Las arañas convierten el líquido en una fibra fuerte y elástica al apretarlo a través de un pequeño espacio que ayuda a que las moléculas de proteína se conecten entre sí.

Introducción

Encaramada en una hoja cubierta de rocío en un cálido amanecer de verano, una araña tejedora de orbes comienza su trabajo del día. Al empujar las proteínas de su cuerpo, produce una fibra fina que se adhiere a la superficie de la hoja. Trepando de hoja en hoja, la araña crea una red que usará para atrapar insectos para comer.

Pequeñas y, a menudo, fuera de la vista, las arañas pueden parecer poco más que una nota al pie decorativa de la naturaleza. En realidad, son algunos de los ingenieros más notables de la naturaleza. Para crear las redes que usan para atrapar comidas, convierten un líquido en una fibra que es mucho más delgada que un cabello humano y cinco veces más fuerte que el acero. Lo más sorprendente es que estas fibras se producen instantáneamente, a partir de los propios cuerpos de las arañas, utilizando solo materias primas que obtienen de los insectos y otras presas que atrapan.

Spider silk
Imagen: G. Inundación Invernal / Wikimedia Commons / CC BY SA - Reconocimiento de Creative Commons + ShareAlike

Para hacer seda, una araña extruye un líquido a través de pequeños túneles, convirtiéndolo en un sólido en el proceso.

La estrategia

A primera vista, hilar hilo de seda de araña puede no parecer una hazaña notable. Sin embargo, la microscopía y la química han permitido a los humanos mirar más de cerca y verlo por la maravilla natural que es. Por un lado, las arañas almacenan el s que componen la fibra en forma líquida dentro de sus cuerpos, impidiendo que se endurezcan en fibra allí. En segundo lugar, la fibra en sí adquiere una variedad de características, con variaciones en el grosor, la pegajosidad, la elasticidad y otras características dependiendo de cómo se "pultruye" la fibra o se extrae del cuerpo de una araña a medida que la araña se aleja de un extremo que está atascado. a una superficie.

¿Cómo lo hacen las arañas? Todo tiene que ver con el diseño de las moléculas de proteína de la seda, las soluciones en las que se almacenan y la forma en que se moldean al pasar por los conductos de seda de una araña.

Si bien las proteínas de la seda varían entre las especies de arañas, todas parecen compartir una región particularmente importante llamada "puente de sal". Los puentes de sal son pares de regiones de proteínas que tienen cargas opuestas y, por lo tanto, se atraen entre sí. Los puentes salinos ayudan a estabilizar las proteínas y a mantenerlas plegadas. A niveles de pH más bajos, el puente salino se vuelve inestable y la estructura de la proteína puede comenzar a desarrollarse.

Cuando la seda líquida se extrae del interior de la araña, pasa por el conducto giratorio, que es un túnel estrecho. Las proteínas grandes y plegadas no pueden pasar, por lo que deben desplegarse. A medida que la proteína se mueve a través del conducto, la enzima anhidrasa carbónica ayuda a crear un gradiente de pH que se reduce lentamente de alrededor de 8 a alrededor de 5.7 (volviéndose más ácido). Lo hace catalizando la conversión de dióxido de carbono y agua en ácido carbónico, y viceversa. Esta reducción del pH hace que los puentes salinos se deshagan. Esto permite que la proteína comience a desplegarse en una configuración más lineal que puede moverse más fácilmente a través del conducto giratorio.

El conducto estrecho también crea fuerzas de cizallamiento que obligan físicamente a las moléculas de proteína desplegadas a adoptar formas alargadas que pueden alinearse más fácilmente en paralelo entre sí. Esta es una parte esencial del proceso de hilatura, ya que permite que la solución viscosa llena de proteínas fluya más fácilmente a través del conducto de hilatura, lo que reduce los requisitos de energía para la hilatura. Algunas secciones de la seda se conectan muchas veces con lazos que se forman entre ellas como los peldaños entre los dos lados de una escalera (una estructura llamada "lámina beta"). Otras secciones solo se conectan de extremo a extremo. La estructura resultante es muy fuerte y muy elástica, lo que le da a la seda terminada sus famosas propiedades, perfectas para capturar la cena.

Las posibles aplicaciones de la capacidad de una araña para convertir un líquido en una fibra duradera son casi infinitas. 

Las posibilidades

Las posibles aplicaciones de la capacidad de una araña para convertir un líquido en una fibra duradera son casi infinitas. De manera más directa, el proceso podría aplicarse para fabricar hilos que se pueden tejer en telas para ropa, artículos para el hogar y más sin la necesidad de altas temperaturas, productos químicos agresivos u otros insumos o subproductos nocivos para el medio ambiente.

Debido a que muchos detalles del proceso de pultrusión (velocidad, entorno químico y más) afectan las características del producto final, la producción de seda de araña también se puede aplicar para fabricar fibras que cumplan con especificaciones muy particulares necesarias para usos técnicos, como la filtración de agua. . La capacidad de hacer una fibra fuerte que se pueda moldear fácilmente en formas específicas podría aplicarse a la fabricación de andamios para órganos artificiales.

Finalmente, el proceso general de fabricación de fibras podría programarse en robots, lo que les permitiría usar las condiciones ambientales para guiar la producción de fibras variables con un aporte mínimo de humanos.

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Última actualización 15 de junio de 2021