Seidensekretion umfasst die Produktion von Seidekomponenten und deren Sekretion durch ein Tier. Bekannt ist die Seide-Produktion der Seidenraupen. Entsprechendes feinfaseriges Material kann von den meisten Larven der Insekten, von einigen Spinnentieren und von manchen Muscheln durch Spinndrüsen oder durch ein Epithel ausgeschieden werden. Seide ist je nach Aushärtungsgrad eine biologische Kittsubstanz oder eine zähelastische Faser. Sie besteht zu einem großen Anteil aus biopolymeren Strukturproteinen. Perlmutt der Muschelschalen enthält ebenfalls Seidenbestandteile.
mini|Actias luna (Nachtfalter) entschlüpft ihrem Kokon mini|Kreuzspinne, Spinnennetz im Gegenlicht mini|Hyalogryllacris sp. (Gryllacrididae) bei Seidensekretion mini|Kokon des Seidenspinners Bombyx mori mini|Seidennest der Oecophylla smaragdina (Weberameisen) in Kinnarsani WS, Indien mini|Wespenspinne mit Kokon mini|Gespinst des Pinien-Prozessionsspinners Thaumetopoea pityocampa mini|Eine Kreuzspinne beim Bau eines Radnetzes mini|Jagdspinne mit Kokon
Homologe und analoge Entwicklungen Die ersten Anlagen zur Seidenproduktion sind bei den gemeinsamen Vorfahren von Weichtieren und Gliedertieren zu suchen. Im Verlauf der weiteren Evolution resultierte daraus eine Heterogenität von Lösungen, die noch nicht vollständig aufgeklärt ist.
Während die wesentliche Seidenkomponente, das Seidenprotein mit mehreren polaren Wiederholungssequenzen und in β-Faltblatt-Konformation, vermutlich homolog ist, haben sich die Seide-produzierenden Gewebe aus ursprünglichen ektodermalen Anlagen mehrmals parallel entwickelt. Dies gilt ebenfalls für die Klasse der Insekten.
Auf Basis der verschiedenen anatomischen Gegebenheiten, des molekularen Aufbaus der Seidenkomponenten und der Verwandtschaftsbeziehungen der Insektengruppen wurden 23 unterschiedliche Wege für die Evolution der Seidenproduktion bei Insekten bestimmt.
Seideproduzierende Tiere Einige Tierbezeichnungen verweisen mit Namenselementen wie Netz, Seide, spinnen oder weben direkt auf die Verwendung endogen erzeugter Fäden: Netzspinnen Radnetzspinne Spinner (mehrere Schmetterlingsfamilien) Spinnen Spinnmilben Seidenspinnen Seidenspinner Weberameisen Webspinnen
Aber: Weberknechte haben keine Seiden- oder Spinndrüsen, sondern Stinkdrüsen. Webervögel produzieren ebenfalls keine Fäden, sondern verflechten gefundenes Nistmaterial kunstvoll.
Zwei rezente Tiergruppen können entweder Seide oder Seidenkomponenten produzieren, oder sie besitzen den Seidendrüsen homologe Organteile: Mitglieder der Weichtiere (Tierstamm Mollusca) und der Gliederfüßer (Tierstamm Arthropoda).
Weichtiere Viele Schalenweichtiere (Unterstamm Conchifera) einschließlich einiger Kopffüßer (wie Perlboote) bilden Schalen, deren innerste Schicht (das Hypostracum) im Wesentlichen aus Perlmutt besteht, welches Seidenproteine enthält.Katharina Gries: Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral-Verbundmaterials Perlmutt. Diplomarbeit, Universität Bremen, 2007 (PDF; 4,1 MB)
Muscheln (Klasse Bivalvia, beispielsweise Miesmuscheln) produzieren Muschelseide (Byssus), um sich anzuheften, oft nur im Juvenilstadium. Byssus ist der Seide der Insekten im Aufbau homolog; es enthält die Seidenproteine Fibroin und Sericin.
Gliederfüßer Die meisten Klassen der Gliederfüßer haben zahlreiche Mitglieder, die zur Produktion von Seide bzw. der Seideproteine Fibroin und Sericin zumindest in bestimmten Altersformen befähigt sind. Von einigen ist die Expression von Seidenproteinen nicht bekannt, oft aber können bei ihnen Organstrukturen erkannt werden, die Seidendrüsen homolog sind:
Tausendfüßer In der Klasse der Tausendfüßer (Myriapoda) produzieren viele Arten seidenähnliche Sekrete, die außerhalb des Körpers aushärten, z. B. Doppelfüßer.www.diplopoda.de Zur Eiablage der Diplopoden
Krebstiere Eine Produktion von Seidenkomponenten durch Krebstiere (Crustacea) ist kaum bekannt.
