Nić tego pająka jest mocniejsza niż stal. Czeka nas rewolucja?
Natura potrafi tworzyć niezwykłe rzeczy - to stwierdzenie jest banałem. Nie zmienia tego fakt, że nieustannie odkrywamy takie nowe banały, które mogą mieć fantastyczne zastosowania. Jednym z nich jest nić pająka z gatunku Nephila Madagascariensis - jest silniejsza niż wytwarzana przez ludzi stal i wytrzymalsza niż kevlar, z którego produkuje się m.in. kamizelki kuloodporne.
To najmocniejszy pajęczy jedwab na świecie. Niestety na razie nikt nie zdołał odtworzyć tego dzieła natury.
Pajęcze nici wymykają się pełnemu poznaniu
Wielu naukowców dąży wytrwale do tego, byśmy sami mogli wytwarzać materiały o podobnej wytrzymałości. Jeśli kiedykolwiek uda nam się wreszcie opracować syntetyczny odpowiednik o właściwościach pajęczych nici, może nas czekać zupełnie nowa era w dziedzinie produkcji niezliczonej liczby produktów. Sztuczny pajęczy jedwab mógłby zastąpić materiały, tj. wspomniany kevlar, poliester, czy włókno węglowe w przemyśle i być wykorzystywany do produkcji lekkich i elastycznych kamizelek kuloodpornych.
Naukowcy przeprowadzili badania włókien jedwabiu pochodzących od pająka Nephila Madagascariensis, który wytwarza dwa ich różne rodzaje. Pierwszy z nich zwany MAS (ang. Major Ampullate Silk fibers) jest używany do budowy pajęczej sieci. Jest to także jedwab, którego pająk używa do zawieszenia się. Jest nazywany liną ratunkową pająka - jest bardzo mocny i ma średnicę około 10 mikrometrów. Drugi nosi nazwę MiS (Minor Ampullate Silk fibers) i służy jako materiał pomocniczy do budowy sieci. Jest bardziej elastyczny i ma zazwyczaj średnicę 5 mikrometrów.
Jednym z głównych autorów badania nad pajęczymi nićmi jest Jonathan Brewer, profesor nadzwyczajny i biofizyki na Wydziale Biochemii i Biologii Molekularnej z Uniwersytetu Południowej Danii, gdzie przeprowadzono omawiane prace. Specjalizuje się w mikroskopowych obserwacjach wszelkich struktur biologicznych i to on przeprowadził pierwsze badanie pajęczego jedwabiu bez przecinania go lub jakichkolwiek innych modyfikacji. Jak mówi:
Wykorzystaliśmy kilka zaawansowanych technik mikroskopii, a także opracowaliśmy nowy rodzaj mikroskopu optycznego, który pozwala nam zajrzeć w głąb kawałka włókna i zobaczyć, co jest w środku. Chcieliśmy zbadać czyste i niezmanipulowane włókna, które nie zostały przecięte, zamrożone ani w żaden sposób zmanipulowane.
Do tej pory jedwab pajęczy był analizowany przy użyciu różnych technik, z których wszystkie były wartościowe i dostarczyły nowych spostrzeżeń. Jednak jak wskazuje Jonathan Brewer, wszystkie te techniki mają również wady. By uzyskać obraz ich przekroju do badania mikroskopowego lub zamrożenia próbek często trzeba je przeciąć, a to może bezpowrotnie zmieniać strukturę włókien jedwabiu.
Więcej o najnowszych odkryciach naukowych przeczytasz na Spider's Web:
W tym celu profesor Brewer i druga kluczowa postać prowadząca badania, biofizyczka Irina Iachina, wykorzystali mniej inwazyjne techniki o skomplikowanych nazwach, tj. koherentne rozpraszanie ramanowskie, mikroskopia konfokalna, ultrarozdzielcza konfokalna refleksyjna mikroskopia fluorescencyjna, skaningowa mikroskopia jonów helu i rozpylanie jonów helu.
Od 100 do 150 nanometrów
Badania wskazują na to, że włókno jedwabiu pająka składa się z co najmniej dwóch zewnętrznych warstw tłuszczów. Pod nimi wewnątrz włókna znajdują się liczne tzw. fibryle biegnące w prostym, ciasno upakowanym układzie obok siebie. Podobnie jak pojedyncze przewody w grubych kablach. Te mikroskopijne włókna mają średnicę w zakresie od 100 do 150 nanometrów, co jest poniżej granicy tego, co można dostrzec za pomocą zwykłego mikroskopu, który operuje przy użyciu światła widzialnego.
Zgodnie z analizą naukowego duetu jedwab typu MAS zawiera włókna o średnicy około 145 nanometrów. W przypadku MiS jest to około 116 nanometrów. Każda taka fibryla składa się z kilku różnych rodzajów białek. Są wytwarzane przez pająka podczas tworzenia włókien jedwabiu. Zrozumienie, w jaki sposób mogą one tworzyć tak mocne włókna, jest kluczowe dla powtórzenia efektu, jaki osiąga pająk.
Dlatego naukowcy uciekają się, póki co do innych metod przy użyciu komputerów. Niektóre procesy można bowiem modelować przy użyciu odpowiedniego oprogramowania. Tym właśnie zajmuje się wspomniana Irina Iachina, pracująca obecnie w słynnej amerykańskiej uczelni Massachusetts Institute of Technology (MIT), czyli Instytucie Technologicznym Massachusetts, która mówi:
Obecnie przeprowadzam symulacje komputerowe tego, jak białka przekształcają się w jedwab. Celem jest oczywiście nauczenie się, jak produkować sztuczny jedwab pajęczy, ale interesuje mnie również przyczynienie się do lepszego zrozumienia otaczającego nas świata.
