مادة مثيرة للإعجاب هي خيوط العنكبوت، فهي خفيفة الوزن ، قابلة للتمدد ، أضف إلى ذلك أنها أقوى من الفولاذ . لكن التحديات التي تواجه العنكبوت لصنع هذه المادة كبيرة جداً .

خيوط العنكبوت مكونة من بروتين يسمى “سبايدروينز ” و عليه أن يتحول من الهيئة السائلة إلى ألياف صلبة في سرعة كبيرة عند درجة حرارة المحيط مع وجود الماء كمذيب !

كيف للعناكب أن تعمل هذا العمل المذهل؟!

في بحث جديد نشرته مجلة  ” pen Access POLS Biology ” في الخامس من أغسطس لـ “آنا ريزينق ” و ” جان يوهانسون ” أظهرا فيه كيف يتم تنظيم عملية صنع خيوط العنكبوت و قد تم إنجاز العمل في الجامعة السويدية للعلوم الزراعية و معهد كارولينسكا  بالتعاون مع زملاء في لاتفيا و الصين و الولايات المتحدة الأمريكية .

السبايدروينز بروتين كبير مكون من أكثر من 3500 حمض أميني و يحتوي على تسلسلات معظمها متكررة، لكن أهم جزئية من السبايدرونز هي التسلسلات النهائية من البروتين تلك التسلسلات في بروتينات خيوط العنكبوت فريدة و تتشابه جدا بين العناكب المختلفة. السبايدروينز له بنية حلزونية غير مرتبة عندما يخزن داخل غدد الخيوط في هيئته السائلة، لكنه عندما يتحول إلى خيوط فإن بنيته تتغير كليا إلى بنية تُورَث درجة عالية من الاستقرار الميكانيكي ، هذه التغيرات تأتي نتيجة درجة الحموضة الموجودة بين نهايات غدد الخيوط .

الغدة تبدأ بذيل ضيق يليه حوصلة ثم قناة رفيعة ، وبالرغم من أن خيوط العنكبوت تصنع في مكان محدد داخل القناة مع ذلك هناك الكثير من التفاصيل المعقدة والمحيرة حول كيفية صنع خيوط العنكبوت.

باحثا الدراسة أظهرا باستخدام أقطاب كهربائية عالية الانتقائية لقياس درجة الحموضة داخل الغدة أن درجة الحموضة انحذرت من مستوى الحموضة الطبيعي 7.6 إلى درجة حمضية هي 5.7 بين بداية الذيل و منتصف القناة و درجة الحموضة التي ظهرت كانت أكثر حدة مما كان يُعتقد سابقا، الأقطاب الكهربائية الصغيرة  أيضا أظهرت أن تركيز أيونات البيوكربونات و ضغط ثاني أكسيد الكربون يزيدان معاً على طول الغدة .

و قد وجدا من خلال هذه الأنماط من التصميم أن درجة الحموضة قد تكون نتيجة وجود أنزيم يسمى ” كاربونيكانهيدريز ” و هو الذي يحول ثاني أكسيد الكربون و الماء إلى بيوكربونات و أيون هيدروجين و بالتالي يصنع وسط حامضي و قد استخدم الباحثان طريقة قاما بتطويرها حيث تمكنا من رصد نشاط أنزيم  ” الكربونيك انهيدريز ” في الجزء الضيق من القناة و تأكيد مسؤوليتها عن درجة الحموضة.

و وجد الباحثان أن لدرجة الحموضة تأثير مختلف على استقرار كلًا من نهايتي طرفي بروتين السبايدروينز ، و كان هذا مفاجئا لأنهم كانا يتوقعان أن هاتان النهايتان لهما نفس الدور في تكوين خيوط العنكبوت ، فـ “منطقة النهاية N ” تميل إلى الاقتران بجزيئات أخرى في بداية القناة و تصبح مستقرة بشكل متصاعد مع زيادة الحموضة على طول القناة، أما ” منطقة النهاية C ” يتزايد عدم استقرارها مع زيادة الحموضة وتنحل تعقيداتها البنائية تدريجيا إلى أن تُكوْن البنية الخاصة للخيوط في درجة حموضة تبلغ 5.5 .

هذا الفهم الجديد جعل الباحثان يقرران النموذج الجديد ” القفل و الزناد ”  لصنع خيوط العنكبوت الذي يتم فيه الاقتران التدريجي  عند ” منطقة النهاية N ” حتى تقفل على شبكة من جزيئات البروتين ، بينما التغير في البنية عند ” منطقة النهاية C ” حيث يمكنها الوصول إلى البلمرة السريعة للسبايدروينز و تحويله إلى ألياف .

و من المثير للاهتمام أن بنية منطقة النهاية C  تشابه الموجودة في لييفات “الأمايلود” الموجودة في أدمغة أشخاص مرضى بأمراض كمرض الزهايمر. و هذه الآلية تشرح بشكل رائع كيف يمكن للعناكب هذه المخلوقات المذهلة أن تصنع خيوطها بسرعة و سلالة داخل قناة الغزل ، بالإضافة إلى أنها تساعد البشر لفهم كيف يمكنهم محاكاة العناكب في صنع  ألياف سبايدروين مشابه للطبيعية  للأغراض البشرية الخاصة، بالإضافة إلى أن معرفة كيف تغزل العناكب خيوطها قد يعطي نظرة ثاقبة  تؤدي إلى معرفة طرق طبيعية تعيق ألياف ” الأمايلويد ”  المرتبطة بأمراض كمرض الخرف.

المصدر :
Physics organization