht nur, um Muscheln am Meeresgrund loszubrechen. Die harten Schalen der bevorzugten Beutetiere öffnet er mit Steinen, die er als Hammer oder Amboss nutzt. Dazu legt er sich schwimmend auf den Rücken und zertrümmert die Muschel-Beute auf seiner Brust.

Steinmühle der Strauße

Fossilienfunde zeigten, dass schon die Dinosaurier vor über 140 Millionen Jahren eine besondere Technik der Nahrungszerkleinerung nutzten. Ein rezenter Anwender dieser steinalten Technik ist der zahnlose Vogel Strauß. Dieser Pflanzenfresser verschluckt kleine Kiesel oder Steine, die sich in ihren „Magenmühlen“ bewegen, um die Nahrung zu zerkleinern. Dabei kontrahieren die großen seitlichen Muskeln den Magen etwa zwei- bis dreimal pro Minute. Der Muskelmagen ist mit einer Hornschicht ausgekleidet; über 40% des Muskelmagen-Inhalts besteht aus geschlucktem Steinmaterial (Gastrolithen) als Verdauungshilfe.

Unterwasser-Baumeister: die Köcherfliegenlarve

Die Larve der Köcherfliege verbindet die Fähigkeit zum Bau von Schutzgehäuse, Fangnetz und transportablem Wohnköcher. Ein Spinnsekret bildet die klebende Bausubstanz: Von den Labialdrüsen am Kopf tritt es als feiner Faden aus und bildet ein Gespinst, ähnlich wie die Kokon-Seide der Schmetterlinge. Meist besteht der Köcher aus Sandkörnchen und Steinchen oder Schilfstückchen, die mit Spinnsekret zu einer Röhre, dem Köcher verklebt sind. Diese „Steinburgen“ bieten nicht nur Schutz und Tarnung gegenüber Fressfeinden; sie helfen in Fließgewässern auch gegen die Abdrift. Besonders die Larven der „Wasserseelchen“ dienen als Indikator-Organismen zur Überwachung der Wasserqualität. Die Form des Köchers kann für eine Familie oder Art sehr charakteristisch sein. Eine Köcherfliegenart baut hochgewölbte, kurze „Steinhäufchen“ andere schmale, glatte gebogene Sandköcher. Eine weitere Art errichtet aus gröberen Steinchen gerade Köcher, aus denen seitlich größere Steine hervorragen.

Verkieselt: das Bäumchen-Wechsel-Dich-Spiel

Die Bäume des Trias erlebten vor mehr als 200 Millionen Jahren in kurzer Folge zwei Naturkatastrophen: Gewaltige Überschwemmungen entwurzelten riesige Baumstämme und rissen sie in einem mächtigen Wasserstrom mit; diese lagerten sich in Schwemmlandebenen ab. Die Baumriesen verrotteten nicht natürlich, da unter Wasser getaucht, der Sauerstoff fehlte. In einer zweiten Naturkatastrophe spien Vulkane feine Asche aus und überdeckten das Land mit einem hunderte Meter dicken Mantel. Zirkulierende, kieselsäurehaltige Wässer drangen in die Hölzer der gefällten Bäume ein. Ganz allmählich ersetzte die Kieselsäure die ursprüngliche Substanz (Pseudomorphose). Das Wasser verdunstete. Ausgefälltes Quarz und Pyrit der Mineralsalzlösungen füllen die Hohlräume. Bei diesem „Bäumchen-Wechsel-Dich“ blieben die Strukturelemente erhalten: Im verkieselten Holz aus Arizona – Nichtfachkundige sprechen von versteinertem Holz – blieben Jahresringe, Astansätze, sogar Wurmlöcher im Quarz erhalten.

Dagegen entstand bei der Inkohlung, also durch Karbonisieren von Pflanzenresten das schwarze, feste Sedimentgestein Steinkohle. Mit der Dauer der Inkohlung steigt der Anteil an Kohlenstoff. Der fossile Brennstoff Steinkohle besteht zu mehr als 50% aus Kohlenstoff. Beim Inkohlungsprozess bilden sich nacheinander Torf, Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit und schließlich Graphit.

Strandgut-Brocken: gefährlich bis kostbar

Ambitionierte Strandgänger auf der Ostseeinsel Usedom können Erfahrungen mit aufgeklaubtem Strand(un)gut machen, das sich im wahrsten Sinne einbrennt. Ein heftiger Sturm trägt nicht nur allerlei Unrat an die Küste. Da sind nicht nur Glücksfunde dabei wie das „Gold der Ostsee“, also schöne verkrustete Bernsteine. Die sind übrigens fossiles Harz: Der beste natürliche Biokonservator für eingeschlossene Insekten (dreidimensional) aus verschollenen Erdepochen. Unter den Funden kann sich auch eine gefährliche Scheußlichkeit aus dem Zweiten Weltkrieg verbergen. Die Crux ist, dass sich beide Materialien sehr gleichen. Gemeint ist weißer Phosphor in Brockenform. Das Teufelszeug ist durchscheinend und wachsartig. Den angespülten weißen Phosphor können selbst Profis nicht sofort von Bernstein unterscheiden, denn Aussehen, Oberflächenstruktur und Dichte sind ähnlich.

