Fotos: Andreas Klein
Es ist ein weltweit einmaliges Experiment, das Kopfball unternimmt: Inspiriert von der Frage von Zuschauer Arnold Streit "Ist es möglich, einen erwachsenen Menschen mit einem Faden aus Spinnenseide hochzuziehen?", hat das Kopfball-Team zusammen mit renommierten Spinnen-Experten der Universität Oxford über mehrere Wochen hinweg ein Spinnenseiden-Seil aus etwa 28.000 einzelnen Spinnenfäden hergestellt. Jetzt wollen es die Reporter Burkhardt Weiß und Isabel Hecker wissen: Wird sie das Seil halten? Im Stadionbad in Köln-Müngersdorf machten sie gestern nachmittag die spannende Probe aufs Exempel.
Hintergrundinformationen:
Kann man aus den etwa 5 Mikrometer dicken Seidenfäden einer Spinne ein Seil herstellen, das stabil genug ist, um einen Menschen zu tragen? Kopfball wagt ein weltweit einmaliges Experiment und bekommt dabei Unterstützung von Spinnenexperten der Universität Oxford. Mit einer extra dafür entwickelten Spinnen-Melk-Konstruktion produzieren Kopfball und die Spinnenforscher über mehrere Wochen ein Spinnenseiden-Seil aus etwa 28000 einzelnen Spinnenfäden, mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter. Sollte es dem Team gelingen, damit einen Menschen hochzuheben, wäre das ein Weltrekord für Kopfball und die Wissenschaftler!
Grobablauf:
Die Frage führt Kopfball-Reporter Burkhardt Weiß ins alterwürdige Oxford. In einer der weltweit berühmtesten Universitätsstädte erforscht ein Team von Wissenschaftlern die Eigenschaften von Spinnenseide. Im Spinnenhaus der Oxford Spider Silk Group trifft Burkhardt Björn Greving. Der deutsche Wissenschaftler ist vor drei Jahren nach Oxford gekommen und beschäftigt sich seither mit der Spinnenart Nephila edulis. Die Spinnenseide der 5 bis 10 Zentimeter großen Tiere gilt als besonders widerstandsfähig und langlebig. Ob die Seide allerdings stabil genug ist, um einen Menschen zu tragen, kann auch Björn nicht beantworten. Aber für Kopfball will er der Frage auf den Grund gehen.
Um eine erste grobe Vorstellung davon zu bekommen, wie viele Fäden man wohl braucht, um einen Menschen hochzuheben, wiegen Burkhardt und Björn eine Spinne (ca. 2,5 Gramm), anschließend stellt sich Burkhardt auf eine Waage.
Björn zeigt Burkhardt, wie man eine Spinne melkt. Mit diesem Faden machen die beiden einen Belastungstest. Vermutlich hält ein Spinnen-Faden mehr aus, als das reine Gewicht der Spinne - wie viel tatsächlich wird der Test zeigen.
Nachdem sie wissen, was ein Einzelfaden tragen kann, bestimmen sie den Durchmesser des Fadens. Dafür muss der Faden unter ein SEM (Scanning Electron Microscope), damit können sie den gleichzeitig vergrößern und ausmessen. Da die Spinnenseide ein Naturprodukt ist und der Durchmesser nicht immer gleich, messen noch einige andere Fäden - den Mittelwert der Messungen nehmen sie Durchmesser für den Spinnenfaden der Nephila edulis an.
Mit den Werten des Einzeltests machen die Beiden eine Hochrechnung: Wie viele Fäden bräuchte man, um eine etwa 80 Kilogramm schwere Person hochzuheben? Das Ergebnis liegt im Bereich von 20000 - 40000 Einzelfäden, die man miteinander verbinden müsste. Theoretisch müsste das daraus entstehende Seil einen Menschen tragen können - praktisch bestehen da natürlich viele Unsicherheiten, da es nie versucht wurde und keiner weiß, ob sich die Haltekraft des Fadens tatsächlich so von einem Einzelfaden übertragen lässt.
Wie kommt man an so viel Seide?
Im Gegensatz zu Raupen kann man Spinnen in großen Mengen auf engem Raum nicht halten, da sie Kannibalen sind und sich gegenseitig auffressen würde. Um allein aus den Spinnennetzen genug Seide zu bekommen, müsste man viele Tausend Spinnen halten, die jede etwa einen Quadratmeter Platz braucht - praktisch also kaum möglich und unbezahlbar. Einzige Möglichkeit: Die Spinnen müssen "gemolken" werden: Der Spinnenfaden muss aus dem Hinterleib der Spinnen vorsichtig herausgezogen werden. Ein durchaus übliches Verfahren unter Spinnenforschern; allerdings hat noch niemals eine Gruppe versucht, solche Mengen zu "melken".
Die Spinnen-Melkmaschine
Einzige Chance: eine Spinnenmelkmaschine. Björn und Burkhardt basteln eine Konstruktion, mit der man bis zu zehn Spinnen gleichzeitig melken und den Faden dabei auch noch verdrillen kann. Anschließend fangen sie zehn Kandidaten im Spinnenhaus, betäuben sie und setzen sie in die Konstruktion. Nachdem alle "Seidenspender" in Position sind, schalten sie die Spezialkonstruktion ein: Ein Elektromotor zieht die Seide der Spinne mit etwa 2 Zentimeter pro Sekunde aus deren Hinterleib und wickelt sie auf eine Rolle auf.