Manche Flohkrebse (Amphipoda), z. B. Crassicorophium bonellii tragen Seidendrüsen an ihren Füßen. mini|Rankenfußkrebse Balanus improvisus Die meisten sessilen Rankenfußkrebse bilden eine Art Zement, um sich anzuheften. Diese Absonderung ist Seidensekreten homolog.
Insekten Viele Insektenlarven können Seide produzieren, meist um sich während der Verpuppung in einem Kokon zu schützen.
Von Pollenwespen wurde bekannt, dass eine oder mehrere Arten im Gegensatz zu allen anderen untersuchten Insekten als Adulttiere Seide in ihren Munddrüsen produzieren und damit Nester in trockenem Sand bauen können.Dominique Zimmermann, Susanne Randolf, Volker Mauss: Morphological adaptations to silk production by adult females in the pollen wasp genus Quartinia (Masarinae, Vespidae) – a keystone character for ground nesting in dry sand habitats. In: Arthropod Structure & Development, Band 62, Mai 2021, Artikel 101045.F. W. Gess: Ethology of three Southern African ground nesting Masarinae, two Celonites species and a silk-spinning Quartinia species, with a discussion of nesting by the subfamily as a whole (Hymenoptera : Vespidae). In: Journal of Hymenoptera Research, Band 1, 1992, S. 145–155.
Kieferklauenträger Unter den Spinnentieren können nur Mitglieder der Ordnungen der Webspinnen, Spinnmilben und Pseudoskorpione Seide produzieren und daraus Seidenfäden bilden, häufig um daraus Wohnbauten oder Fanggeräte zu bilden. Von anderen Ordnungen der Spinnentiere (z. B. Weberknechte) sind keine Seidensekrete bekannt. Von neun Familien der Spinnmilben (Prostigmata, Acariformes) ist bekannt, dass sie Seide produzieren können, z. B. Tetranychus.
Von Pfeilschwanzkrebsen (Limulidae) sind keine Seidenprodukte bekannt. Jedoch bestehen anatomische Homologien ihrer opisthosomalen Segmente 4 und 5 mit den Spinndrüsen der Spinnentiere.
Anatomische Strukturen zur Seidensekretion Die Seide-produzierenden Gewebe haben sich aus ursprünglichen ektodermalen Anlagen mehrmals parallel entwickelt.
Die beiden ältesten Fossilfunde von Spinndrüsen stammen aus dem mittleren Devon und sind 386 bzw. 374 Millionen Jahre alt. Sie sind der früheste Beleg für seidenproduzierende Tiere. Diese Spinndrüsen werden der Webspinne Attercopus fimbriunguis zugerechnet.
Nicht alle Organe aller Seide produzierender Tiere sind näher untersucht. Daher werden nur einige gut bekannte anatomische Strukturen exemplarisch dargestellt:
Bei Schalenweichtieren Schalenweichtiere verschiedener Ordnungen sezernieren die Seidenbestandteile des Perlmutts durch ihr Epithel.Monika Fritz, Universität Bremen in Spiegel Online (abgerufen am 27. Februar 2013)
Bei Byssus produzierenden Muscheln sitzen Seidendrüsen in deren Fuß.Hilary Ann Price: Structure and formation of the byssus complex in Mytilus (mollusca, bivalvia)
Bei Flohkrebsen Marine Flohkrebse (Crassicorophium bonellii) tragen Seidendrüsen an ihren Füßen, die fädige Sekrete abgeben.
Bei Insekten Die bekannten Spinndrüsen der meisten Insekten(larven) enthalten in der Ultrastruktur ähnliche Zellen und bestehen aus einem meist vielfach gewundenen Schlauch zur Produktion der Seidenkomponenten, dessen hinteres Ende durch eine Spinnwarze oder -düse die flüssig-klebrige Seide absondert. Der Faden erhärtet rasch nach Austritt, auch bei wasserlebenden Formen.
Die Seide-produzierenden Gewebe der Insekten entwickelten sich aus homologen ektodermalen Anlagen mehrmals parallel. Sie gingen aus mindestens vier unterschiedlichen Ausgangsgeweben im Laufe der Phylogenese hervor: Epidermale Zellen in Verbindung mit dem Borstenorgan Akzessorische Drüsen der Geschlechtsorgane Malpighische Gefäße der Larven Labialdrüsen der Larven von Amphiesmenoptera (d. h. Schmetterlinge und Köcherfliegen)
Bei den Raupen der SchmetterlingeStichwort „Labialdrüse.“ In: Herder-Lexikon der Biologie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg 2003. ISBN 3-8274-0354-5. und den Larven der Köcherfliegen kann die Labialdrüse zu Spinndrüsen umgewandelt sein, mit denen sie Seidenfäden spinnen können. Die Seidenspinnerraupe ordnet den Seidenfaden um sich herum an, indem sie mit rhythmischen Kopfbewegungen gegenwirkt.
Auch die Larven mancher Hautflügler produzieren Seide mit ihren Labialdrüsen. Ob diese jedoch homolog den Amphiesmenoptera oder parallel entstanden sind, ist ungeklärt.