Diese heimtückischen Hinterlassenschaften stammen aus phosphorhaltigen Brandbomben der Briten, genauer gesagt, von einem Bombenangriff am 18.08.1943. Man vermutet, dass rund 1,2 Tonnen weißen Phosphors als „Kollateralschaden“ ins Meer fielen. Sobald Phosphor in der Hosentasche des Sammlers trocknet, entzündet er sich innerhalb kürzester Zeit von selbst. Sammler wurden dadurch zum Teil erheblich meist am Oberschenkel verletzt. Bei den bekannten Schadensfällen war der fatale Mimikry-Bernstein etwa Tennisball-groß. Weißer Phosphor verursacht Verbrennungen dritten Grades, verbunden mit schlecht heilenden Wunden und er hinterlässt schmerzempfindliche Narben.

Das dritte hochseltene Strandgut ist Ambra, eine graue, wachsartige Substanz aus dem Verdauungstrakt der Pottwale. Die unverdaulichen Teile wie scharfkantige unverdauliche Schnäbel, Hornkiefer oder Krallen von Tiefsee-Kraken sind im Ambra eingebettet, um die Darmwand vor Verletzung zu schützen. Wie es im Darm des Pottwals zu dieser Substanz kommt, ist weitgehend ungeklärt. Es gibt verschiedene Theorien. Eine spricht von einer Stoffwechselkrankheit, eine andere sieht im Ambra einen antibiotischen Wundverschluss bei Verletzungen der Darmwand.

Ausgeschiedene Ambra-Klumpen treiben oft Jahrzehnte über die Meere bis hin zur Küste als Strandgurt. Sie können mehr als 10 kg wiegen, in Einzelfällen sogar über 100 kg. Im Januar 2013 fand ein Glücksritter – eigentlich war es sein Hund − nahe Blackpool in England einen 3 kg schwerer Brocken. In einem jahrelangen „Reifeprozess“ verändert sich Konsistenz, Farbe und Geruch. Aus einstigem Walkot wird mit der Zeit eine kostbare Substanz. Im Grimms Märchen war das nur von einem Esel bekannt, der Goldtaler anal ans Tageslicht fördern konnte und auf das Kommando „Bricklebrit“ hörte. Ambra ist heiß begehrt. Für angespülte Fundstücke zahlt man hohe Summen, die je nach Qualität pro Kilo im fünfstelligen Eurobereich liegen. Warum? Ambra enthält den Duftstoff Ambrein, ein Alkohol, der durch Luft und Licht in die eigentlichen Duftstoffe, u.a. Ambrox, aufgespalten wird. Die Duftnote beschreibt man als holzig, trocken, balsamisch, etwas tabakartig mit aphrodisierendem Einschlag. Diese Basisnote in Duftkompositionen ist für die Parfümindustrie sehr wertvoll.

Kostbares Abwehrbauwerk der Muschel

Im Leib bestimmter Muscheln wächst gelegentlich als kostbares Kleinod ein meist rundliches Edelsteinchen, eine Perle heran. Es enthält kleine Kristalle aus kohlensaurem Kalk (92%) in Form von Aragonit-Täfelchen. Diese Gebilde sind wie Backsteine von einem organischen „Mörtel“, dem Conchyn (8%) zusammengekittet. Die „Gewichtsweltmeisterin“ von ihnen wiegt stattliche 450 Karat; also etwa 90 Gramm, und sie liegt im South Kensington Museum in London. Das Gebilde ist nicht etwa rund, sondern eher von faltiger Gestalt.

Selbst in Fachkreisen hält sich der Mythos hartnäckig, dass mit dem Atemstrom des Muscheltiers eindringende Fremdstoffe wie etwa Sandkörner, Keim der natürlichen Perlenbildung sind. Als Gemmologe habe ich schon einige Kultur-Perlen röntgenologisch untersucht, und noch nie im Zentrum ein Sandkörnchen gesichtet. In Wirklichkeit löst ein epithelialer Tumor das Wachstum einer echten Perle aus. Sehr wahrscheinlich handelt es sich um eine genetische Veranlagung der Muschel. Es steht zu befürchten, dass sich der Sandkörnchen-Mythos genau so hartnäckig lange hält wie die Mär vom eisenreichen Spinat.

