mini|hochkant=1.8|Verwendung von Spinnenseide: zum Netzbau, zum Einwickeln von Beutetieren, als Spinnenfäden für den Spinnenflug im sogenannten Altweibersommer, als Abseilfaden und als Kokon zum Schutz der Nachkommen Spinnenseide ist ein Naturprodukt der Spinnen, das aus in den Spinndrüsen produzierten Proteinen besteht und außerhalb des Körpers zu Fasern gesponnen wird. Sie kann mittlerweile auch synthetisch hergestellt werden. Die Chemie und Struktur der Spinnenseiden variiert je nach Spinnenart, dem Alter der Spinne, dem Proteinvorrat und der Funktion. Webspinnen produzieren verschiedene Arten von Spinnenseiden mit einem System aus mehreren Spinndrüsen, wobei jede Seidenart für eine bestimmte Aufgabe besonders geeignet ist.
Spinnen nutzen Spinnenseide zum Bau von Spinnennetzen, zur Herstellung von Abseilfäden, zum Spinnenflug, zur Abgabe von Botenstoffen, zur Übertragung taktiler Informationen, als Spermiennetz und zu weiteren Zwecken. Ein Netz kann aus bis zu fünf verschiedenen Seidenarten bestehen, während andere Seidenarten zum Einwickeln von Beutetieren und als Kokon zum Schutz für den Nachwuchs verwendet werden.
Jede Spinnenseidenart setzt sich aus verschiedenen Seidenproteinen zusammen, den Fibroinen, deren Strukturen die Eigenschaften der Seide maßgeblich beeinflussen. Sie ergeben sich aus der Abfolge ihrer Aminosäurebausteine, der so genannten Primärstruktur, die häufig aus einfachen, sich wiederholenden Einheiten besteht. Darüber hinaus spielen die Proteinfaltung und die räumliche Anordnung der Aminosäureketten, die Sekundär- und Tertiärstruktur, eine wichtige Rolle für die Eigenschaften der Seide. Seidenproteine mit einer Faltblattstruktur weisen eine hohe Stabilität und geringe Flexibilität auf, während Seidenproteine mit vorwiegend spiralförmigen Helixstrukturen eine höhere Elastizität besitzen.
Spinnen produzieren Spinnenseiden nach Bedarf. Dazu nutzen sie eine hochkonzentrierte Lösung von flüssigkristallinen Seidenproteinen, die als Spidroinsekrete bezeichnet werden. Die Faserbildung erfolgt außerhalb des Spinnenabdomens beim Herausziehen. Dabei spielen Scherkräfte sowie die Veränderungen des pH-Werts und des Salzgehalts im Spinnkanal eine entscheidende Rolle.
Die chemischen, mechanischen und biologischen Merkmale der Spinnenseide werden seit Anfang des 20. Jahrhunderts erforscht. Einige Spinnenseidenarten gehören zu den zähesten bekannten Biomaterialien und weisen eine höhere Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Zähigkeit auf als ein vergleichbarer Strang aus Kevlar oder Stahl. Die Elastizität einiger Spinnenseidenarten sorgt dafür, dass ein Spinnennetz beim Aufprall eines Insekts nicht zerreißt, sondern die kinetische Energie absorbiert. Darüber hinaus sind die Fäden biokompatibel, biologisch abbaubar und antibakteriell.
Spinnenseide ist aufgrund ihrer Eigenschaften ein vielversprechendes Material für die Materialforschung. Die potentiellen Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig und umfassen unter anderem die Herstellung von Textilien, Schutzwesten, Wundabdeckmaterial, biologisch abbaubaren Verpackungen, Kosmetika, biokompatiblem medizinischen Nahtmaterial, Fallschirmen, Airbags und vielen anderen Produkten. Der Einsatz von Spinnen als direkte Seidenproduzenten ist zwar möglich, jedoch aufwändig und unwirtschaftlich. Daher werden biochemische und biotechnologische Verfahren zur künstlichen Herstellung von Spinnenseide erforscht.
Geschichte Nutzungsgeschichte Spinnenseide wurde schon im antiken Griechenland zur Blutstillung und zur Therapie von Hautverletzungen verwendet. Plinius der Ältere verwendete Spinnennetze bei offenen Wunden und blutigem Ausfluss, Marcellus Empiricus verwendete sie gegen Impetigo contagiosa, eine bakterielle Hauterkrankung.
