Spider’s Adhesion (SpiA) Charakterisierung der ökologischen Nische cribellater und ecribellater Spinnen anhand der Funktion und Evolution ihrer Fangfäden

• Antragstellerin: Dr. Anna-Christin Joel
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406021806

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Spinnen verwenden unterschiedliche Strategien zum Beutefang. Auffällig sind dabei ihre Netze zum Beutefang. Je nach Spinnenart können dafür unterschiedliche Fangfadenarten verwendet werden. So nutzen cribellate Spinnen nanofaserige Fangfäden, wohingegen ecribellate Spinnen entweder einen Kleber aus nicht getrockneter Seide auf ihre Fangfäden aufbringen oder keine spezialisierten Fangfäden verwenden. Übliche Beutetiere von Spinnen sind Insekten, welche mit einer wachsartigen Schicht aus kutikulären Kohlenwasserstoffe (CHCs) überdeckt sind. Diese sind wichtig unter anderem als Verdunstungsschutz und zur Kommunikation. In diesem Projekt konnte beobachtet werden, dass die CHCs der Insekten bei allen Spinnen maßgeblich die Klebekraft der Fangfäden beeinflussen, meist zum Vorteil der Spinne. Dabei scheinen klebrige Fangfäden von der Zusammensetzung der CHCs beeinflusst zu werden, wohingegen bei cribellaten Fangfäden lediglich CHCs vorhanden sein müssen, um die Adhäsionskraft zu erhöhen. Der Klebemechanismus dieser Fäden scheint dabei auf eine molekulare Interaktion zwischen cribellater Seide und CHCs zurück zu führen zu sein. Dies führt zu einer deutlichen Veränderung der mechanischen Eigenschaften dieser Fangfäden. Bei Beutespektrumsanalysen deutete sich an, dass cribellate Spinnen durch ihren universal wirkenden Mechanismus eher Generalisten und Spinnen mit klebrigen Fangfäden spezialisiert auf bestimmte Beutetiere sein könnten. Die Klebekraft aller Fangfäden wird aber nicht nur von den CHCs beeinflusst: Vergleiche mit realen Oberflächen von Beutetieren zeigten, dass auch die Oberflächenstruktur, wie beispielsweise Setae, einen Einfluss haben. Cribellate Spinnen hingegen sind überdeckt mit Nanorillen, welche dafür sorgen, dass sie nicht an ihren eigenen Fangfäden haften bleiben.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Same Principles but Different Purposes: Passive Fluid Handling throughout the Animal Kingdom. Integrative and Comparative Biology, 59(6), 1673-1680.
  Joel, Anna-Christin & Weissbach, Margret
  
• Small behavioral adaptations enable more effective prey capture by producing 3D-structured spider threads. Scientific Reports, 9(1).
  Grannemann, Caroline C. F.; Meyer, Marco; Reinhardt, Marian; Ramírez, Martín J.; Herberstein, Marie E. & Joel, Anna-Christin
  
• Biomimetic Combs as Antiadhesive Tools to Manipulate Nanofibers. ACS Applied Nano Materials, 3(4), 3395-3401.
  Joel, Anna-Christin; Meyer, Marco; Heitz, Johannes; Heiss, Alexander; Park, Daesung; Adamova, Hana & Baumgartner, Werner
  
• Uncoiling springs promote mechanical functionality of spider cribellate silk. Journal of Experimental Biology.
  Piorkowski, Dakota; Blackledge, Todd A.; Liao, Chen-Pan; Joel, Anna-Christin; Weissbach, Margret; Wu, Chung-Lin & Tso, I.-Min
  
• Ambient Climate Influences Anti-Adhesion between Biomimetic Structured Foil and Nanofibers. Nanomaterials, 11(12), 3222.
  Meyer, Marco; Buchberger, Gerda; Heitz, Johannes; Baiko, Dariya & Joel, Anna-Christin
  
• Robust substrate anchorages of silk lines with extensible nano-fibres. Soft Matter, 17(34), 7903-7913.
  Wolff, Jonas O.; Liprandi, Daniele; Bosia, Federico; Joel, Anna-Christin & Pugno, Nicola M.
  
• Change of mechanical characteristics in spider silk capture threads after contact with prey. Acta Biomaterialia, 153, 355-363.
  Baumgart, Lucas; Schaa, Eva-Marie; Menzel, Florian & Joel, Anna-Christin
  
• Insect cuticular hydrocarbon composition influences their interaction with spider capture threads. Journal of Experimental Biology, 225(5).
  Joel, Anna-Christin; Schmitt, Dorothea; Baumgart, Lucas & Menzel, Florian
  
• Age-Resilient Stickiness of Capture Threads. Arthropoda, 1(3), 342-349.
  Meyer, Marco & Joel, Anna-Christin
  
• Physico-chemical properties of functionally adhesive spider silk nanofibres. Biomaterials Science, 11(6), 2139-2150.
  Joel, Anna-Christin; Rawal, Aditya; Yao, Yin; Jenner, Andrew; Ariotti, Nicholas; Weissbach, Margret; Adler, Lewis; Stafstrom, Jay & Blamires, Sean J.
  
• Robustness of antiadhesion between nanofibers and surfaces covered with nanoripples of varying spatial period. Frontiers in Ecology and Evolution, 11.
  Buchberger, Gerda; Meyer, Marco; Plamadeala, Cristina; Weissbach, Margret; Hesser, Günter; Baumgartner, Werner; Heitz, Johannes & Joel, Anna-Christin
  
• Change of Adhesion Properties of Bioinspired Laser-Induced Periodic Nanostructures towards Cribellate Spider Nanofiber Threads by Means of Thin Coatings. Coatings, 14(7), 790.
  Heitz, Johannes; Buchberger, Gerda; Baumgartner, Werner; Meyer, Marco; Weissbach, Margret; Joel, Anna-Christin; Brajnicov, Simona; Palla-Papavlu, Alexandra & Dinescu, Maria
  
• Hierarchical looping results in extreme extensibility of silk fibre composites produced by Southern house spiders ( Kukulcania hibernalis ). Interface Focus, 14(3).
  Liprandi, Daniele; Ramírez, Martin; Schlüter, Sascha; Baumgart, Lucas; Joel, Anna-Christin; Michalik, Peter & Wolff, Jonas O.
  
• The sticky truth: how spider predation success depends on their prey's body surface. Journal of Experimental Biology, 228(9).
  Baumgart, Lucas; Schlüter, Sascha; Moog, Marieke; Schönfeld, Annika; Heß, Adrian; Menzel, Florian & Joel, Anna-Christin