"محتويات
هل خيوط العنكبوت أقوى من الفولاذ
دراسة خيوط العنكبوت
فك تشابك خيوط العنكبوت
غدد الحرير عند العنكبوت
تطور خيوط العنكبوت
حقائق مذهلة عن الحرير
سبب قوة شبكات العنكبوت

لابد أنك سمعت أن حرير العنكبوت أقوى من الفولاذ ، وكلنا نريد أن نصدق أن هناك مواد عجيبة في الطبيعة تفوق بكثير تلك التي من صنع الإنسان ، ولكن المشكلة في العبارات التي تبدو جيدة للغاية بحيث لا يمكن تصديقها هي أنها عادة ما تكون كذلك ، حيث أن الحرير العنكبوت ليس أقوى من الفولاذ ، ولكن هذا لا يجب أن يمنعنا من دراستها أو من التفكير فيها كمواد عجيبة .

هل خيوط العنكبوت أقوى من الفولاذ

في أحسن الأحوال قد يقارن حرير العنكبوت بالفولاذ عندما يتعلق الأمر بقوة الشد ، وهو أكبر ضغط يمكن أن تتحمله مادة ما قبل الكسر ، وبالنسبة لمجموعة متنوعة من حرير العنكبوت فإن قيمة قوة الشد أعلى بقليل من 1 جيجا باسكال ، وهي وحدة قياس القوة لكل وحدة مساحة ، وهذا يعادل قيمة متوسطة المدى للصلب حيث تتراوح نقاط القوة من 0.2 جيجا باسكال إلى ما يقرب من 2 جيجا باسكال .

قوة الشد هي خاصية حرجة واحدة فقط. تصلب الحرير ، وهو قدرته على التشوه بشكل مرن عند استخدام القوة ، وهو أقل بكثير من الفولاذ ، حيث يبدو أن حرير العنكبوت يتغلب على الفولاذ بهامش كبير هو كثافته ، والتي هي أقل ست مرات تقريبًا. على أساس الوزن ، ويبدأ الحرير في أن يبدو أكثر إثارة للاهتمام ، حيث تتجاوز نسبة القوة إلى الكثافة نسبة الفولاذ .

هناك العديد من التطبيقات التي تتطلب هذا المزيج من القوة والكثافة المنخفضة ، على سبيل المثال تم تصنيع طائرة 787 دريملاينر الجديدة إلى حد كبير من مواد مركبة ، حيث يتم الجمع بين العديد من المواد المختلفة لإعطاء التركيبة الصحيحة من الخصائص .

دراسة خيوط العنكبوت

سبب لدراسة حرير العنكبوت بشكل مخلص هو اهتمامنا بتقليد الطبيعة من خلال المحاكاة الحيوية ، والفرق الرئيسي بين المواد الطبيعية والمواد التي من صنع الإنسان لا يتعلق بالكثير من الخصائص الفيزيائية ولكن حول كيفية صنعها .

فك تشابك خيوط العنكبوت

الحرير العنكبوت هو بروتين وتتكون البروتينات داخل الخلايا الحية ، وهي عملية تحدث في درجة حرارة الجسم ، على عكس تصنيع الصلب الذي يحدث في الفرن ، وإن سحر حرير العنكبوت له كل علاقة بنقل المعلومات من خلال الحمض النووي ، وإن الهندسة البشرية بارعة في استخدام المزيد من الطاقة لحل المشكلات ، وتقوم الطبيعة بذلك من خلال استخدام معلومات أفضل .

شبكات العنكبوت مصنوعة من الحرير ، والحرير مصنوع من شيء يسميه العلماء البروتينات ، والبروتينات هي مواد كيميائية خاصة مصنوعة من كائن حي مثل حيوان أو نبات ، ولديك الكثير منها في جسمك. عادة ما يكون للبروتينات وظيفة معينة للقيام بها ، وينضم البعض معًا لجعل شيء أكبر ، ويتكون شعرك وأظافرك من البروتينات كلاهما مصنوع من بروتين يسمى الكيراتين .

كما تصنع البروتينات من عناصر وفيرة مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين ، والناتج الثانوي الوحيد للتفاعل الذي يصنع البروتينات هو الماء ، لذلك يمكن أن تدعي المواد الطبيعية مثل حرير العنكبوت أنها صديقة للبيئة ، لأنها تستخدم طاقة أقل وعناصر وفيرة ، مما يجعل المعالجة متفوقة على معظم المواد الهندسية .

يعد الحرير العنكبوتي أقوى من الفولاذ على أساس الوزن بينما يكون صديقًا للبيئة ، وقد لا يحتوي هذا على نفس الحلقة البليغة مثل حرير العنكبوت أقوى من الفولاذ ، لكنه يروي قصة أكثر دراماتيكية حول لماذا تقليد المواد الطبيعية هو مجال سريع النمو لعلوم وهندسة المواد ، وما زلنا قادرين على الفهم الكامل لكيفية صنع حرير العنكبوت ، وأدت محاولة التسويق من خلال ماعز العنكبوت ، حيث أنتجت الماعز المعدلة وراثيًا حليبًا يحتوي على بروتين إضافي يمكن استخراجه وغزله في خيوط حرير العنكبوت إلى الإفلاس ، ولكن يبقى الأمل أنه من خلال دراسة كيفية إيصال الحرير العنكبوتي لقوته من خلال سلسلة من الجينات الموجودة في الحمض النووي للعنكبوت ، سيتمكن المهندسون يومًا ما من بناء الطائرات والأجهزة الأخرى عالية الأداء باستخدام مواد تجنيب الكوكب غنية بالمعلومات وقليلة الطاقة .

