¿Cuál es el secreto de la flexibilidad excepcional de los hilos de araña? | ciencias

La ventana de las arañas difiere en su dureza y flexibilidad de acuerdo con su propósito. El paso de las nubes, por ejemplo, es el más sólido y la araña se usa al moverse o escapar del peligro. En cuanto a la seda de captura, es más flexible y se usa en las partes adhesivas de la red que ayuda a atrapar presas sin romper las fibras o cortar la red.

También está la seda de huevo, que se caracteriza por su extrema dureza para proteger los huevos y la seda de empaque, que es más suave y se usa para fallar el movimiento de la presa. Algunas arañas también producen una seda para puentes, una mezcla de resistencia y flexibilidad que permite la construcción de puentes entre diferentes superficies antes de crear toda la red.

Fibras exquisitas

Pero, ¿cómo controla la araña los grados de elasticidad y la ventana de su red? Esto fue respondido por investigadores de la Universidad Americana de North Western cuando lograron alcanzar la razón científica detrás de la diferente rigidez y flexibilidad de estos hilos de araña.

Y cuando las arañas tejen sus redes, no es solo la secreción de los hilos y su ingeniería en forma de red, sino que hay una tensión compleja, para estos hilos con sus piernas traseras, es un factor importante para fortalecer las fibras de seda y hacerlas más sólidas y duraderas. Nuevo estudio Fue publicado en la revista «Science Advances».

«A través del modelado de seda a nivel molecular, hemos podido demostrar que la prevención de proteínas individuales mejora su alineación a lo largo del eje de la fibra, lo que mejora el número de enlaces de hidrógeno entre las proteínas vecinas», dice Jacob Graham, un estudiante de doctorado en el departamento de Ingeniería Mecánica, Northwestern University y el jefe del estudio, en Exclusion Declares a AL -JAzeadores.

«Si bien esto aumenta la resistencia final requerida para romper la fibra, las proteínas individuales han perdido parte de su flexibilidad, lo que reduce la capacidad de las fibras para estirarse antes de la refracción. Por lo tanto, el grado de tensión durante el tratamiento de las fibras determina el equilibrio entre resistencia y flexibilidad en la ingeniería de fibra de seda».

Potencia de luz en la tensión

Los hilos de araña se pueden imaginar como un grupo de cadenas microscópicas entrelazadas, al igual que los hilos de cuerda que usamos a diario. Al endurecer estos hilos, se vuelven más arreglados y coherentes de una manera más fuerte, lo que aumenta su durabilidad.

A nivel molecular, las fibras de araña contienen pequeñas cadenas de proteínas que están asociadas entre sí con enlaces llamados enlaces de hidrógeno. Y cuando las fibras están apretadas, estas cadenas están alineadas en una dirección y los enlaces aumentan, lo que hace que el material sea más sólido pero menos estiramiento. Esto significa que la fuerza de la fibra depende de la cantidad de tensión a la que estaba expuesto mientras la tejía.

No fue posible ver estos detalles finos solo con experiencias de laboratorio. Por lo tanto, el equipo de investigación utilizó modelos de computación avanzados para simular cómo se organizan las proteínas durante el proceso de tensión, que reveló un cambio en el tamaño de las estructuras de cristal de hidrógeno llamados cristales beta, que son estructuras de cristal que se forman dentro de las fibras de las arañas cuando las cadenas de proteínas se alinean en un patrón organizado, que aumenta la fuerza del material.

Estas estructuras cristalinas son responsables de dar a las fibras su alta dureza, ya que actúan como áreas de apoyo que evitan la rotura de fibra fácilmente. Durante el proceso de tensión, la disposición de estas estructuras de cristal aumenta, lo que conduce a fortalecer más las fibras.

Los enlaces de hidrógeno internos se forman dentro de una molécula, lo que ayuda a mantener la estabilidad de su estructura. En cuanto a los lazos externos, se forman entre diferentes cadenas de proteínas, lo que contribuye a mejorar la cohesión de la fibra en su conjunto. Al apretar las fibras de las arañas, algunos enlaces internos se rompen para ser reemplazados por lazos externos más fuertes que la rigidez de la fibra, pero reduce su flexibilidad en cierta medida, lo que hace que la tensión sea un mecanismo que controle la flexibilidad y la flexibilidad de la fibra de acuerdo con la función que se le confía.

El futuro de las fibras de arañas artificiales

Términos industriales, las fibras de araña de ingeniería pueden reemplazar materiales artificiales fuertes como Kaflalar y Nylon, proporcionando una alternativa más sostenible y ecológica. Sin embargo, el mayor desafío es desarrollar métodos de fabricación a gran escala de estas fibras y ambientalmente sostenible.

Comprender la mejora de las sustancias evolutivas es un gran desafío, ya que la historia de las mutaciones proteicas no se conserva perfectamente en el registro evolutivo. Sin embargo, la amplia diversidad biológica de los insectos hoy en día permite a los científicos comparar las secuencias de proteínas y de comportamiento entre las especies. Aunque cualquier araña puede producir seda desde solo un número limitado de proteínas, es posible lograr una amplia gama de propiedades de los mismos ingredientes cuando la araña ajusta la resistencia que utiliza para tejer y apretar los hilos.

Esto ya explica cómo mejorar las propiedades del material mediante la combinación del desarrollo de proteínas y adaptación conductual. «Cualquier investigador que fabrique materiales de simulación vitales debe estudiar cuidadosamente el contexto en el que el material ha evolucionado para evitar descuidar los pasos decisivos en el proceso de producción», dice Graham.

«La seda se caracteriza por baja densidad, lo que la hace mucho más ligera en comparación con otros materiales fuertes como el acero y el elfarlar. Esto mejora en gran medida la posibilidad de transportarlo, lo que es deseable en áreas como la tecnología espacial y el equipo de protección», dice el investigador principal.

«La tensión se puede mejorar para crear una ventana de envío sólida para asegurar cargas pesadas o telas flexibles y duraderas para frenar los cuerpos en movimiento a grandes velocidades».