Las Hebras De Seda De La Araña Trabajan Juntas Para Mantener La Web Intacta

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La investigación sugiere que el rendimiento de la seda de araña cambia según la cantidad de estrés que se aplica. Esto podría darle algunas de sus increíbles propiedades. Los investigadores descubrieron que cuando se somete a una ligera tensión como la araña del viento, la seda se suaviza y se extiende,

Una nueva investigación sugiere que una telaraña obtiene su fuerza de las hebras de seda que trabajan juntas y su capacidad de estirarse cuando están estresadas.

En el mundo salvaje, las redes necesitan lidiar con diferentes tipos de estrés: vientos, que soplan toda la red a la vez, y elementos como la caída de escombros de árboles o insectos que luchan que pueden estresar solo unas pocas hebras de seda. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y Nicola Pugno de la Universidad Politécnica de Turín, en Italia, querían descubrir cómo las telas de araña se mantienen completas bajo estas diversas tensiones.

Cuando las arañas hacen sus telas, usan dos tipos de seda. La seda de dragalina no pegajosa se usa para hacer que los radios se irradien desde el centro, mientras que la seda viscosa pegajosa y elástica se enrolla hacia afuera en forma circular y se usa para atrapar la presa de la araña. Los dos tipos de seda tienen diferentes estructuras, propósitos y propiedades bajo estrés.

"Varios grupos de investigación han investigado la compleja estructura jerárquica de la seda de araña y su sorprendente fuerza, extensibilidad y resistencia", dijo el investigador del estudio Markus Buehler. "Pero si bien entendemos el comportamiento peculiar de la seda de dragalinas en la 'nanoescala", inicialmente rígido, luego suavizante y luego rígido de nuevo, tenemos poca idea de cómo la estructura molecular de la seda mejora de forma única el rendimiento de una red ".

Webs estresantes

Estructura jerárquica de una tela de araña, desde la macro-escala orb-web hasta las diminutas moléculas de proteína de seda de araña. La deformación de una red invoca distintos mecanismos a múltiples escalas y da como resultado el fallo localizado del hilo de seda en el que se aplica una carga extrema.

Estructura jerárquica de una tela de araña, desde la macro-escala orb-web hasta las diminutas moléculas de proteína de seda de araña. La deformación de una red invoca distintos mecanismos a múltiples escalas y da como resultado el fallo localizado del hilo de seda en el que se aplica una carga extrema.

Crédito: Zina Deretsky, National Science Foundation, en colaboración con S. Cranford, G. Bratzel y M.J. Buehler (los tres del Instituto de Tecnología de Massachusetts), y Richard C. Yu y Andaluz Yu de Green Pacific Biologicals.

Los investigadores probaron redes naturales en el laboratorio y en el campo, luego utilizaron estos datos, junto con información de otros estudios sobre las propiedades de la seda de araña, para hacer un modelo complejo de una tela de araña.

Descubrieron que la estructura molecular única de la seda de araña se despliega con el estrés creciente de ser jalado, produciendo un efecto de estiramiento que es bueno para atrapar presas. Tiene cuatro fases distintas: un tirón inicial y lineal; un estiramiento extendido a medida que se desarrollan las proteínas de seda de las arañas; una fase de rigidez que absorbe la mayor cantidad de fuerza; y luego una fase final de adherencia antes de que la seda alcance el punto de ruptura.

"Escalamos el comportamiento molecular de los hilos de seda al mundo macroscópico", dijo la investigadora del estudio Anna Tarakanova. "Esto nos permitió investigar diferentes casos de carga en la web, pero lo que es más importante, también nos permitió rastrear y visualizar cómo se fracturó la red en condiciones de carga extremas".

Cuando la red está ligeramente estresada, como con un viento ligero, la seda solo alcanza el punto donde se suaviza y se extiende. Pero cuando la red está sometida a un fuerte estrés, especialmente cuando la tensión está localizada en un área, los investigadores encontraron que algunas hebras podrían romperse, pero este sacrificio deja el resto de la red intacto.

Construyendo una web más fuerte

Geometría de una tela de araña bajo deformación mecánica.

Geometría de una tela de araña bajo deformación mecánica.

Crédito: Imagen de simulación por S. Cranford y M.J. Buehler / MIT, imagen fotográfica por Francesco Tomasinelli y Emanuele Biggi.

"Las estructuras diseñadas generalmente están diseñadas para soportar grandes cargas con daños limitados, pero las cargas extremas [como los vientos de huracán] son ​​más difíciles de explicar", dijo el investigador del estudio Steven Cranford. "La araña ha resuelto este problema de forma única al permitir que un miembro de sacrificio falle bajo una carga alta".

Es una característica importante, porque si la web se desentrañara en el menor corte, la araña no tendría la energía para seguir reconstruyéndola.

El investigador de la tela de araña Todd Blackledge, de la Universidad de Akron en Ohio, también está estudiando cómo las redes tratan el estrés, aunque no participó en este estudio. "Mi laboratorio se concentra en un enfoque 'de arriba a abajo' que utiliza el video de alta velocidad y las pruebas de propiedades de materiales de las sedas de las redes reales para evaluar cómo la energía es absorbida por las redes de orbes bajo los impactos 'duros' en lugar de los 'fáciles'" un correo electrónico. "Hemos llegado a varias conclusiones similares".

Los conocimientos de ambas vías de investigación podrían llevar al uso de sedas de araña para reconstruir los ligamentos y para otras aplicaciones médicas y de nanoingeniería.

El estudio se publicará en la edición del 2 de febrero de la revista Nature.

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