Spinnen melken Leipziger Forschung: Das Geheimis der Spinnenseide

Spinnenseide ist ein hochbegehrtes Material: Sie wiegt fast nichts, ist elastischer als Gummi, fünfmal reißfester als Stahl und dreimal so reißfest wie die stabilste Synthetikfaser. In Polynesien lassen Fischer Bambusrahmen von Spinnen zuweben und nutzen sie als Kescher. Bisher kann Spinnenseide noch nicht künstlich hergestellt werden. Leipziger Wissenschaftler sind dem Geheimnis der Spinnenseide einen Schritt näher gekommen.

Das Hinterteil der Spinne mit dem gemolkenen Faden.jpg
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Am Institut für Physik der Universität Leipzig untersucht ein internationales Forschungsteam unter anderem Struktur und Eigenschaften der Spinnenseide der afrikanischen Riesenradnetzspinne. Dazu wird diese "gemolken", das heißt, sie wird animiert, einen Spinnenfaden abzusondern. Nicht irgendeinen, sondern einen sogenannten Sicherungsfaden.

Das ist die stärkste Seide, die die Spinne produziert, um sich an ihr herab zu lassen. Die Wissenschaftler berühren die Spinndrüse und ziehen den Faden zu einer Spule, auf der dieser dann sauber aufgerollt wird. Er ist extrem fest und fühlt sich an wie eine Angelsehne.

Prof. Friedrich Kremer und Dipl. Phys. Markus Anton mit einer ihrer Material-Lieferantinnen
Spinnenseide: Leipziger Wissenschaftler sind dem Geheimnis des Wunderwerkstoffs auf der Spur Bildrechte: MDR / Karsten Möbius

Wie untersucht man den Faden einer Spinne?

Um dem Geheimnis des Wunderwerkstoffs auf die Spur zu kommen, wird sie tiefgekühlt, erhitzt, angefeuchtet und verschiedenen Belastungstests unterzogen. Das durchleuchten mit infrarotem Licht soll Auskunft über die Moleküle in der Spinnenseide geben. Seit Jahren weiß man nämlich, dass Spinnenseide das zäheste Material auf der Welt ist. Aber die Frage ist: Wie macht die Natur das?

Die Leipziger Wissenschaftler haben bei ihren Untersuchungen festgestellt, dass in dem Spinnenfaden, der wiederum aus vielen anderen kleinen Fäden besteht, Nanokristalle stecken. Sie vergleichen diese Nanokristalle mit kleinen Backsteinen, die perfekt in Längsrichtung des Spinnfadens ausgerichtet sind.

Prof. Friedrich Kremer sieht den Knackpunkt darin, dass diese Nanokristalle alle untereinander verzurrt, alle untereinander verbunden sind.

Sie sind so straff miteinander verbunden, dass ein Stoß, der die Spinnenseide trifft, sofort aufgenommen werden kann.

Friedrich Kremer

Die Spinnenseide verteilt sie schnell und gleichmäßig bis in jeden Winkel ihrer Struktur. Materialien wie Stein oder Stahl sind dazu nicht in der Lage. Sie können die Energie nicht abtransportieren und gehen an der Stelle, wo sie getroffen werden, viel schneller kaputt. Bisher kommen industriell hergestellte Materialien nur in etwa an die Zähigkeit von Spinnenseide heran. Diese neuen Erkenntnisse aus dem Leipziger Labor über deren Struktur sollen künstliche Materialien weiter optimieren. "Im Moment sind wir dazu aber nicht in der Lage", sagt Prof. Friedrich Kremer.

Man kann das mit künstlichen Methoden keinesfalls mit dieser Präzision nachmachen.

Prof. Friedrich Kremer

Spinnenseide und ihre Eigenschaften sind für verschiedene Anwendungsgebiete sehr interessant. Als biologisch abbaubares Geflecht bei schwersten Brandverletzungen beispielsweise: Herzchirurgen würden damit gern die Wunden vernähen, über schusssichere Westen wird nachgedacht und auch über sehr leichte Schutz- und Stahlhelme aus Spinnenseide.       

Parallel aufgewickelte Spinnenfäden lassen sich besonders gut untersuchen
Parallel aufgewickelte Spinnenfäden lassen sich besonders gut untersuchen Bildrechte: MDR / Karsten Möbius