عنکبوت چگونه راحت و سریع تار می‌بافد؟

دانشمندان به چگونگی تولید سریع و آسان ابریشم عنکبوت پی بردند.

کد خبر: ۱۱۸۱۰۴۹

تاریخ: ۱۸ مرداد ۱۳۹۳ - ۰۹:۳۰

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) و به نقل از ایسنا، ابریشم تار عنکبوت ماده‌ای سبک و کشسان بوده با این حال محکم‌تر از فولاد است. برای تولید این ماده، پروتئین‌های ابریشم به نام spidroins باید در دمای اتاق و با سرعت بالا در ترکیب با آب از شکل محلول به فیبرهای جامد در آیند. این موضوع که عنکبوت چگونه چنین فرآیندی را انجام می‌دهد، همواره یک معما بوده است.

هم‌اکنون، دانشمندان «دانشگاه علوم کشاورزی» سوئد به همراه موسسه Karolinska و همکارانی از لاتیوا، چین و ایالات متحده چگونگی فرآیند شکل‌گیری ابریشم را توضیح داده‌اند.

مولفه‌های Spidroins پروتئین‌های بزرگی هستند که از بیش از 3500 آمینو اسید تشکیل شده‌اند و این آمینوها حاوی توالی‌های عمدتا تکراری هستند اما مهم‌ترین نقطه برای تبدیل spidroins به ابریشم، انتهاهای آن‌هاست. این نواحی پایانه‌ای پروتئین‌ها فقط منحصر به ابریشم عنکبوت بوده و بین عنکبوت‌های مختلف نیز بسیار شبیه هستند.

زمانی که پروتئین‌های مزبور به عنوان پروتئین‌ قابل‌حل در غدد ابریشم عنکبوت ذخیره می‌شوند، دارای ساختاری نامنظم هستند اما هنگامی که به شکل ابریشم در می‌آیند، ثبات مکانیکی بسیار بالایی می‌یابند. این تغییرات با ماده اسیدی (pH) موجود بین یک پایانه غده ابریشم عنکبوت و پایانه دیگر ایجاد می‌شوند؛ با این حال، تاکنون جزئیات بیشتر درباره تولید ابریشم عنکبوت آشکارسازی نشده بودند.

با استفاده از میکروالکترودهای بسیار گزینشی برای اندازه‌گیری ماده اسیدی موجود در درون غدد، دانشمندان نشان دادند pH از شکل یک اسید خنثی 7.6 به یک ماده اسیدی 5.7 در می‌آید.

میکروالکترودهای به کاررفته در این مطالعه همچنین نشان دادند تراکم یون‌های جوش شیرین و فشار دی‌اکسیدکربن همزمان در طول غده افزایش می‌یابد. الگوها نشان می‌دهد ماده pH احتمالا از طریق عمل آنزیمی موسوم به carbonic anhydrase تشکیل می‌شود که دی اکسیدکربن و آب را به جوش شیرین و یون‌های هیدروژن تبدیل می‌کند و بنابراین محیط را اسیدی می‌کند. دانشمندان توانستند چنین آنزیم فعالی را در بخش‌های باریک‌تر غده شناسایی کنند و تایید کردند این ماده مسئول تولید pH است.

این ماده موجب بروز تغییراتی در پروتئین‌های Spidroins دارای ساختار نامنظم موجود در غده ابریشم عنکبوت می‌شود و موجب بالارفتن قابل‌توجه ثبات مکانیکی این پروتئین‌ها هنگام تبدیل آن‌ها به ابریشم می‌شود.

جزئیات این مطالعه در مجله PLOS Biology منتشر شد.