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Ein auffälliges Rasterelektronenmikroskop-Bild von Spinnenseide hat den Hauptpreis im Fotowettbewerb der Royal Society 2025 gewonnen. Die preisgekrönte Aufnahme — eine vergrößerte Studie der Fäden einer Netzwurfs- bzw. Lauerjägerspinne — zeigt eine komplexe Verbundstruktur, die extreme Elastizität mit hoher Zugfestigkeit kombiniert. Das Ergebnis ist sowohl ein eindrucksvolles visuelles Motiv als auch ein neuer Hinweis für die Forschung an Biomaterialien und bioinspirierten Fasern.
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Die ausgezeichnete Mikroaufnahme zeigt die Seide der Art Asianopis subrufa, bekannt als Netzfang- oder Lauerjägerspinne. Anders als Radnetzspinnen, die ihre Beute passiv erwarten, halten Netzfangspinnen ein kleines, rechteckiges Netz zwischen ihren Vorderbeinen und schleudern es aktiv über ahnungslose Insekten. Unter dem Rasterelektronenmikroskop erscheint die Seide als geschachtelte Architektur: ein elastischer Innenkern, umgeben von mehreren Schichten steiferer Filamente mit unterschiedlichen Durchmessern.
Die Kombination aus dehnbarem Kern und geschichtetem, robustem Mantel erklärt, wie das Netz sich schnell verformen kann, um Beute einzuschließen, und zugleich dem Einreißen widersteht. Das Bild hebt nicht nur die biologische Raffinesse dieses Räuberinstrumentariums hervor, sondern liefert auch messbare mikrostrukturelle Details, die Werkstoffwissenschaftler nutzen können, um Lastverteilung, Ermüdungswiderstand und Energieabsorption in Faserverbundwerkstoffen zu modellieren.
Solche hochaufgelösten Mikrografien sind besonders wertvoll, weil sie die hierarchische Organisation von natürlichen Fasern sichtbar machen: von submikronalen Fibrillen über intermolekulare Grenzflächen bis hin zu makroskopischen Bündelstrukturen. Diese Ebenen interagieren mechanisch und beeinflussen Kennwerte wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Rissausbreitung — zentrale Parameter für die Entwicklung neuer Hochleistungsfasern.
Für die Materialforschung bedeutet das: Natur liefert praxiserprobte Designprinzipien, die in synthetische Polymere übersetzt werden können. Insbesondere die Frage, wie Energie bei schnellen, stoßartigen Belastungen dissipiert wird, ist für Anwendungen in der Biomedizin (z. B. chirurgische Nahtmaterialien), der weichen Robotik und in schlagbeanspruchten Textilien von großem Interesse.
Why the microstructure matters
Die Mikrostruktur entscheidet über mechanische Kennwerte, die sich auf unterschiedliche Anwendungsszenarien übertragen lassen. Das Rasterelektronenmikroskop macht ansonsten unsichtbare Merkmale deutlich — submikronale Fibrillen, Übergangsbereiche zwischen Schichten und Zonen mit variierender Dichte. Diese Details regulieren Größen wie den Elastizitätsmodul (Youngscher Modul), die Dehnbarkeit (Extensibilität) und die Zähigkeit (Toughness).
Youngscher Modul beschreibt die Steifigkeit eines Materials unter elastischer Verformung; eine niedrige Steifigkeit erhöht die Fähigkeit zur Verformung, eine höhere Steifigkeit verbessert die Lastaufnahme. Extensibilität misst, wie weit sich eine Faser ziehen lässt, bevor sie bricht. Zähigkeit kombiniert Energieaufnahme und Rissausbreitung und ist besonders wichtig für Anwendungen, in denen dynamische Belastungen auftreten.
Ingenieure, die flexible, zähe Fasern für Anwendungen von medizinischen Nähten über flexible Aktuatoren in der Soft-Robotik bis hin zu leichten Karosseriematerialien entwickeln, finden in solchen biologischen Blaupausen unschätzbare Hinweise. Die hierarchische Schichtung, unterschiedliche Fibrillendurchmesser und die graduellen Übergänge zwischen Schichten sind Designprinzipien, die sich nur schwer mit monolithischen synthetischen Prozessen nachbilden lassen — und genau hier liegt eine Herausforderung und Innovationschance zugleich.
