Edderkopper: mysterium om de bitende klør afsløret

Optimal form og lagdelt konstruktion gør Bei klauen ekstremt modstandsdygtig og hård

Jagt takket være materiel fremspring: Cupiennius salei, en tropisk jakespind, gennemborer rovdyrets insekter med en gifteklo. © R. Barth
læst op

Stærk bid: Med deres skarpe, buede mundklør kan edderkopper gennembore endda hårde insekttanke. Hvad der gør klørne så stabile, har forskere nu afsløret: En smart kombination af optimal form og kompleks mikrostruktur gør den buede biter stiv og resistent på samme tid. Dette kunne også give værdifulde ideer til kunstige materialer, ifølge forskerne i tidsskriftet "Nature Communications".

Fra en nærbillede er edderkoppens munddele temmelig forbløffende: store, buede klør ender på et skarpt punkt, der ubesværet gennemborer endda et insekts hårde rustning. Når rustningen er blevet brudt, indsprøjter edderkoppen sin lammende og nedbrydende gift i sit bytte, hvis skæbne er forseglet. Det spændende ved det: Edderkoppens buede klør er dybest set lavet af det samme materiale som deres byttedyr: lavet af chitin, indlejret i en proteinmatrix. Ikke desto mindre er de hårdere og mere resistente.

Enorme kræfter

"Under et angreb oplever spidserne af disse kløer mekaniske kræfter, der er stærke nok til at komprimere, bøje og sno dem, " forklarer Benjamin Bar-On fra Max Planck Institute for Colloids Research i Potsdam og hans kolleger. En spindes bidstyrke kan nå op til en Newton, som eksperimenter viser. Ikke desto mindre brydes klo ikke af og viser sig at være stabil, selv efter gentagen brug. Når alt kommer til alt, skal klo også holde i cirka et år, for det er hvor lang tid det tager for edderkoppen at genoprette hele sin ydre skal og fange klør på sin næste molt.

Hemmeligheden bag den store stabilitet af denne naturlige hypodermiske nål er blevet undersøgt af Bar-On og hans kolleger ved hjælp af eksemplet på jægespinden Cupiennius salei. Oprindeligt hjemmehørende i Central- og Sydamerika, blev denne edderkop introduceret til Tyskland i 1960'erne. Med en længde på 3, 5 centimeter og en benvidde på 10 centimeter er den nattlige Lauerjäger temmelig stor og jager efter større insekter og endda små pattedyr.

Bitteklo i stresstest: Røde områder indikerer øget belastning Bar-On et al. / Naturkommunikation

Optimal form og krumning

Til deres undersøgelse bruger forskerne først mikro-tomografiske billeder til at bestemme den nøjagtige form og struktur af de hule kløer i denne jagtspider, krydset af en giftig kanal. Det viste sig, at edderkoppekloerne er næsten ideelt formet til at modstå stærke kræfter: på den ene side er de tilspidset i form og deres diameter, men også deres vægtykkelse stiger markant mod basen. Dette fordeler kræfterne, der virker på spidsen og forhindrer kløer i at bryde ud ved deres base, rapporterer forskerne. udstilling

På den anden side svarer klørnes krumning nøjagtigt til den marginale linje i en kvart cirkel, dette giver også stabilitet i det mindste hvis den associerende bevægelse nøjagtigt følger denne linje. "Men edderkoppernes fastgørelsesmekanisme er mere kompleks, og kæberne kan også flyttes i ikke-cirkulære spor, " siger Bar-On og hans kolleger. Dette alene er derfor ikke nok til at forklare kløernes modstand.

Stabil gennem lagdelte fibre

I det næste trin analyserede forskerne derfor mikrostrukturen af ​​edderkoppekloerne. Som de opdagede, består klovæggen af ​​adskillige overlagrede lag chitin nanofibre i en proteinmatrix i princippet, som forventet. Disse nanofibre er imidlertid arrangeret forskelligt i hvert lag: lag med parallelle chitinfibre skiftevis med lag af gensidigt snoede fibre.

Denne lagdelte arkitektur giver edderkoppekloerne yderligere stabilitet, som forskerne forklarer. Fordi de parallelle, rettet i klovlagets længderetning, beskytter dem mod at bøje og bryde. På den anden side har lagene med de snoede fibre en høj modstand mod tunge kræfter mindst mellem fem og 100 gange mere end de parallelle lag. Dette beskytter edderkoppeklo mod vridning og splinter.

Stimulering af kunstige materialer

"Dette viser, at edderkoppernes kloder i sig selv er perfekt tilpasset, " siger forskerne. De har en stor modstand, og på grund af deres struktur er de faste og stive nok til at gennembore insektskærme. Samtidig er edderkoppekloerne et andet eksempel på, hvordan naturen bruger lagdelte kompositmaterialer for at opnå optimale mekaniske egenskaber.

Ligeledes konstrueres for eksempel den lette, men solide skal af skildpadder, de hårde næb af blæksprutter og de ekstremt rivestandsdygtige tilbageholdelsesfinner af muslinger. Ifølge forskerne giver disse biologiske kompositmaterialer også værdifulde tip til produktion af nye, syntetiske materialer. Naturbeskyttelse er umagen værd. (Nature Communications, 2014; doi: 10.1038 / ncomms4894)

(Natur, 28.05.2014 - NPO)