Το μυστικό ανθεκτικότητας του ιστού της αράχνης

Το μυστικό ανθεκτικότητας του ιστού της αράχνης

Λίγο πολύ είναι γνωστό ότι ο ιστός που δημιουργεί μια αράχνη, είναι ισχυρότερος από το ατσάλι, τηρουμένων των αναλογιών βέβαια. Αυτό σημαίνει ότι αν πάρουμε μια ίνα από ιστό αράχνης και μια ίνα από ατσάλι του ίδιου πάχους, ο ιστός της αράχνης αντέχει μεγαλύτερο βάρος. Ο λόγος είναι σε μεγάλο βαθμό η ελαστικότητα του ιστού της αράχνης χάρη στην σύστασή του. Στον μακρόκοσμο που ζούμε , κάτι τέτοιο μπορεί να φαίνεται περίεργο αλλά σε μικροσκοπικό επίπεδο είναι απόλυτα κατανοητό.

Ο ιστός της αράχνης βέβαια έχει το 1/10 του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας, και στον δικό μας κόσμο με τα δικά μας μέτρα και σταθμά δεν φαντάζει τόσο ισχυρός. Οι επιστήμονες εδώ και πολύ καιρό προσπαθούν να αντιγράψουν αυτό το θαύμα της φύσης, ώστε να το εκμεταλλευτούν. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να οδηγήσει στην κατασκευή υλικών με πολύ μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, σε ένα πολύ ευρύ πεδίο εφαρμογών.

Και λίγες επιπλέον ενδιαφέρουσες πληροφορίες…

Πριν δύο δεκαετίες περίπου (καλοκαίρι του 2000) είχε γίνει γνωστή μια είδηση η οποία ανέφερε ότι επιστήμονες, κατάφεραν μέσω γενετικής μηχανικής να αναπαράγουν τον ιστό της αράχνης σε γάλα κατσίκας. Πως έγινε αυτό και γιατί;

Οι αράχνες είναι όντα τα οποία δεν είναι και τόσο φιλικά μεταξύ τους, είναι πως να το κάνουμε ….αντικοινωνικές. Αν προσπαθήσετε να βάλετε δύο αράχνες να συμβιώσουν στον ίδιο χώρο το πιθανότερο είναι ότι η μια θα εξολοθρεύσει την άλλη. Οπότε το να κατασκευάσουμε “φάρμες” οι οποίες να παράγουν ιστό από τις εκτρεφόμενες αράχνες είναι κάτι μάλλον απίθανο. 🙂

Έτσι οι γενετιστές από τον Καναδά αφού βρήκαν το γονίδιο που ευθύνεται για την παραγωγή του ιστού το τοποθέτησαν στο γενετικό υλικό μιας κατσίκας και στο γάλα της παρατηρήθηκε η παραγωγή πρωτεϊνών του ιστού της αράχνης. Βέβαια οι κατσίκες δεν παράγουν πραγματικά ιστό , αλλά τις πρωτεΐνες του , και οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι στο μέλλον θα μπορέσουν να παράγουν το λεγόμενο Βιο-ατσάλι (Biosteel) το οποίο θα είναι ακόμα πιο ισχυρό και από τις ίνες άνθρακα, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αεροσκάφη, ή ακόμα και αλεξίσφαιρα γιλέκα (θα είναι πιο ισχυρό ακόμα και από το Κέβλαρ).

Και τώρα στο θέμα μας και πάλι…

Οι ερευνητές από το MIT, μετά από έρευνα ανακάλυψαν ότι οι δεσμοί υδρογόνου οι οποίοι συνδέουν τις πρωτεΐνες στον ιστό της αράχνης, είναι από 100-1000 φορές πιο ασθενείς από τους μεταλλικούς δεσμούς (ανάμεσα στα άτομα των μετάλλων).

Χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές για να κάνουν προσομοίωση της κατασκευής του ιστού της αράχνης, οι ερευνητές προσπαθούν να καταλάβουν τι ακριβώς είναι αυτό (σε ατομικό επίπεδο), που κάνει τον ιστό τόσο ανθεκτικό. Δηλαδή προσπαθούν να εφαρμόσουν τη λεγόμενη reverse engineering ( αντίστροφη μηχανική) ώστε να μπορούν να αντιγράψουν τη δομή του και να την εφαρμόσουν δημιουργώντας νέα υλικά. Αυτό είναι διαφορετική προσέγγιση από αυτό που κάναν οι Καναδοί συνάδελφοι τους πριν 8 χρόνια που προσπάθησαν να αναπαράγουν τις πρωτεΐνες του ιστού.

Οι δεσμοί υδρογόνου στον ιστό της αράχνης είναι σε clusters των 3-4,(συνδυασμός ο οποίος είναι ισχυρότερος από τα περισσότερα μέταλλα) και μετά την έρευνα τους ανακάλυψαν ότι αν χρησιμοποιήσουν έναν έως δύο, η ανθεκτικότητα του ιστού γίνεται πολύ μικρότερη, και σπάει πανεύκολα. Το εντυπωσιακό (που τους άφησε έκπληκτους) ήταν ότι όταν προσπάθησαν να αναπαράγουν ένα μοντέλο με πάνω από 4 δεσμούς υδρογόνου, ας πούμε 5-6, η ανθεκτικότητα αντί να ενισχυθεί μειωνόταν και πάλι. Φαίνεται ότι η φύση έχει ήδη βρει τον καλύτερο συνδυασμό ώστε να δημιουργήσει τον ισχυρότερο ιστό.

Σειρά μετά από αυτή την ανακάλυψη είχε η διερεύνηση του γιατί συμβαίνει κάτι τέτοιο ακι η επιβεβαίωση της ανακάλυψης. Εφαρμόζοντας τους νόμους της θερμοδυναμικής, (που δεν είναι του παρόντος να αναφερθούμε) κατέληξαν και πάλι στο πειραματικό μοντέλο, ότι δηλαδή αυξάνοντας τους δεσμούς υδρογόνου, η αντοχή του υλικού δεν αυξανόταν.

Στη δομή των μετάλλων οι δεσμοί είναι πιο ισχυροί από τους δεσμούς υδρογόνου (οι οποίοι είναι ασθενείς) αλλά τα μέταλλα είναι και πιο πυκνά σαν υλικά (για αυτό το λόγο είναι και πιο βαριά). Παρόλα αυτά μια μεταλλική επιφάνεια δεν είναι τέλεια, και μικρές ατέλειες μπορεί να την κάνουν (όταν δεχθεί ένα συγκεκριμένο φορτίο) να ραγίσει, σε αντίθεση με τη σύσταση του ιστού η οποία έχει πολύ μεγαλύτερη ελαστικότητα και αντοχή.

Οι ανακαλύψεις αυτές μελλοντικά θα βοηθήσουν στην κατασκευή υλικών με πολύ μεγαλύτερες αντοχές από ότι τώρα, τα οποία θα βρουν πάμπολλες εφαρμογές. Ακόμα μια φορά η φύση διδάσκει και εμείς ακολουθούμε.

Όπως γινόταν πάντα άλλωστε….

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας