Spinnenseide ist stärker als Stahl

Spinneseide ist stärker als Stahl

Viele Insekten – Motten und Schmetterlinge, zum Beispiel – produzieren Seide, aber es gibt beachtliche Unterschiede zwischen diesen Substanzen und der Spinnenseide.

Laut Wissenschaftler ist das Garn der Spinne eines der stärksten Materialien, die es gibt. Würden wir die Charakteristiken des Spinnennetzes auflisten wollen, käme eine sehr lange Liste dabei heraus. Aber schon nur ein paar Beispiele dieser Eigenschaften des Spinnennetzes genügen, um diese Tatsache hervorzusetzen:32

• Das seidene Garn der Spinnen, welches nur ein Tausendstel eines Millimeters misst, ist fünf Mal so stark als Stahl der gleichen Dicke.
• Es kann sich auf die vierfache Länge ausdehnen.
• Es ist dabei so leicht, dass ein Faden, der einmal um die ganze Welt gespannt würde, nur ganze 320 Gramm wiegt.

Jede einzelne Charakteristik mag zwar auch in verschiedenen anderen Materialien gefunden werden, aber es ist eine einzigartige Situation, wenn alle auf einmal zusammenkommen. Es ist nicht so einfach, ein Material zu finden, dass sowohl stark und auch elastisch ist. Starke Stahlkabel, zum Beispiel, ist nicht so elastisch wie Gummi und kann sich mit der Zeit auch verbiegen. Und während Gummikabel sich nicht einfach verformen lassen, sind sie nicht stark genug, um schwere Lasten zu tragen.

1. Region, in der Seide gewonnen wird 2. Fäden	3. Seidendrüsen 4. Zäpfchen

Wie kann ein Faden, der von so einer kleinen Kreatur gesponnen wurde, solche Eigenschaften haben, die besser als Gummi und Stahl sind, Produkte, die aus Jahrhunderten angesammelten Wissens der Menschen entstammen?

Eine detaillierte Ansicht der Zäpfchen

Die Überlegenheit der Spinnenseide versteckt sich in ihrer chemischen Struktur. Ihr Rohmaterial ist ein Protein namens Keratin, welches aus Helixketten aus Aminosäuren besteht die miteinander verkettet sind. In allen Substanzen, in denen es vorhanden ist, ist seine schützende Eigenschaft besonders wichtig. Darüber hinaus besteht Keratin aus Aminosäuren, die durch lose Hydrogene verbunden sind, welches es so sehr elastisch macht, wie das amerikanische Magazin Science News beschreibt: „Auf einer menschlichen Skala kann ein Netz, welches einem Fischernetzt nahe kommt, ein Passagierflugzeug fangen.“33

Auf der Unterseite, am Ende des Spinnenkörpers, sind drei Paar Spinndrüsen. Jede dieser Spinndrüsen ist mit vielen Haarähnlichen Röhrchen ausgestattet, das man Zapfen nennt. Diese Zapfen führen zu Silberknoten im inneren des Körpers, jeder von diesen produziert eine verschiedene Art von Seide. Als ein Ergebnis der Harmonie zwischen diesen entwickelt sich eine Vielzahl von Seidefäden. Im Spinnenkörper arbeiten Pumpen, Getriebe und Drucksysteme mit speziell entwickelten Eigenschaften während der Herstellung von Rohseide, welche dann durch die Zapfen rausgezogen werden.34

Aber am wichtigsten ist, dass die Spinne den Druck in den Zapfen wie sie will verändern kann, welches dann auch die Struktur der Moleküle verändert, die aus flüssigem Keratin bestehen. Der Kontrollmechanismus der Ventile, der Durchmesser, die Widerstandsfähigkeit und Elastizität des Fadens können sich ebenfalls ändern, und erlaubt somit dem Faden die gewünschte Charakteristiken anzunehmen, ohne die chemische Struktur zu verändern. Sollten einschneidende Veränderungen der Seide gewünscht sein, dann wird eine andere Drüse hinzugezogen. Und letzt endlich, dank des perfekten Einsatzes der hinteren Beine kann die Spinne ihren Faden auf die gewünscht Bahn werfen.

Um ihre Beute zu fangen bauen sich Spinnen ein außerordentlich hochwertiges Netz, das Fliegen im Flug anhalten können, in dem es die Energie absorbiert. Das Haltekabel, das auf Flugzeugträgern eingesetzt wird, um Jets beim Landen abzubremsen, ähnelt diesem von Spinnen eingesetzte System. Wie beim Spinnennetz halten diese Seile Jets an, die mehrere Tonnen wiegen, 250 km/h schnell fliegen, durch die Absorbierung der kinetischen Energie.

Sobald das chemische Wunder der Spinne vollständig repliziert werden kann, dann könnten eine Mende nutzvoller Materialien hergestellt werden: Sicherheitsgürtel mit der notwendigen Elastizität, sehr starke Operationsfäden, die keine Narben hinterlassen, und kugelsichere Stoffe. Darüber hinaus müssen keine gefährliche oder giftige Substanzen während der Herstellung einsetzen.

Spinnenseide besitzt außergewöhnliche Eigenschaften. Auf Grund der hohen Widerstandskraft auf Druck wird zehn Mal mehr Energie benötigt, um Spinnenseide zu durchtrennen als andere, ähnliche biologische Materialien.35

Als Resultat wird viel mehr Energie benötigt, um ein Stück Spinnenseide der gleichen Länge wie ein Nylonfaden zu durchtrennen.

