Hämähäkin silkki voi olla yhtä vahvaa kuin kevlar (synteettinen kuitumateriaali, joka tunnetaan sitkeydestään). Tutkijat tutkivat kemiallisia laukaisijoita, jotka muuttavat silkkiä, jolloin silkkirauhasissa oleva neste muuttuu kiinteäksi.

Toisin sanoen kilo kilolta hämähäkin silkistä tulee terästä vahvempaa ja kevlaria sitkeämpää. Tutkijat tutkivat nyt, miten tämä tapahtuu.

Silkki on aluksi nestemäisessä muodossa, jota kutsutaan nimellä dope. Muutamassa sekunnissa tahmea, nestemäinen proteiinimassa kuitenkin muuttuu. Muutos ei kuitenkaan tapahdu vain muuttumalla kiinteäksi. Hämähäkistä lähtiessään silkkiproteiinista muodostuu silkkipaloja, joita kutsutaan nimellä spidroiinit.

Spidroiinit taipuvat ja kietoutuvat toisiinsa ja luovat siitä lähtien järjestäytyneen rakenteen ilman ulkoisten voimien ohjausta.

Eriytetty materiaali

(Pixabay)

Tutkijat ovat jo vuosia yrittäneet jäljitellä tätä prosessia siinä toivossa, että jonain päivänä he voisivat mullistaa myös erittäin vahvojen ja kestävien materiaalien rakentamisen.

Ali Malay, rakennebiologi ja biokemisti Rikenin kestävän resurssitieteen keskuksessa Japanissa, sanoi, että tätä itsekokoonpanoprosessia hyödyntämällä on mahdollista luoda materiaaleja, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Tohtori Malay tai hänen kollegansa eivät ole määritelleet, miten se kootaan. Science Advances -lehdessä julkaistussa artikkelissa tutkijat kuitenkin kokosivat hämähäkkisilkin palapelin. He jäljittelivät laboratoriossa kemiallisin keinoin hämähäkkisilkin järjestäytynyttä ulostuloa.

Niinpä he löysivät kehräämisen ratkaisevan vaiheen, jossa spidroiinit irtoavat silkkirauhasten sisään käärityn vesipitoisen tulpan sisältämästä silkkirauhasesta. Tässä vaiheessa proteiinit keskittyvät liikaa, ja happotulva saa ne kiinnittymään toisiinsa turvallisesti.

Artikkelissa tarkastellaan hämähäkkisilkin kehittymistä yksinkertaistetussa laboratoriomallissa eikä oikeissa hämähäkeissä. Tutkimus on kuitenkin tärkeä, koska se tarjoaa välähdyksen siitä, miten kehrääminen "nestemäisestä lääkeaineesta kuiduksi" tapahtuu, Angela Alicea-Serrano sanoo.

Hän on Akronin yliopiston hämähäkkisilkin tutkija eikä osallistu tutkimukseen.

Miten hämähäkkisilkki muodostuu

(Pixabay)

Angela Alicea-Serrano toteaa, että nyt olemme nähneet myös prosessin keskivaiheen sekä sen alun ja lopun. Toinen hämähäkkisilkin asiantuntija Anna Rising Karoliinisesta instituutista Ruotsista kertoo, että silkin metamorfoosia ei voi liioitella.

Vielä rauhasessa ollessaan hämähäkinseitti on äärimmäisinä pitoisuuksina suspendoituneena nestemäisessä muodossa. Viskoosissa muodossa, kuten hammastahna. Jos silkki kovettuu liian aikaisin, se voi tukkia hämähäkin rauhaset ja aiheuttaa kylmää verkkoon. Vastaavasti liian myöhään, pahanilkki voi erittää vain muodotonta nestettä.

Tämän vuoksi aika ja tehokkuus ovat kriittisiä silkin kehräysprosessin kannalta. Rising selitti, että proteiinit ovat käpälän kaltaisia rakenteita: pitkä lanka, jonka molemmista päistä on nostettu ruuvin kaltainen kupla.

Sen vuoksi tangot yhdistyvät silkkirauhasissa luonnollisesti päissä, jolloin ne muodostavat V-muodon ja leviävät kuin huume.

Lopuksi, muodostaakseen silkin kiinteän rakenteen, spidroiinit yhdistyvät ketjuiksi käsipainojen kärkien avulla. Tämä näyttää tapahtuvan kemiallisten vihjeiden vaikutuksesta.

Toisin sanoen spidroiinipasta heitetään kapeiden kanavien läpi, ja hämähäkkisolut pumppaavat seokseen happoa, jolloin tankojen vapaat päät tarttuvat toisiinsa. Lopuksi spidroiini muuttuu kuitumaiseksi rakenteeksi, yhä enemmän ja enemmän.

Tieteellinen tutkimus julkaistiin Science Advances -lehdessä.