Trocken unter Wasser

In den Regenwäldern Südamerikas lebt die Wasserjagdspinne. Weil die Konkurrenz um Nahrung an Land groß ist, hat sie sich auf Beute im Wasser spezialisiert: „abgestürzte“ Insekten und kleine Fische.

Landspinnen haben auf dem Wasser keine Chance: Ihr Borstenpelz würde sich voll Wasser saugen und sie würden ertrinken.

Unbenetzt unter Wasser

Die Wasserjagdspinne ist für die Jagd auf dem Wasser gut gerüstet: Zwischen ihren Borsten befindet sich ein Luftpolster, mit dem sie auf der Wasseroberfläche zu laufen kann und das sie beim Untertauchen völlig gegen das Wasser abschirmt. Diese Fähigkeit teilt sie mit einer Reihe anderer Tiere und Pflanzen: etwa mit dem Wasserfarn Salvina. Seine Blätter bleiben trocken, auch wenn sie monatelang unter Wasser getaucht werden.

Weniger Widerstand im Wasser

Diese Unbenetzbarkeit ist auch für Wissenschaftler spannend. Wilhelm Barthlott entdeckte den Lotoseffekt. Er und Forscherkollegen am Nees-Instiut der Universität Bonn ergründen das Geheimnis der Wasserspinne.

Die Wissenschaftler denken dabei produktorientiert: Sie wollen Produkte entwickeln, die unter Wasser trocken bleiben wie Badetextilien und auch Schiffsbeschichtungen. Denn Frachtschiffe mit Spinnenoberfläche würden auf einem Luftpolster durchs Wasser gleiten und nicht direkt mit dem Nass in Berührung kommen. Das verringert die Reibung und spart so Treibstoff. Zudem würden auf dem Luftpolster auch keine Seepocken oder Algen wachsen. Die Schiffsrümpfe bleiben auch ohne giftigen Schutzanstrich sauber.

Feine Strukturen gegen Oberflächenspannung

Die feinen Härchen der Spinnenborsten. | Bild: WDR

Die Forscher haben Wasserjagdspinne und Wasserfarn im Raster- elektronenmikroskop unter die Lupe genommen und herausgefunden, dass für ihre Eigenschaften die Mikrostruktur der Oberfläche entscheidend ist. So sind bei der Spinne die Borsten nochmals mit Tausenden kleiner Härchen besetzt.

Auf dem Blatt des Wasserfarns sitzen ebenfalls unzählige kleine Borsten, die noch dazu eine komplizierte "Krönchen"-Struktur aufweisen. Das Prinzip ist in beiden Fällen gleich: Durch seine relativ hohe Oberflächenspannung wird das Wasser von den unzähligen eng stehenden Strukturen auf der Oberfläche abgehalten, in die Zwischenräume dazwischen vorzudringen und die Luft daraus zu verdrängen. So bleibt auch unter Wasser ein zusammenhängender Luftfilm erhalten.

Chitin und Wachs

Die Oberflächen von Wasserspinne und Wasserfarn sind zusätzlich wasserabweisend. Das Chitin, aus dem der Panzer von Spinnen besteht, hat wasserabstoßende Eigenschaften. Beim Farn ist die gesamte Oberfläche inklusive der feinen Borsten von einer hauchfeinen Wachsschicht überzogen. Diese Beschichtung sorgt dafür, dass das Wasser nicht zwischen die Härchen vordringen kann.

Das brachte die Forscher auf die Idee mit so genannter beflockter Oberflächen. Das sind samtige Kunststoffoberflächen wie sie etwa den guten alten Wackeldackel zieren. Sie bestehen aus senkrecht stehenden feinen Kunststofffasern und sind damit zwar nicht so komplex wie ihre Vorbilder aus der Natur, dafür aber technisch sehr leicht herstellbar. Mit einer wasserabweisenden Imprägnierung konnten die Forscher auf solche Oberflächen tatsächlich dauerhaft unter Wasser ein Luftpolster erzeugen.

Erste erfolgreiche Tests

In einem Strömungskanal haben die Forscher das zehn Meter lange Modell eines Binnenfrachtschiffs mit einer solchen imprägnierten Flock-Oberfläche getestet. Das Ergebnis: Die Reibung am Schiffsrumpf wurde damit um bis zu zehn Prozent verringert. Praxistauglich ist der Überzug allerdings noch nicht, denn die beflockten Kunststoffoberflächen sind zu empfindlich um den Belastungen des Schiffsbetriebs standzuhalten – ein Stoß gegen die Hafenmauer und der Belag wäre zerstört. Die Wissenschaftler arbeiten deshalb daran, einen Lack zu entwickeln, der die gleichen Eigenschaften hat, aber robust genug ist, um auf großen Frachtschiffen zum Einsatz zu kommen.

Autorin: Ismeni Walter
Bearbeitung: Sebastian M. Krämer

Adressen & Links

Prof. Dr. Wilhelm Barthlott

Geschäftsführender Direktor
Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen
Universität Bonn
Meckenheimer Allee 170
D - 53115 Bonn
Tel: 02 28 - 73 25 26
Email: barthlott@uni-bonn.de
Internet: [www.nees.uni-bonn.de]

Stand: 12.08.2015 13:27 Uhr