Tajemnice pajęczyny

„Opatrunkowy” klej pająka

Zapewne nie ma człowieka, który choć raz nie zaplątałby się w pajęczą sieć. I choć nie jest to przyjemne uczucie, nici produkowane przez pająki mogą nas wiele nauczyć. W jaki sposób powstają te konstrukcje? Co jest w nich niezwykłego? I jak może to wykorzystać człowiek?

Jak powstaje pajęczyna?

Portret pająka – producenta niezwykłej nici

Pająk produkując nić posługuje się tylną częścią swojego ciała. Wewnątrz jamy brzusznej znajdują się gruczoły przędne – to w nich tworzy się materiał na nić. Wydzielina z gruczołów przedostaje się kanalikami do umieszczonych na zewnątrz kądziołków. Przy kontakcie z powietrzem zamienia się ona w włókno (składające się z włókien fibrynowych i serycyny), które pająk kształtuje ruszając kądziołkami, tak, jakby robił na drutach. Gdy wypustki te są trzymane razem, powstaje jedna gruba nić, kiedy są rozsunięte – pęk cieniutkich nitek.

By stworzyć sieć do łapania ofiar, pająk pokrywa pajęczynę lepką substancją. Chcąc ją rozmieścić równomiernie, przeciąga pojedyncze nitki pomiędzy dwoma promieniami szkieletu w dół, napina a następnie puszcza. W ten sposób lepki klej osiada na niciach w postaci drobnych kropelek, do których przykleja się zabłąkana zdobycz.

Nić pajęcza, choć bardzo cienka (o kilkadziesiąt razy cieńsza od ludzkiego włosa) jest bardzo elastyczna i wytrzymała. Może rozciągnąć się, zwiększając swą długość nawet o 40%, a mimo to nie pęka! Jest też dwa razy mocniejsza od stali o tym samym przekroju.

Pająki potrafią wykorzystać jej właściwości w jeszcze inny sposób.

Jeden klej, dwie konstrukcje

Uczeni badający amerykańskie pająki (gatunek o nazwie Parasteatoda tepidariorum) odkryli, że aby złapać ofiarę stosują one dwie konstrukcje wyprodukowane z tego samego kleju. Zwierzęta te z jednej strony przyklejają nić do podłoża silnym mocowaniem nazwanym po angielsku scaffolding discs a z drugiej przymocowują lepkie płatki kleju nazwane gumfoot disc.

Strona przymocowana u góry jest jak rusztowanie – posiada wiele punktów przyczepnych i tak mocno trzyma nić, że wytrzymuje uderzenie wpadającej w nią ofiary. Dolna część natomiast przypomina delikatnie przyklejoną gumę – poruszona przez zbłąkanego owada szybko się odkleja i jak sprężyna zwija do góry porywając zdobycz.

Co daje to odkrycie?

Jak pajęczynę może wykorzystać nauka?

Pajęczy jedwab – jak niektórzy nazywają nici produkowane przez pająki – budzi zainteresowanie naukowców pracujących nad udoskonalaniem sprzętów medycznych. Jak pokazało odkrycie dwóch konstrukcji używanych przez pająki, materiał ten jest nie tylko bardzo rozciągliwy, ale też jednocześnie może być niezwykle mocny i odporny na rozdarcia.

Co więcej, zauważono również, że ma on gładką powierzchnię, wykazuje wysoką zdolność podnoszenia własnej odporności (tzw. immunogenność) i odporności na wrogie mikroorganizmy a jego skład odpowiada ludzkim białkom. Poza tym, nić pajęcza jest bardzo cienka. Wszystkie te cechy sprawiają, że jest ona niezwykle cenna w oczach chirurgów.

Naukowcy zaprojektowali więc wzorowany na nici pajęczej syntetyczny klej. Co można z niego wyprodukować?

Co można zrobić ze sztucznego pajęczego kleju?

Okazuje się, że sztuczna nić pajęcza ma szerokie zastosowanie.

Można z niej wyprodukować:

• nici przyspieszające regenerację tkanek i jednocześnie mające działanie bakteriobójcze
• opatrunki o właściwościach bakteriobójczych, na silnie krwawiące rany i rany pooparzeniowe
• kleje tkankowe
• nici chirurgiczne
• materiały pomocne przy chirurgii oka
• materiały zamienne dla ścięgien i więzadeł
• materiały nośne przy przeszczepach i regeneracji tkanki kostnej
• łączenia włókien nerwowych i naczyń krwionośnych
• zamienniki chrząstki
• opatrunki przeciwbólowe i pomocne przy leczeniu stopy cukrzycowej
• nawet sztuczną skórę.

Co więcej, nici pajęcze mają zastosowanie nie tylko w medycynie. Specjaliści pracują nad wykorzystaniem ich w wytrzymałych sieciach kablowych, odzieży sportowej i kamizelkach kuloodpornych.

