Unter dem Laser-Raster-Mikroskop 16.08.2013, 15:03 Uhr

Forscher entdecken das Geheimnis der Superbeine des Marienkäfers

Das Geheimnis, warum der Marienkäfer trotz seines relativ hohen Gewichts senkrecht an Wänden hochlaufen kann, haben Wissenschaftler der Universität Kiel mit einer speziellen Mikroskopietechnik herausgefunden: Das Protein Resilin sorgt dafür, dass die ansonsten stabilen Hafthaare der Beine an ihren Spitzen elastisch werden. Eine Erkenntnis, die der Entwicklung intelligenter Materialien zugutekommen wird.

Hafthaare des Siebenpunkt-Marienkäfers, visualisiert mit einem Rasterelektronenmikroskop (oben) und einem Konfokalen Laserrastermikroskop (unten). Strukturen mit hohen Konzentrationen des Proteins Resilin sind blau dargestellt.

Hafthaare des Siebenpunkt-Marienkäfers, visualisiert mit einem Rasterelektronenmikroskop (oben) und einem Konfokalen Laserrastermikroskop (unten). Strukturen mit hohen Konzentrationen des Proteins Resilin sind blau dargestellt.

Foto: Jan Michels/Universität Kiel

Unter den Insekten ist der Marienkäfer ein Schwergewicht. Und trotzdem kann der rot-schwarze Brummer an Wänden hochlaufen und über Kopf an Pflanzenstielen balancieren. Dass diese Kletterkunst erst mit Hafthärchen an den Beinen möglich wird, war Forschern längst klar. Unklar war allerdings: Wie können die Härchen, die eigentlich weich und biegsam sein müssen, um eine möglichst große Kontaktfläche zum Untergrund zu haben, gleichzeitig das enorme Gewicht des Käfers halten? Schließlich ist dieser wesentlich wuchtiger als die Stubenfliege und andere seiner Kletterfreunde.

Protein Resilin macht Härchen an der Spitze elastisch

Der Biologe Dr. Jan Michels und sein Forscherteam aus dem Zoologischen Institut der Kieler Universität sind dem Geheimnis der Superbeine auf die Schliche gekommen. „Unsere Untersuchungsergebnisse zeigen, dass verschiedene Teile dieser Haare unterschiedliche Materialzusammensetzungen und -eigenschaften aufweisen. Während die Haarwurzeln relativ hart und steif sind, ist das Material in den Haarspitzen ziemlich weich und elastisch“, erklärt Michels. Er vermutet, dass sich die Spitzen dadurch besser Unebenheiten anpassen können und dies zu einer verbesserten Haftung der Käfer an rauen Oberflächen führt.

Oberseite und Unterseite eines Siebenpunkt-Marienkäfers: Der blaue Pfeil markiert exemplarisch eines der Hafthaarpolster des Käfers.

Oberseite und Unterseite eines Siebenpunkt-Marienkäfers: Der blaue Pfeil markiert exemplarisch eines der Hafthaarpolster des Käfers.

