Spinnenseide ist stärker als Stahl – und könnte künftig sogar Wunden verkleben

Ein Faden, dünner als ein menschliches Haar, hält Zugkräften stand, die man einem so zarten Gebilde kaum zutrauen würde. Spinnenseide erreicht eine Zugfestigkeit von bis zu 1,5 Gigapascal – vergleichbar mit hochwertigem Stahl. Bezogen auf ihr Gewicht ist Spinnenseide sogar deutlich stärker als Stahl. Doch manche Spinnen beherrschen noch einen weiteren erstaunlichen Trick: Sie produzieren einen natürlichen Klebstoff, der auch bei Feuchtigkeit haftet.

Die Biologin Sarah Stellwagen von der University of North Carolina at Charlotte erforscht gemeinsam mit ihrem Team die besonderen Eigenschaften der Spinnenseide. Die Wissenschaftler untersuchen, wie belastbar die Fäden sind und welche Gene ihre Herstellung steuern. Dabei interessiert sie besonders das medizinische Potenzial des natürlichen Spinnenklebers: Er könnte eines Tages als Vorbild für neuartige Wundauflagen dienen.

Warum Spinnenseide stärker als Stahl sein kann

Besonders belastbar ist die sogenannte Schleppseide. Spinnen nutzen sie, um sich abzuseilen, ihre Netze zu befestigen und stabile Grundgerüste zu bauen. Ihre hohe Zugfestigkeit verdankt sie speziellen Seidenproteinen. Anders als Stahl besitzt sie eine sehr geringe Dichte und erreicht deshalb eine außergewöhnliche Festigkeit im Verhältnis zu ihrem Gewicht.

Allerdings produziert eine Spinne nicht überall denselben Faden. Je nach Aufgabe unterscheiden sich die Eigenschaften erheblich:

• Schleppseide: Sie hält hohen Zugkräften stand und dient unter anderem als Sicherheitsfaden.
• Dehnbare Fangseide: Sie nimmt die Bewegungsenergie fliegender Insekten auf, ohne sofort zu reißen.
• Unterwasser-Seide: Bestimmte Seidenarten erfüllen ihre Funktion sogar unter Wasser.
• Klebrige Seidenstoffe: Sie enthalten natürliche Haftsubstanzen, mit denen Spinnen ihre Beute festhalten.

Spinnenkleber könnte Wundauflagen auf feuchter Haut halten

Eine offene Wunde ist keine trockene Oberfläche. Blut und Wundflüssigkeit können die Haftung medizinischer Klebstoffe beeinträchtigen und die Versorgung offener Wunden erschweren. Der natürliche Spinnenkleber könnte hier eine vielversprechende Alternative bieten. In der Natur sorgt er dafür, dass gefangene Insekten auch bei hoher Luftfeuchtigkeit im Netz haften bleiben.

Auf den Fangfäden sitzen winzige Tröpfchen, die unter anderem aus speziellen Proteinen und wasseranziehenden Stoffen bestehen. Sie nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf und bleiben dadurch klebrig. Anders als viele Haushaltskleber müssen sie nicht erst trocknen. Wie gut sie haften, hängt allerdings von der Luftfeuchtigkeit und der jeweiligen Spinnenart ab.

Für die Medizin könnte dieses Prinzip interessant werden. Denkbar sind Wundauflagen, die mithilfe eines solchen Klebstoffs auch auf feuchter Haut halten. Allerdings müsste das Material weitere Anforderungen erfüllen: Es dürfte die Haut nicht schädigen, müsste zuverlässig haften und sich möglichst schonend wieder entfernen lassen.

Bislang existiert aus Stellwagens Forschung jedoch kein einsatzfähiger medizinischer Klebstoff. Die Biologin untersucht zunächst die Eigenschaften der natürlichen Haftstoffe. Ob sich daraus ein hautverträgliches Material für die Wundversorgung herstellen lässt, ist noch offen.

Künstliche Spinnenseide lässt sich nur schwer herstellen

Die größte technische Herausforderung beginnt bei der Herstellung der Fäden. Spinnen produzieren ihre Seidenproteine zunächst als flüssige Masse. Erst während des Spinnvorgangs entsteht daraus ein fester, belastbarer Faden. Diesen natürlichen Prozess können Wissenschaftler bislang nicht in industriell relevanten Mengen nachbilden.

„Die Herausforderung bei der Herstellung synthetischer Seide besteht darin, flüssiges Seidenprotein in eine echte Faser umzuwandeln“, erklärt Stellwagen. Zwar lassen sich die benötigten Proteine bereits künstlich produzieren. Doch daraus Fasern mit den gewünschten Eigenschaften zu gewinnen, bleibt schwierig. Langfristig könnten Hersteller unterschiedliche Seidenarten gezielt für Kleidung, Seile oder andere technische Anwendungen entwickeln.

Winzige Messsonde wiegt nur 25 Milligramm

Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen die Eigenschaften natürlicher Spinnenkleber. Stellwagen untersucht deshalb, wie sich die Materialien unter unterschiedlichen Umweltbedingungen verhalten. Bei Zugversuchen misst ihr Team außerdem, wie weit sich Seidenfäden dehnen lassen und wann sie reißen.

Für ihre Versuche arbeitet die Biologin mit ihrem Kollegen Joel Dalton zusammen. In einem begleitenden Universitätsvideo beschreibt sie eine besondere technische Herausforderung: Die verwendete Messsonde durfte insgesamt höchstens 25 Milligramm wiegen. Das entspricht gerade einmal 0,025 Gramm.

Spinnen übernehmen kostenlose Schädlingsbekämpfung

Stellwagens Interesse an Spinnen begann bereits im Alter von zwölf Jahren. Heute beschäftigt sie sich auch mit der Vielfalt dieser Tiere. Manche Arten tragen auffällige Farben, andere ahmen ihre Umgebung oder andere Lebewesen nach. Viele sind so gut getarnt, dass sie kaum zu entdecken sind.

Zudem übernehmen Spinnen eine wichtige Aufgabe in der Natur. Sie erbeuten im Laufe ihres Lebens zahlreiche Insekten und tragen dazu bei, deren Bestände zu begrenzen. Stellwagen bezeichnet sie deshalb als kostenlose Schädlingsbekämpfer. Die Tiere seien außerdem weit weniger gefährlich, als ihre häufige Darstellung in Filmen und anderen Medien vermuten lasse.

Kurz zusammengefasst:

• Ein hauchdünner Spinnenfaden kann es mit hochwertigem Stahl aufnehmen: Spinnenseide erreicht eine vergleichbare Zugfestigkeit, ist dabei aber wesentlich leichter.
• Manche Spinnen produzieren einen Klebstoff, der selbst bei Feuchtigkeit haftet: Dieses natürliche Material könnte eines Tages helfen, Wundauflagen zu entwickeln, die auch auf feuchter Haut halten.
• Was Spinnen mühelos gelingt, stellt die Technik vor große Herausforderungen: Wissenschaftler können Seidenproteine künstlich herstellen, sie aber noch nicht in großen Mengen zu ebenso belastbaren Fäden verarbeiten.

Übrigens: Die Fangfäden einer Kescherspinne können sich um bis zu 150 Prozent dehnen, ohne zu reißen. Deutsche Forscher haben herausgefunden, wie die Spinne diese außergewöhnliche Elastizität erreicht.

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