Bereits existierende biomimetische Ansätze adaptieren Elemente der Spinnenseide: gezielte Polymerkettenalignment, nanoskalige Fibrillenorientierung und hybride Verbundstrukturen, die weiche und harte Komponenten kombinieren. Die preisgekrönte Aufnahme rückt dabei die Netzfangspinnen in den Fokus, deren Seide darauf optimiert ist, kinetische Energie schnell zu absorbieren und zu verteilen — ein Mechanismus, der sich funktional von den statischen Tragstrukturen eines Radnetzes unterscheidet und neue Designanforderungen an synthetische Fasern stellt.
Other notable winners and global scenes
Fotograf: Peter Hudson
In der Kategorie Verhaltensbiologie hat Peter Hudson zwei männliche Greater Prairie Chickens (Tympanuchus cupido) in einem dramatischen Balz- und Revierdisplay eingefangen. Die Aufnahme friert den Moment von Luftsprüngen und Rangkämpfen ein, die Dominanzgesten und Paarungsbereitschaft signalisieren — ein anschauliches Beispiel dafür, wie Verhaltensfotografie Paarungsstrategien und territoriales Verhalten dokumentieren und für Verhaltensforscher analysierbar machen kann.
Solche Aufnahmen tragen zur Ethologie bei, weil sie Wiederholung, Timing und Kombinationen von Signalhandlungen erfassen. In Kombination mit Beobachtungsdaten lassen sich daraus Hypothesen über sexuelle Selektion, Energieinvestitionen in Balzverhalten und die Bedeutung von visuellen und akustischen Signalen für die Partnerwahl ableiten.
Fotograf: Filippo Carugati
Filippo Carugatis Ökologie-Beitrag zeigt Kaulquappen, die in einer gelatinösen Matrix an einem Baumstamm in Madagaskar hängen — vermutlich Guibemantis liber. Diese Feldaufnahmen dokumentieren frühe Lebensstadien und Mikrohabitate, die für das Artenschutzmanagement in Biodiversitäts-Hotspots entscheidend sind.
Die genaue Dokumentation von Mikrohabitaten ist für Schutzprogramme essenziell: sie liefert Informationen über Laichplätze, Feuchtigkeitszyklen und mikroklimatische Bedingungen, die für das Überleben sensibler Entwicklungsstadien notwendig sind. Solche Daten unterstützen praxisorientierte Maßnahmen, etwa bei der Schaffung oder dem Schutz von Laichgewässern und der Planung von Schutzgebieten.
Fotograf: Irina Petrova Adamatzky
Irina Petrova Adamatzky erreichte den zweiten Platz in der Kategorie Verhaltensbiologie mit einem Bild des Atlasfalters (Attacus atlas), das seine flügelförmigen Spitzen zeigt, die an Schlangenköpfe erinnern — ein klassisches Beispiel für morphologische Mimikry, die die Prädation durch Vögel reduziert.
Die dokumentierte Mimikry ist ein evolutionäres Anpassungsmerkmal, das durch selektiven Druck entstanden ist. Solche Fotografien helfen, Form- und Farbvariationen zu katalogisieren und eröffnen Fragen zur Wirksamkeit von Mimikry in verschiedenen ökologischen Kontexten und gegenüber unterschiedlichen Räubern.
Fotograf: Felipe Rios Silva
In der Kategorie Erde und Klimawissenschaft dokumentiert Felipe Rios Silva Küsten-Stratocumuluswolken über der Atacama-Wüste – eine Szene, die laufende Forschungen zu Nebelsammeltechniken beleuchtet, mit denen Meeresfeuchtigkeit zu trinkbarem Wasser für trockene Gemeinden umgewandelt werden kann.
Nebelgewinnung basiert auf physikalischen Prinzipien der Kondensation an Netz- oder Körporflächen; Effizienzsteigerungen betreffen Materialwahl, Netzgeometrie und mikrostrukturelle Oberflächeneigenschaften, die Tropfenbildung und Abfluss optimieren. Solche Feldfotos sind praktisch, um lokale Klimaphänomene zu veranschaulichen und politische Entscheidungsträger für skalierbare Lösungen zur Wasserversorgung in ariden Regionen zu interessieren.
Fotograf: Aman Chokshi
Aman Chokshi fing den antarktischen Sonnenaufgang nach sechs Monaten Polarnacht ein und erstellte daraus ein 360°-Panorama, das in eine stereografische „Little Planet“-Ansicht transformiert wurde. Das Bild, umrandet von grünen und violetten Polarlichtern und gekrönt von der Milchstraße, erforderte extreme Kältevorkehrungen für die Kamera und geduldiges Arbeiten bei -70 °C Windbedingungen.
