Skrivnost super močnih mrež je zaslediti v drobnih strukturah v pajkovih žlezah

Skrivnost super močnih mrež je zaslediti v drobnih strukturah v pajkovih žlezah

Pajki predejo svojo svilo iz beljakovin in obljubljajo. Vlakna so žilava, prožna in okolju prijazna, podjetniki in znanstveniki pa si jih predstavljajo vtkana v številne izdelke: pajkovo svilo šivi , puloverji ali celo brvi.

Da bi prišli tja, morajo strokovnjaki ugotoviti, kaj je v stvari. Študija, objavljena v ponedeljek v Proceedings of the National Academy of Sciences, razkriva gradnike teh vlaken v žlezah pajkov črne vdove,Latrodectus hesperus.

Raziskovalci so opazili, da se kroglice beljakovin združujejo v še nikoli videne kompleksne strukture. So drobne agregacije, nekatere s premerom ne več kot 200 nanometrov. Toda ko pajki stisnejo te majhne kroglice skozi svoje šobe, podobne glavi pipa, imenovane predilke, na dnu trebuha, kepe postanejo vlakna, ki se raztezajo od noge za nogo.

Oglasna zgodba se nadaljuje pod oglasom

'Materiali iz pajkove svile so boljši od vseh polimerov, ki jih imamo, glede na njihove materialne lastnosti,' je dejal Gregory Holland, analitični kemik na državni univerzi San Diego in eden od avtorjev novega poročila. Ti materiali so 'popolnoma biološko razgradljivi,' je dejal in lahko nadomestijo plastiko 'kjer koli jo vidite.'

Bhakte pajkove svile so že dolgo poskušali pripeti pajka v kolovrat. Funt za funtom, zanke iz pajkove svile so trše od kevlarja, materiala v neprebojnih jopičih. Težava je obseg. 11-metrska tapiserija iz pajkove svile, predstavljena v New Yorku Ameriški naravoslovni muzej leta 2009 , zahteval štiri leta, 80 tkalcev na Madagaskarju, milijon zlatih krogel pajkov in približno 500.000 $. V zgodnjih 2000-ih je podjetje gojilo transgene koze, ki so proizvajale svilo v svojem mleku. Ni mu uspelo dostaviti potrošniškega izdelka in je šlo v stečaj leta 2009 (večina črede pajkov je končala v Univerza v Utahu kmetija).

Holland že leta dela s pajki črne vdove in pravi, da je njihova svila ena najmočnejših, tudi med pajki. Kljub smrtonosnemu slovesu črnih vdov, je sramežljive živali ni ugriznil nobenega od 200 znanstvenikov in študentov, ki so šli skozi njegov laboratorij, je dejal. Nizozemska se je pred kratkim združila z univerzo Northwestern Nathan Gianneschi , ki uporablja elektronske mikroskope za preučevanje nanomaterialov.

Oglasna zgodba se nadaljuje pod oglasom

Znanstveniki so poznali sestavo posameznih beljakovinskih molekul v svili. In ti in jaz lahko vidimo dolge pramene pajkove svile. Mesto na sredini je bilo skrivnost. 'Obstaja ta prostor med tem znanjem in tem, ko vidimo pajkovo mrežo,' je dejal Gianneschi.

Znanstveniki in njihovi kolegi so skupaj uporabili napredne tehnike slikanja, da bi preučili svilene beljakovine, preden so postale vlakna, v črevesju črne vdove. Gianneschi in Holland sta dvema raziskovalnima znanstvenikoma, Lucasu Parentu iz Northwesterna in Davidu Onofreiju iz SDSU, pripisala velik del delovno intenzivnega slikovnega dela.

Holland se ukvarja s pajkovo svilo na podlagi 'atom-za-atoma' z uporabo tehnike, imenovane jedrska magnetna resonanca ali NMR - enako načelo za MRI napravo. Gianneschijev laboratorij uporablja krio-elektronsko mikroskopijo. Velike molekule, suspendirane v tekočini, so bliskovno zamrznjene na mestu. To ohranja molekule in njihovo naravno obliko nedotaknjene, medtem ko znanstveniki skenirajo vzorce z ultrazmogljivimi mikroskopi. (Tri biofiziki so leta 2017 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo za razvoj krioelektronske mikroskopije.)

