لهاذ السبب خيوط العنكبوت أقوى من الفولاذ!

نشرت مجلة Scitech Daily دراسة أوضحت كيف تجعل التفاعلات الكيميائية خيوط العنكبوت قوية ومرنة في الوقت نفسه. وأشارت الدراسة إلى أن فهم هذه الخيوط على المستوى الجزيئي قد يساعد في تطوير ألياف متقدمة تستخدم في الطائرات، الملابس الواقية، والتطبيقات الطبية، كما قد يقدم رؤى مهمة حول الأمراض العصبية.

تشير السلوكيات الذاتية التنظيم في خيوط العنكبوت إلى أدلة حول العمليات الجزيئية التي قد تكون مرتبطة بالأمراض العصبية، بما في ذلك مرض الزهايمر. وأظهرت النتائج، التي نُشرت في موقع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)، نتيجة تعاون بين كلية كينجز في لندن وجامعة ولاية سان دييغو (SDSU)، كيف تعمل بروتينات الحرير على التجمع والتنظيم لتشكيل ألياف قوية ومرنة.

أوضحت الدراسة أن بعض الأحماض الأمينية تتفاعل مثل "روابط لاصقة" على المستوى الجزيئي، ما يسمح للبروتينات بالتجمع بشكل منظم وتكوين خيوط تتحمل الشد والأحمال الثقيلة.

وأوضح كريس لورينز، أستاذ علوم المواد الحاسوبية في كلية كينجز كوليدج لندن وقائد الجانب البريطاني من البحث، أن "التطبيقات المحتملة واسعة جداً، من الملابس الواقية خفيفة الوزن، ومكونات الطائرات، والغرسات الطبية القابلة للتحلل، إلى الروبوتات اللينة"، مؤكداً أن الطبيعة تقدم نموذجاً يمكن استلهامه لصناعة ألياف عالية الأداء وأكثر استدامة.

تتميز خيوط العنكبوت بقوة تفوق الفولاذ ومرونة أكبر من الكيفلار، وتستخدمها العناكب لبناء الشبكات والتحرك. وتُنتج هذه الخيوط من بروتينات سائلة داخل غدة الحرير تتحول إلى ألياف صلبة عند النسج. رغم معرفة العلماء بأن البروتينات تتجمع أولاً كسائل، بقيت التفاصيل الجزيئية لكيفية تشكل الألياف نهائياً لغزاً حتى الآن.

استخدم فريق العلماء أدوات متقدمة لإظهار أن الأحماض الأمينية أرجينين وتيروسين تساعد البروتينات على التجمع وتشكيل خيوط الحرير القوية والمرنة. وتتشابه هذه التفاعلات الجزيئية المعقدة مع تلك الموجودة في إشارات الأعصاب و الهرمونات، ما يجعل دراسة الحرير مفيدة لفهم الأمراض العصبية مثل الزهايمر.

ونشر موقع phys.org هذه الدراسة، موضحاً كيف يمكن لهذه النتائج أن تفتح آفاقاً واسعة لتطبيقات مستقبلية في الملابس الواقية، مكونات الطائرات، والروبوتات اللينة، فضلاً عن تقديم نموذج لفهم الآليات الجزيئية للأمراض العصبية التنكسية.


بالتعاون مع دويتشه فيله