Steinreich und auch schmerzhaft

Jährlich erkranken in Deutschland etwa 400.000 Patienten an Nierensteinen. Am häufigsten sind Calcium-Oxalat-Steine, etwa 70%; Harnsäuresteine etwa 15% und Struvitsteine (Magnesium-Ammonium-Phosphat-Steine), etwa 10%. Normalerweise sind diese Festsubstanzen im Urin gelöst. Steine bilden sich aber, wenn diese Substanzen hochkonzentriert im Urin vorliegen. Ab einer gewissen Menge wird die Löslichkeit der Substanz überschritten und sie kristallisiert, wird also fest. An den Kristall lagern sich immer mehr gleichartige Moleküle − der Stein wächst. Als feste Gebilde behindern sie den Harnabfluss in den Nieren und den ableitenden Harnwegen. Je nachdem, wo sich die Steine befinden, spricht der Arzt von Nierensteinen, Nierenbeckensteinen, Harnleitersteinen oder Blasensteinen. Die Steine können mehr als haselnussgroß, aber auch winzig klein sein (Harngrieß). Nahrungsmittel wie Rhabarber oder Roter Bete und Tomaten, aber auch Schokolade und Spinat begünstigen die Bildung von Calcium-Oxalat-Steinen. Harnkristalle können sich dann bilden, wenn der Harn nicht ausreichend verdünnt ist. Die wichtigste Maßnahme, um Harnsteinen vorzubeugen, ist eine erhöhte Flüssigkeitsaufnahme.

Das Bakterium Oxalobacter formigenes ist fähig, das Risiko für eine erneute Nierensteinbildung um 70% zu senken. Bisher erleidet etwa jeder zweite Patient nach dem Entfernen eines Nierensteins einen Rückfall. Oxalobacter formigenes wandelt das gesundheitsschädliche Calciumoxalat, aus dem die meisten Nierensteine bestehen, in ungefährliche Stoffwechselprodukte um. Amerikanische Epidemiologen hoffen jetzt, mit Hilfe des Bakteriums das Entstehen von Nierensteinen bereits im Vorfeld zu verhindern.

Nierenstein-bildende Seescheiden

Manch kuriose Manteltiere besiedeln weltweit die Meere vom Schelf bis zur Tiefsee; sie sind sessil, also festgewachsen. In den Nieren der korallenähnlichen Tiere bilden sich Steine wie bei uns Menschen. Das ist aber keineswegs ein krankhafter Prozess des knolligen zentimetergroßen Wasserschlürflings, der Nahrungspartikel herausfiltert.

Das Kuriosum bei der Seescheiden-Niere: Das Organ gleicht eher einem Müllbeutel, der sich nie entleert, weil er keinerlei Öffnung nach draußen hat. Da ist nichts mit „Wasser lassen“. Die Weichtiere deponieren die giftigen Stickstoffverbindungen in Form von Nierensteinen. Chemisch gesehen, gleichen die Ablagerungen verblüffend den Nierensteinen des Menschen. Rätselhaft ist aber, warum Seescheiden dadurch keine schmerzhaften Koliken bekommen. Ihr körpereigener Müllbeutel platzt auch nicht. So schnell, wie ihnen ein Nierenstein wächst, so schnell schrumpft er auf wundersame Weise auch wieder und verschwindet spurlos.

Wie ist das zu erklären? In der Nähe der Ablagerungen tummeln sich Pilze und in ihrem Innern auch Bakterien. Beide bilden eine einzigartige Symbiose, denn diese fressfreudigen Pilze und Mikroben sind fähig, die Nierensteine zu verspeisen und die Abbauprodukte in ihren eigenen Stoffwechsel einzuschleusen. Als Gegenleistung liefern sie der Seescheide Stoffe, die wiederum das Meerestier nutzen kann − ein eingespieltes Recycling-Team. Fällt aber die Mithilfe von Pilz und Mikrobe aus, stirbt die Seescheide. Inzwischen interessieren sich die Humanmediziner für die bizarren Lebewesen. Bislang gibt es nämlich kaum ein verlässliches Modell für die Entstehung von Nierensteinen beim Menschen. Versteht man aber erst die biochemische Verdauung der Nierensteine bei Seescheiden, könnte man dank dieser Erkenntnis neuartige Medikamente entwickeln.

Die Steinlaus als Litho-Therapeut

Gallenstein-Geröllhalden können hungrige Abarten der Steinlaus (Petrophaga lorioti) zur Gänze wegknabbern. Diese Winzlinge haben gewisse Ähnlichkeit mit dem Nacktmull. Erstmals erwähnte 1982 das medizinische Wörterbuch Pschyrembel die Steinlaus als körpereigenen Therapeuten. Fingierte Forschungsarbeiten zeigten den Wert der Steinlaus bei der Therapie von Gallen-, Blasen- und Nierensteinen. Spezialisierte Unterarten seien die Gallensteinlaus und Nierensteinlaus.

