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
Solventum Germany GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur Automatisierungstechnik / Mechatronik / Maschinenbau (m/w/*) Solventum Germany GmbH
Seefeld Zum Job 
HERRENKNECHT AG-Firmenlogo
Leiter Mechanische Bearbeitung (m/w/d) HERRENKNECHT AG
Schwanau Zum Job 
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Elektronenstrahl Schweißtechnik pro-beam GmbH & Co. KGaA
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Wirtschaftsingenieur als Industrial Engineer / Fertigungsplaner (m/w/d) pro-beam GmbH & Co. KGaA
Steinmeyer Mechatronik GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Steinmeyer Mechatronik GmbH
Dresden Zum Job 
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Celonic Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technical Team Manager (w/m/d) Qualification & Asset Change Control Celonic Deutschland GmbH & Co. KG
Heidelberg Zum Job 
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in (m/w/d) der Fachrichtung Maschinenbau, Physikalische Ingenieurwissenschaft, Produktionstechnik, Werkstoffwissenschaft oder vergleichbar BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Berlin-Steglitz Zum Job 
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in (m/w/d) der Fachrichtung Maschinenbau, Physikalische Ingenieurwissenschaft, Produktionstechnik, Werkstoffwissenschaft oder vergleichbar BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Berlin-Steglitz Zum Job 
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft-Firmenlogo
W2-Professur "Lasermaterialbearbeitung" Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
ULTRA REFLEX GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Kunststoff (m/w/d) Entwicklung und Optimierung von Produkten und Prozessen ULTRA REFLEX GmbH
Willstätt Zum Job 
Neoperl GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Meister / Techniker (m/w/d) Prozess-, Automatisierungs- und Elektrotechnik Neoperl GmbH
Müllheim Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
R&D Manager (w/m/d) Process Design B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Universität Heidelberg-Firmenlogo
Elektroingenieur*in in der Elektronikentwicklung (w/m/d) Universität Heidelberg
Heidelberg Zum Job 
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences-Firmenlogo
Professor:in für das Lehrgebiet Carl-Zeiss-Stiftungsprofessur für Produktions- und Herstellverfahren von Wasserstoffsystemen Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences
Göppingen Zum Job 
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik-Firmenlogo
Ingenieur*in der Fachrichtung Elektrotechnik Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Greifswald Zum Job 
Patent- und Rechtsanwälte Andrejewski, Honke-Firmenlogo
Ausbildung zum deutschen Patentanwalt (m/w/d) und European Patent Attorney Patent- und Rechtsanwälte Andrejewski, Honke
maxon motor GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur (w/m/d) für Qualität in Entwicklungsprojekten | Antriebstechnik maxon motor GmbH
Sexau bei Freiburg im Breisgau Zum Job 
Atlantic GmbH-Firmenlogo
Werksleiter Endbearbeitung Schleifscheiben und Honsteine (m/w/d) Atlantic GmbH
PFISTERER Kontaktsysteme GmbH-Firmenlogo
High Voltage Testing Specialist (w/m/d) PFISTERER Kontaktsysteme GmbH
Winterbach 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.