Filatorii de pânză ai lui Dumnezeu dau lecții gratuite chimiștilor

de Jonathan Sarfati
tradus de Roxana Melinte (Centrul De Studii Facerea Lumii)

În timp ce fibra Kevlar® este „medaliata de aur”¹ a fibrelor artificiale datorită abilităților sale de stopare a gloanțelor, ea este surclasată în multe feluri de umilul păianjen. „Pânza de păianjen este mai puternică și mai elastică decât fibra Kevlar, iar Kevlar este cea mai puternică fibră artificială”, potrivit expertului danez în păianjeni, Fritz Vollrath.² Firul de mătase de pe marginea rețelei, suportul principal pentru pânza de păianjen, este de o sută de ori mai puternic decât oțelul—un cablu făcut din această fibră, puțin mai gros decât un furtun de grădină, ar putea susține greutatea a două avioane Boeing 737 pline cu pasageri.³ Se poate extinde până la 40% din lungimea sa,¹ în timp ce mătasea flageliformă din spiralele pânzei se poate extinde la peste 200%.³

Fabricarea fibrei Kevlar® necesită condiții dure, inclusiv fierberea acidului sulfuric și depozitarea substanțelor chimice periculoase, a căror distrugere este foarte costisitoare.¹ Dar păianjenii au nevoie doar de temperaturi obișnuite și folosesc o baie de acid mult mai blândă, produsă de canale speciale.²

Păianjenii pot produce pânză la viteze diferite—de până la 10 ori mai rapid când produc pânza pentru a scăpa de un prădător—spre deosebire de cele mai multe procese chimice industriale care ar produce un „reziduu lipicios” dacă viteza ar varia atât de mult. Pânza de păianjen este chiar ecologică—păianjenii își mănâncă propriile pânze atunci când nu mai au nevoie de ele.²

Forța și elasticitatea uimitoare a pânzei de păianjen se datorează „complexității sale, ceea ce face ca fibrele sintetice să pară nefinisate.”¹ Fibrele artificiale sunt de obicei simple fire de material, dar o fibră de pânză de păianjen are un nucleu înconjurat de straturi concentrice de nanofibrili (fire mici). Unele straturi conțin nanofibrili aliniați paralel cu axa, în timp ce alte straturi conțin nanofibrili înfășurați ca pe o scară în spirală. Straturile înfășurate permit ca pânza să fie întinsă, deoarece ele mai degrabă se îndreaptă decât se rup.

Nanofibrilii în sine sunt foarte complicați, conținând mici cristale de proteine constituite într-o matrice amorfă (fără formă) de lanțuri de proteine încurcate. Aceste nanocristale sunt încărcate electric, împiedicând astfel alunecarea lanțurilor și oferind rezistență, în timp ce materialul amorf este elastic și permite întinderea fibrei.

Unii cercetători au încercat să producă pânză, forțând prin niște găurele o soluție de proteine de pânză, numită spidroin, dar rezistența fibrelor astfel obținute este cam la jumătate din rezistența fibrelor produse de păianjen. Se pare că păianjenul produce complexitatea necesară pentru a face ca spidroina să treacă printr-o fază de cristal lichid, unde moleculele în formă de tijă se aliniază paralel (fabricarea fibrei Kevlar® folosește de asemenea o fază cu cristale lichide).

Christopher Viney de la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh crede că acest lucru le permite să curgă mai ușor, economisind astfel energie.¹ Starea lichidă aliniază de asemenea moleculele de proteine astfel încât acestea să poată forma nanocristale și nanofibrili spiralați. Acest lucru pare să aibă loc în canalul lung în forma de ‚s’ al păianjenului, unde apa este presată și pompată în afară. Acest lucru aduce părțile hidrofobe (hidro-respingătoare) ale proteinelor la exterior și formează nanocristalele și permite astfel formarea fibrelor.

Păianjenii își folosesc în mod normal pânzele pentru a prinde insecte și alte tipuri de pradă. Dar unii pui de păianjeni prind polen pentru a se hrăni,⁴ oferind un posibil indiciu pentru o funcție pre-Cădere a păianjenului.⁵

[Addendum: Un articol de revizuire informativă, Fritz Vollrath și David Knight, Formarea cristalină lichidă a mătăsii păianjen, Nature 410(6828):541–548, 29 martie 2001, acoperă o serie de aspecte importante în detaliu, de expemplu rezistența înaltă, analiza stres vs. tensiune, compoziția spidroinelor, inclusiv a unor aminoacizi neesențiali, filarea pe baza cristalului lichid, tipul particular de cristal lichid numit fază nematică în care moleculele de tip tijă sunt aliniate paralel una cu cealaltă (faza utilizată în dispozitivele de afișare a imaginilor), tragerea externă convențională folosită în filarea industrială, precum și tehnologia avansată de filare internă, care până în prezent nu a fost copiată în procesele artificiale, cum putem învăța mai multe din designul păianjenului, geometria hiperbolică a canalului în formă de ‚s’, astfel încât materialul se alungește la o rată constantă, prevenind disclinările (un efect de slăbire similar cu dislocările în cristalele solide), complexitatea structurală a pânzei—chiar mai mare decât se credea anterior. Din păcate, există un omagiu obișnuit oferit evoluției, ca designer, fără a exista nici cea mai mică dovadă. Dar expertul în fibre Kevlar®, dr. Patrick Young, concură cu acest articol din revista Creation la ideea că pânza de păianjen este o dovadă a existenței unui Creator—vezi Interviu.]