Synthetische Fasern nach Naturvorbild Meisterliche Masche: Wie die Spinne elastisch und reißfest kombiniert

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Spinnen hüten eines der größten Geheimnisse der Natur: Ihre Fäden vereinen scheinbar widersprüchliche Eigenschaften und sind zugleich elastisch und reißfest. Wie den Arachniden dieses Kunststück gelingt, zeigen neue Analysen von der Mikrostruktur der Spinnfäden.

Die Entwicklung synthetischer Fasern ist bislang ein Kompromiss: Entweder sind sie reißfest oder elastisch – beides gleichzeitig zu erreichen, gilt als Herausforderung. Forschende der Arbeitsgruppe um Dr. Jonas Wolff an der Universität Greifswald wollen dieses Dilemma im Rahmen des EU-geförderten Projekts Supersilk überwinden. Dafür haben sie sich eine wahre Meisterin der Hochleistungsfasern als Vorbild genommen: die Spinne.

Besonders faszinierend ist in diesem Zusammenhang die Kescherspinne (Deinopidae), die in tropischen und subtropischen Regionen lebt. „Sie verlässt sich nicht auf eine passive Falle, sondern hält zwischen ihren vorderen Beinen ein klebriges Netz bereit, das sie blitzschnell auf ihre Beute wirft – für die Fäden ein elastischer Kraftakt, der uns neugierig machte, wie dieses Material aufgebaut ist“, erklärt Dr. Martín Ramírez, Mitautor der Studie vom Naturkundemuseum Buenos Aires. Daher haben die Forscher einen besonders genauen Blick auf die Spinnenseide der Kescherspinne geworfen.

Regenerative Medizin

Künstliches Gewebe aus Spinnenseide?

Kräusel und Schleifen im Spinnengarn

Mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und hochauflösender Elektronenmikroskopie analysierte das Forschungsteam sowohl die Dynamik des Netzwurfs als auch die Struktur der Fäden. Dabei entdeckten sie ein bislang unbekanntes Strukturprinzip: Der Fangfaden der Kescherspinne besitzt im Inneren eine elastische Protein-Struktur, die die Spinne durch Bewegung der so genannten Spinnwarzen – kleine Ausstülpungen am Hinterleib – in eine schleifenartige und gekräuselte Mikrostruktur überführt. Dadurch verändern sich sowohl die Metastruktur des Fadens als auch seine Materialeigenschaften.

Besonders deutlich wird das im Vergleich mit anderen Fäden, beispielsweise den tragenden, äußeren Fäden des Netzrahmens, in welchem die Spinne auf ihre Beute lauert. Während diese eine lineare Struktur und damit starre, stabile Eigenschaften aufweisen, besitzen die Fangfäden hingegen eine gekräuselte, gewundene Struktur und sind dadurch sehr dehnbar.

„Um den schnellen Netzwurf zu ermöglichen, ist der Fangfaden zunächst weich und formbar“, erklärt Gruppenleiter Wolff. „Sobald er jedoch gedehnt wird, werden diese mikrostrukturellen Schlaufen gestreckt und machen das Material widerstandsfähig – es wird gleichzeitig elastisch und reißfest.“ Materialtests bestätigen diese Beobachtung: Die gekräuselten Fangfäden hielten Dehnungen von bis zu 150 Prozent stand, während die linearen, äußeren Netzfäden bereits bei rund 20 Prozent rissen.

Inspiration für die Industrie

Für die Materialwissenschaft eröffnet die Entdeckung dieser speziellen Fadenstruktur spannende Perspektiven. Inspiriert von der Spinnenstrategie könnten künftig synthetische Hochleistungsfasern entstehen, die zugleich flexibel und strapazierfähig sind – ohne den bisherigen Kompromiss zwischen Stabilität und Elastizität.

Originalpublikation: Wolff, J. O.; Rößler, D.; Joel, A.-C.; Jackel, V.; Büsse, S.; Michalik, P.; Ramírez, M. J.: Behavioral tuning of spider silk thread stiffness circumvents biomaterial trade-offs.. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Vol. 123 | No. 5, January 26, 2026; DOI: 10.1073/pnas.2529200123

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