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


 

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 arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

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