Die Fäden, die Spinnen weben und die aus Seidenraupen stammen, sind in ihrer chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur nahezu identisch. Allerdings stellt sich heraus, dass das Netz um Größenordnungen stärker ist – und erst kürzlich wurde bekannt, warum.
„Wenn Sie sich ein dickes Kugelschreibergewebe vorstellen“, sagt Xiang Wu von der National University of Singapore, „wäre es stark genug, um einen riesigen Boeing 747 Airbus mitten im Flug zu stoppen.“Seidenfaden ist weit von einer solchen Stärke entfernt. Woher kommt dieser Unterschied, weil beide baugleich sind?
Xiang und seine Co-Autoren führten eine ziemlich interessante Studie durch, in der komplexe Computermodelle erstellt wurden, die die Struktur und das Verh alten von Seide und Spinnweben simulieren. Beide sind Polypeptide - Polymerketten von Aminosäuren, von denen die einfachsten - Glycin und Alanin - besonders häufig sind. Viele frühere Arbeiten, bei denen Wissenschaftler die Struktur beider Materialien mit verschiedenen Mikroskopie- und Bildgebungsverfahren untersuchten, zeigten jedoch, dass sich die Reihenfolge, in der sich diese Aminosäuren in ihnen abwechseln, leicht unterscheidet. Dieser Unterschied allein kann jedoch den Unterschied in den Eigenschaften nicht erklären.
Aber – wie die Computersimulation der singapurischen Gruppe zeigte – liegt das Geheimnis darin, wie die einzelnen Polypeptidketten zu größeren Strukturen organisiert sind. Gemeinsam lassen sich einzelne Aminosäureketten zu Gebilden unterschiedlicher Form und Art f alten – zum Beispiel zu flexiblen Alpha-Helices, die in einer Vielzahl von Proteinen vorkommen, oder flachen Beta-F altblättern. Xiang Wu und Kollegen zeigten, dass im Fall von Spinnweben und Seide der Unterschied darin liegt, wie die Polypeptide in Alpha-Helices, Beta-Schichten und Beta-Kristalliten organisiert sind.
In Seidenfäden sind einzelne Beta-F altblätter durch Alpha-Helices miteinander verbunden, was die Struktur als Ganzes sehr flexibel und h altbar macht. Im Netz sind Alpha-Helices mit "festen" Beta-Kristallstrukturen durchsetzt, was die Festigkeit der Struktur erheblich erhöht.
Diese Studie ist auch in anderer Hinsicht interessant: Sie zeigt, dass moderne Modellierungstechnologien dem lang gehegten Traum der Chemiker immer näher kommen – dem Traum, die Eigenschaften komplexer organischer Verbindungen auf der Grundlage der Kenntnis ihrer Zusammensetzung zu bestimmen und Struktur. Dadurch können Materialien mit neuen erstaunlichen Eigenschaften vor der Synthese vollständig am Computer „berechnet“werden. Boeing-Piloten sollten sich bereit machen!
Dazu müssen wir mittlerweile sehr ausgeklügelte Ansätze anwenden. Es genügt, sich daran zu erinnern, wie Wissenschaftler die Gene von Algen und Spinnen kombinieren mussten, um einen superstarken Stoff zu erh alten: "Glass Web".