Massen-Seidenproduktion
Über etwa drei Wochen muss diese Produktion auf Hochtouren laufen, damit ausreichend Seide für den großen Versuch zusammen kommt. Die Wissenschaftler produzieren zwei Seile für die Dreharbeiten.
Wertvolle Fracht
Mit den beiden wertvollen (in diesem Moment existieren weilweit genau zwei solcher Seile, und die hat Burkhardt Weiß dann bei sich) Spinnenseide-Seilen im Gepäck, reist Burkhardt per Fähre zurück nach Deutschland. Die Seile transportiert er einem Plexicontainer bei konstanter Luftfeuchtigkeit und Temperatur.
Der große Test
Burkhardt trifft sich mit Kopfball-Reporterin Isabel Hecker am Stadionbad in Köln. Hier soll der große Versuch steigen. Mit Ralli, dem Kopfball-Spezialist für große Experimente, befestigen sie eine Seilwinde am 5-Meter-Turm. Ans Seil der Winde kommt ein Karabiner, an diesen Karabiner ein Ende des Spinnenseiden-Seils. Ans andere Ende wieder ein Karabiner und daran ein Seil mit einem Haltegriff. Um die Belastung für das Seil langsam zu steigern, geht erst Isabel ins Wasser. Sie nimmt den Haltegriff (gleichzeitig wird sie über Kletterzeug gesichert). Dann kurbelt Burkhardt langsam an der Seilwinde und zieht Isabel Stück für Stück aus dem Wasser (Wasser, damit sich die Belastung auf den Faden langsam steigert). Gelingt es, Isabel mit dem Seil aus dem Wasser zu ziehen, wiederholen die Beiden den Versuch mit Burkhardt im Wasser. Sollte auch das gelingen, hängen sich beide Reporter an das Spinnenseiden-Seil. Eine Zugwaage zeigt während der Versuche an, welche Belastung das Seil aushält.
Recherche / Hintergründe:
Auf der ganzen Welt arbeiten verschiedene Arbeitsgruppen daran, aber bislang ist es nicht möglich, einen Faden synthetisch herzustellen, der dieselben Eigenschaften wie Spinnenseide hat. Weder der Entstehungsprozess, noch die exakte Struktur sind bis ins letzte Detail verstanden.
Zur Struktur der Spinnenseide
Derzeit existieren sechs Modelle, die die Struktur eines Einzelfadens unterschiedlich beschreiben. Hier ein verbreitetes Modell: Auf Grund von elektronenmikroskopischen Untersuchungen weiß man, dass Spinnenfäden aus einem Bündel von Fibrillen bestehen. Jede einzelne Fibrille besteht aus vielen Eiweißketten mit einer Wechselfolge von alanin- und glycinreichen Bereichen. Diese unterscheiden sich strukturell stark voneinander. Die Molekülketten in den alaninreichen Bereichen sind in ebenen Faltblattstrukturen angeordnet; es handelt sich also um sehr kleine kristalline Zonen im Seidenfaden. In den glycinreichen Bereichen bilden die Eiweißketten hingegen spiralförmige Strukturen, die nicht streng regelmäßig angeordnet sind (Helix-Strukturen).
Bemerkenswert ist, dass sich die Eiweißketten völlig anders anordnen, wenn man das flüssige Sekret der Spinnendrüse auf einer Glasplatte fest werden lässt. Der Spinnvorgang ist offensichtlich essentiell für die korrekte Bildung des Spinnfadens: Die Struktur des Fadens wird nicht nur durch die Primärstruktur der Eiweiße vorgegeben, wie man lange dachte, sondern wird mindestens ebenso stark durch den Verarbeitungsprozess geprägt. Deshalb ist es auch so schwierig, Spinnenseide künstlich herzustellen.
Mit einer Belastbarkeit von 25.000 kg/cm2 verfügt Spinnenseide über eine dreimal höhere Belastbarkeit als Kevlar (bestes Material auf dem Markt; Wissenschaftler-O-Ton "kein künstliches Material schafft das...) und eine fünfmal höhere Belastbarkeit als Stahl. Zudem ist die Elastizität doppelt so hoch wie die Elastizität von Nylon.
Diese Eigenschaften erklären, weshalb das Netzt beim Auffangen der Beute weder reißt, noch die Beute beschädigt wird, wie es bei anderen Materialien der Fall wäre. Um die Beute nicht wieder davon zu schleudern sondern festzuhalten wird von der Spinne nachträglich ein Kleber auf die Fäden der Fangspirale aufgetragen.
Es gab eine Tendenz, dass der Versuch funktionieren könnte, aber keine Sicherheit!!
(Quelle: Pressinformation der Redaktion "Kopfball", WDR/ARD)
voraussichtlicher Sendetermin:
Kopfball, ARD (Das Erste)
Sonntag, 12.12.2010
ab 11.00 Uhr
