Pavoučí tajemství bylo odhaleno!

Nejnovější výzkum německých technologů odhalil tajemství výroby jednoho z nejpevnějších vláken na světě.

Pavoučí vlákno rozhodně není žádná jemňoučká niť, jak by se mohla na první pohled zdát. Jeho struktura mu zajišťuje vlastnosti, které mu závidí technologové po celé planetě. Muselo by být desítky kilometrů dlouhé, aby se přetrhlo vlastní vahou, a přes mizivou tloušťku (průměrně 0,2 mikrometru) dokáže třeba i zastavit letící včelu.

Pokud bychom pavoučí vlákno spředli do lanka silného jako tužka, zastavilo by v letu Boeing 747. Kromě pevnosti se vyznačuje i obdivuhodnou pružností. Zatímco třeba ocel se může pochubit 8procentní pružností a nylon dokáže svou délku měnit o 20 %, vlákno křižáka (Araneus diadematus) lze roztáhnout až o 40 %, aniž by se přetrhlo.

Není proto divu, že se odborníci honí za pavoučím tajemstvím už několik staletí.

Pavoučí vlákno v dalekohleduVýroba pavoučího vlákna ve velkém se potýká s mnoha problémy. Pavouci jsou narozdíl od bource morušového dravci, proto je nelze chovat ve větších počtech pohromadě. Využití vlákna se tedy v minulosti omezovalo jen na produkty, které ho nevyžadují příliš velké množství, třeba na nitkový kříž v optických zařízeních.

Například vlákno největšího pavouka na světě, nephily (rozpětí nohou asi 10 cm), využívají Polynésané k výrobě vlasců na rybářské pruty, domorodci na Nových Hebridách si zas z pavučin vyrábějí jakési kloboučky na ochranu otrávených hrotů šípů.

O průmyslové výrobě by však, vzhledem k nákladům na provoz potenciální pavoučí farmy, nemohla být ani řeč.

Upravená koza Moderní biologie pak na konci minulého století přinesla možnost výroby pavoučí bílkoviny za pomoci geneticky upravených (transgenních) organismů. Genetici si od na kost zmrzlých a následně rozemletých pavouků vypůjčili část jejich dědičné informace a tu posléze vnesli do DNA dalších organismů.

Vytvořili tak brambory a tabák, u kterých byly bílkoviny součástí listů, zrodila se dokonce i koza, která pavoučí protein vylučuje do mléka. Problém ovšem byl, jak látku v roztoku donutit k polymerizaci (řetězení molekul) a vytváření pevného vlákna.

Jak to dělají pavouci?Jak přesně pavouci navozují polymerizaci, se podařilo zjistit až letos na jaře německým vědcům z Mnichovské technické univerzity. Ve snovacích žlázách (orgán, který produkuje na vzduchu tuhnoucí tekutinu) udržují osminozí dravci své polotovary pro výrobu bílkoviny v roztoku ve formě dimerů (dvě spojené základní molekuly, které se dál nijak neřetězí) vlivem vysoké koncentrace chloridu sodného, tedy soli.

Po odsolení roztoku ve snovací bradavce se mohou jednotlivé molekuly začít skládat do delších řetězců a vytvářet pevná vlákna. Na tomto procesu se podílí změna kyselosti prostředí. Zatímco ve žláze jsou „dvojmolekuly“ naloženy v silně zásaditém roztoku, který z nich „vysává“ vodíkové ionty a znemožňuje jim tak reagovat s dalšími dimery, v kyselé bradavce již družení nic nebrání.

Spustí se tu proces (oligomerizace), jenž dává vznik řetězcům o několika molekulách, která pak pokračuje polymerizací. Jejím výsledkem jsou obří molekuly s hmotností stanásobně větší než u původních dimerů.

Specializované přádelnyPavouk má na zadečku několik párů snovacích bradavek (od jednoho do čtyř) a každý z nich obstarává jinou funkci. Například bradavky s názvem Ampulleceae spřádají vlečné vlákno, které pavouk používá jako horolezecké lano.

Z bradavek Tubuliformes zas vycházejí vlákna, z nichž pavouk „splétá“ kokony, obaly pro svá vajíčka. Za pomoci produktu z bradavek Aciniformes důmyslně obaluje svou kořist a bradavky Pyriformes vyrábějí nosnou kostru pro celou pavučinu.