8 faszinierende Fakten über Spinnenseide

Spinnennetze machen selten einen guten ersten Eindruck. Selbst wenn Sie nicht zu den Insekten gehören, die sie fangen sollen, kann eine plötzliche Seidenschicht auf Ihrem Gesicht ärgerlich und möglicherweise alarmierend sein, wenn Sie nicht wissen, wo die Spinne gelandet ist.

Für diejenigen von uns, die groß genug sind, um zu entkommen, ist Spinnenseide einen zweiten Blick wert. Ihre Schöpfer sind nicht nur viel weniger gefährlich für den Menschen als allgemein angenommen - und oft hilfreicher als schädlich -, sondern ihre Seide ist auch ein stark unterbewertetes Wunder der Natur. Und obwohl dieses Supermaterial es wert wäre, bewundert zu werden, selbst wenn es für uns nutzlos wäre, birgt es doch ein großes Potenzial für die Menschheit.

Es gibt viele Gründe, unsere Spinnentiernachbarn zu mögen (oder zumindest zu tolerieren), aber wenn Sie selbst keinen Frieden mit Spinnen schließen können, sollten Sie zumindest eine Ausnahme für ihre Seide machen. Abgesehen von der Erfassung von Mücken und anderen störenden Insekten strotzt die Spinnenseide vor unglaublichen Fähigkeiten, von denen viele Menschen gerne nachahmen würden. Und nach Jahrhunderten des Versuchs, die Magie der Spinnenseide zu nutzen, lüften die Wissenschaftler endlich einige ihrer vielversprechendsten Geheimnisse.

Hier ist ein genauerer Blick darauf, was Spinnenseide so spektakulär macht, sowohl als Wunder der Biologie als auch als Schatzkammer der Biomimikry:

1. Spinnenseide ist schwerer als Stahl.

Spinnenseide muss nicht nur klebrig, sondern auch stark und dehnbar sein, um ein Entweichen zu verhindern. (Foto: Nechaevkon / Shutterstock)

Spinnenseide ist leichter als Baumwolle und bis zu 1000-mal dünner als menschliches Haar, aber auch für ein so wuscheliges Material unglaublich stark. Diese übergroße Stärke ist entscheidend für Spinnen, die ihre Seide benötigen, um einer Reihe von zerstörerischen Kräften standzuhalten, vom hektischen Flattern gefangener Insekten bis hin zu starken Wind- und Regenstößen.

Für Tiere unserer Größe ist es jedoch schwierig, die proportionale Stärke von Spinnenseide zu erfassen, wenn wir sie nicht in vertrauten Begriffen einrahmen. Ein Vergleich mit Stahl mag zum Beispiel absurd klingen, aber pro Gewicht ist Spinnenseide stärker. Es mag die Steifheit von Stahl fehlen, aber es hat eine ähnliche Zugfestigkeit und ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte.

"Quantitativ gesehen ist Spinnenseide fünfmal stärker als Stahl mit demselben Durchmesser", erklärt ein Informationsblatt der School of Chemistry der Universität Bristol. Nach Angaben der American Chemical Society (ACS) werden auch Vergleiche mit Kevlar gezogen, das eine höhere Festigkeitsbewertung, aber eine geringere Bruchzähigkeit als bestimmte Spinnenseiden aufweist. Spinnenseide ist ebenfalls hochelastisch, dehnt sich in einigen Fällen viermal so lange wie ursprünglich, ohne zu brechen, und behält ihre Festigkeit unter minus 40 Grad Celsius.

Es wurde sogar vorgeschlagen - aber offensichtlich nicht getestet -, dass ein bleistiftbreiter Strang aus Spinnenseide eine Boeing 747 im Flug stoppen könnte. In einem natürlicheren Flex kann die Darwin-Rinden-Spinne Madagaskars ihre Schleppseide bis zu 25 Meter über große Flüsse strecken und so die größten bekannten Spinnennetze der Welt bilden.

2. Spinnenseide ist überraschend vielfältig.

Ein großer Kugelweber hüllt seine Beute in Australien mit Seide ein. (Foto: Graham Winterflood [CC BY-SA 2.0] / Flickr)

Im Gegensatz zu seidenherstellenden Insekten, die dazu neigen, nur eine Art von Seide zu produzieren, stellen Spinnen viele Sorten her, von denen jede auf ihre eigenen Zwecke spezialisiert ist. Niemand ist sich sicher, wie viele Arten es gibt, wie die Biologin und Spinnenseidenexpertin Cheryl Hayashi kürzlich der Associated Press sagte, aber Forscher haben mehrere grundlegende Kategorien von Spinnenseide identifiziert, die jeweils von einer anderen Seidendrüse hergestellt werden. Eine einzelne Spinne kann typischerweise mindestens drei oder vier Arten von Seide herstellen, und einige Kugelweber können sieben herstellen.