Zur Behandlung von Warzen wurde in römischer Zeit ein Spinnennetz um die Warze gewickelt und angezündet. Der griechische Arzt Galenos behandelte Karies mit Spinnenseidenkokons, die er in die Kavität des kariösen Zahns legte. Weiterhin wurden Dermatophytose und Lepra mit Spinnenseide behandelt. Im 14. Jahrhundert wurden französische Truppen mit Paketen aus Spinnweben ausgerüstet, um Blutungen bei Verwundungen zu stillen. Eine Mischung aus Arsen, Vogelknöterich und Zinnober, vermischt mit Speichel, wurde im 18. Jahrhundert in Frankreich zur Behandlung von Hautkrebs verwendet. Die Mischung wurde auf die Haut aufgetragen und mit einem Spinnennetz bedeckt, um sie an ihrem Platz zu halten. Die meisten dieser therapeutischen Anwendungen stehen nicht im Einklang mit den Erkenntnissen der modernen Medizin.
Aborigines benutzten Spinnenseide zum Angeln. Dazu rieben sie Teile des Spinnenkörpers auf die Seide, um kleine Fische anzulocken, die sich in der klebrigen Seide verfingen. Auf den Salomon-Inseln ist die Drachen- oder Kitefischerei auf Hornhechte mit Spinnenseide bis in die Gegenwart verbreitet. Hornhechte haben ein schnabelartig verlängertes Maul mit zahlreichen nadelartigen Zähnen und können nicht mit Angelhaken gefangen werden. Beim Drachenfischen auf Hornhecht wird an einem kleinen Drachen aus Palmblättern eine Angelschnur mit einem Köder aus aufgerolltem, klebrigem Spinnennetz befestigt. Der Köder taucht hüpfend in die Wasseroberfläche ein und imitiert so ein Insekt. Wenn der Hornhecht anbeißt, bleibt er an der klebrigen Masse hängen. Dadurch wird der Drachen nach unten gezogen und signalisiert dem Angler, dass der Fisch angebissen hat und eingeholt werden kann.
Optische Geräte mini|hochkant|Gascoignes Mikrometer Bei Arbeiten an einem Kepler-Fernrohr entdeckte der englische Astronom William Gascoigne 1639 zufällig ein Spinnennetz, das sich an dem gemeinsamen optischen Brennpunkt der beiden Linsen befand. Diese Position der Seidenfäden ermöglichte es, gleichzeitig sowohl die Spinnenseide als auch die Himmelskörper in scharfer Abbildung zu erkennen. Gascoigne erkannte, dass er das Fernrohr genauer ausrichten konnte, wenn er einen so platzierten Faden als Orientierungshilfe benutzte. Seine Entdeckung mündete unter anderem in die Erfindung des Zielfernrohrs, bei dem gekreuzte Drähte im Brennpunkt das Zentrum des Sichtfelds definieren. Auch wurde das Fernrohr dadurch zu einem Mikrometer, als er zwei Fäden mit durch Schrauben verstellbarem Abstand dazu nutzte, Planetendurchmesser zu bestimmen.
Im 18. Jahrhundert wurden Silberfäden von achromatischen Fernrohren, die nicht die gewünschte Dicke aufwiesen, oft durch Spinnenseide ersetzt, die in verschiedenen Stärken erhältlich war. Keuffel and Esser Co., ein US-amerikanisches Unternehmen für Zeichengeräte und Zubehör, beschäftigte von 1889 bis zum Zweiten Weltkrieg die „Spider Lady“ Mary Pfeiffer, die für das Unternehmen eine Spinnenfarm betrieb. Sie gewann dort Seidenfäden, aus denen Fadenkreuze für optische Geräte wie Mikroskope und Teleskope oder für Geschütze in Flugzeugen und U-Booten hergestellt wurden.
In den 1940er Jahren befand sich in der Stadt Yucaipa, Kalifornien, die größte Spinnenfarm der USA. Die Besitzerin Nan Songer hielt dort etwa 10.000 Spinnen, vor allem der Arten Südliche Schwarze Witwe, Argiope trifasciata und Araneus gemmoides, aus denen sie Seide für militärische Zwecke gewann, unter anderem für die Fadenkreuze der Bombenzielgeräte. Songer benutzte eine weiche Kamelhaarbürste, um die Spinnwarzen zu stimulieren, bis sich ein Abseilfaden bildete. Jeder Spinne konnte bis zu 25-mal ein Faden entnommen werden, wobei ein mehrtägiges Aushungern der Spinne zu einem Faden mit weniger Verunreinigungen führte. Die Spinnen gewöhnten sich an diesen Vorgang und wurden .
Darüber hinaus erstellte sie in Zusammenarbeit mit dem National Bureau of Standards eine standardisierte Liste von Spinnenseiden von „extrafein“ mit 0,5 Mikrometern bis „extrastark“ mit 5 Mikrometern Durchmesser. Für Instrumente, die besonders feine Spinnenseide benötigten, lieferte sie Babyspinnenseide mit einem Durchmesser von nur 0,05 Mikrometern, die fast unsichtbar war. Noch Ende des 20. Jahrhunderts hielten einige Militäreinrichtungen eine Schwarze Witwe als Seidenlieferant für die Reparatur von Fadenkreuzen in alten optischen Instrumenten.