Quelle: Universität Kiel/Stanislav N. Gorb

Stellenangebote im Bereich Forschung & Entwicklung

Forschung & Entwicklung Jobs
IMS Röntgensysteme GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/i) für digitale Inspektionssysteme IMS Röntgensysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
HygroMatik GmbH-Firmenlogo
Junior Entwicklungsingenieur für Hard- und Softwarelösungen (m/w/d) HygroMatik GmbH
Henstedt-Ulzburg Zum Job 
Narda Safety Test Solutions GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Antennen- und HF-Design (m/w/d) Narda Safety Test Solutions GmbH
Pfullingen Zum Job 
Horn Hartstoffe GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur/-entwickler (m/w/d) Werkstoff- und Verfahrenstechnik Horn Hartstoffe GmbH
Tübingen Zum Job 
RENOLIT SE-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Kunststoff- / Verfahrenstechnik / Chemie RENOLIT SE
Frankenthal Zum Job 
FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH
Gronau (Leine) Zum Job 
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Applikationsingenieur DED / Additive Fertigung (m/w/d) pro-beam GmbH & Co. KGaA
Gilching bei München Zum Job 
HygroMatik GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Hard- und Softwarelösungen (m/w/d) HygroMatik GmbH
Henstedt-Ulzburg Zum Job 
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur / Wissenschaftlicher Mitarbeiter (w/m/d) Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Hochschule Reutlingen-Firmenlogo
W2-PROFESSUR (m/w/x) Fertigungstechnologien und Qualitätsmanagement Hochschule Reutlingen
Reutlingen Zum Job 
Leuze electronic GmbH + Co. KG-Firmenlogo
Experienced Mechanical Engineer (m/f/x) Leuze electronic GmbH + Co. KG
Owen bei Kirchheim / Teck Zum Job 
Narda Safety Test Solutions GmbH'-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hardware (m/w/d) Narda Safety Test Solutions GmbH'
Pfullingen Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
R&D Manager (w/m/d) für die Entwicklung von medizinischen Kunststoffeinmalartikeln B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
MARTIN BRAUN Backmittel und Essenzen KG-Firmenlogo
Head of Production / Leitung Lebensmittelproduktion (m/w/d) MARTIN BRAUN Backmittel und Essenzen KG
Hannover Zum Job 
Siegfried PharmaChemikalien Minden GmbH-Firmenlogo
Betriebsingenieur Mehrprodukte-Betrieb (w/m/d) Siegfried PharmaChemikalien Minden GmbH
THD - Technische Hochschule Deggendorf-Firmenlogo
Lehrgebiet "Elektronik und Hochfrequenztechnik" THD - Technische Hochschule Deggendorf
Deggendorf Zum Job 
TU Bergakademie Freiberg-Firmenlogo
W3-Professur "Fels- und Gebirgsmechanik/Felsbau" TU Bergakademie Freiberg
Freiberg Zum Job 
THD - Technische Hochschule Deggendorf-Firmenlogo
Professorin / Professor (m/w/d) für das Lehrgebiet "Ingenieursinformatik/Embedded Systems" THD - Technische Hochschule Deggendorf
Deggendorf Zum Job 

 

Doch wie hat es die Natur geschafft, die Hafthärchen derart multifunktional zu gestalten? Entscheidend dafür ist das Protein Resilin. Es kommt bei Insekten an vielen Stellen vor, an denen Flexibilität gefragt ist – etwa in Flügeln und Beingelenken. Unter dem Konfokalen Laserrastermikroskop, das erzeugte Fluoreszenz aufnimmt, leuchtet es in einem dunklen Blau.

Forscher Jan Michels am Konfokalen Laserrastermikroskop.

Forscher Jan Michels am Konfokalen Laserrastermikroskop.

Quelle: Geomar

Die Biologen konnten erstmals erkennen, dass der höchste Gehalt des Proteins an den Spitzen der Härchen auftritt und folgern daraus, dass es punktuell die Elastizität der Hafthärchen verändert.

Erkenntnisse kommen der Entwicklung intelligenter Materialien zugute

Zwar ist die Materialzusammensetzung der Hafthaare der Marienkäfer so komplex, dass es zurzeit kein Material gibt, mit dem man sie künstlich nachbauen könnte. „Die Natur ist uns in diesem Fall sozusagen einen Marienkäferschritt voraus“, sagt Michels. Doch könnten die Erkenntnisse dazu beitragen, intelligente Materialien zu entwickeln. Oder zu optimieren: Etwa das Gecko-Tape der Firma Gottlieb Binder, eine Folie, die den Haftmechanismen von Gecko- und Käferfüßen nachempfunden ist und sogar auf feuchten und rutschigen Untergründen haftet.

 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitete während seines Studiums der Kommunikationsforschung bei verschiedenen Tageszeitungen. 2012 machte er sich als Journalist selbstständig. Zu seinen Themen gehören Automatisierungstechnik, IT und Industrie 4.0.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.