Solche extremen Fotoexpeditionen illustrieren logistische und technische Herausforderungen der Feldforschung: Akkuleistung bei Kälte, mechanische Belastbarkeit von Ausrüstung und die Notwendigkeit redundanter Wetter- und Sicherheitspläne. Zudem liefern sie eindrucksvolle visuelle Daten, die Öffentlichkeit und Wissenschaft gleichermaßen ansprechen.
Scientific and technological implications
Hochauflösende Bilder wie diese erfüllen zwei zentrale Funktionen: Sie dokumentieren Naturphänomene mit wissenschaftlicher Präzision und fungieren als Katalysator für interdisziplinäre Forschung. Werkstoffwissenschaftler gewinnen quantitative Muster für das Faserdedesign; Ökologen und Naturschützer erhalten visuelle Aufzeichnungen seltener Verhaltensweisen und Lebensstadien; Atmosphärenwissenschaftler können fotografische Belege nutzen, um klima- und umweltbezogene Forschung einem breiten Publikum und politischen Entscheidungsträgern zu vermitteln.
Die Übertragung biologischer Mikroarchitekturen in technische Lösungen erfordert eine Kombination aus bildgebenden Verfahren (z. B. Rasterelektronenmikroskopie), Materialchemie, Verarbeitungsverfahren auf Nanoskala und mechanischen Prüfmethoden. Insbesondere die Rekonstruktion gradueller Materialübergänge und das Zusammenspiel weicher und harter Komponenten stellen eine methodische Herausforderung dar, die neue Herstellungsverfahren wie gerichtetes Selbstorganisation, elektrostatische Ausrichtung von Polymerketten oder additive Fertigung auf Mikro- und Nanoskala erfordert.
Praktische Anwendungen reichen von chirurgischen Nähten mit verbesserter Dehnbarkeit und geringerer Gewebeirritation über stoßabsorbierende Textilien für Schutzbekleidung bis hin zu Leichtbaumaterialien für Luft- und Raumfahrt, bei denen Energieabsorption bei minimalem Gewicht entscheidend ist. Die quantitativen Messdaten aus Mikrografien unterstützen Finite-Elemente-Modelle (FEM), die lastabhängige Verformung, Ermüdung und Versagensmechanismen vorhersagen können.
Expert Insight
„Dieses Mikrografie ist mehr als ein schönes Bild“, sagt Dr. Lena Ortiz, eine Werkstoffwissenschaftlerin mit Schwerpunkt auf bioinspirierten Fasern. „Sie liefert eine präzise morphologische Karte, mit der wir Hypothesen testen können, wie geschichtete Mikrostrukturen Elastizität und Festigkeit modulieren. Die Übertragung dieser Muster in synthetische Polymere könnte zu leichteren, zäheren Textilien und leistungsfähigeren medizinischen Nähten führen.“
Dr. Ortiz betont, dass die praktische Umsetzung dieser natürlichen Prinzipien interdisziplinäre Teams erfordert: Bildgebungsspezialisten, Polymerchemiker, Mechaniker und Fertigungsingenieure müssen zusammenarbeiten, um von der Bildinformation zu marktfähigen Materialien zu gelangen. Die Royal Society-Aufnahme wirkt hier als Katalysator, weil sie konkrete strukturelle Daten liefert, die in experimentelle Prototypen und computergestützte Modelle eingespeist werden können.
Bilder aus internationalen Wettbewerben wie dem der Royal Society zeigen, wie Mikroskopie, Feldarbeit und kreative Bildsprache zusammenkommen, um wissenschaftliches Verständnis voranzubringen und technologische Innovationen zu inspirieren. Von winzigen Seidenfibrillen bis zu polaren Panoramen erzählt jedes Foto eine datenreiche Geschichte darüber, wie die Natur ingenieurtechnische Probleme löst und wie diese Lösungen in nachhaltige, leistungsfähige Technologien überführt werden können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die preisgekrönte Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von Spinnenseide nicht nur ästhetischen Wert besitzt, sondern auch als Ausgangspunkt für gezielte Forschungsprogramme dienen kann: strukturmechanische Charakterisierung, multi-skalen Modellierung und die Entwicklung neuer Herstellungsverfahren für bioinspirierte Fasern. Solche Programme haben das Potenzial, Fortschritte in Medizin, Textilindustrie und nachhaltiger Materialentwicklung voranzutreiben.
Quelle: smarti
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