Ein weiterer Grund, warum Spinnen in der Lage sind, solch starke Seide zu spinnen ist, dass sie hilfreiche Komponenten mit einer regelmäßigen Struktur hinzufügen können, indem sie die Kristallisierung und das Falten von basischen Proteinkomponenten kontrollieren können. Da das gewobene Material aus flüssigen Kristallen besteht, setzen die Spinnen nur ein Minimum an Energie ein, während sie dies ausführen.

Der Faden, der von den Spinnen hergestellt wird, ist viel stärker, als jede bekannte natürliche und synthetische Fiber. Aber der hergestellte Faden kann nicht eingesammelt und direkt genutzt werden, so wie man es mit Seide anderer Insekten machen kann. Aus diesem Grund ist die einzige momentane Alternative die künstliche Herstellung.

Dieses Beispiel alleine ist ausreichend, um die große Weisheit Gottes, dem Schöpfer aller Dinge in der Natur, zu demonstrieren: Spinnen produzieren einen Faden, der fünf Mal stärker ist als Stahl. Kevlar, ein Produkt unserer am weitesten entwickelten Technologie, wird bei hohen Temperaturen gemacht, mit Materialien aus Petroleum und schwefliger Säure. Die eingesetzte Energie ist sehr hoch, und die Nebenprodukte extremst giftig. Jedoch aus Sicht der Stärke ist Kevlar viel schwächer als Spinnenseide. (“Biomimicry,” Your Planet Earth; http://www.yourplanetearth.org/terms/details.php3?term=Biomimicry)

Forscher sind in weitreichende Studien eingebunden, um rauszufinden, wie die Spinne ihre Seide herstellt. Dr. Fritz Vollrath, ein Zoologe an der Universität von Aarhus in Dänemark, erforschte die Gartenspinne Araneus diadematus, und war erfolgreich darin, einen großen Teil des Prozesses herauszufinden. Er fand heraus, dass die Spinne ihre Seide durch ansäuern härten. Ins Besondere untersuchte er den Tunnel, durch den die Seide führt bevor sie den Spinnenkörper verlässt. Bevor der Tunnel durchflossen wird, besteht die Seide aus flüssigen Proteinen. Im Tunnel entnehmen spezielle Zellen augenscheinlich den seidenen Proteinen das Wasser. Die aus dem Wasser entnommenen Hydrogenatome werden in einen anderen Teil des Tunnels gepumpt, und erstellen ein Säurebad. Wenn das seidene Protein mit der Säure in Kontakt kommen, falten sie sich und formen eine Brücke mit einem anderen, härten dabei die Seide, welche dann „stärker und elastischer ist als Kevlar [. . .] dem härtesten man-made Fiber“ wie Vollrath bemerkt.36

Kevlar, ein verstärktes Material, das in kugelsicheren Westen und Reifen eingesetzt wird, und durch fortschrittliche Technologie erstellt wird, ist die stärkste vom Menschen hergestellte Synthetik. Aber der Spinnenfaden besitzt Eigenschaften, die viel weiter gehen als die vom Kevlar. Nicht nur dass es sehr stabil ist, kann dieser von der Spinne, die die Spinnenseide gesponnen hat, auch noch reproduziert und wiedergenutzt werden.

Sollten Wissenschaftler es schaffen die internen Prozesse zu replizieren, die in der Spinne ablaufen – sollte das falten der Proteine fehlerlos gemacht werden und die genetischen Informationen zum Weben des Materials hinzugefügt werden können, dann wird es möglich sein, Seiden basierte Fäden industriell herzustellen, mit vielen speziellen Eigenschaften. Es ist daher angedacht, dass wenn man den Webprozess des Spinnenfadens verstehen kann, der Erfolg in der Herstellung von handgemachtem Material verbessert werden kann.

Dieser Faden, den Wissenschaftler nun mit vereinten Kräften untersuchen, wird von Spinnen seit mindestens 380 Millionen Jahren hergestellt.37 Dies ist zweifelsohne ein Beweis von Gottes perfekter Schöpfung. Weder gibt es Zweifel daran, dass alle diese außerordentlichen Phänomene unter Seiner Kontrolle stehen, die durch Seinen Willen stattfinden. Wie ein Vers sagt, „… Kein Lebewesen gibt es auf Erden, das Er nicht am Schopf erfasst…“ (Quran, 11:56)

Der Mechanismus, um Sinnenfäden herzustellen ist besser als jede Textilmaschine

Spinnen weben Seide mit verschiedenen Charakteristiken für verschiedene Einsatzgebiete. Diatematus, zum Beispiel, kann ihre Seidendrüsen nutzen, um sieben verschiedene Arten von Seide herzustellen – ähnlich wie bei den Produktionstechniken, die in modernen Textilmaschinen eingesetzt werden. Jedoch kann die enorme Größe dieser Maschinen nicht mit dem nur wenige Millimeter großen Seidenproduzierenden Organ der Spinne verglichen werden. Eine weitere überlegene Eigenschaft der Seide ist die Art und Weise, wie die Spinne diese recyceln kann, somit einen neuen Faden erstellt, in dem sie das beschädigte Netz auffrisst.