Das Geheimnis des Narwalzahns: Warum das Innere der berühmten Helix so besonders ist
Der Narwalzahn fasziniert Menschen seit Jahrhunderten und ist als „Einhornhorn“ in die Geschichte eingegangen. Nun zeigt eine internationale Studie, wie die charakteristische Spiralform des bis zu zwei Meter langen Stoßzahns entsteht: durch eine raffinierte, gegenläufige Struktur im Inneren.
Als König Frederik III. im 17. Jahrhundert eine Expedition nach Grönland entsandte, wollte er dem vermeintlichen Einhorn auf den Grund gehen. Die Expedition brachte Hörner nach Europa, die schließlich sogar zu einem Thron verarbeitet wurden. Tatsächlich stammten die begehrten Stücke von Narwalen – und waren Zähne.
Der männliche Narwal besitzt meist einen einzelnen, linken oberen Eckzahn. Er wächst lebenslang weiter, kann etwa zwei Meter lang werden und durchstößt die Oberlippe. Anders als die gebogenen Stoßzähne anderer Säugetiere ist er schraubenförmig gewunden.
Ein Verbundmaterial wie Stahlbeton
Wie diese Form auf der kleinsten Ebene entsteht, hat nun ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Paul Scherrer Instituts (PSI) untersucht. Die Ergebnisse der Studie wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Der Narwalzahn muss zugleich hart und biegsam sein. Sein Inneres besteht überwiegend aus Dentin, außen liegt Zahnzement. Beide Gewebe enthalten Kollagenfasern, die durch winzige Mineralkristalle verstärkt werden.
„Wie Knochen oder andere Zähne aus dem Tierreich ist auch der Narwalstoßzahn ein komplexes Verbundmaterial, dessen Struktur sich von winzigen Nanobausteinen bis hin zur sichtbaren Form des gesamten Zahns erstreckt“, sagt Mitautorin Prof. Dr. Marianne Liebi vom PSI Center for Photon Science.
Die Architektur erinnert an Stahlbeton: Während mineralische Bestandteile Druck aushalten, sorgen faserartige Strukturen für Zugfestigkeit. „Auch der Narwalstoßzahn muss gleichzeitig hart und flexibel sein“, erklärt Liebi. „Nur so kann er den starken Strömungskräften beim Schwimmen standhalten.“
Um die Verbindung zwischen Nanostruktur und Gesamtform sichtbar zu machen, nutzten die Forschenden die Synchrotronanlagen SLS in der Schweiz, MAX IV in Schweden und ESRF in Frankreich. Mithilfe der Röntgenstreuungs-Tomografie untersuchten sie, wie sich die Nanostrukturen im Material räumlich orientieren. Dabei erzeugt die Streuung der Röntgenstrahlen an den Nanostrukturen charakteristische Muster, aus denen sich deren Orientierung und Ausrichtungsgrad bestimmen lassen.
„Aus diesen Mustern können wir berechnen, wie die nanometergrossen mineralisierten Kollagenfasern im Inneren des Materials ausgerichtet sind“, sagt Erstautor Dr. Adrian Rodriguez-Palomo, der an der schwedischen Chalmers University of Technology die Projektarbeit begonnen und später an dänischen Universität Aarhus fortgesetzt hat.
Der überraschende Dreh
Zunächst schien die Analyse gescheitert. Statt der erwarteten Helix zeigte sich lediglich ein gleichmäßiges Muster. „Das hat uns ziemlich verwundert“, erinnert sich Liebi. Erst die räumliche Ausrichtung der einzelnen Messpunkte brachte die Lösung.
„Als wir die Orientierung dieser Punkte zueinander verglichen, zeichnete sich eine Richtungstendenz ab“, sagt Rodriguez-Palomo. „Jetzt mussten wir die Punkte nur noch miteinander verbinden – wie beim Kinderspiel ‚Malen nach Zahlen‘ – und plötzlich wurde die Struktur sichtbar: zwei ineinander verschlungene Spiralen.“
Dabei verlaufen die Strukturen entgegengesetzt: Der Zahnzement bildet eine linksgängige Helix, während die mineralisierten Kollagenstrukturen im Dentin in die Gegenrichtung weisen. Das Zusammenspiel erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Verdrehung und Belastung.
Wozu der Narwal seinen Zahn genau nutzt, ist nicht vollständig klar. Beobachtungen sprechen für eine Funktion bei Partnerwahl und sozialen Interaktionen. Zugleich speichert der Zahn Umweltgeschichte: Seine Wachstumsstrukturen lassen auf Klima und Nahrungsangebot in der Arktis schließen.
Artikelreferenz
Rodriguez-Palomo, A., et al. (2026). The narwhal tusk assembles its macroscopic helix from building blocks with opposing twists. Nature Communications.