Hier sind sieben bekannte Arten von Seidendrüsen und wofür jede Seide verwendet wird:

  • Achniform: Produziert Schwadseide zum Einwickeln und Immobilisieren von Beute.
  • Aggregat: Erzeugt Tröpfchen "Leim" für den äußeren Teil der klebrigen Seide.
  • Ampullate (Dur): Erzeugt nicht klebrige Schleppleinen, die stärkste Art von Spinnenseide. Dragline-Seide wird für verschiedene Zwecke verwendet, einschließlich der nicht klebrigen Speichen eines Netzes und der Stützleinen, die Spinnen wie ein Aufzug verwenden.
  • Ampullat (Moll): Seide aus der kleinen Ampullendrüse ist nicht so stark wie Schleppleinen aus der Hauptdrüse, aber aufgrund ihrer höheren Elastizität genauso zäh. Es wird auf viele Arten verwendet, vom Webbuilding bis zum Einwickeln von Beute.
  • Zylindriform: Produziert die steifere Seide für schützende Eiersäcke.
  • Flagelliform: Erzeugt die dehnbaren Kernfasern der Erfassungslinien eines Netzes. Diese Fasern sind mit Klebstoff aus der Aggregatdrüse beschichtet, und ihre Elastizität lässt dem Klebstoff Zeit, um zu arbeiten, bevor die Beute von der Bahn abprallen kann.
  • Pyriform: Erzeugt Befestigungsfäden, die die Befestigungsscheiben bilden, die einen Seidenfaden an einer Oberfläche oder einem anderen Faden verankern.

Hayashi hat Seidendrüsen von Dutzenden von Spinnenarten gesammelt, aber sie und andere Wissenschaftler haben immer noch nur die Oberfläche zerkratzt, erzählt sie dem AP und stellt fest, dass es weltweit mehr als 48.000 Spinnenarten gibt, die der Wissenschaft bekannt sind.

3. Spinnen stellen Seidendrachen, Schleudern, U-Boote und mehr her.

Ein Baby Goldrutenkrabbenspinnenballons von einem Kardonblumenblatt. (Foto: thatmacroguy / Shutterstock)

Seide bietet Spinnen eine breite Palette an Wohnmöglichkeiten, von legendären Spiralnetzen bis hin zu Rohren, Trichtern, Falltüren und sogar U-Booten. Letztere werden hauptsächlich von semiaquatischen Arten wie der am Strand lebenden Bob Marley-Spinne gebaut, die Luftkammern dazu bringt, bei Flut zu reiten. Es gibt jedoch eine bekannte Art - die Tauchglockenspinne - die fast ihr ganzes Leben unter Wasser verbringt. Es verlässt nur seine Luftkammer, um Beute zu ergreifen oder die Luftzufuhr wieder aufzufüllen, aber selbst das kommt nicht sehr oft vor, da die Seidenblase gelösten Sauerstoff aus dem Wasser von außen ansaugen kann.

Seide kann auch für den Transport nützlich sein. Viele Spinnen stellen Seidensegel her, mit denen sie im Wind lange Strecken zurücklegen können, was als "Ballonfahren" bezeichnet wird. Dies ist eine übliche Methode für Spinnen, sich von ihrem Geburtsort zu entfernen, aber einige Arten nutzen auch Flugreisen als Erwachsene. Selbst ohne Wind könnten Spinnen noch fliegen, indem sie das elektrische Feld der Erde nutzen. Und für kürzere Reisen verwenden einige Kugelweber Seide, um sich auf Beute zu schleudern, und verlassen sich dabei auf den elastischen Rückstoß der Seide, um wie eine Rakete zu beschleunigen.

Und in einer der seltsamsten Verwendungszwecke von Spinnenseide stellt eine Art aus dem Amazonas-Regenwald kleine Seidentürme her, die von einem winzigen Lattenzaun umgeben sind. Über die Bauherren, die als Silkhenge-Spinnen bezeichnet werden, ist wenig bekannt, da die Strukturen vage Stonehenge ähneln. Die Forscher haben jedoch zumindest gelernt, wofür das Silkhenge selbst gedacht ist: Es scheint ein schützender Laufstall für die Babys der Spinne zu sein.