غدد الحرير عند العنكبوت

الحشرات والعناكب تصنع الحرير في جزء خاص من جسمها يسمى الغدة ، وتستخدم أرجلها لإخراجها من أجسامها ، وهذا ما يسمى الغزل ، وتحتوي معظم أنواع العنكبوت على أكثر من نوع واحد من غدة الحرير ، وكل واحد له قوة ومقاومة مختلفة ويستخدم لغرض معين مثل إطار الويب أو الخيوط اللزجة أو تغطية البيض ، وتعتمد قوة وتمدد الحرير على الطريقة التي يرتب بها جسم العنكبوت بروتينات الحرير .

تطور خيوط العنكبوت

تطورت العناكب لتدور شبكات حريرية قوية جدًا حتى تتمكن من التقاط الحشرات للأكل ، وهذا يعني أنه منذ زمن بعيد ، التقطت العناكب التي صنعت شبكات أقوى حشرات أكثر للأكل ولديها أطفال أكثر ، لكن العناكب التي جعلت الشبكات الضعيفة تمسك بحشرات أقل ولديها أطفال أقل .

بعد ملايين السنين من هذه العملية ، يصنع بعض العناكب اليوم حريرًا قويًا جدًا ، وعادة لا نلاحظ مدى قوتها لأنها رقيقة بشكل مثير للدهشة ، لكن أقوى الحرير مثل الحرير من العنكبوت الذهبي ، هو في الواقع أقوى من الفولاذ ، والأكثر إثارة للدهشة هو أنه خفيف مثل الضوء .

في الواقع حرير العنكبوت يشبه إلى حد ما تقاطع بين الفولاذ والمطاط ، حتى بمساعدة الآلات والمواد الكيميائية المعقدة ، لا يزال البشر لا يعرفون كيف يصنعون مادة بهذه القوة والمطاط والضوء ، ولكن العناكب لا تزال الأبطال في ذلك .

حقائق مذهلة عن الحرير

يعرف معظم الناس أن العناكب ودودة الحرير تصنع الحرير ، ولكن هل تعلم أن هناك أكثر من 20 مجموعة مختلفة من الحيوانات التي تصنع الحرير ، وتشمل الحيوانات التي تصنع الحرير الصراصير والأسماك الفضية والديدان المتوهجة والنمل والنحل والزنابير والذباب واليرقات والأشجار واليرقات .

بعض هذه المنتجات تصنع الحرير لحماية نفسها ، الصراصير على سبيل المثال تستخدم الحرير لخياطة الأوراق معًا لبناء عش ، ويستخدم البعض الآخر الحرير في التزاوج مثل ذباب الرقص ، حيث يُبهر الذكر الأنثى بهدية من الطعام ملفوفة بالحرير ، ويستخدم البعض الحرير للصيد ، مثل العناكب وحتى الديدان المتوهجة ، التي تستخدم الحرير اللزج لالتقاط الحيوانات الطائرة التي يرغبون في تناولها .

سبب قوة شبكات العنكبوت

اكتشف العلماء سبب قدرة شبكات العنكبوت على الصمود أمام قوى ضخمة دون أن تنكسر ، ولاكتشاف مدى قوة شبكات العنكبوت ، اختبر العلماء شبكات العنكبوت الحقيقية وأجروا عمليات محاكاة للكمبيوتر ، ووجدوا أن بعض شبكات العنكبوت يمكنها تحمل رياح الأعاصير ، على الرغم من أن الحرير قوي جدًا إلا أنه ليس العامل المهم الوحيد في قوته حيث تتميز شبكات العنكبوت بتصميم معقد للغاية .

تصبح شبكة العنكبوت أقوى عندما ينكسر الخيط خاصية مادية ذكية بشكل لا يصدق ، تخيل لو قمنا ببناء كائنات عندما تنقطع قليلاً تصبح الأشياء أقوى ، ويأمل العلماء أن يتم استخدام هذه النتائج للمساعدة في تصميم مواد جديدة فائقة القوة .

وجد العلماء أيضًا أن حرير العنكبوت يمكن أن يتفاعل بشكل مختلف مع أنواع مختلفة من القوى ، وإذا هبت رياح خفيفة على الويب ، فإن الحرير يلين ويصبح أكثر مرونة ، ويمكن لشبكة العنكبوت أن تهب في النسيم دون أن تنكسر ، وإذا تم تطبيق قوة أكبر على جزء واحد من الويب ، يصبح الحرير في ذلك الجزء من الويب متصلبًا ويتكسر خيط واحد أو خيطين .[1]

المراجع"