Natursteine im „Speisezimmer“

Einige von uns haben wohl nie etwas von Phlebolithen gehört; das sind verkalkte Thromben, die sich in peripheren Venen abgesetzt haben und diese verschließen können. Anderen Menschen können unwissend Speichelsteine im Mundraum mitführen, so genannte Sialolithe ohne dass Schmerzen auftreten. Diese können eine Größe von 2 cm erreichen.

Als unliebsame oft unangenehme Gäste in unserem „Speisezimmer“, bestehen Speichelsteine aus eingedicktem, erhärtetem Speichel mit den Komponenten Calciumphosphat, Calciumkarbonat, Kohlenhydrate, Eiweiße und Magnesium. Sie sind das „Über“-Produkt der Speicheldrüsen, genauer der Unterkiefer- oder Ohrspeicheldrüse. Im Wesentlichen entstehen Speichelsteine, wenn das Flüssigkeitsangebot des Körpers zu knapp bemessen ist.

Otolithen − die winzigen Messfühler

Früh erfand die Natur den Gleichgewichtsapparat, der auf Otolithen, auf Ohrsteinen beruht: Nicht nur wir wissen wo oben und wo unten ist. Bei Fischen und Lurchen übernehmen diese Steine sogar eine Art Gehörfunktion. Unsere Ohrsteine sind mit 0,005 mm winzig. Dafür haben wir viele Tausend davon. Unsere Steinchen aus Calciumcarbonat-Kristallen im Innenohr gleiten bei Bewegungen in einem Gel hin- und her. Ziemlich weit im Schädelinnern sitzt ein Gebilde aus drei Schlaufen-ähnlichen Bogengängen und zwei Säckchen (Utriculus und Sacculus). Sie bilden das Gleichgewichtsorgan, den so genannten Vestibular-Apparat. Die Ohrsteine liegen in den besagten zwei Säckchen. Dort rieseln sie nicht bei Bewegung hin und her, sondern gleiten wie in zähem Honig in einer Gallert-Masse. In dieses Gel ragen kleine Haarzellen hinein. Das sind Rezeptoren, die dem Gehirn ihre Bewegung melden.

Bewegen wir unseren Kopf, dann bummeln die Ministeinchen etwas träge „hinterher“ – schließlich sind sie dreimal so schwer wie Wasser. Dabei zerren sie an der Gallertmasse, in der sie kleben: Die zähe Masse verzieht sich und verbiegt die darin sitzenden feinen Haarzellen. Diese wiederum leiten dann – entsprechend der Stärke der Krümmung – einen elektrischen Impuls über den Gleichgewichtsnerv ins Gehirn: Uns wird bewusst, dass sich unsere örtliche Lage geändert hat. Ist die Funktion der Ohrsteine im Innenohr gestört, weil sie sich aus ihrer natürlichen Position gelöst haben, entsteht eine der häufigsten Schwindelformen des Menschen: der gutartige Lagerungsschwindel.

Typisches Symptom des gutartigen Lagerungsschwindels ist ein nach Körperwendung im Liegen, Hinlegen oder Blick nach oben oder hinten ausgelöster heftiger Schwindelanfall. Der Schwindel dauert wenige Sekunden und hat nichts mit dem Kreislaufschwindel zu tun, für den Beschwerden beim Aufrichten typisch sind. Der gutartige Lagerungsschwindel ist kein Zeichen einer bösartigen Nervenerkrankung; er verschwindet meist von selbst.

Warum wachsen Pflanzen nach oben und nicht in die Erde?

Als Pflanzengewächse vor etwa 475 Millionen Jahren das Land eroberten, entwickelten sie zwangsläufig die Fähigkeit, das Schwerefeld der Erde wahrzunehmen, damit sie aufrecht wachsen können: Horizontal gelegte Pflanzensprosse wachsen aufrecht nach oben und Wurzeln senkrecht in Richtung Erdmittelpunkt. Dazu verfügen sie über spezialisierte Zellen, so genannte Statocyten in der Wurzelspitze, die der Wahrnehmung der Schwerkraft dienen (Graviperzeption): Es verlagern sich gewisse schwere Stärke-Partikel auf der Unterseite der Zelle. Dies registriert die Pflanze und sie lenkt die Wuchsrichtung in die richtige Richtung mit Statolithen (Amyloplasten) in den Zellen der Wurzelhaube. Was genau hinter diesen molekularen Mechanismen steckt, die es vermögen, das Erdschwerefeld wahrzunehmen, bleibt bis heute wenig verstanden und ist eines der Rätsel der Natur. Das führt mich auf die abschließende Frage. Wie wächst denn eine Pflanze im schwerelosen dunklen Raum?

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