El secreto de la resistencia de la tela de araña ha sido revelado

Descubren la resistencia de la seda de la araña, de su composición se deriva su elasticidad y la fuerza de su composición única y compleja. Hoy en día, los investigadores parecen haber traspasado sus secretos y ahora tienen las claves para poder crear un material artificial de la misma resistencia.

Sólida como el acero, más resistente que la fibra de aramida (más conocida bajo la marca Kevlar) cuenta con una densidad menor que el algodón o nylon. Este material es impresionante, estamos hablando de la seda de araña. En un tela de araña, cada hilo puede absorber grandes cantidades de energía sin romperse, como el impacto de un insecto volador.

Todas estas cualidades han hecho soñar desde hace mucho tiempo a los científicos, a quienes le gustaría lograr recrear artificialmente estas propiedades. Pero incluso hoy en día, las fibras artificiales no alcanzan el nivel de calidad de fibras las naturales, y arácnidos cultivados para este propósito se devoran unos a otros. Por tanto, es necesario entender mejor el origen de las sorprendentes propiedades de la seda de araña, un secreto finalmente descubierto por los biofísicos en el Institute for Theoretical Studies, con sede en Heidelberg, Alemania.

La seda de la araña se compone de elementos cristalinos muy organizados (rosa) y amorfos, más desordenados (en azul). © Biophysical Journal

Tela de araña: una mezcla de dos péptidos

Al igual que el gusano de seda, las arañas elaboran una fibra consistente en una sutil mezcla de dos componentes: un cristalino y un amorfo. El elemento cristalino, que representa aproximadamente el 10-25% de la fibra está formado por un conjunto de pequeños péptidos, de seis a diez aminoácidos que contienen alanina o alanina y glicina. Estos péptidos se organizan en cristales de 2 a 5 nanómetros para más adelante, a través de enlaces de hidrógeno entre las diferentes capas se superponen con el resto de aminoácidos (que forman la estructura denominada hoja β).

A diferencia de su compañero, el componente amorfo no está constituido por una red de átomos organizados. Los péptidos que la componen son más largos y más ricos en glicina, y su organización parece aleatoria. El componente amorfo es el que dota de elasticidad a la seda de la araña y garantiza una distribución de tensiones a lo largo del hilo, los cristales, por su parte, dan solidez a la estructura.

Tan delgada y sin embargo tan fuerte, la tela de araña es una trampa peerfecta. © Michael Gabler, la enciclopedia libre, Creative Commons 3.0

Dos modelos para comprender el origen de la resistencia

Para comprender mejor el papel y las interacciones entre los dos tipos de material, los investigadores utilizaron dos herramientas de modelado en dos escalas diferentes. La primera es la simulación de la dinámica molecular para modelar el movimiento de un grupo de átomos en tiempo real. Conocer la secuencia exacta de las proteínas implicadas en ambos componentes de la tela de seda de la araña de jardín (Araneus diadematus) y las interacciones de cada uno de los 300.000 átomos que hay que tener en cuenta, un cálculo complejo basado en algoritmos es el que puedes imaginar está presente en este tipo de estructura.

Además de la escala atómica, un segundo método de modelado (método de elementos finitos) ha sido utilizado en la investigación científica, esta vez centrándose en la escala global de la tela de araña. Es de conocimiento general que las arañas tejen mallas con determinadas formas geométricas, en la que cada célula tiene unos parámetros concretos y conocidos. .

Este doble enfoque, aplicado a la modelización de diferentes arquitecturas de la fibra de seda, ha permitido a los investigadores demostrar que la resistencia se obtiene cuando se forman los componentes cristalinos y amorfos de los sucesivos discos apilados, y no cuando son asociados al azar. Estos resultados, publicados en la revista Biophysical Journal deberían permitirnos recrear artificialmente este material único que nos sigue fascinando.

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