Spinndrüse

Definition & Überblick

Die Spinndrüse (lat. Glandula sericigena oder Glandula sericteria) ist ein exokrines Drüsenorgan, das bei verschiedenen Arthropoden – insbesondere bei Spinnen (Araneae), bestimmten Insektenlarven und einigen Milbenarten – der Produktion von Seidenproteinen dient. Im engeren veterinäranatomischen Kontext spielen Spinndrüsen vor allem bei der vergleichenden Anatomie wirbelloser Tiere eine Rolle, finden aber zunehmend auch in der biomedizinischen Forschung Beachtung. Die aus den Drüsen abgesonderten Proteinlösungen werden beim Austritt aus dem Körper zu festen Seidenfäden polymerisiert, die je nach Tierart unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Spinndrüsen gehören zu den leistungsfähigsten biologischen Sekretionsorganen überhaupt und erzeugen Materialien, deren Zugfestigkeit jene von Stahl übertreffen kann.

Aufbau & Struktur

Spinndrüsen sind in der Regel tubuläre oder acinöse Drüsen ektodermalen Ursprungs, die aus einem sekretorischen Epithel, einem Speicherreservoir (Lumen), einem Ausführgang (Ductus) und einer terminalen Spinndüse (Spigot) bestehen. Das sekretorische Epithel setzt sich aus hochprismatischen Drüsenzellen zusammen, die über ein ausgeprägtes raues endoplasmatisches Retikulum und einen umfangreichen Golgi-Apparat verfügen – ein Zeichen intensiver Proteinsynthese.

Bei Webspinnen liegen die Spinndrüsen im Opisthosoma (Hinterleib) und münden über die Spinnwarzen (Mamillae) nach außen. Eine einzelne Spinne kann bis zu sieben verschiedene Drüsentypen besitzen, die jeweils ein spezifisches Seidenprotein – sogenanntes Spidroin – produzieren:

• Glandula ampullata major – produziert die Rahmenseide (Dragline Silk) für tragende Strukturen des Netzes
• Glandula ampullata minor – erzeugt Hilfsspiralfäden und temporäre Strukturseide
• Glandula flagelliformis – sezerniert die hochelastische Fangfadenseide
• Glandula tubuliformis (auch Glandula cylindrica) – bildet die Eikokonseide
• Glandula aciniformis – produziert die Einwickelseide zum Immobilisieren der Beute
• Glandula piriformis – liefert die Haftscheibensubstanz zur Verankerung der Fäden
• Glandula aggregata – sezerniert die klebrige Beschichtung der Fangfäden

Der Ausführgang besitzt eine entscheidende Funktion für die Fadenbildung: Durch kontrollierte Wasserresorption, pH-Wert-Änderung und Scherkräfte beim Durchgang durch den sich verjüngenden Kanal wandelt sich die flüssige Proteinlösung (Spinning Dope) in einen festen, unlöslichen Seidenfaden um. Dieser Vorgang wird als Spinnprozess oder molekulare Selbstassemblierung bezeichnet.

Funktion

Die primäre Funktion der Spinndrüsen besteht in der Produktion von Seidenfäden, die je nach Drüsentyp und Tierart unterschiedlichen biologischen Zwecken dienen. Bei Spinnen umfasst das Funktionsspektrum den Netzbau zum Beutefang, die Herstellung von Eikokons zum Schutz der Nachkommen, die Produktion von Sicherheitsfäden (Draglines) zur Fortbewegung und Absicherung sowie das Einwickeln gefangener Beutetiere. Jungspinnen nutzen sogenannte Baldachinfäden zum Ballooning – einer passiven Flugverbreitung durch den Wind.

Bei Seidenraupen (Bombyx mori) dienen die Spinndrüsen ausschließlich der Kokonproduktion im Rahmen der Verpuppung. Die Seidenproteine – hier vorwiegend Fibroin und Sericin – werden in modifizierten Speicheldrüsen (Labialdrüsen) synthetisiert und über eine Öffnung am Labium (Unterlippe) abgegeben.

Unterschiede zwischen Tierarten

Die anatomische Lokalisation und Homologie der Spinndrüsen variiert erheblich zwischen den Arthropodengruppen:

• Araneae (Webspinnen): Spinndrüsen liegen im Opisthosoma und sind ektodermale Neubildungen abdominaler Herkunft. Die Ausmündung erfolgt über spezialisierte Spinnwarzen am Hinterleibsende. Bis zu sieben Drüsentypen kommen vor.
• Lepidoptera-Larven (Schmetterlingsraupen): Die Seidenproduktion findet in stark vergrößerten, paarigen Labialdrüsen statt, die sich über die gesamte Körperlänge erstrecken können. Morphologisch handelt es sich um modifizierte Speicheldrüsen.
• Embioptera (Tarsenspinner): Einzigartig unter den Insekten besitzen diese Tiere Spinndrüsen in den Protarsen (Vorderfüßen), was eine völlig eigenständige evolutionäre Entwicklung darstellt.
• Acari (Milben): Bestimmte Spinnmilben (Tetranychidae) besitzen Spinndrüsen, die in modifizierten Pedipalpen lokalisiert sind und der Herstellung schützender Gespinste dienen.
• Pseudoscorpiones (Afterskorpione): Diese Arachniden verfügen über Spinndrüsen in den Cheliceren, mit denen sie Brutkammern anlegen.

Diese Vielfalt belegt, dass Spinndrüsen in der Evolution der Arthropoden mindestens mehrfach unabhängig voneinander entstanden sind (konvergente Evolution).

Besonderheiten

Die von Spinndrüsen produzierten Seidenfäden weisen außergewöhnliche