Materialwissenschaften

Seidendrüsen lassen Spinnenbeine besser haften

Stuttgarter Max-Planck-Forscher entdecken seidenähnliche Ausscheidung an den Füßen von Vogelspinnen

4. Oktober 2006

Bisher kannte man bei Spinnen zwei verschiedene Haltemechanismen: Feinste Klauen, die sich in die Oberfläche krallen, und Polster aus feinsten Härchen, die über molekulare Wechselwirkung eine Haftwirkung erzeugen können. Jetzt sind deutsche und amerikanische Forscher auf einen dritten Mechanismus gestoßen: Sie entdeckten winzige Spinndrüsen an den Füßen der Zebravogelspinne (Aphonopelma seemanni). Die von deren Beindrüsen produzierten mikroskopisch kleinen Fäden bremsen ihre Rutschbewegung beim Erklimmen steiler Flächen ab (Nature, 28. September 2006). Diese Entdeckung wirft auch ein neues Licht auf die entwicklungsgeschichtliche Entstehung von Spinnenseide.

Zebravogelspinne Aphonopelma seemanni aus Costa Rica. Bild vergrößern
Zebravogelspinne Aphonopelma seemanni aus Costa Rica.

Spinnen erzeugen Seide mit Hilfe so genannter Spinnwarzen. Diese Seide setzen die Tiere zum Beutefang, zum Selbstschutz oder zur Fortpflanzung ein. Das deutsch-amerikanische Forscherteam hat nun entdeckt, dass zumindest die Zebravogelspinne (Aphonopelma seemanni) aus Costa Rica auch an ihren Füßen Seide ausscheidet. Damit gelingt es der Spinne, eine Haftkraft aufzubauen und sich auch an glatten vertikalen Oberflächen festzuhalten.

Spinnenfüße verfügen über ein "trockenes" Haftsystem, welches auf van-der-Waals-Kräften beruht, die von tausenden von spachtelförmigen Härchen generierten werden. Zusätzlich verstärken kleine Klauen die Adhäsion auf rauen Oberflächen, indem sie sich mechanisch mit dem Substrat verzahnen. Das deutsch-amerikanische Forscherteam hat nun entdeckt, dass die Vogelspinne A. seemanni einen dritten Haftmechanismus besitzt, welcher durch Fasern erzeugt wird, die von düsenähnlichen Strukturen an ihren Beinen ausgebracht werden. Diese faserartige Sekretion wirkt wie ein seidener Haltefaden und erscheint auf Glasplatten wie ein "Fußabdruck" aus Dutzenden von Fasern mit einem Durchmesser von 0,2-1,0 Mikrometer und einer Länge von 0,1 bis 2,5 Millimeter.

Diese Seidenfasern beginnen oft mit einer abgeflachten Platte. Diese scheint als viskose Flüssigkeit ausgeschieden zu werden, die den Faden beim Aushärten an das Substrat klebt. Die Funktion und Morphologie der Vogelspinnenseide ähnelt einem von der Spinne Antrodiaetus unicolor über die Spinnwarzen produzierten Haftvermittler sowie der Haftseide, die viele Spinnen zum Ankleben ihrer Halte- oder Wegfäden an das Substrat verwenden.

Die Forscher ließen A. seemanni über eine Glasoberfläche gehen, um ihre Kontaktmechanismen zu beobachten. Als die Spinne nach unten zu gleiten begann, stoppte die von den Drüsen aller vier Beinpaare produzierte Seide das Rutschen und ermöglichten es dem Tier, an der vertikalen Oberfläche haften zu verbleiben. Die Spinnenfüße waren dabei so positioniert, dass die Spinndüsen mit der Glasoberfläche in Berührung kamen, während die dichten Hafthärchen in den angrenzenden Regionen von der Oberfläche gehoben wurden.

Fussspinnseide im Lichtmikroskop (links) und im Rasterektronenmikroskop. Bild vergrößern
Fussspinnseide im Lichtmikroskop (links) und im Rasterektronenmikroskop.

Die Entdeckung, dass Spinnen ihre Seide als Hafthilfe nutzen können, erfordert eine Neubeurteilung der Evolution von Spinnenseiden. Abhängig von ihrer Verteilung innerhalb der Stammesgeschichte der Spinnen könnte die Seidensynthese an den Beinen den ursprünglichen Zustand repräsentieren, während sich die anderen Spinnwarzen erst später entwickelten. Alternativ - weil die Familie der Vogelspinnen (Theraphosidae) sehr artenreich ist und die größten bekannten Spinnen einschließt - könnte sich die Seidenproduktion an den Beinen auch als eine Schlüsselinnovation zur Verbesserung der Beweglichkeit und zur Vermeidung fataler Stürze unabhängig entwickelt haben.

Erst die Erforschung der an der Seidenproduktion beteiligten Gene wird klären, ob die ursprüngliche Funktion der Spinnenseide darin bestand, die Traktion zu erhöhen, oder ob sie erst später für diesen Zweck optimiert wurde.

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