Slik lages edderkoppsilke

Edderkoppsilke er et av de kraftigste materialene som finnes, og edderkoppen lager silken lynraskt.

Publisert
Millioner av edderkopper søkte tilflukt i trærne under en flom i Pakistan, og dekket dem med spindelvev. (Foto: wenn.com/Scanpix)
Millioner av edderkopper søkte tilflukt i trærne under en flom i Pakistan, og dekket dem med spindelvev. (Foto: wenn.com/Scanpix)

Spindelvev er overalt hvor det er mørkt og fuktig. Alle som har gått ned en gammel kjellertrapp har sett små spindelvev i hjørner og under gamle planker langs veggene.

Siden vi ser spindelvev så ofte, er det lett å glemme hvor spesielt dette materialet er. Som kjent, er edderkoppsilke sterkere enn stål, i tilegg til å være tøyelig og fleksibelt.

Silken tåler ekstreme temperatursvingninger, helt fra -40 til over 200 grader, og noen typer edderkoppsilke er mye kraftigere enn kevlar, materialet som brukes i skuddsikre vester.

– Det er utrolig fascinerende at edderkopper har utviklet en måte å produsere verdens sterkeste fiber, som lages nesten umiddelbart og er nedbrytbart, skriver to av forskerne bak artikkelen, Anna Rising og Jan Johansson, i en e-post til forskning.no.

Bilde fra forskningsartikkelen som viser silkekjertelen og innsnevringen til en slags lang, buktende trakt. Legg merke til den synkende pH-verdien. (Foto: Skjerdump/Rising et. al)
Bilde fra forskningsartikkelen som viser silkekjertelen og innsnevringen til en slags lang, buktende trakt. Legg merke til den synkende pH-verdien. (Foto: Skjerdump/Rising et. al)

Det er også et veldig anvendelig materiale for edderkoppen, og edderkopper spinner flere forskjellige typer silke som brukes til spindelvev, tau som edderkopper henger fra, innpakning av byttedyr og mange flere.

Så hvordan lages dette naturlige supermaterialet?

Alt begynner i silkekjertelen

Svenske, kinesiske og amerikanske forskere har nå undersøkt hvordan edderkoppsilke-prosessen reguleres.

Silken består av noe som heter spidroiner, store proteiner som lages og lagres i en silkekjertel.  Når edderkoppen skal spinne, klarer den å konvertere disse proteinene til solide fibre i løpet av noen brøkdelssekunder.

De fleste edderkopper har mange slike kjertler, som lager et og et fiber. Disse fibrene blir så spunnet sammen til edderkoppsilke i spinnevorten.

Spidroinene dannes i silkekjertelen, og blir lagret i geleform før de brukes.

Kjertelen blir smalere og smalere, og blir til en lang trakt hvor silkefibret dannes.

Vann fjernes fra fibrene, og på enden er det et slags munnstykke som sørger for at diameteren til silkefibrene blir riktig, og spinner selve edderkoppsilken.

Spinnevorten til en edderkopp under et mikroskop. Trådene av silke kommer ut av små "munnstykker", og denne biologiske fabrikken spinner også trådene. (Foto: Science Photo Library/Scanpix)
Spinnevorten til en edderkopp under et mikroskop. Trådene av silke kommer ut av små "munnstykker", og denne biologiske fabrikken spinner også trådene. (Foto: Science Photo Library/Scanpix)

Lavere pH-verdi og endrede proteiner

Man vet at silken lages på et spesielt sted i trakten, men forskerne ville undersøke akkurat hva som skjer med spidroinene i prosessen. Mens spidroinene er i geleform og løst i vann, har proteinene en uorganisert struktur.

Når de konverteres til silke, endrer strukturen seg og blir svært stabile. Denne endringen skjer blant annet på grunn av et fall i pH-verdi gjennom trakten.

Ved å bruke bitte små mikroelektroder kunne forskerne måle pH-verdien på forskjellige steder i trakten.

De fant at pH-verdien sank gradvis fra en ganske nøytral verdi på 7,6 i begynnelsen av trakten, til en mye surere verdi på 5,7 halvveis ned i trakten.

Forskerne fant ut at fallet i pH-verdi ble opprettholdt av et enzym som heter karbonisk anhydrase. Dette enzymet konverterer karbondioksid og vann til hydrogenkarbonat og protoner, noe som gjør miljøet surere. Prosessen kan også reverseres.

De fant også at karbondioksidtrykket økte nedover i trakten, og at dette også kan ha en effekt på spidroin.

Hele denne prosessen har en forvandlende effekt på spidroin-proteinet. Den nøytrale pH-verdien forhindret proteinene i å binde seg til hverandre, og klumpe seg sammen.

Når de presses ned i det surere miljøet i trakten, begynner proteinene å binde seg sammen og ”brette seg” gradvis ut for å danne silkefibre.

– Edderkoppen har utviklet helt unike mekanismer for å kontrollere proteinenes vannløselighet og ”sammenklumpning”, skriver Rising og Johansson.

Industriell edderkoppsilke?

Edderkoppsilke er et så sterkt og anvendelig materiale at man kunne brukt det i mange forskjellige industrier, for eksempel i ekstremt kraftige kabler eller skuddsikre vester.

– Av kostnadsgrunner tror vi at edderkopptråd kommer først til å bli brukt i regenererende medisin, hvor man prøver å reparere eller gjenskape kroppsvev, skriver Rising og Johannson.

Ingen andre syntetiske stoffer kan foreløpig måle seg med edderkoppsilke, men det er et stykke igjen til det kan produseres på stor skala, og edderkoppfarmer er vrient.

– Edderkopper er territorielle, og spiser hverandre hvis de er sammen.

Anna Rising og Jan Johannson skriver at man klarer å lage små mengder silkeproteiner ved hjelp av bakterier, men det har ikke lyktes å veve disse sammen til en tråd som er like bra som det edderkoppene lager.

– Våre funn kan brukes for å etterligne edderkoppens måte å lage silke på, og på en mer naturnær måte enn hva som før har vært mulig, mener Rising og Johannson.

Men først må man kunne produsere silkeproteinene på en mer effektiv måte, og bygge en god spinnemaskin, ifølge forskerne.

– Man har fortsatt dårlig innsikt i hvordan edderkoppen produserer så mye protein, og nøyaktig hvordan tråden er bygget opp.

Det kan også være andre måter å påvirke pH-verdien i kjertlene, som foreløpig ikke er kjent, forteller forskerne.

Referanse:

Andersson M, Chen G, Otikovs M, Landreh M, Nordling K, et al. (2014) Carbonic Anhydrase Generates CO2 and H+ That Drive Spider Silk Formation Via Opposite Effects on the Terminal Domains. PLoS Biol 12(8): e1001921. doi:10.1371/journal.pbio.1001921