4. Seide geht von flüssig zu fest über, wenn sie den Körper einer Spinne verlässt.

Die Magie der Spinnenseide beruht zum Teil auf der Art und Weise, wie eine Spinne sie spinnt. (Foto: Ian Fletcher / Shutterstock)

Seidendrüsen enthalten eine Flüssigkeit, die als "Spinning Dope" bekannt ist, mit Proteinen, die Spidroins genannt werden und in einer flüssigkristallinen Lösung angeordnet sind. Dieser wandert über winzige Röhrchen von der Seidendrüse zur Spinndüse, wo die Proteine ​​beginnen, sich auszurichten und die Spinnlösung teilweise zu verfestigen. Flüssigkeit aus mehreren Seidendrüsen kann zu derselben Spinndüse führen, sodass die Spinne Seide mit bestimmten Eigenschaften für eine bestimmte Aufgabe herstellen kann, so die School of Chemistry der Universität Bristol. Wenn es die Spinndüse verlässt, ist die flüssige Spinnlösung feste Seide.

Die Eigenschaften von Spinnenseide beruhen nicht nur auf den Proteinen, sondern auch auf der Art und Weise, wie eine Spinne sie spinnt, wie Wissenschaftler in einem Forschungsbericht von 2011 feststellten. Wenn Menschen Spinnen von Spinnen nehmen und versuchen, Spinnenseide wiederherzustellen, zeigen die resultierenden Fasern "völlig andere mechanische Eigenschaften als von Spinnen gesponnene Fasern, was darauf hinweist, dass der Spinnprozess ebenfalls entscheidend ist", schrieben sie.

Dies wird durch Cribellate-Spinnen veranschaulicht, eine große Gruppe von Arten mit einem speziellen Organ namens Cribellum, das Seide mit "mechanischer Klebrigkeit" anstelle des flüssigen Klebstoffs anderer Spinnen herstellt. Im Gegensatz zu einer typischen Spinndüse hat das Kribellum Tausende winziger Zapfen, die alle extrem dünne Fäden produzieren, die Spinnen mit speziellen Beinborsten zu einer einzigen Wollfaser kämmen. Anstelle von Klebstoff scheinen Nanofasern aus dieser Seide Beute zu fangen, indem sie mit einer wachsartigen Beschichtung auf dem Körper eines Insekts verschmelzen.

5. Einige Spinnen ersetzen täglich ihre Netze, recyceln jedoch die Seide.

In Marietta, Georgia, arbeitet ein Kugelweber mit stacheligem Rücken an seinem Netz. (Foto: Erin Cogswell / Shutterstock)

Kugelweber neigen dazu, ihre ikonischen Netze in relativ offenen Bereichen aufzubauen, was ihre Chancen erhöht, Beute zu fangen - und ihre Chancen, Netzschäden zu erleiden. Diese Spinnen ersetzen oft jeden Tag ihre Netze, manchmal sogar, wenn sie noch vollkommen in Ordnung zu sein scheinen, bevor sie ihre Abende damit verbringen, auf Beute zu warten.

Das mag verschwenderisch klingen, besonders wenn man bedenkt, dass alle Proteinspinnen überhaupt Seide produzieren müssen. Doch selbst wenn ein Kugelweber über Nacht keine Insekten fängt, hat er normalerweise immer noch genug Seidenproteine, um dieses Netz abzureißen und ein neues für die folgende Nacht zu bauen. Das liegt daran, dass die Spinne die Seide frisst, während sie das alte Netz entfernt und die Proteine ​​für den nächsten Versuch recycelt.

6. Spinnen "stimmen" und zupfen ihre Seide wie eine Gitarre.

Spinnen können schon bei geringsten Vibrationen in ihren Netzen viel lernen. (Foto: Khanistha Sridonchan / Shutterstock)

Jeder, der eine Spinne in ihrem Netz beobachtet hat, weiß, dass sie selbst leichten Vibrationen, die auf gefangene Beute hinweisen könnten, große Aufmerksamkeit schenkt. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler jedoch festgestellt, dass dies viel komplexer ist, als es aussieht. Laut Forschern der Oxford Silk Group an der Universität Oxford kann Spinnenseide im Vergleich zu anderen Materialien eindeutig auf eine Vielzahl von Harmonischen abgestimmt werden.

Spinnen "stimmen" ihre Seide wie eine Gitarre, erklären die Forscher, indem sie ihre inhärenten Eigenschaften sowie die Spannungen und Verbindungen der Fäden in ihren Bahnen anpassen. Organe an den Beinen der Spinnen lassen sie dann Nanometervibrationen in der Seide spüren, die überraschend detaillierte Informationen zu verschiedenen Themen vermitteln. "Der Klang von Seide kann ihnen sagen, welche Art von Mahlzeit in ihrem Netz verwickelt ist und welche Absichten und welche Qualität ein potenzieller Partner hat", sagte Beth Mortimer von der Oxford Silk Group in einer Erklärung zu den Ergebnissen. "Indem die Spinne die Seide wie eine Gitarrensaite zupft und die 'Echos' hört, kann sie auch den Zustand ihres Netzes beurteilen."

