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Biomaterial : Den Seidenraupen auf die Finger geschaut

  • -Aktualisiert am

Kokons des Seidenspinners Bild: REUTERS

Spinnseide besticht durch ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Offenkundig bestimmt der Lebensraum der Raupen, wie robust das Biomaterial ist.

          Sich in Seide zu hüllen ist für Schmetterlingsraupen kein Luxus. So ein Gespinst bietet Schutz in der kritischen Phase, wenn sich die Raupe in einen Schmetterling verwandelt, sich also weder verteidigen noch aus dem Staub machen kann. Bisher galt das Interesse der Fachleute vor allem dem etliche hundert Meter langen Seidenfaden, der sich von dem Kokon einer Seidenraupe abspulen lässt. Von Natur aus besteht so ein Gespinst jedoch aus zwei verschiedenen Eiweißkomponenten, der elastischen Seide und einem Sericin genannten Protein, als eine Art Kitt zwischen den Seidenfäden plaziert. Je nach Zusammensetzung variieren die mechanischen Eigenschaften dieses Verbundmaterials. Dass sich verschiedenartige Raupen damit gegen verschiedenartige Gefahren wappnen, haben kürzlich Wissenschaftler um Fujia Chen und David Porter von der University of Oxford gezeigt.

          Zunächst stellten die Forscher den aus China stammenden Maulbeerseidenspinner (Bombyx mori) auf die Probe. Der äußere Teil seines Kokons, der traditionell für die Seidenproduktion genutzt wird, ist auffallend locker gesponnen. Nur punktuell werden die hauchdünnen Seidenfäden miteinander vernetzt. Bei Belastung mit einem stumpfen Stahlstift brechen zwar diese Haftpunkte aus Sericin. Die Fäden reißen jedoch nicht, sondern dehnen sich und weichen dem Druck letztlich aus, wie die Forscher in der Zeitschrift „The Journal of Experimental Biology“  berichten. Weitgehend elastisch, kann der Seidenkokon seine ursprüngliche Form zurückgewinnen, sobald die Belastung nachlässt.

          Verdorbener Appetit

          Unter dem Elektronenmikroskop stellte sich außerdem heraus, dass der Kokon des Maulbeerseidenspinners aus mehreren Schichten besteht. Wenn die Kontaktstellen zwischen ihnen zerbrechen, kann von außen ausgeübter Druck nicht mehr unmittelbar an tiefere Lagen weitergeleitet werden. Nur an der Innenseite des Kokons gehen Seidenfäden und Sericin eine untrennbare Verbindung ein, vergleichbar mit einem durch Karbonfasern verstärkten Kunststoff. Wird diese Barriere durchbrochen, reißen dort die Seidenfäden. Durch das so entstandene Loch kann der Angreifer dann bis zur Schmetterlingspuppe vorstoßen. Dass das einem hungrigen Vogel auf Anhieb gelingt, dürfte jedoch die reißfeste Seide der äußeren Schutzhülle verhindern.

          Ganz ähnlich, wenn auch etwas kompakter gebaut, ist der Kokon des Chinesischen Eichenseidenspinners (Antheraea pernyi), der ebenfalls für die Seidenproduktion geschätzt wird. Anders als der Maulbeerseidenspinner überzieht der Eichenseidenspinner seinen Kokon aber zusätzlich mit dem Kalziumsalz der Oxalsäure, mit der sich auch Pflanzen wie Spinat und Sauerampfer gegen Fressfeinde wehren. Vielleicht verderben die Oxalatkristalle hungrigen Mäusen und anderen kleinen Säugetieren bereits den Appetit, ehe das Gespinst ernsthaft beschädigt wird.

          Erstaunliches Ergebnis der Evolution

          Der in Australien heimische Eukalyptusseidenspinner (Opodiphthera eucalypti) verzichtet auf eine flauschige Außenhülle. Aus Seidenfäden und Sericin produziert er einen vergleichsweise starren Kokon, der hohen Belastungen gewachsen ist. Doch wenn der Druck an einem Punkt zu groß wird, bildet sich rasch ein dauerhafter Riss. Mit einem kräftigen Schnabelhieb dürfte ein Vogel hier leichter ans Ziel kommen als bei locker gesponnenen Kokons. Womöglich schützt eine dichte, feste Hülle aber besser vor destruktiven Bakterien und Pilzsporen oder auch vor Wasserverlusten.

          Zweifellos ist jeder Schmetterlingskokon das Ergebnis einer Millionen Jahre langen Evolution. Wer die biomechanischen Vorzüge und Schwächen im Einzelfall abschätzen will, muss jeweils herausfinden, welche Gefahren den Schmetterlingspuppen in ihrem natürlichen Lebensraum drohen. Langfristig versprechen sich die Wissenschaftler von den ausgereiften Modellen der Natur auch Anregungen für technische Verbundmaterialien, an die besondere Anforderungen gestellt werden.

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