Textile Nutzung mini|hochkant|François Xavier Bon de Saint-Hilaire (um 1713). Gemälde von Jean Ranc In vorkolonialer Zeit wurde für die Merina-Könige die Seidenlamba, ein traditionelles Kleidungsstück Madagaskars, aus Spinnenseide gewebt. Dazu wurde die orange-goldene Seide der Nephila madagascariensis verwendet, einer großen Spinne, die in den Wäldern von Madagaskar auf Bäumen lebt. Eine weibliche Spinne produziert im Laufe eines Monats etwa 3650 Meter Spinnenseide und stirbt dann.
Die erste schriftliche Erwähnung des Sammelns von Spinnenseide stammt aus dem Jahr 1621. Der italienische Arzt und Philosoph Epifanio Ferdinando berichtet in seinem Werk Centum Historiae, dass es Girolamo Marciano gelungen sei, 450 Gramm Spinnenseide von der Tarantel zu sammeln, die diese für den Bau von Kokons zum Schutz ihrer Nachkommen verwendet.
Weitere Versuche zur Gewinnung von Spinnenseide für die Herstellung von Stoffen gehen auf den Franzosen François-Xavier Bon de Saint-Hilaire zurück, zur damaligen Zeit Präsident des Rechnungshofs von Montpellier. Er entwickelte 1709 ein Verfahren zur Gewinnung von Spinnenseide aus Kokons von einheimischen Spinnen. Die Kokons wurden zunächst gekocht, gewaschen und getrocknet. Aus den Kokons erhielt er durch Auskämmen Spinnenseide, die er verspinnen und zu Kleidungsstücken verweben konnte.
Am 5. Dezember 1709 präsentierte Bon seine Ergebnisse in einem Aufsatz mit dem Titel Sur l’utilité de la soye des araignées (Über die Nützlichkeit der Spinnenseide) in Montpellier, wo er sowohl Strümpfe als auch Handschuhe aus Spinnenseide präsentierte. Sein Aufsatz wurde zudem in der Académie Royale in Paris vorgelesen. René-Antoine Ferchault de Réaumur wurde beauftragt, Bons Entdeckung auf die Möglichkeit hin zu untersuchen, daraus eine gewinnbringende Industrie aufzubauen. Réaumur kam jedoch zu dem Schluss, dass die Kosten für die Haltung der Spinnen und die Gewinnung der Seide in keinem Verhältnis zu ihrem Wert stünden. Nach den Berechnungen von Réaumur, der die unterschiedliche Ausbeute großer und kleiner Spinnen berücksichtigte, wären 663.552 Spinnen nötig, um ein Pfund Spinnenseide zu gewinnen. Möglicherweise gäbe es jedoch in Übersee größere Spinnen, die mehr Seide liefern könnten. mini|hochkant=1.3|Apparatur zur Entnahme von Spinnenseide.(a) Korkstückchen mit einem kleinen Hohlraum;(b) Blech aus verzinntem Eisen mit Aussparung;(c) zwei Eisenstifte oder -drähte;(d) Spinnwarze;(e) Spule zum Aufwickeln der Spinnenseide Der spanische Jesuitenpater Raimondo Maria de Termeyer setzte die Versuche zur Herstellung von Spinnenseide fort. Ohne die Arbeiten von Bon oder Réaumur zu kennen, begann er 1760 mit dem Sammeln von Spinnenkokons zur Seidengewinnung. Er konstruierte Kästen mit 68 Zellen, in denen er Spinnen halten konnte, und sammelte eine beträchtliche Menge an Kokons. 1762 erhielt er den Auftrag, sich der Jesuitenmission in Südamerika anzuschließen, wo er 1763 in der Intendencia de Córdoba del Tucumán, einem Teilstaat der Vereinigten Provinzen des Río de la Plata, eintraf. Während dieser Zeit lernte er die Arbeiten von Bon und Réaumur kennen. Wie Réaumur vorausgesagt hatte, gab es dort große Spinnen, die für die Gewinnung von Spinnenseide besser geeignet waren als die europäischen Spinnen.
Als er nach Europa zurückkehren musste, setzte er dort seine Forschungen fort. Um die Qualität der Spinnenseide zu verbessern, beschloss Termeyer 1796, die Seide nicht mehr aus dem Kokon, sondern direkt aus der Spinne zu gewinnen. Dazu konstruierte er ein kleines Gestell aus Kork und Metall, mit dessen Hilfe er die Kopfregion vom Abdomen separieren konnte, während eine Spulmaschine die Seide direkt aus den Spinndüsen der Spinne zog.