Die Kleine Anfrage: Wie reißfest ist ein Faden aus Spinnenseide?

Ein Spinnennetz ist auf einer Wiese zu sehen

Die Kleine Anfrage: Wie reißfest ist ein Faden aus Spinnenseide?

Von Christian Eßer

Die Spinnenseide, aus denen die Netze gefertigt sind, hat Eigenschaften wie kaum ein anderer Natur- oder Kunststoff: Sie ist ultraleicht, elastisch wie Gummi und trotzdem fester als Stahl.

Ganz schön zäh

Genau genommen ist Spinnseide zäher als Stahl, weil sie pro Volumeneinheit eine höhere Belastung aushält. Bei einer erwachsenen Gartenkreuzspinne ist diese Zähigkeit mit 160 Megajoule pro Kubikzentimeter angegeben. Zum Vergleich: Ein Nylonfaden hat "nur" eine Zähigkeit von 80 Megajoule pro Kubikzentimeter.

Wie viel Gramm ein Spinnenfaden halten kann, bevor er reißt, ist schwer zu sagen, weil es unterschiedliche Fadentypen gibt und die Reißfestigkeit auch von der Fadenlänge abhängt. Im Durchschnitt erträgt ein einzelner Faden aber einige Gramm.

Ein Netz – fünf verschiedene Fäden

Eine Gartenkreuzspinne sitzt in ihrem sogenannten Radnetz

Eine Spinne hat mehrere Spinndrüsen, mit denen sie unterschiedliche Fäden produzieren kann. Zum Beispiel verbaut eine europäische Gartenkreuzspinne fünf verschiedene Spinnseiden mit leicht unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.

Der Abseilfaden der Spinne und der Rahmen des Spinnennetzes sind extrem reißfest. Zum Inneren des Netzes hin werden Fäden versponnen, die zwar auch fest, aber gleichzeitig so elastisch wie Gummi sind. So reißt das Netz nicht, wenn ein Insekt hinein fliegt, gleichzeitig wird die Beute mechanisch nicht verletzt.

Kristalle und Springfedern

Eine Spinne setzt einen Spinnfaden ab

Das Geheimnis der "magischen" Mechanik liegt in ihrer besonderen Molekülstruktur. Spinnenseide besteht aus Eiweißmolekülen. Diese Proteine setzen sich wiederum aus Aminosäuren zusammen.

Besonders feste Seide verfügt über viele Aminosäuren, die für harte Kristallstrukturen zuständig sind. Die Aminosäuren von elastischeren Seiden schaffen dagegen mehr Strukturen, die wie Sprungfedern aussehen und zusammen mit Wasser eine Art Gel ergeben. Da das ganze Protein sowohl aus kristallinen als auch aus gelartigen Bereichen besteht, ergibt sich die Kombination aus Elastizität und Festigkeit.

Medizintechnisch wertvoll

Spinnenseide kann aber noch mehr: Schon die alten Griechen wussten, dass Spinnenseide die Wundheilung fördert und nutzten darum Spinnennetze teilweise als Wundverbände. Moderne Tests deuten darauf hin, dass Implantate mit Spinnseidenoberfläche besser verträglich sind und selten Entzündungen oder Abstoßungsreaktionen verursachen.

Eine hervorragende Kombination aus mechanischen und medizinischen Vorteilen bestünde in einem festen Operationsnähgarn, das innere Wunden schonend verschließt und sich nach einer gewissen Zeit selbst auflöst.

Von Airbag bis Zeppelin?

Auch außerhalb der Medizin bietet das Material Spinnenseide Stoff für allerlei Anwendungs-Phantasien: Das wasserabweisende, feste und zugleich elastische Material könnte für unverwüstliche Segeltücher, bessere Airbags, leichte schusssichere Westen, wieder entfaltbare Autoknautschzonen, elastischen Beton etc. herhalten. Wie kommt man aber nun an große Materialmengen?

Der Haken am natürlichen Faden

Spinnen lassen sich nicht so massenhaft halten und "melken" wie z. B. Seidenspinnerraupen, die zu Hunderttausenden auf speziellen Farmen das Material für Textilseide liefern. Die Raupenseide hat nicht die gleichen guten mechanischen Eigenschaften wie Spinnenseide, weil die Raupen die Seide nicht zum Beutefang, sondern als Baustoff für Kokons nutzen.

Spinnen sind kannibalisch veranlagt, d. h. Spinnen in einem Raum fressen sich nach einiger Zeit gegenseitig auf. Eine Einzelhaltung tausender Tiere wäre für die industrielle Produktion natürlicher Seide viel zu aufwändig und teuer.

Die Lösung: Künstliche Spinnenseide

Forscher um Thomas Scheibel von der Universität Bayreuth haben das Erbgut der Spinnenseide entschlüsselt und in Bakterien eingeschleust. In großen Tanks mit Nährlösung wachsen die Bakterien und produzieren massenhaft Seidenproteine.

Nachdem die gesamte wässrige Substanz gefiltert und chemisch aufbereitet ist, lassen sich einzelne Fäden aus dem flüssigen Medium herausziehen: Künstliche Spinnenseide – ganz nach dem Vorbild der Natur.

Stand: 10.11.2016, 09:52