Fra skremt til beundrende: Hvorfor edderkopper burde inspirere oss
Evolutionnews; 24. juli 2017
Bilde 1: Web spunnet av 'Darwins barkspider', av Ingi Agnarsson, Matjaž Kuntner, Todd A. Blackledge [ CC BY 2.5 ], via Wikimedia Commons.
Du sitter på datamaskinen din og leser vennens siste Facebook-post, når plutselig en bitte-liten edderkopp kommer dinglende i silketråden mellom deg og skjermen. En typisk reaksjon er å skrike og knuse den mellom to bøker så fort du kan. Men hvis du er en god amatør-forsker -her, kan du ta en pause for å stille noen spørsmål om hva du er vitne til. Her er noen forslag: (1) Hvordan kan den lille kroppen legge ut så mye materiale? (2) Hvordan kan den hårlignende tråden bære så mye vekt uten å ryke? (3) Hvorfor spinner ikke edderkoppen ut av kontroll når tråden forlenges?
Store funn er gjort med denne typen nysgjerrighet. Forskere ved American Institute of Physics så på det tredje spørsmålet nylig -her.
Den siste gangen du så en edderkopp senke seg fra taket i en silketråd, sank den sannsynligvis grasiøst på sin silketråd i stedet for å spinne ukontrollerbart, fordi edderkoppsilke har en uvanlig evne til å motstå vridningskrefter .
I en ny avhandling i denne uken i Applied Physics Letters -herfra, fra AIP Publishing, viste forskere fra Kina og Storbritannia at i motsetning til menneskehår, metalltråder eller syntetiske fibre, gir edderkoppsilke delvis motstand (mot spinnkrefter), når den er snurret . Denne egenskapen oppløser raskt den energien som ellers ville sende en opprørt spinnende edderkopp ut fra enden av silken.
"Edderkopp-silke er veldig forskjellig fra andre, mer konvensjonelle materialer ," sa Dabiao Liu fra Huazhong University of Science and Technology. "Vi finner at tråden fra nettet knapt vris, så vi vil vite hvorfor."
Artikkelen sier i standard darwinistisk stil at edderkoppsilke har blitt "optimalisert gjennom millioner av evolusjons-år" - men for at det skulle være sant, måtte hver edderkopp som ikke ved et uhell fikk de unike egenskapene i silke akkurat nøyaktig, måtte dø i kampen for tilværelsen. Vi er glade for at forskerne ikke ble værende på fortellings stadiet, men i stedet kjørte noen lure eksperimenter. Ved å henge enheter av silke samlet av fangede edderkopper, målte de silkens torsjons(vridnings)-egenskaper med en Cavendish-vekt. Den samme enheten Henry Cavendish pleide å veie jorden med på 1790-tallet. Det de fant er at silken deformerer litt når den snoet, absorberer omtrent 75 prosent av potensiell energi og fordamper rotasjons-oscillasjonene som normalt ville oppstå. Her er det som kreves for den egenskapen:
"Teamet mistenker at denne uvanlige oppførelsen er knyttet til silkens komplekse fysiske struktur, bestående av en kjerne av flere fibriller i en innpakning (hud). Hver fibril har segmenter av aminosyrer i organiserte lag og andre i ustrukturerte loopingkjeder. De foreslår at torsjonen fører til at arkene strekker seg som elastikk, og vekker hydrogen-bindingene som knytter kjedene , som deformerer lik plast. Arkene kan gjenopprette sin opprinnelige form, men kjedene forblir delvis deformert . Pendelen viser denne forandringen med redusert størrelse på silkens svingninger, samt en forskyvning av likevekts-punktet for svingningen."
Er ikke en design-visning mer tilfredsstillende enn en utilsiktet visning? "Denne edderkoppsilken viser en egenskap som vi bare ikke vet hvordan vi skal gjenskape av oss selv, og det er fascinerende ," sier de i det visjoner av bio-mimetiske produkter lurte i øynene. Kanskje vi kunne lage fallskjermsnorer, fiolinstrenger og helikopter-redningsstiger som oppfører seg lik dette , antyder nyhetsartikkelen.
Bilde 2. Edderkopp lurer på bytte
Spenning, vridning og oppfinnelse
Den vridningsbestandige oppførselen er den siste i en liste over ønskelige egenskaper i edderkoppsilke som gjør den til et ikon for biologisk inspirasjon. Papiret i Applied Physics Letters sier at edderkoppsilke "har tiltrukket seg enorm oppmerksomhet på grunn av sine bemerkelsesverdige mekaniske egenskaper, inkludert høy styrke og stor strekkbarhet , superkontraksjon og eksepsjonell varmeledningsevne ."
Bilde 3. Edderkoppnett sterkere enn stålwire -i forhold til diameter
Det meste av oppmerksomheten til dato har fokusert på silkens strekkegenskaper. Edderkopp-silke er ekstremt sterk i forhold til diameteren. "I det gamle Roma ble spindelvev brukt til å dekke soldaters kampsår, forteller KTH, Royal Institute of Technology -her. Men å produsere store mengder av dette bioaktive materialet har vært en dyr utfordring.
