Perfekter Halt in jeder Lage: Darum können Wanderspinnen senkrechte Wände erklimmen

Kieler Forscher liefern neue Erkenntnisse zu Hafteigenschaften von Spinnenfüßen

Wie gelingt es Spinnen eigentlich, auf so vielen unterschiedlichen Oberflächen senkrecht die Wand hoch und sogar kopfüber an der Decke zu laufen? Dieser Frage sind Bastian Poerschke, Professor Stanislav Gorb und Dr. Clemens Schaber von der Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nachgegangen. In einer jüngst veröffentlichen Studie geben sie Antworten, die neue Möglichkeiten in Bezug auf die Entwicklung leistungsstarker, aber reversibler, bio-inspirierter Klebstoffe eröffnen könnten. Bereits seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, ein besseres Verständnis für die Funktionsweise von Spinnenfüßen zu entwickeln. Die Kieler Studie, die nun in der Fachzeitschrift Frontiers in Mechanical Engineering veröffentlicht wurde, zeigt zum ersten Mal, dass die haarähnlichen Strukturen, aus denen die Haftfüße der Großen Wanderspinne Cupiennius salei bestehen, variabler sind als bisher angenommen.

Die Füße der Großen Wanderspinne bestehen aus fast 2.400 winzigen Härchen mit einem Durchmesser von einem hundertstel Millimeter. Unter der Anleitung von Clemens Schaber und Arbeitsgruppenleiter Stanislav Gorb sammelte Bastian Poerschke, Erstautor der Studie, am Zoologischen Institut Proben dieser Härchen, um zu messen, wie gut diese an verschiedenen rauen und glatten Oberflächen, wie etwa Glas, haften. Zudem prüften sie, wie gut die Haftung der Härchen bei verschiedenen Kontaktwinkeln war. „Als wir mit den Experimenten begannen, dachten wir, wir würden einen bestimmten Winkel finden, bei dem die Haftung am größten ist und gingen davon aus, dass die einzelnen Hafthärchen alle ähnliche Hafteigenschaften aufweisen“, berichtet Studienleiter Clemens Schaber von der Kieler Universität. „Überraschenderweise waren die Haftkräfte aber sehr unterschiedlich und variierten bei den einzelnen Härchen, die wir betrachteten. Ein Härchen haftete am besten mit einem geringen Winkel zum Substrat, während ein anderes bessere Haftkräfte aufwies, wenn es nahezu senkrecht stand.“

Tausende Spinnenhärchen mit jeweils individuellen Eigenschaften

Unter leistungsstarken Mikroskopen zeigte sich zudem, dass jedes einzelne Härchen im Detail eine eigene Struktur aufwies – eine ganz neue Erkenntnis. Das Kieler Forscherteam vermutet, dass diese Vielfalt ein wesentlicher Grund dafür ist, dass sich die Wanderspinnen auf so vielen unterschiedlichen Oberflächen bewegen können. In der aktuellen Studie wurde nur ein kleiner Teil der Tausenden von Härchen auf jedem Spinnenfuß untersucht. Alle zu untersuchen, würde die verfügbaren Ressourcen sprengen. Das Team geht jedoch davon aus, dass wahrscheinlich nicht jedes Härchen einzigartig ist, sondern dass es möglicherweise Cluster oder sich wiederholende Muster gibt.

„Obwohl es noch sehr schwierig ist, Nanostrukturen wie die der Spinne nachzubilden, und insbesondere die Stabilität und Zuverlässigkeit der natürlichen Materialien zu erreichen, können unsere Erkenntnisse dazu beitragen, dass bestehende Modelle für reversible und rückstandslose Klebstoffe weiter optimiert werden“, ergänzt Schaber mit Blick auf ein mögliches Anwendungsgebiet für die aktuellen Studienergebnisse. „Indem wir die Prinzipien der verschiedenen Formen und Ausrichtungen der Haftkontakte von Spinnen nutzen, können wir die Haftmöglichkeiten bio-inspirierter Materialien für verschiedenste Substrate mit unterschiedlichen Eigenschaften verbessern.“

Zur englischsprachigen Pressemitteilung von Frontiers in Mechanical Engineering

 

Originalpublikation:

Poerschke Bastian, Gorb Stanislav N., Schaber Clemens F.: Adhesion of Individual Attachment Setae of the Spider Cupiennius salei to Substrates With Different Roughness and Surface Energy. Frontiers in Mechanical Engineering 7, 702297 (2021). DOI https://doi.org/10.3389/fmech.2021.702297

Link: www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmech.2021.702297

Nanoaufnahme eines Spinnenfußes
© Poerschke, Gorb und Schaber

Die Füße der Großen Wanderspinne bestehen aus fast 2.400 winzigen Härchen mit einem Durchmesser von einem hundertstel Millimeter.

Portraitcollage
Links: © SoulPicture; Mitte/rechts: © Esther Appel

Liefern mit ihrer jüngsten Studie neue Erkenntnisse zu Hafteigenschaften von Spinnenfüßen: Bastian Poerschke, Stanislav Gorb und Clemens Schaber.

Spinne
© Bastian Poerschke

Eine Kieler Studie zeigt zum ersten Mal, dass die haarähnlichen Strukturen, aus denen die Haftfüße der Großen Wanderspinne Cupiennius salei bestehen, extrem variabel sind.

Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr. Clemens Schaber
Funktionelle Morphologie und Biomechanik, AG Gorb
Zoologisches Institut
0431/880-4509
cschaber@zoologie.uni-kiel.de

Pressekontakt:

Anna-Kristina Pries
Sachgebiet Presse, Digitale und Wissenschaftskommunikation