Wissenschaftler möchten nicht nur mehr Licht auf die beeindruckenden Kräfte von Spinnen werfen, sondern auch aus einem Material lernen, das extreme Zähigkeit mit der Fähigkeit zur Übertragung detaillierter Daten kombiniert. "Dies sind Eigenschaften, die im Leichtbau sehr nützlich wären", so Fritz Vollrath von der Oxford Silk Group, "und die zu neuartigen, eingebauten" intelligenten "Sensoren und Aktoren führen könnten."

7. Einige Spinnenseiden scheinen antimikrobielle Eigenschaften zu haben.

Tegenaria domestica, bekannt als Hausspinne oder Scheunentrichterweber, produziert Seide, die das Wachstum bestimmter Arten von Bakterien hemmt. (Foto: John A. Anderson / Shutterstock)

Diese Art von Interesse ist kaum neu, da Menschen seit Tausenden von Jahren Spinnenseide kooptieren. Polynesische Angler verlassen sich seit langem auf seine Zähigkeit, um Fische zu fangen, beispielsweise eine Methode, die an einigen Orten noch immer angewendet wird. Antike griechische und römische Soldaten verwendeten Spinnweben, um Blutungen von Wunden zu stoppen, während Menschen in den Karpaten Wunden mit den Seidenröhren von Purseweb-Spinnen behandelten. Aufgrund seiner Zähigkeit und Elastizität war es wahrscheinlich gut zum Abdecken von Wunden geeignet, aber Spinnenseide soll auch antiseptische Eigenschaften haben.

Und nach modernen Forschungen haben diese alten Liebhaber von Spinnenseide vielleicht etwas unternommen. In einer 2012 durchgeführten Studie setzten Forscher ein grampositives und ein gramnegatives Bakterium der Seide der Hausspinne (Tegenaria domestica) aus und beobachteten, wie jedes mit und ohne Seide wuchs. Der gramnegative Test zeigte nur geringe Auswirkungen, aber die Seide hemmte das Wachstum des grampositiven Bakteriums. Die Wirkung war vorübergehend, was darauf hindeutet, dass der Wirkstoff eher bakteriostatisch als bakterizid ist, was bedeutet, dass er das Wachstum von Bakterien verhindert, ohne sie notwendigerweise abzutöten. Da Spinnenseide auch biologisch abbaubar, nicht antigen und nicht entzündlich ist, deutet dies auf ein signifikantes therapeutisches Potenzial hin.

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler herausgefunden, wie diese natürliche Eigenschaft von Spinnenseide verbessert werden kann, indem eine künstliche Seide mit Antibiotika-Molekülen hergestellt wird, die chemisch an die Fasern gebunden sind. Die Seide kann auf die Menge an Bakterien in ihrer Umgebung reagieren, berichteten die Forscher im Jahr 2017 und setzen mehr Antibiotika frei, wenn mehr Bakterien wachsen. Es wird eine Weile dauern, bis dies klinisch angewendet wird, aber es ist vielversprechend, so die Forscher, die auch Spinnenseidengerüste für die Geweberegeneration untersuchen.

8. Ein goldenes Zeitalter der Spinnenseide könnte endlich nahe sein.

Dieser Umhang wurde von Hand aus der Seide von 1, 2 Millionen goldenen Kugelweberspinnen gestickt, ein Prozess, der acht Jahre dauerte. Die leuchtend gelbe Farbe ist angeblich die natürliche Farbe der Seide der Spinnen. (Foto: Oli Scarff / Getty Images)

Trotz unserer langen Faszination für Spinnenseide haben die Menschen auch Schwierigkeiten, ihre Kräfte in größerem Maßstab zu nutzen. Wir hatten Probleme, Spinnen zu züchten, wie wir es mit Seidenraupen tun, teilweise aufgrund der territorialen und manchmal kannibalischen Natur ihrer Schöpfer. Und aufgrund der Feinheit ihrer Seide können 400 Spinnen benötigt werden, um einen Quadratmeter Stoff herzustellen. Um den oben abgebildeten Spinnenseidenumhang herzustellen, sammelte ein Team von 80 Personen acht Jahre lang Seide von 1, 2 Millionen wilden goldenen Kugelspinnen in Madagaskar (die später in die Wildnis zurückgebracht wurden).