I mai kunngjorde forskere ved KTH at kunstig silke kunne styrkes og lages på en billig og bærekraftig måte ved å legge nano-cellulose fra tremasse til den. "Fiberens styrke er vesentlig bedre enn noe menneske-laget, silkebasert materiale etter vår kunnskap, på samme nivå som det som finnes i naturen fra edderkopper," skrøt en av forskerne. Heldigvis behøver de ikke å bli edderkop-bønder for å få silke. De bruker bakterier programmert med silkegenene, deretter renser de produktet i laboratoriet og kombinerer det med små treflis. Kunstige ledbånd, fleksible og sterke, kan komme fra dette fremskrittet.
En annen måte å imitere edderkoppsilke ble annonsert av University of Cambridge denne måneden. Ved å gå utenom silke-gener helt og holdent, har forskerne "designet et supertraktivt, sterkt og bærekraftig materiale som etterligner kvalitetene ved edderkoppsilke, og er "spunnet" fra et materiale som er 98% vann." Utheving av "designet." Denne nye "grønne" produksjonsmetode krever ingen giftige stoffer og gir tynne fibre med mange av de ønskelige egenskapene til edderkoppsilke:
"Et team av arkitekter og kjemikere fra University of Cambridge har designet superstrengede og sterke fibre som nesten helt består av vann, og kan brukes til å lage tekstiler, sensorer og andre materialer. Fibrene, som ligner miniatyrstrammekabler som kan absorbere store mengder energi, er bærekraftige, giftfrie og kan lages ved romtemperatur."
Et videoklipp i artikkelen viser hvordan de ekstruderer hydrogelen, sammensatt av silisiumdioksyd og cellulose bundet med molekylære "håndjern" i tynne tråder, noen få milliontedeler av en meter i diameter. Video om edderkopp-silke her.
Når vannet fordamper, er det et fiber som er sterkt og elastisk. Deres artikkel i Proceedings of the National Academy of Sciences -her, skryter av at deres "bioinspirerte" silke har lignende streknings-egenskaper som naturlig edderkoppsilke og er i stand til å fordampe vibrasjoner av en tilsvarende størrelse. Artiklene nevner ikke om den kunstige silken unngår å spinne ut av kontroll når det legges en last på den, eller om maskinen kan legge egg og få nye maskiner til å vokse fram.
Bilde 4. Silke 'sprayes' over elv
Silke for å spare
I en annen overraskelse anvendelse inspirert av edderkopp silke, har forskere ved Karolinska Institutt "syntetisert lungeoverflate aktivt stoff, et stoff som brukes i pleie av premature babyer, ved å etterligne produksjonen av edderkoppsilke." Dette kan erstatte dagens overflateaktive stoffer som brukes til å hjelp for-tidlig fødte å blåse opp lungene. Hvem ville ha trodd at omhyggelig observasjon av edderkopper ville føre til biologiske medisiner!
Den nyeste Spider-Man- filmen kom ut 7. juli, men kanskje er den virkelige superhelten vi bør beundre ikke mannen, men edderkoppen som produserer et så utrolig materiale. Etter flere tiår med arbeid begynner forskerne å etterligne noen av silkens fantastiske egenskaper, men ikke alle sammen samtidig. Så saktne ned bare litt før du skviser den levende arkitekten hvis sekreter kan revolusjonere medisin, forsvar og sikkerhet. {Men på den annen side er edderkoppene så suksessrike likevel, at du ikke trenger ha dem akkurat ved arbeidsplassen :-) her -oversetters kommentar.}
Vi begynte med en bitte-liten edderkopp, men la oss ende med en stor. Live Science publiserte en nyutgitt video -her, fra BBC om en relativt "liten, ubemerket" edderkopp oppdaget i Madagaskar i 2009 med en bedrift av olympisk-nivå : muligheten til å "spraye" sitt nett 25 meter over en elv.
Video edderkopp skyter sitt nett 25 meter -her.
"Hvordan en edderkopp, ikke større enn et tommelnegl, kan produsere så mye silke så fort, har forvirret forskere," sier David Attenborough. "Og det er ingen vanlig silke," legger han til. "Det er den tøffeste naturlige fiber på planeten - tøffere enn stål." Og edderkoppen kan bruke den til mat!
Den lille edderkoppen fortsetter å bygge verdens største nett, opptil 2 meter bredt, stort nok til å vekke gysninger i de som er forferdet over hobbitenes-møtet med 'Shelob' i Ringenes Herre. Selv om byttet i dette naturklippet, som raskt krympe-pakkes av edderkoppen, er en liten døgnflue, ville vi antakeligvis svette allikevel. Noen andre fortjener en god utsvetting. Det er den som kaller denne fantastiske arten "Darwins svarte edderkopp" (Caerostris darwini). Han hadde ingenting med den å gjøre.
Bilde 5. Godt de er mindre enn oss
Overselse og bilder ved Asbjørn E. Lund
