Co dokáže pavouk: Pavučina - materiál budoucnosti.

 

Jak jste na tom s pavoukem? Každý z nás se s ním setkává od dětství. A vytváříme (nebo nevytváříme) si k němu "vztah". Vzpomínám si, jak jsem od svých kmotrů dostala zlatý přívěšek - srdíčko a v něm "pavouček pro štěstí". Kmotři už tu dávno nejsou, pavouček ano. Už ho ale nenosím a možná je to chyba. Běžně se vyskytující pavouci mi nevadí. Jenže někdo má arachnofobii, což  je chorobný, nepřekonatelný a panický strach z pavouků. Jak praví odborník, řadí se mezi psychiatrické úzkostné poruchy - fobie. Je to prý nejčastěji se vyskytující fobie obvykle provázející neurózy. O tom ale dnešní článek nebude. Vědci zjistili, že pavoučí vlákno má větší pevnost v tahu než ocel. 

Pavučina je určitě materiálem budoucnosti.

Proč pavouci tkají sítě a z čeho se jejich vlákno skládá? A dokážou krásné pavučiny vytvářet všechny druhy?

Člověk se vždy snažil, aby se mu podařilo vyrobit látku, která by byla tak pevná jako pavoučí vlákno. Pokud byste z něj například udělali lanko tlusté necelý centimetr, něco jako tužka, zastavilo by dopravní letadlo v plné rychlosti! 😮 Za to, jak pevné pavoučí vlákno je, jsou zodpovědné zejména tzv. β-nanokrystaly – hlavní složka přírodního pavoučího hedvábí, která přispívá k jeho pevnosti. 

Pavučina pokoutníka druhu Agelenidae labyrinthica | Foto: Wikimedia Commons, Patrick Edwin Moran

 

„V 18. století existovaly pavoučí farmy, kde se spřádala pavoučí vlákna.“ (entomolog Milan Řezáč).

Tyto pokusy vedly k vytvoření prvních oděvních doplňků z pavoučího hedvábí. „Například rukavice, které byly ve srovnání s klasickým hedvábím bource morušového velice kvalitní, pevnější, s výrazným leskem.“

Pavouk má hedvábí v podobě tekutého krystalu snovací žláze. Když chce pavouk produkovat hedvábí, musí tento materiál táhnout tzv. snovacím duktem. 

„Buď to dělá on sám, že třeba hedvábí přilepí na nějaké místo a opačným směrem jde, ale také je možné se dotknout snovací bradavky na konci zadečku, a tak můžete vlákno ze snovací žlázy vytáhnout“.

V angličtině se procesu vytahování vlákna z pavouka říká silking, což je obdoba slova milking, které značí dojení krávy.

„Můžete vlákno připojit na rotující válec a tak sklidit. Pavouk je schopen produkovat stovky metrů pavoučího hedvábí“. 

Pavoučí vlákno by užili i horolezci. „Ti se při pádu jistí takzvaným dynamickým lanem, které je pružné a horolezec se při pádu párkrát zhoupne i otočí. Kdyby měl horolezec lano z pavučiny, ani by se nehoupal a netočil“.

I pavouci často používají takzvané záchranné vlákno. „Když pavouk sedí na větvi a v blízkosti se objeví nebezpečný pták, tak pavouk přilepí konec vlákna na větev a volně se spustí dolů, a zůstane viset na konci. A tam se ani nehoupe, ani neotáčí.“

„Kdyby se houpal a otáčel, tak by pták pavouka viděl a sezobl. Takhle zůstává nehybný a šance na únik je mnohem větší“.

Pavoučí vlákna jsou také velmi lehká. „Kdybychom chtěli opásat pavučinou zemi po rovníku, což je 40 tisíc kilometrů, tak by vlákno vážilo půl kila.“ 👍

Teplotní rozmezí ve kterém si vlákna udržují své vlastnosti je od -40° do +220° Celsia.

„Je to kombinace pevnosti, pružnosti a odolnosti, co dělá pavoučí sítě tak výjimečnými. Zejména je to vynikající materiál využitelný v medicíně. Tam je ještě výhodou to, že pavučina nevyvolává imunitní reakce. A tak je využitelná pro náhradní tkáně určené pro transplantace.“

Jenže přinutit pavouky, aby ve velkém tkali vlákno použitelné v medicíně, je nemožné. Pavoučí samičky jsou totiž kanibalky a navzájem se sežerou, než stihnou vlákno upříst.

A tak vědci z univerzity ve Wyomingu tak trochu obešli přírodu a vytvořili geneticky modifikované červy, kteří předou stejně silné vlákno jako jejich pavoučí kolegové. Brzo by se prý pavučina mohla používat především v medicíně.

„Tato zpráva je věrohodná, pavučina by se v medicíně opravdu využívat mohla, třeba jako šicí materiál v chirurgii. Teď navíc začíná řekněme století tkáňových náhrad, takže by bylo možné využít takové materiály i zde – třeba v oblasti cév nebo chrupavek“ - (Eva Syková, ředitelka Ústavu experimentální medicíny Akademie věd a předsedkyně České společnosti pro neurovědy).

Žádné imunitní reakce

Pavučina má přitom i tu výhodu, že v lidském těle nevyvolává imunitní reakce, protože není tvořena z buněk, jde o materiál čistě chemický, podobně jako třeba silon. 

Laboratorně vytvořené pavoučí hedvábí, Zdroj: Washington University in St. Louis/Jingyao Li

Podle profesorky kalifornské univerzity v Riverside Cheryl Hayashi by pavoučí sítě mohli v budoucnu používat i neurologové, protože by podle ní pomohla při regeneraci nervových buněk, vláken. Pomohlo by to třeba pacientům s porušenou míchou?

„To si nejsem tak docela jistá, protože už dlouho zkoušíme desítky materiálů, specifických, které se k tomu budou hodit. Je tady ale samozřejmě možnost kombinovat takový materiál s nějakým měkčím, takové složení by samozřejmě bylo možné použít i na přemostění míchy“.

"Bio-trik"

Autoři výzkumu to vyřešili tím, že zavedli do bakterií takzvané amyloidní sekvence. Ty mají totiž tendenci tvořit β-nanokrystaly. Obecně platí, že čím delší je protein, tím silnější a pevnější je výsledné vlákno. Výsledkem proteinu, který se podařilo vytvořit, bylo vlákno s pevností vyšší, než má běžná ocel. Houževnatost vláken je zase vyšší než u kevlaru a všech předchozích rekombinantních hedvábných vláken. 

Nový materiál nevytvořil žádný stroj, ale geneticky upravené bakterie v laboratořích McKelvey School of Engineering.

Lidé se dokonce v minulosti pokoušeli i o velkochov pavouků, kteří by pro ně vlákno vytvářeli, výroba byla ale nákladná a nepraktická, nakonec vše selhalo. Z čeho se takové pavoučí vlákno skládá? O tom je poslech.

Zdroj: junior.rozhlas.cz, irozhlas.cz, plus.rozhlas.cz