Weshalb Spinnen nicht von der Decke fallen

Bild: Siekmann, Uni Kiel

Ein deutsches Forschungsteam hat herausgefunden, wie Spinnenbeine der ständigen Belastung aus Haften und Ablösen standhalten. Verantwortlich dafür ist die spezielle Anordnung der Chitin-Moleküle am Spinnenbein.

Haften ohne Klebstoff

Anders als Insekten klettern Spinnen an Wänden und auch an Zimmerdecken entlang, ohne dass ihre Füße eine Flüssigkeit absondern. Stattdessen haften die Spinnenbeine durch sogenannte Van-der-Waals-Kräfte. Ganz ähnlich haftet auch Plastikfolie an Oberflächen. Die Oberfläche des Spinnenbeins kommt durch tausende Hafthärchen zustande, deren Enden spatelfärmig verbreitert sind.

Das Rasterelektronenmikroskop zeigt die haftenden Kontaktplättchen an der Spitze des Hafthärchens der Spinne. Die Plättchen sind etwa zwanzig Nanometer dick. Bild: Schaber et al. (2019) J. R. Soc. Interface

Dieses Prinzip wird in verschiedenen künstlichen Materialien angewandt, die zum Teil sogar deutlich stärker haften als die Spinnenbeine. Allerdings sind die Beine der Achtfüßler wesentlich belastbarer als die künstlichen Haftstoffe. Und sie sind deutlich vielseitiger, denn Spinnen können auf nahezu jeder Oberfläche krabbeln.

Molekülanordnung bestimmt Eigenschaften

Das Team um Professor Stanislav Gorb von der Universität Kiel untersuchte gemeinsam mit dem Experimentalphysiker Professor Martin Müller vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht die Molekülstruktur von Beinen der Jagdspinne Cupiennius salei. Dazu nutzten sie das Verfahren der Röntgenbeugung an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) im französischen Grenoble und am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg.

Chitin ist ein Vielfachzucker, ähnlich wie Cellulose. Das Material bildet die Panzer von Spinnen und Insekten.

Die Gruppe fand dabei heraus, dass die Chitin-Moleküle an der Spitze der Hafthaare besonders angeordnet sind. Die parallel verlaufende Struktur der Chitinfasern verstärkt die Hafthärchen, wie das Team in der Fachzeitschrift Journal of the Royal Society Inface berichtet.[1]C. F. Schaber et al., „Hierarchical architecture of spider attachment setae reconstructed from scanning nanofocus X-ray diffraction data“, J. R. Soc. Interface 16:20180692. DOI: 10.1098/rsif.2018.0692 In anderen Teilen der Spinnenbeine verlaufen die Chitinfasern in unterschiedliche Richtungen, ähnlich wie bei Sperrholz. Das macht den Schaft des Spinnenbeins in verschiedene Richtungen biegbar.

Ein biologisches Prinzip?

Ähnliche Hafthärchen gibt es auch bei Geckos. Dehalb vermutet das Team ein biologisches Prinzip, mit dem Tiere auf verschiedenen Untergründen haften können. Das könnte bedeutend sein für die Entwicklung neuartiger belastbarer Materialien. Diese spezielle Molekülstruktur künstlich nachzubilden, ist allerdings schwierig. Jedoch könnten eines Tages neue 3D-Druck-Technologien auf der Nanoskala helfen, das Design der Spinnenbeine nachzubauen.

Quellen   [ + ]

1. C. F. Schaber et al., „Hierarchical architecture of spider attachment setae reconstructed from scanning nanofocus X-ray diffraction data“, J. R. Soc. Interface 16:20180692. DOI: 10.1098/rsif.2018.0692

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