Menü
Kieler Nachrichten | Ihre Zeitung aus Kiel
Kiel Auf Spider-Mans Spuren
Kiel Auf Spider-Mans Spuren
Partner im Redaktionsnetzwerk Deutschland
06:00 06.03.2019
Von Niko Rönnfeldt
Beim Laufen und Klettern wirken große Kräfte auf die nur wenige hundert Nanometer großen Kontaktplättchen der Spinnenbeine. Doch sie halten es aus. Kieler Forscher haben das Phänomen mit speziellem Röntgenlicht untersucht. Quelle: Julia Siekmann, Uni Kiel
Kiel

Etwa 1000 winzige Härchen sitzen am Ende der Spinnenbeine. Die borstenartigen Haare, die sogenannten Setae, bestehen aus Proteinen und dem Vielfachzucker Chitin. Das Forschungsteam aus Biologie und Physik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) hat den molekularen Aufbau der Härchen mit Röntgenlicht untersucht und herausgefunden, dass die Chitin-Moleküle der Setae speziell angeordnet sind. Damit können sie den Belastungen beim Anhaften und Loslösen standhalten. Denn beim Laufen und Klettern wirken große Kräfte auf die nur wenige Hundert Nanometer großen Kontaktplättchen der Spinnenbeine.

Spinnen können, was Tesafilm nicht schafft

„Künstlich hergestellte Materialien gehen dagegen häufig kaputt“, sagt Prof. Stanislav N. Gorb vom Zoologischen Institut der CAU. In seiner Arbeitsgruppe „Funktionelle Morphologie und Biomechanik“ untersucht der Zoologe biologische Mechanismen und wie sie künstlich nachgebildet werden könnten. Gorbs Mitarbeiter Dr. Clemens Schaber zieht den Vergleich zum Tesafilm: „Wenn Sie den irgendwo aufkleben und wieder abziehen, müssen sie Kraft aufwenden, es bleibt meist ein Rückstand, und er kann nicht oft wiederverwendet werden.“ Bei Spinnen ist das anders.

Leistungsfähigste Röntgenstrahlenquellen weltweit

Doch die Teile am Spinnenbein, die dafür verantwortlich sind, sind zu klein, um sie mit gängigen Methoden zu untersuchen. Gorb und Schaber fanden Unterstützung bei Martin Müller, Professor am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik und Leiter des Bereichs Werkstoffphysik am HZG. Gemeinsam mit seinem Team und Doktorandin Silja Flenner untersuchten sie die Hafthärchen der Spinnenart Cupiennius salei mit Spezial-Geräten in Grenoble (Frankreich) und in Hamburg – zwei der besten und leistungsfähigsten Röntgenstrahlenquellen weltweit. „Wir fanden heraus, dass die Chitin-Moleküle an der Spitze der winzigen Hafthaare der Spinne speziell angeordnet sind: Die parallel verlaufende Faserstruktur verstärkt die Hafthärchen“, so Müller.

Chitin-Fasern in Hafthaaren laufen parallel

„Außerdem ist bemerkenswert, dass die Chitin-Fasern in anderen Teilen der Spinnenbeine in unterschiedlichen Richtungen verlaufen, ähnlich wie bei Sperrholz. Diese Struktur macht den Schaft des Spinnenbeins in verschiedene Richtungen biegbar“, erklärt Schaber. Die parallele Ausrichtung der Faser-Moleküle in den Hafthärchen hingegen folgt den Zug- und Druckkräften, die auf sie wirken. So fängt sie die Belastungen auf, die beim Anhaften und Ablösen der Spinnenbeine auftreten.

Traum von Spider-Man: Künstliche Nachbildung eine Herausforderung

Ähnliche Hafthärchen finden sich unter anderem bei Geckos. Die Forscher vermuten daher, dass es sich um ein zentrales, biologisches Prinzip handelt. Für die Entwicklung neuer Materialien, die stark belastet werden sollen, könnte das wegweisend sein. Intelligente Molekülanordnung wie die in den Chitin-Fasern künstlich auf Nanoebene nachzubilden, ist allerdings eine Herausforderung für die Bionik-Forschung. Gorb: „Die Natur verwendet andere Methoden: Ein biologisches Material und seine Struktur wachsen parallel, während das in der künstlichen Herstellung nacheinander ablaufende Schritte sind.“ Neue Technologien wie 3D-Druck auf der Nanoskala könnten aber eines Tages zur Entwicklung neuartiger von der Natur inspirierter Materialien beitragen. Würden die zum Beispiel auf Handschuhen und Schuhen aufgebracht, so Schaber, dann wäre der Traum, sich einmal wie Spider-Man fortbewegen zu können, auch gar nicht mehr so abwegig.

Weitere Nachrichten aus Kiel finden Sie hier.

Kommentare
Die Debatte geht am Morgen weiter
Die Kommentarfunktion ist zwischen 22:00 und 06:00 Uhr nicht aktiv – denn wir wollen eine gute Moderation der Beiträge gewährleisten.
Wir freuen uns am Morgen über Ihre konstruktiven Beiträge zum Thema!

Die Kieler Feuerwehr ist am Dienstagabend zu einem Kellerbrand im Stadtteil Elmschenhagen ausgerückt. Die Löscharbeiten gestalteten sich schwierig: Die Einsatzkräfte konnten den Brandherd zunächst nicht finden. Die Ursache für das Feuer ist unklar.

05.03.2019
Kiel Kreisliga Mitte-Ost - Wiker SV triumphiert spät

Gespielt wurde in der Fußball-Kreisliga Mitte-Ost beim TuS Schwarz-Weiß Elmschenhagen, der den Spitzenreiter Wiker SV zu Gast hatte. Die Gastgeber verlangten den Primus in dieser abwechslungsreichen Partie alles ab und mussten sich erst in den letzten 120 Sekunden der Begegnung geschlagen geben.

Dieter Behrens 05.03.2019

Mit dem Spielen von Klassikern wie Tetris auf einem 1700 Zoll großen "Bildschirm" haben Kieler Informatik-Studenten vor Jahren Aufsehen erregt. Nun nutzen Erstsemester die 392 Fenster der Fassade des CAU-Hochhauses, um selbst programmierte Versionen eines Puzzle-Spiels laufen zu lassen.

Niko Rönnfeldt 05.03.2019