Hvorfor er edderkoppsilke sterkere enn stål til tross for at den er veldig skjør?

[annonse_1]

Edderkoppsilke har lenge vært kjent som det utrolig slitesterke naturmaterialet. Det finnes til og med edderkopparter som produserer silke som er fem ganger sterkere enn stål, som for eksempel den brune reclusa-edderkoppen. Men man må også lure på hvorfor edderkoppsilke, som ser så skjør ut, er så utrolig slitesterk. Dette er også et spørsmål som har forvirret forskere , og de har først nylig funnet svaret.

Edderkoppsilke er veldig sterk, til og med sterkere enn ståltråd.

Edderkoppsilke har en unik struktur.

Edderkoppsilke er en proteinfiber som edderkopper produserer og spinner. De bruker den til å lage nett for å fange byttedyr eller for å beskytte eggene og edderkoppungene sine. Den sterke strukturen til disse silkefibrene gjør at edderkopper kan fange byttedyr som er mange ganger større enn dem selv.

Nylig brukte forskere ved College of William and Mary (USA) atomkraftmikroskopi for å observere mikrostrukturen til silkefibrene som brune eneboer-edderkopper lager for å beskytte eggene sine og fange byttedyr. De oppdaget at hver edderkoppsilketråd, tynnere enn et menneskehår, faktisk består av tusenvis av forskjellige nanofibre, bare 20 nm i diameter og omtrent 1 μm lange.

Disse nanofibrene virker kanskje ikke lange, men de kan strekkes mer enn 50 ganger sin opprinnelige størrelse. Denne strukturen gjør edderkoppsilke svært tøff og sterk, med styrke og holdbarhet opptil 5 ganger større enn en stålstang av samme størrelse.

Edderkoppsilke kan strekke seg opptil 50 ganger sin opprinnelige størrelse.

Tidligere hadde forskere over hele verden hevdet at edderkoppsilke var laget av nanofibre, men det fantes ingen solide bevis før denne oppdagelsen ble publisert i det vitenskapelige tidsskriftet ACS Macro Letters (USA).

Det er fordi den brune eneboerens silke er laget av nanofibre arrangert i en flat rekke, snarere enn i et sylindrisk mønster som de fleste andre edderkopper. Dette gjør det enklere for forskere å observere dem ved hjelp av atomkraftmikroskopi.

Dette supplerer forskningen teamet utførte i 2017, som demonstrerte hvordan brune eneboer-edderkopper styrker silken sin ved hjelp av en spesiell løkketeknikk. Som en liten symaskin vever brune eneboer-edderkopper omtrent 20 nanotråder for hver millimeter silke de spinner, noe som styrker tråden slik at den ikke ryker.

En enkelt streng med edderkoppsilke «ofres» for å opprettholde den overordnede strukturen.

Molekylærmekanikk-eksperter har undersøkt spindelvevene til forskjellige edderkopparter, inkludert den europeiske hageedderkoppen Araneus diadematus og den nettvevende edderkoppen Nephila clavipes. Ved å studere silke på molekylært nivå fant de ut at de kunne forklare styrken til spindelvev.

Dr. Buehler forklarer at individuelle silkefibre kan «ofres» for å opprettholde den overordnede strukturen. «Når en silkefiber trekkes, strekker dens molekylære struktur seg når kraften øker, og fiberen strekker seg», sier han.

Edderkoppsilke knekker bare når den vil opprettholde sin generelle struktur.

Denne endringen skjer i fire stadier: først strekkes hele filamentet; deretter en avslapningsfase der proteinene «utfolder seg». For det tredje gjennomgår filamentet en stiv fase som absorberer den største mengden kraft. Den siste fasen før filamentet ryker sammenlignes av Buehler med å rive av et stykke tape; det krever også stor kraft å bryte filamentet fordi proteinene holdes sammen av klebrige hydrogenbindinger.

«Styrken til et spindelvev skyldes ikke bare silketrådens styrke, men også hvordan dens mekaniske egenskaper endres når man trekker i det», sa dr. Buehler.

Tuyet Anh (Kilde: Syntese)

Nyttig
Følelse
Kreativ
Unik
Vrede