Oglasna zgodba se nadaljuje pod oglasom

To delo je povezalo obe tehniki. 'Prepričavamo se, da to, kar vidimo pri sobni temperaturi v NMR, in tisto, kar vidi on po hitrem zamrzovanju, nam govori isto,' je dejal Holland.

Raziskovalci so napovedali, da bi se svilene beljakovine, ko lebdijo v pajkovih žlezah, lahko združile v mehurčke, imenovane micele. Avtorji novega poročila so ugotovili nekaj bolj zapletenega. Strukture so opisali kot 'hierarhične sklope na nanosmerju'. Povedano drugače, našli so mehurčke, kot je bilo predvideno, vendar so se mehurčki združili na nepričakovan način.

Narava ves čas uporablja hierarhične sklope. Gianneschi je ponudil poenostavljen primer: »To bi bilo skoraj tako, kot bi gledal en sam cvetni list na roži. Posamezni cvetni listi imajo strukturo in so sami po sebi zelo zanimivi, a ko jih vidimo v naravi, jih vidimo kot niz.' Če je bila micela cvetni list, je bil sklop cvet.

Oglasna zgodba se nadaljuje pod oglasom

Veriga dogodkov je torej nekako takole: pajek poje plen in prebavi svoj obrok na najosnovnejše dele, aminokisline. Pajek te aminokisline gradi v beljakovine, beljakovine v micele, micele v sklope in sklope v vlakna in mreže. In ta proces je reverzibilen - pajki lahko jedo svoje lastne mreže in ponovno uporabijo iste aminokisline v novih svilenih pramenih.

Trenutno lahko raziskovalci sintetizirajo beljakovine pajkove svile, ki se prečistijo v prah. Te beljakovine pomešamo s tekočino, kot bi dodali vodo v mešanico za torte. Trik je, da poskušate beljakovinsko testo zavrteti v vlakna, močna kot pajek.

V začetku leta 2017 je skupina raziskovalcev objavila, da je ustvaril proces za predenje dolgih vlaken umetne pajkove svile. Tehnika bi lahko proizvedla pramene a kilometer v dolžino. Janne Johansson in Anna Rising , znanstveniki na inštitutu Karolinska na Švedskem, ki so pomagali razviti metodo, so napisali skupno izjavo za The Washington Post, da bi ocenili raziskavo, objavljeno ta teden: Ta študija prikazuje 'podrobnejšo sliko o tem, kako beljakovine pajkove svile' prehajajo iz raztopljene snovi v žleze v vlakno, sta dejala Johansson in Rising.

Oglasna zgodba se nadaljuje pod oglasom

Tudi s to študijo znanstveniki jutri ne bodo mogli ustvariti boljše pajkove svile. 'Vendar bo zagotovo zagotovil modele, ki jih lahko raziskovalna skupnost zdaj uporabi za oblikovanje novih hipotez o tem, kako oblikovati [pajkove beljakovine], ki jih je mogoče proizvesti v laboratoriju, in kako jih zdraviti in vrteti,' sta dejala Johansson in Rising.

Novo poročilo potencialno ponuja smernice o tem, kako izboljšati testo iz umetnih beljakovin. Avtorji študije nameravajo sodelovati z ljudmi, ki so izdelali sintetične beljakovinske praške iz pajkove svile, da bi preverili, ali se nano-sklopi pojavljajo v goop. 'Pravkar smo odprli nova vrata za raziskovanje,' je dejal Holland.

Preberi več:

Izjemno življenje in smrt najstarejšega znanega pajka na svetu

'To je noro': te živali imajo najhitrejše cirkadiane ure, ki jih najdemo v naravi

Pajki lahko lebdijo v zraku in znanstveniki so pravkar ugotovili, kako se dvignejo