Proč je pavoučí hedvábí pevnější než ocel, i když je velmi křehké?

Pavoučí hedvábí je již dlouho známé jako nejúžasněji odolný přírodní materiál. Existují dokonce i druhy pavouků, které produkují hedvábí pětkrát pevnější než ocel, jako například hnědý pavouk reclusa. Člověk se však musí také ptát, proč je pavoučí hedvábí, které vypadá tak křehce, tak neuvěřitelně odolné. I tato otázka vědce matí a odpověď na ni našli teprve nedávno.

Pavoučí hedvábí je velmi pevné, dokonce pevnější než ocelový drát.

Pavoučí hedvábí má jedinečnou strukturu.

Pavoučí hedvábí je proteinové vlákno, které pavouci produkují a spřádají. Používají ho k vytváření sítí k lovu kořisti nebo k ochraně svých vajec a mláďat. Silná struktura těchto hedvábných vláken umožňuje pavoukům chytat kořist mnohonásobně větší než je jejich velikost.

Nedávno vědci z College of William and Mary (USA) použili mikroskopii atomárních sil k pozorování mikrostruktury hedvábných vláken, která hnědí pavouci samotáři vytvářejí k ochraně svých vajec a lovu kořisti. Zjistili, že každé pavoučí hedvábné vlákno, tenčí než lidský vlas, je ve skutečnosti tvořeno tisíci různých nanovláken o průměru pouhých 20 nm a délce asi 1 μm.

Tato nanovlákna se nemusí zdát dlouhá, ale dokážou se natáhnout více než 50krát oproti své původní velikosti. Díky této struktuře je pavoučí hedvábí velmi odolné a pevné, s pevností a odolností až 5krát větší než ocelová tyč stejné velikosti.

Pavoučí hedvábí se může natáhnout až 50krát více než je jeho původní velikost.

Vědci z celého světa dříve tvrdili, že pavoučí hedvábí je vyrobeno z nanovláken, ale neexistovaly žádné pádné důkazy, dokud nebyl tento objev publikován ve vědeckém časopise ACS Macro Letters (USA).

Je to proto, že hedvábí hnědého poustevníka je tvořeno nanovláken uspořádanými v plochém poli, nikoli ve válcovém vzoru jako u většiny ostatních pavouků. To vědcům usnadňuje jejich pozorování pomocí mikroskopie atomárních sil.

Toto doplňuje výzkum provedený týmem v roce 2017, který demonstroval, jak hnědí pavouci poustevníci zpevňují své hedvábí pomocí speciální techniky smyčkování. Podobně jako malý šicí stroj, hnědí pavouci poustevníci tkávají asi 20 nano-nití na každý milimetr hedvábí, které upředou, čímž nit zpevňují, aby se netrhla.

Jediný pramen pavoučího hedvábí je „obětován“, aby se zachovala celková struktura.

Odborníci na molekulární mechaniku zkoumali sítě různých druhů pavouků, včetně evropského zahradního pavouka Araneus diadematus a pavouka tkajícího sítě Nephila clavipes. Studiem hedvábí na molekulární úrovni zjistili, že dokážou vysvětlit pevnost pavoučích sítí.

Dr. Buehler vysvětluje, že jednotlivá hedvábná vlákna mohou být „obětována“, aby se zachovala celková struktura. „Když se hedvábné vlákno táhne, jeho molekulární struktura se s rostoucí silou natahuje a tím se vlákno natahuje,“ říká.

Pavoučí hedvábí se láme pouze tehdy, když si chce zachovat svou celkovou strukturu.

Tato změna probíhá ve čtyřech fázích: nejprve se celé vlákno natáhne; poté nastává relaxační fáze, kdy se proteiny „rozvinou“. Za třetí, vlákno prochází tuhou fází, která absorbuje největší množství síly. Poslední fázi před přetržením vlákna Buehler přirovnává k odtržení kusu pásky; k přetržení vlákna je také zapotřebí velké síly, protože proteiny jsou drženy pohromadě lepkavými vodíkovými vazbami.

„Síla pavučiny není dána jen pevností hedvábného vlákna, ale také tím, jak se mění její mechanické vlastnosti při tahu,“ řekl Dr. Buehler.

Tuyet Anh (Zdroj: Syntéza)

Užitečný
Emoce
Tvůrčí
Unikátní
Hněv