Badania i pozyskiwanie syntetycznych nici

Chociaż nić pajęcza jest tak cenna, niezwykle trudno ją pozyskać. Zbieranie jej w naturalnych warunkach jest pracochłonne i długotrwałe a tak pozyskany materiał trudno zachować. Wielokrotne próby zazwyczaj kończyły się utraceniem cennych nici. Właściwie znany jest tylko jeden przypadek skutecznego przechowania pajęczyny – w 2009 roku zebrano włókna od ponad miliona pająków gatunku Nephila madagascariensis i utworzono z nich kawałek materiału wielkości 3,3 m na 1,2 m.

Natomiast pozyskanie naturalnej pajęczyny w warunkach laboratoryjnych okazuje się niezmiernie trudne. Pająki bowiem trzymane razem w zamknięciu robią się bardzo agresywne i po prostu zjadają się nawzajem. Stworzenie dla każdego z nich osobnego stanowiska w odpowiednich warunkach jest natomiast zbyt kosztowne.

Naukowcy jednak wymyślili, jak poradzić sobie z tym problemem.

Sztuczny jedwab

W wyniku kilkuletniej pracy brytyjscy uczeni stworzyli sztuczny jedwab o właściwościach bakteriobójczych produkowany przez bakterie. Wykorzystali do tego gatunek bakterii Escherichia coli. Pozbawili je chorobotwórczych właściwości i wszczepili materiał genetyczny pająków.

Wyprodukowane przez bakterie włókna nasączono dodatkowo lewofloksacyną – lekiem przeciwbakteryjnym. W rezultacie powstał wytrzymały, ale jeszcze bardziej elastyczny materiał o właściwościach bakteriobójczych, działający aktywnie przez kilka dni a do tego – dzięki wykorzystaniu białka homogenicznego do ludzkiego – antyalergiczny. Można go nałożyć bezpośrednio na ranę, gdyż ułatwia jej gojenie poprzez pobudzenie wzrostu nowych tkanek.

Naukowcom udało się też stworzyć materiał o właściwościach kleju pająka dzięki połączeniu białek  jedwabiu pajęczego z hydroksyapatytem – składnikiem mineralnym kości ludzkich. Na bazie tej mieszanki wyprodukowano dwa leki: granulat „SiliBone” (pomocny przy przeszczepach i regeneracji kości) oraz „Spidrex” (wykorzystywany jako zamiennik ludzkiej chrząstki). Oba te leki zostały zatwierdzone do użytkowania.

Sztuczna skóra

Niemieckim naukowcom udało się również utworzyć sztuczną skórę. Użyli do tego sieci pajęczej, na której wysiali komórki skóry ludzkiej.

Badacze pracowali też nad wykorzystaniem jedwabników zmodyfikowanych genetycznie, których nici dorównują parametrami niciom pajęczym.

Innym zwierzęciem użytym w produkcji pajęczyny była genetycznie zmodyfikowana koza, której wszczepiono geny odpowiedzialne za wytwarzanie takich białek, jakie posiada pająk. Następnie pozyskano te białka z jej mleka. Nie jest to jednak szeroko zakrojona produkcja, gdyż dotychczas istnieje na świecie tylko jedna taka koza.

Prowadzone są natomiast badania nad podobną modyfikacją genetyczną roślin – głównie tytoniu, ziemniaków i lucerny.

Pajęczyna, nić pajęcza – ciekawostki

Pająki z gatunku Phonognatha budują domy z liści i innych materiałów (np. skrawków papieru lub pustych muszli ślimaków) i wciągają je na zbudowaną wcześniej pajęczynę. Potrafią podnieść na swojej nici nawet sześć razy cięży od siebie materiał na nowe mieszkanie.

Pająki te polują spędzając noc w pobliżu domku. O zaplątaniu się w sieć ofiary informuje je „telegraf” – pojedyncza nitka łącząca ich nogę ze środkiem pajęczyny.

Sieć pajęcza może być naprawdę ogromna. W 2007 roku w Parku Stanowym Jeziora Tawakoni w Teksasie znaleziono egzemplarz o długości 180 metrów! Było to najprawdopodobniej dzieło pająków z rodziny omatnikowatych. Choć tak wielkie pajęczyny pojawiają się co kilka lat, naukowcy nie są w stanie powiedzieć dlaczego.

Sieci wytwarzają nie tylko pająki. Ich produkcją zajmują się też przędziorkowate (roztocza żerujące na roślinach), wije oraz larwy chruścików i motyli.

Właściwości nici pajęczej już od dawna były znane w medycynie ludowej. Motywu leczenia ran za pomocą pajęczyny użyto w wielu filmach, np. w Krzyżakach, Potopie czy Ogniem i mieczem. Oczywiście wątki te wprowadził w swych powieściach Henryk Sienkiewicz.

Polecamy

• System antykolizyjny szarańczy
• Wibrysy – niezwykłe wąsy „zwykłego” kota
• Pająki
• Interesujące gatunki pająków występujące w Polsce