الملخص: 

العلماء بصدد معرفة أسرار إحدى أكثر المواد الطبيعية قيمةً وإثارة ألا وهي خيوط العنكبوت. وقال البروفسور هانيس ستشنيب من قسم العلوم التطبيقية في معهد وليام آند ماري، بأن الخيط الواحد من خيوط العنكبوت يعد أقوى بخمس مرات من سلك فولاذي بنفس حجمه.

قضى طاقم مختبر البروفسور ستشنيب وقتًا طويلاً لمعرفة أسرار قوة العنكبوت الناسك البني، وكان اكتشافهم الأخير مفاجئاً عندما اكتشفوا بأن الناسك البني لا ينسج خيطًا واحدًا من ألياف البروتين. وشرح ستشنيب قائلًا: ((لقد ظننا بأننا سنجد الخيط ككتلة ضخمة، لكننا اكتشفنا بأن الخيط عبارة عن سلكٍ صغير)). حيث تصدّر الاكتشاف قائمة الاكتشافات التي صدرت من نفس المختبر عام 2017 وأزاح الستار عن سبب آخر من أسباب قوة خيوط العنكبوت الناسك البني ألا وهو وجود حلقات معقودة داخل تركيبه. وق مولت مؤسسة العلوم الوطنية هذا الاكتشاف لما في خيوط العنكبوت من أهمية بالغة وذلك لأن قوتها وصلابتها تجعل من الخيوط الاصطناعية منها خيوطًا “قيّمة” في مجال علم المواد والهندسة.

قال موهان سيرينيفاسارو رئيس برامج مؤسسة العلوم الوطنية الذي ساعد على تمويل البحث: (( معرفة السبب وراء الصلابة الشديدة لخيوط العنكبوت مقارنة بخيوط الحشرات الأخرى فأصبح هذا السبب حافزًا أساسيًا لإجراء العديد من الدراسات بالإضافة إلى انتاج خيوط اصطناعية في المختبرات، ومن هذا المنطلق فإن النتائج التي صُدرت قد أعطت دليلًا شيقًا عن “الخدع الخفية” التي تقوم بها الطبيعة لإنتاج هذه المواد المذهلة)) وأضاف: (( معرفة خصائص الناسك البني للعنكبوت الجزيئية لن تعطينا معلومات فقط عن أحد أكثر المواد الطبيعية صلابة بل وستمهد الطريق أيضًا لصناعة مواد اصطناعية أخرى)).

قام ستشنيب وخريج كلية العلوم التطبيقية الطالب كيجو وانج بشرح النتائج التي توصلا إليها في موضوع بعنوان “قوة خيوط العنكبوت الناسك البني الناتجة من الخيوط النانوية” في صحيفة آي سي اس ماكرو ليترز وهي صحيفة قيمة بالنسبة للجمعية الكيميائية الأمريكية. استخدم ستشنيب ووانج تقنية حساسة للغاية تعرف بتقنية القوة الذرية المجهرية لدراسة التركيب الجزيئي لخيوط العنكبوت. وتُدرس الأن عينة مأخوذة من مجموعة مؤلفة من حوالي 100 عنكبوت ناسك بني في المختبر المركزي للعلوم المتكاملة التابع لهانيس ستشنيب، ويقود ستشنيب مجموعة تعنى بدراسة خصائص الخيوط التي تنسجها هذه العناكب السامة.

قال ستيفن سالبوكاس: ((لقد اكتشفنا بأن الألياف مصنوعة من عدد من الخيوط النانوية))، وقال ستشنيب: ((كل خيط نانوي عبارة عن خيط رفيع مصنوع من البروتين ويمثل ما يقل عن جزء من مليون انش في قطر دائرة)). وأشارت الصحيفة إلى أن خيط الناسك البني الطبيعي مصنوع من حوالي 2500 خيط نانوي. حيث صمم ستشنيب ووانج نموذجًا مفصلًا لتركيب الخيوط وأظهر النموذج خاصية مشوقة أخرى لخيوط العنكبوت الناسك البني. فقد عرف العلماء منذ وقت طويل بأن خيوط العنكبوت الناسك البني مسطحة وليست مستديرة وذلك بعد رؤية مقطع عرضي لها. الأمر المشوق هو أن ستشنيب ووانج أشارا إلى أن الخيوط النانوية أو الألياف النانوية ليست خيوطًا معقودة أو ملفوفة بل خيوطًا متوازية.

من الصعب وصف مدى رفاعة خيوط الناسك البني، فدائمًا ما نقول أن هذا الشيء دقيق كالشعرة لكن هذه الخيوط ادق بكثير من الشعرة. قال ستشنيب متعجبًا: ((كيف يمكننا مقارنة سُمْك شعرةٍ ملفوفةٍ بخيوط العنكبوت المنبسطة؟ فلو أردنا أن نقارن بينهما بدقة فسنحتار كثيرًا)). وأضاف أن المقارنة الدقيقة لا تأخذ بعين الاعتبار سماكة خيوط الناسك البني فحسب والذي يعد أقل سماكة بآلاف المرات من سماكة الشعر بل وتهتم بحقيقة أن المقطع العرضي للشعرة يشير إلى أنها اسْمك بعشر مرات من خيوط العنكبوت الملفوفة، ونتيجة لذلك أشار ستشنيب إلى أن سُمْك المقطع العرضي للخيط يعادل واحد من عشرة آلاف من المقطع العرضي للشعرة.

اكتشف ستشنيب ووانج أيضًا بأن الخيط النانوي الواحد ينفصل بسهولة عن بعضه البعض مما يؤكد على أن الروابط التي تربط بين الألياف النانوية ضعيفة نسبيًا. و الجدير بالذكر هو اكتشافهم أيضًا بأن الغاية من معرفة سماكة الخيط يكمن في طول الخيط النانوي الواحد. عرض العلماء عددًا من النماذج لتفسير البنية التنظيمية للخيط وماهية البنية التي تساهم في تشكيل الخصائص المرغوبة والهامة بالنسبة لسماكة وقوة الخيط. وقال ستشنيب بأن النموذج المعروض في الصحيفة يعد النموذج الأبسط والأنسب من بين النماذج الأخرى وقال: ((نؤمن بأن سر خيوط العنكبوت الناسك البني يكمن في الليف النانوي الواحد)).

المترجم: روان الرفاعي

المراجع: عبد السلام العقيل
تويتر:@7Asalam7

المصدر:

William & Mary