Γιατί το μετάξι της αράχνης είναι πιο ανθεκτικό από το ατσάλι, παρόλο που είναι πολύ εύθραυστο;

[διαφήμιση_1]

Το μετάξι της αράχνης είναι γνωστό εδώ και καιρό ως το πιο απίστευτα ανθεκτικό φυσικό υλικό. Υπάρχουν ακόμη και είδη αράχνης που παράγουν μετάξι πέντε φορές ισχυρότερο από το ατσάλι, όπως η καφέ αράχνη reclusa. Αλλά πρέπει επίσης να αναρωτηθεί κανείς γιατί το μετάξι της αράχνης, το οποίο φαίνεται τόσο εύθραυστο, είναι τόσο απίστευτα ανθεκτικό. Αυτό είναι επίσης ένα ερώτημα που προβληματίζει τους επιστήμονες και μόλις πρόσφατα βρήκαν την απάντηση.

Το μετάξι της αράχνης είναι πολύ ανθεκτικό, ακόμη και ανθεκτικότερο από το ατσάλινο σύρμα.

Το μετάξι της αράχνης έχει μια μοναδική δομή.

Το μετάξι της αράχνης είναι μια πρωτεϊνική ίνα που παράγουν και υφαίνουν οι αράχνες. Το χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν ιστούς για να πιάσουν το θήραμα ή για να προστατεύσουν τα αυγά και τα μωρά τους. Η ισχυρή δομή αυτών των ινών μεταξιού επιτρέπει στις αράχνες να πιάνουν το θήραμα πολλές φορές το μέγεθός τους.

Πρόσφατα, ερευνητές στο Κολλέγιο William and Mary (ΗΠΑ) χρησιμοποίησαν μικροσκοπία ατομικής δύναμης για να παρατηρήσουν τη μικροδομή των μεταξωτών ινών που δημιουργούν οι καφέ αράχνες ερημίτης για να προστατεύσουν τα αυγά τους και να πιάσουν τη λεία τους. Ανακάλυψαν ότι κάθε κλώνος μεταξιού αράχνης, λεπτότερος από μια ανθρώπινη τρίχα, αποτελείται στην πραγματικότητα από χιλιάδες διαφορετικές νανοΐνες, με διάμετρο μόνο 20 nm και μήκος περίπου 1 μm.

Αυτές οι νανοΐνες μπορεί να μην φαίνονται μακριές, αλλά μπορούν να τεντωθούν περισσότερο από 50 φορές το αρχικό τους μέγεθος. Αυτή η δομή καθιστά το μετάξι της αράχνης πολύ σκληρό και στιβαρό, με αντοχή και ανθεκτικότητα έως και 5 φορές μεγαλύτερη από μια χαλύβδινη ράβδο ίδιου μεγέθους.

Το μετάξι της αράχνης μπορεί να τεντωθεί έως και 50 φορές το αρχικό του μέγεθος.

Προηγουμένως, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο ισχυρίζονταν ότι το μετάξι της αράχνης ήταν φτιαγμένο από νανοΐνες, αλλά δεν υπήρχαν αδιάσειστα στοιχεία μέχρι τη δημοσίευση αυτής της ανακάλυψης στο επιστημονικό περιοδικό ACS Macro Letters (ΗΠΑ).

Αυτό συμβαίνει επειδή το μετάξι του καφέ ερημίτη αποτελείται από νανοΐνες διατεταγμένες σε επίπεδη διάταξη, αντί για κυλινδρικό μοτίβο όπως οι περισσότερες άλλες αράχνες. Αυτό διευκολύνει τους επιστήμονες να τις παρατηρήσουν χρησιμοποιώντας μικροσκοπία ατομικής δύναμης.

Αυτό έρχεται να προστεθεί στην έρευνα που διεξήγαγε η ομάδα το 2017, η οποία καταδεικνύει πώς οι καφέ αράχνες ερημίτης ενισχύουν το μετάξι τους χρησιμοποιώντας μια ειδική τεχνική θηλιάς. Σαν μια μικροσκοπική ραπτομηχανή, οι καφέ αράχνες ερημίτης υφαίνουν περίπου 20 νανονήματα για κάθε χιλιοστό μεταξιού που γνέθουν, ενισχύοντας το νήμα ώστε να μην σπάει.

Ένα μόνο κλωστή από μετάξι αράχνης «θυσιάζεται» για να διατηρηθεί η συνολική δομή.

Ειδικοί στη μοριακή μηχανική έχουν εξετάσει τους ιστούς διαφορετικών ειδών αράχνης, συμπεριλαμβανομένης της ευρωπαϊκής αράχνης κήπου Araneus diadematus και της αράχνης που υφαίνει ιστούς Nephila clavipes. Μελετώντας το μετάξι σε μοριακό επίπεδο, διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να εξηγήσουν την αντοχή των ιστών της αράχνης.

Ο Δρ. Μπούλερ εξηγεί ότι μεμονωμένες ίνες μεταξιού μπορούν να «θυσιαστούν» για να διατηρηθεί η συνολική δομή. «Όταν μια ίνα μεταξιού τραβιέται, η μοριακή της δομή τεντώνεται καθώς η δύναμη αυξάνεται, τεντώνοντας την ίνα», λέει.

Το μετάξι της αράχνης σπάει μόνο όταν θέλει να διατηρήσει τη συνολική του δομή.

Αυτή η αλλαγή συμβαίνει σε τέσσερα στάδια: πρώτον, ολόκληρο το νήμα τεντώνεται και στη συνέχεια, μια φάση χαλάρωσης όπου οι πρωτεΐνες «ξεδιπλώνονται». Τρίτον, το νήμα υφίσταται μια φάση ακαμψίας που απορροφά τη μεγαλύτερη ποσότητα δύναμης. Το τελικό στάδιο πριν σπάσει το νήμα παρομοιάζεται από τον Buehler με το σκίσιμο ενός κομματιού ταινίας. Απαιτείται επίσης μεγάλη δύναμη για να σπάσει το νήμα, επειδή οι πρωτεΐνες συγκρατούνται μεταξύ τους με κολλώδεις δεσμούς υδρογόνου.

«Η αντοχή ενός ιστού αράχνης δεν οφείλεται μόνο στην αντοχή του μεταξωτού νήματος, αλλά και στο πώς αλλάζουν οι μηχανικές του ιδιότητες όταν τραβιέται», δήλωσε ο Δρ. Μπούλερ.

Tuyet Anh (Πηγή: Synthesis)

Χρήσιμος
Συγκίνηση
Δημιουργικός
Μοναδικός
Οργή