Die Alternative zur Spinnenzucht ist die Herstellung von synthetischer Spinnenseide, die sowohl für uns als auch für Spinnen ohnehin eine bessere Option sein könnte. Dies war jedoch auch schwer zu fassen, selbst nachdem Wissenschaftler begonnen hatten, die chemische Struktur von Spinnenseide aufzudecken. Laut Science Magazine wurde 1990 erstmals ein Spinnenseidengen kloniert, mit dem Forscher es anderen Organismen hinzufügen konnten, die möglicherweise besser in der Lage sind, die Seide in Massenproduktion herzustellen. Seitdem wurde eine Vielzahl von Kreaturen gentechnisch verändert, um Spinnenseidenproteine ​​herzustellen, darunter Pflanzen, Bakterien, Seidenraupen und sogar Ziegen. Die Proteine ​​fallen jedoch oft kürzer und einfacher aus als in echter Spinnenseide, und da keine dieser anderen Kreaturen Spinndüsen hat, müssen die Forscher die Seide immer noch selbst spinnen.

Trotzdem kann nach Jahren der Frustration das lang erwartete Zeitalter der synthetischen Spinnenseide endlich nahe sein. Mehrere Unternehmen werben jetzt für ihre Fähigkeit, Spinnenseidenproteine ​​aus E. coli-Bakterien, Hefen und Seidenraupen herzustellen, für Zwecke, die von Hautlotionen bis zu medizinischen Geräten reichen. Möglicherweise müssen wir noch auf kugelsichere Westen und andere robuste Stoffe aus rekombinanter Spinnenseide warten - eine Aufgabe, die "noch nicht ganz da ist", sagte Hayashi 2017 gegenüber Science -, aber in der Zwischenzeit haben Wissenschaftler mit weniger einen weiteren Durchbruch erzielt berühmtes Spinnentierprodukt: Spinnenkleber.

Perlen aus Spinnenkleber haften an einem Strang aus Spiralseide. (Foto: Sarah Stellwagen [CC BY-ND 4.0] / Das Gespräch)

Im Juni veröffentlichten zwei US-Forscher die ersten vollständigen Sequenzen von zwei Genen, mit denen Spinnen Leim produzieren können, eine klebrige, modifizierte Seide, die die Beute einer Spinne im Netz hält. Das ist aus mehreren Gründen eine große Sache, erklären die Autoren der Studie. Zum einen verwendeten sie eine innovative Methode, mit der Wissenschaftler mehr Seiden- und Leimgene sequenzieren können, die aufgrund ihrer Länge und sich wiederholenden Struktur schwer zu sequenzieren sind. Bisher wurden nur etwa 20 vollständige Spinnenseidengene sequenziert, und das "verblasst im Vergleich zu dem, was da draußen ist", sagen die Forscher.

Darüber hinaus sollte Spinnenkleber leichter in Massenproduktion hergestellt werden können als Seide und könnte einzigartige Vorteile bieten. Während es immer noch eine Herausforderung ist, die Art und Weise nachzuahmen, wie Spinnen flüssiges Dope in Seide verwandeln, ist Spinnenkleber in allen Phasen eine Flüssigkeit, was die Herstellung in einem Labor erleichtern könnte. Es könnte auch Potenzial für eine organische Schädlingsbekämpfung haben, sagt Co-Autorin Sarah Stellwagen, Postdoktorandin an der University of Maryland, Baltimore County, in einer Erklärung. Landwirte könnten es beispielsweise auf eine Scheunenwand sprühen, um das Vieh vor beißenden Insekten zu schützen, und es später abspülen, ohne sich um die Wasserverschmutzung durch mit Pestiziden verseuchte Abflüsse sorgen zu müssen. Es könnte auch auf Nahrungspflanzen gesprüht werden, um Schädlinge zu vereiteln, die keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, oder in Gebieten, die von Mücken heimgesucht werden.

Immerhin betont Stellwagen: "Dieses Zeug hat sich entwickelt, um Insektenbeute zu fangen."

Jetzt, rund 300 Millionen Jahre nach dem Beginn der Spinnen, haben ihre Seide und ihr Leim noch etwas anderes eingefangen: unsere Vorstellungskraft. Und wenn Spinnen uns helfen können, härtere Stoffe, bessere Bandagen, sicherere Schädlingsbekämpfung und andere Fortschritte herzustellen, können wir ihnen vielleicht sogar verzeihen, dass sie all diese Netze auf Gesichtsebene gewebt haben.

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