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Biopolymere: Eingebauter Drehstopp

Wer sich freihängend an einem vergleichsweise dünnen Tau abseilt, sollte nicht nur schwindelfrei, sondern auch unempfindlich gegen Drehwurm sein: Ohne Kontakt zu einer festen Fläche trudelt man recht schnell im und gegen den Uhrzeigersinn durch die Luft. Aber haben Sie schon mal eine torkelnde Spinne gesehen?
Kreuzspinne
Mag der Mensch auch ein äußerst findiger Ingenieur sein: In manchen Dinge sind Mutter Naturs Vorbilder unerreicht. Denken Sie nur an das Beispiel Spinnenseide, die Materialwissenschaftler in hemmungsloses Schwärmen bringt – so dehnbar und doch so reißfest, das macht keine künstliche Faser nach. Und obwohl Wissenschaftler den Geheimnissen dieser einzigartigen Faser immer weiter auf die Spur kommen – wirklich nachgebaut hat sie noch niemand.

Olivier Emile von der Universität Rennes und seine Kollegen hatten sich noch über einen weiteren Effekt gewundert: Warum dreht sich eine Spinne, die am eigenen Lasso auf dem Weg nach unten ist, nicht ständig um sich selbst? Im Gegenteil – anders als jeder frei hängende Kletterer kommt sie verblüffend fix und ohne Drehwurm am Boden an. Die Forscher kappten daraufhin einen solchen Abseil-Faden von einer Garten-Kreuzspinne (Araneus diadematus) und verglichen dessen Eigenschaften mit einem Kupferdrähtchen und einer Kevlarfaser. Dafür befestigten sie am einen Ende jeweils ein spinnentypisches Gewicht, drehten dieses um neunzig Grad und beobachteten mit einer Kamera, wie sich das System nach dem Loslassen verhielt.

Die Kevlarfaser schoss einem Torsionspendel gleich beim Zurückdrehen erst einmal über ihre Ausgangsposition hinaus und kam erst nach einigem Hin und Her wieder in der ursprünglichen Lage zum Stillstand – das klassische Bild einer kaum gedämpften Schwingung. Der Kupferdraht, wen wundert's, blieb fast unverändert in der neuen verdrehten Position.

Spinnfaden | Ein Spinnfaden unter dem Elektronenmikroskop
Auch der Spinnfaden zeigte zunächst wenig Neigung, sich zurückzuwinden: Seine Pseudospinne baumelte nun in der neuen Ausrichtung zwar ein wenig um die Achse, aber stark gebremst. Anders aber als der Kupferdraht, der nach einigen Drehaktionen zerbrach, konnten die Wissenschaftler am Spinnfaden drehen und drehen, so viel sie wollten – er hielt. Ließen ihn die Forscher dann in Ruhe, bewegte er sich im Verlauf von Minuten – erst schnell, dann langsamer – wieder in seine Ausgangslage zurück.

Das nun wieder kam den Forschern bekannt vor, weshalb sie einen weiteren Versuchskandidaten hinzuzogen: Nitinol. Diese Nickel-Titan-Verbindung ist eine so genannte Formgedächtnis-Legierung, die ebenfalls in eine frühere Struktur zurückkehren kann, als ob sie sich diese "gemerkt" hat.

Der Versuch bestätigte das ähnliche Verhalten von Metall- und Spinnenfaden: Auch Nitinol pendelte in der verdrehten Neuposition nur wenig um die eigene Achse, und auch diese Faser kehrte in die Ursprungslage zurück. Mit einem Unterschied – sie brauchte dafür einen Heizstrahler. Die Spinne nicht.

Jetzt wollen die Wissenschaftler erkunden, welche molekularen Voraussetzungen das Formgedächtnis der Spinnenseide ausmachen. Vielleicht findet sich Ähnliches auch noch in anderen biologischen Molekülen wie DNA. Glückt ihnen die Aufklärung, wäre das ein neues Kapitel nicht nur für die Bauanleitung von Spinnenseide. Doch bis dahin werden sich noch viele Achtbeiner von der Zimmerdecke abseilen – ohne Drehwurm.

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