Wist je dat spinnen tepels hebben? De meesten hebben er zes – vogelspinnen vier – en ze bungelen aan de achterkant van hun lijf. De geleedpotige beestjes gebruiken hun achterpoten om krachtige zijden draden uit hun spintepels te trekken.
Het uitrekken helpt niet alleen bij het maken van een web, maar maakt de draad ook steviger. Hoe dit komt, was tot voor kort een mysterie, maar nu hebben Amerikaanse onderzoekers uitgeplozen hoe het precies zit.
Wetenschappers van de Northwestern University hebben het proces rondom het ontstaan van spinrag digitaal nagebootst. Uit deze simulaties is gebleken dat het uitrekken van de draad de eiwitketens binnen de vezels ordent en het aantal verbindingen tussen deze ketens vergroot. Dit maakt de draad sterker en taaier.
Met deze kennis op zak voerde het team laboratoriumexperimenten uit met nagemaakte spinzijde om hun bevindingen in de praktijk te testen. De studie maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, zoals stevige, biologisch afbreekbare hechtdraden en extra sterke, schokbestendige kleding.
Spinzijde sterker dan staal
Spinrag is een bijzonder materiaal. Het is sterker dan staal, taaier dan kevlar en toch rekbaar als rubber. Helaas is het opzetten van een spinnenboerderij om de zijde te winnen erg kostbaar en zitten er nogal wat praktische haken en ogen aan. Daarom zijn wetenschappers druk bezig om een synthetische versie van het materiaal in het lab na te maken. ‘‘Spinzijde is de sterkste natuurlijke vezel die er bestaat’’, zegt hoofdonderzoeker Jacob Graham. ‘‘Bovendien is het biologisch afbreekbaar, waardoor het uitermate geschikt is voor medische toepassingen. Het zou kunnen worden gebruikt voor hechtdraden en lijm om wonden te dichten, omdat het op natuurlijke wijze in het lichaam verdwijnt.’’
Onderzoeker Fuzhong Zhang van de Washington University in St. Louis heeft bacteriën genetisch gemodificeerd, zodat ze ook in staat zijn om spinzijde te produceren. Door deze kunstmatige zijde met de hand uit te rekken, heeft het team vezels gemaakt die lijken op die van de gouden wielwebspin, een soort die bekendstaat om zijn sterke web.
Rekkracht
Het lukt steeds beter om spinrag na te maken, maar nog lang niet alles is bekend over hoe het spinselproces de structuur en sterkte van de vezels verandert. Om dit beter te begrijpen, maakten de onderzoekers een computermodel dat de moleculaire bewegingen binnen de kunstmatige zijde nabootst. Ze ontdekten dat het uitrekken van de vezel de eiwitten op één lijn brengt en het aantal waterstofbruggen tussen de ketens vergroot. Deze bruggen zorgen ervoor dat de vezel sterker, taaier en elastischer wordt. ‘‘Een net gesponnen draad is eigenlijk nog vrij zwak’’, legt Graham uit. ‘‘Maar als je hem tot zes keer zijn oorspronkelijke lengte uitrekt, wordt hij heel sterk.’’
Hoeveel rek kunnen de vezels aan voordat ze breken? Het team ging druk aan de slag in het lab en hun resultaten bleken nagenoeg perfect overeen te komen met de voorspellingen die de wetenschappers uit hun modellen haalden. ‘‘Zonder rek vormen de eiwitten kleine klompjes’’, zegt Graham. ‘‘Door te trekken, veranderen deze klompjes in een netwerk waarin de ketens netjes opstapelen en sterker verbonden raken. Eiwitten die eerst opgerold waren, kunnen op deze manier verder uitrekken voordat de vezel breekt. Maar vezels die al langgerekt beginnen, zijn minder rekbaar en breken bij een hogere trekkracht.’’
Graham kijkt nu met andere ogen naar spinnen. ‘‘Vroeger vond ik ze maar griezelig. Nu zie ik ze als fascinerende wezens die kunnen helpen bij het oplossen van echte problemen’’, besluit hij.
