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Giftspinne Giftklauen von Spinnen arbeiten wie Injektionsnadeln

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Spinnen verdanken ihren Jagderfolg unter anderem dem raffiniert zusammengesetzten und strukturierten Material ihrer Giftklauen. Max-Planck-Forscher haben jetzt den Aufbau detailliert untersucht, um neue Erkenntnisse für das bio-basierte Materialdesign zu erhalten.

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Jagderfolg dank Materialvorsprung: Cupiennius salei, eine tropische Jagdspinne, durchbohrt den Panzer von Beuteinsekten mit einer Giftklaue. Diese besteht zwar wie der Cuticulapanzer der Beute aus Chitin und Proteinen, ihre genaue chemische Zusammensetzung und Struktur sind aber für ihren Zweck optimiert.
Jagderfolg dank Materialvorsprung: Cupiennius salei, eine tropische Jagdspinne, durchbohrt den Panzer von Beuteinsekten mit einer Giftklaue. Diese besteht zwar wie der Cuticulapanzer der Beute aus Chitin und Proteinen, ihre genaue chemische Zusammensetzung und Struktur sind aber für ihren Zweck optimiert.
(Bild: R. Barth)

Potsdam – Dem Biss einer Spinne haben Fliegen, Heuschrecken und andere Beuteinsekten wenig entgegenzusetzen, obwohl ihr Panzer im Wesentlichen aus demselben Material besteht wie die Giftklauen des Räubers. Doch wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, das Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle sowie der Universität Wien herausgefunden haben, sind die Chitinfasern in den Giftklauen von Jagdspinnen so angeordnet und mit Proteinen umgeben, dass das Material besonders fest und steif wird und den Cuticulapanzer der Beutetiere durchbohren kann. Die Giftklauen werden so zu perfektionierten wiederverwendbaren Injektionsnadeln für das lähmende Spinnengift. Die neuen Erkenntnisse können Anregungen aus der Biologie liefern, wie sich ähnliche technische Materialien für unterschiedliche Anwendungen optimieren lassen.

Faserverstärkte Materialien

Die Natur nutzt faserverstärkte Materialien schon viel länger als die Technik. So bestehen die Panzer von Gliederfüßern wie Spinnentieren, Insekten und Krustentieren, deren Material Biologen Cuticula nennen, aus einer Vielzahl feinster Schichten von Chitinfasern. Diese ordnen sich parallel zur Oberfläche an und sind typischerweise in eine Proteinmatrix eingebettet. Dem jeweiligen, sehr unterschiedlichen Verwendungszweck passt sich dieses natürliche Verbundmaterial dadurch an, dass die Zusammensetzung sowie die Form des Materials in verschiedenen Teilen des Außenskeletts stark variiert wird. Die Anordnung der Fasern und die Proteinzusammensetzung beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Materials entscheidend.

Design der Giftklauen ist überlebenswichtig

„Die detaillierten Untersuchungen des Cuticulapanzers können daher viele neue Ideen für ein besseres, bio-inspiriertes Materialdesign hervorbringen“, sagt Yael Politi, die gemeinsam mit ihren Kollegen nun Spinnen auf den Zahn gefühlt hat. Diese Einschätzung gilt ganz besonders für Strukturen wie die Giftklauen, da deren Design wegen ihrer lebenswichtigen Funktion sicher unter besonders großem evolutionärem Druck stand. Da sich die technische Perfektion einer biologischen Struktur nur dann ganz verstehen lässt, wenn man deren natürliche Funktion berücksichtigt, arbeiteten die Wissenschaftler der Max-Planck-Institute in Potsdam und in Halle eng mit Friedrich Barth von der Universität Wien zusammen, einem Biologen und Experten für Spinnen, insbesondere deren sensorische Systeme und Biomechanik.

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