Opisthosomaldrüsen der Webspinnen mini|Aus den Spinndrüsen austretender Faden bei einer Webspinne der Gattung Enoplognatha Die gemeinsamen Vorfahren der Webspinnen besaßen 4 Seidendrüsenpaare an ihren 4. und 5. opisthosomalen Segmenten. Während bei rezenten Spinnen solche opisthosomalen Anhänge fehlen, sind homologe Strukturen bei Pfeilschwanzkrebsen (Limulus) vorhanden.
Bei den seideproduzierenden Webspinnen befinden sich 4 bis 6 Seidendrüsen oder Spinndrüsen (je 2 oder 3 Paare) auf der abdominalen Unterseite im vierten und fünften Hinterleibssegment. Sie können unterschiedliche Seidentypen für unterschiedliche Aufgaben (Leimfäden, Kokon, Fesselfäden) bereitstellen. Diese Drüsen sind äußerlich als verdickte Spinnwarzen erkennbar. Die Spinnwarzen sind auf dem gut beweglichen Hinterleib äußerst beweglich, wobei die Muskulatur Beugung und der Hämolymphdruck Streckung bewirkt. Die Spinnwarzen können auch gespreizt werden, um „Seidenkleckse“ als Verankerungspunkte für den Faden zu bilden.
Viele Webspinnen können ihren Spinndrüsen beim Austritt des Seidenfadens unterschiedlich gestaltete Spinnspulen vorlagern. Dies sind winzigen Öffnungen, welche aus feinen Röhrchen bestehen (bei manchen cribellaten Spinnen nur 10 nm Durchmesser). Eine Spinnwarze kann mit mehreren verschiedenen Spinnspulen besetzt sein für die Produktion unterschiedlich dicker Fäden für verschiedene Anforderungen (z. B. für Abseilfäden, Klebefäden, Alarmfäden, Kokons).
Die Spinnplatte einiger Fangwollweber (eine plattenartig umgewandelte Spinnwarze, Cribellum genannt) kann bis zu 50.000 Spinnspulen tragen. Am Metatarsus (letztes Beinglied) des vierten Beinpaares sitzt bei vielen cribellaten Spinnen ein kammähnliches Calamistrum, mit dem ihre sehr feine Seidenwolle gekämmt werden kann. Diese anatomischen Strukturen (Cribellum und Calamistrum) kommen nur bei cribellaten Spinnen vor.
Ecribellate Spinnen besitzen neben ihren Spinndrüsen leimproduzierende Drüsen, mit denen Fäden eingeleimt werden, die dann als besonders klebrige Fangfäden dienen.
Haftsekret an Füßen von Vogelspinnen Zu Vogelspinnen der Gattung Aphonopelma wurden zusätzliche Spinndrüsen an deren Tarsen berichtet, welche die Haftung verbesserten.Seidendrüsen lassen Spinnenbeine besser haften .Stanislav N. Gorb et al.: Biomaterials: silk-like secretion from tarantula feet. In: Nature, Band 443, Nr. 7110, 2006, S. 407–407 (PDF).F. Claire Rind et al.: Tarantulas cling to smooth vertical surfaces by secreting silk from their feet. In: J. Exp. Biol. Band 214, Nr. 11, 2011, S. 1874–1879.Michael Reilly: Silky-footed tarantulas don't come unstuck. In: New Scientist, Band 191, Nr. 2571, 2006, S. 12. Dem steht jedoch entgegen, dass diese Beobachtung falsch sei und die vermeintlichen Spinnspulen tatsächlich Chemosensoren seien.F. Pérez-Miles, A. Panzera, D. Ortíz-Villatoro, C. Perdomo: Silk production from tarantula feet questioned. In: Nature, Band 461, 2009, S. E9–E10 (PDF).Rainer Foelix, Bastian Rast, Anne M. Peattie: Silk secretion from tarantula feet revisited: alleged spigots are probably chemoreceptors. In: J. Exp. Biol. Band 215, 2012, S. 1084–1089.Fernando Pérez-Miles, David Ortíz-Villatoro: Tarantulas do not shoot silk from their legs: experimental evidence in four species of New World tarantulas. In: J. Exp. Biol. Band 215, Nr. 10, 2012, 1749–1752. Die Veröffentlichungen sind kontrovers.Stanislav N. Gorb et al.: Gorb et al. reply. In: Nature, Band 461, Nr. 7267, 2009, S. E9–E10.R. Foelix, B. Rast, B. Erb, B. Wullschleger: Spinnspulen auf den Tarsen von Vogelspinnen? Eine Gegendarstellung. In: Arachne, Band 16, S. 4–9, 2011.
Spinnapparat der Pseudoskorpione Pseudoskorpione besitzen Spinndrüsen in ihren Cheliceren (Mundwerkzeuge).