Elefantöses – Über die Elefantenhaut

Wie dick ist die Haut eines Elefanten?
Daten, die der Haut einer 2.100 kg schweren Asiatischen Elefantin namens Iki entnommen wurden, zeigten, dass die Dicke der Elefantenhaut variiert. Gemessen wurden an Epidermis (Oberhaut) und Dermis (Lederhaut) zwischen 1,8 Millimeter an der Innenseite des Ohrs und 32 Millimeter am Rumpf und Teilen des Kopfes. Die Oberhaut der Elefanten besteht aus 50 bis 100 Zellschichten und kann bis zu 10 Millimeter dick sein.
[Shoshani, J., & Foley, C. (2000). Frequently Asked Questions About Elephants. Elephant, 2(4), 78-87. Doi: 10.22237/elephant/ 1521732268]
Warum ist Elefantenhaut so runzelig, rissig und faltig?
Die Feinstruktur der zerklüfteten Elefantenhaut sorgt dafür, dass Schlamm gut haften bleibt, der eine Schutzschicht bildet, die vor Parasiten und gegen Sonneneinstrahlung schützt. Die Furchen sorgen für eine Beschattung der Haut und dafür, dass mehr Wasser aufgenommen und festgehalten werden kann – bis zu zehnmal mehr als auf einer flachen Oberfläche. Wenn das Wasser verdunstet, kühlt es dabei die Umgebungsluft. So können sich Elefanten, die keine Schweißdrüsen haben, durch die passive Verdunstungskühlung ihrer Haut vor Überhitzung schützen.
Anuj Jain aus Singapur hat sich von diesen Eigenschaften der Elefantenhaut inspirieren lassen. Am 20. April 2023 hat er sein Biomimicry Design Toolkit vorgestellt – eine Art Elefantenhaut zur Gebäudekühlung in den Tropen, die den Stromverbrauch für Klimaanlagen deutlich senkt, da nicht mehr so viel Hitze ins Gebäude dringt.
Die Haut Afrikanischer Elefanten ist stärker strukturiert als die Haut von Asiatischen Elefanten, sodass sie Wasser noch besser und länger festhalten können und der Kühleffekt größer ist. Forscher konnten zeigen, dass sie exponentiell mehr Wasser durch ihre Haut verdunsten lassen, je mehr die Außentemperatur steigt. Elefanten nutzen Wasser also nicht nur zum kurzfristigen Abkühlen, indem sie im Wasser baden, sondern sie regulieren ihre Körpertemperatur auch noch danach durch die Verdunstungskühlung ihrer Haut.
[Robin C. Dunkin, Dinah Wilson, Nicolas Way, Kari Johnson, Terrie M. Williams; Climate influences thermal balance and water use in African and Asian elephants: physiology can predict drivers of elephant distribution. J Exp Biol 1 August 2013; 216 (15): 2939–2952. doi: https://doi.org/10.1242/jeb.080218]
Neugeborene Afrikanische Elefanten besitzen solche Feinstrukturen der Haut noch nicht, sie entstehen erst später. Anstatt die toten Hautzellen zu verlieren, lagern sich diese bei Elefanten auf der lebendigen Haut ab. Die verhornte Schicht wird Jahr für Jahr dicker. Irgendwann bricht das starre Material durch Bewegungen bzw. Belastungen auf. Es entstehen viele kleine Risse zwischen den Erhebungen, die dann durch ihr feines System aus winzigen Kanälen enorm viel Wasser aufnehmen können und so einen Wasserrückhalt für die Verdunstungskühlung bilden.
[Martins, A.F., Bennett, N.C., Clavel, S. et al. Locally-curved geometry generates bending cracks in the African elephant skin. Nat Commun 9, 3865 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-06257-3.]
Haben Elefanten tatsächlich thermische Fenster auf ihrer Hautoberfläche?
Ja, per Infrarot-Thermografie wurde festgestellt, dass sich bei den Dickhäutern zur Thermoregulation zahlreiche kleine, voneinander unabhängige Thermofenster öffnen, sogenannte Hot Spots. Das sind Körperbereiche mit Netzwerken aus winzigen Blutgefäßen, die mehr Körperwärme nahe an die Hautoberfläche bringen, was die Verdunstungskühlung verbessert. Zu diesen sogenannten thermischen Fenstern zur Wärmeabgabe gehören auch die großen, besonders gut durchbluteten Elefantenohren. Das dichte Nervensystem solcher vermehrt durchbluteten Körperbereiche macht die Elefantenhaut empfindlich für Insektenstiche, woran man bei sogenannten Dickhäutern gar nicht denkt.
[Nicole M. Weissenböck, Christoph M. Weiss, Harald M. Schwammer, Helmut Kratochvil, Thermal windows on the body surface of African elephants (Loxodonta africana) studied by infrared thermography, Journal of Thermal Biology, Volume 35, Issue 4, 2010, Pages 182-188, ISSN 0306-4565, https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2010.03.002.]
Interessanterweise entwerfen Ingenieure bereits Fenster für Gebäude mit flüssigkeitsgefüllten Kreislaufsystemen, die regulieren können, wie viel Wärme Fenster abstrahlen oder absorbieren. Ähnliches könnte für Autos, Kleidung oder Zelte entwickelt werden. Was ich mir noch nicht so gut vorstellen kann, jedoch begrüßen würde, ist eine Anwendung in der Medizin, um die Hitzewallungen der Wechseljahre besser regulieren zu können.
[Benjamin D. Hatton, Ian Wheeldon, Matthew J. Hancock, Mathias Kolle, Joanna Aizenberg, Donald E. Ingber, An artificial vasculature for adaptive thermal control of windows, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 117, 2013, Pages 429-436, ISSN 0927-0248, https://doi.org/10.1016/.solmat.2013.06.027.]
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