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09:41 06.03.2019
Beim Laufen und Klettern wirken große Kräfte auf die nur wenige hundert Nanometer großen Kontaktplättchen der Spinnenbeine. Doch sie halten es aus. Quelle: Boris Roessler/dpa
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Kiel

Die einen finden sie gruselig, die anderen denken sofort an Spider-Man: Spinnen scheinen sich nicht an die Schwerkraft zu halten. Kieler Forscher haben kürzlich entschlüsselt, warum die Tiere an Decken und Wänden haften - und dabei mit Röntgenlicht einen Blick auf die haarigen Beine geworfen.

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 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.

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Gorbs Mitarbeiter 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.

Untersuchung mit Spezial-Geräten

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.

Fasern auf Spinnenbein ähnlich wie Sperrholz

„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: Könnte künftig möglich sein

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.

Weiterlesen: Forscher entdeckt Spinne – Sie ist eine Meisterin im Versteckspiel

Von RND/Niko Rönnfeldt

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