Wissenschaftler entwirrt Spider Web Klebrigkeit

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Ali Dhinojwala und Vasav Sahni verstehen sich als Materialwissenschaftler, nicht Biologen. Sie studieren Oberflächen, Reibung und Haftung. Dennoch haben sie entdeckt, dass verstehen, wie die Natur Dinge macht Stick bedeutet manchmal aufstehen nah und persönlich mit den Kreaturen verantwortlich.

Als sie, z. B. erkannt die Klebrigkeit von Spinnenseide, "Wir dachten, es gäbe nichts sexier als in diesem Bereich tätigen", sagte Sahni. "Ich ahnte, dass arbeiten mit Spinnenseide bedeutete mit Spinnen zu arbeiten. Große, beängstigend Spinnen."

Frische Proben machen "mit neu gesponnen Spinnweben, in denen die Spinne auf ihre Beute warten würde, Arbeiten beteiligt," fügte er hinzu. "Dann wurde mir mitgeteilt, dass die Spinnen, mit denen ich arbeite ungiftig, sind die beruhigt mich ein wenig."

Wer in direkten Kontakt mit einem Spinnennetz kommt weiß wie klebrig ist es, das Ergebnis einer Kleber-wie Substanz, die die Spinne von einem der Drüsen in seinem Magen produziert. Aber bis vor kurzem Wissenschaftler habe nicht verstanden, wie der Leim Verhalten.

Dhinojwala, ein Professor und Leiter des Department of Polymer Science an der University of Akron in Ohio und Sahni, Doktorand, verbunden mit Todd Blackledge, Professor für Biologie, zu versuchen, herauszufinden, die Eigenschaften der mikroskopischen Substanz, die Orb-weben Spinnen entlang der runden Ringen aus Seide zu hinterlegen, die sie im Rahmen ihrer Netze spinnen. Die Tröpfchen – drei Mal dünner sind als der Durchmesser eines einzelnen Haares — die fliegen und andere Insekten, die Spinnen essen zu erfassen.

"Es ist nicht nur die Klebrigkeit", sagte Dhinojwala. "Wir wollten besser zu verstehen, die Haftung – wie elastisch es ist? Wie dehnbar ist. Das Ziel war nicht zu bestimmen, was es, gemacht wurde, aber wie es sich verhält und warum es so klebrig ist?"

Die Tropfen bestehen aus hoch verschränkte Polymere, die physikalisch oder chemisch vernetzt und Kräfte sehr effizient übertragen. Unter dem Mikroskop die Forscher auf einzelnen Leim Tropfen während der Messung ihre Kraft-Verlängerung Verhaltens gezogen – nicht einfach zu tun, mit einer kleinen Sonde.

Sie fanden das Material zu zäh und elastisch, wertvolle Eigenschaften für den Fang von eingehenden schnell fliegende Insekten – und die Opfer gefangen zu halten, lange genug, um die Spinne zu unterwerfen und zu verschlingen, Sie.

Konsistenz des Materials ist nicht ganz flüssig, noch wie Honig, oder sogar wie silly Putty. "Es fühlt sich wie Kaugummi", sagte Dhinojwala. "Es hält nur dehnen Dehnung und."

Es ist auch wasserdicht, ein nützliches Feature, da Spinnen unter feuchten Bedingungen, einschließlich Regen arbeiten. In der Tat, sagte das Material verliert seine Klebrigkeit ohne Feuchtigkeit, "im Gegensatz zu Scotch Tape, das klebrige ist nicht mehr, sobald Sie Wasser auf ihn setzen," Dhinojwala. "Dieser Leim benötigt Wasser klebrig sein."

Die Forscher hoffen, dass die Daten müssen wichtige praktische Anwendungen bei der Entwicklung von neuen Bio-Klebstoffe, insbesondere Bandagen und andere Produkte, die ihre Klebrigkeit bei Kontakt mit Wasser zu behalten, müssen. "Manchmal Sie Ihre Bandagen unter Wasser arbeiten wollen", sagte Dhinojwala. "Auch, gibt es eine ganze Reihe von Zeiten, die wir Dinge unter Wasser anfügen möchten. Wasser ist immer ein Problem mit Klebstoffen. Aber dies kann unter Wasser festhalten."

Die Forscher untersuchten nur Orb-weben Spinnen, die häufig in Bäumen und Gräsern zu finden sind. Wie der Name schon sagt, sie drehen eine Kugel-wie Web – das heißt, ein Netz in Form eines Kreises mit Speichen und Ringe.

Die Spinnen verwenden verschiedene Drüsen in ihren Mägen Proteine absondern, die das Web zu machen. Das Gewinde der Speichen – die bietet das Web Stärke – stammen aus einer Drüse, bekannt als die großen Ampullendrüse. Jede Spinne hat zwei davon.

"Das Thread ist bekannt für seine Stärke," sagte Dhinojwala. "Es unterstützt eine Menge Gewicht. Gewicht ist, dass Seide stärker als Stahl."

Sahni erinnert an den Tag, den die Forscher versucht etwas synthetischen zu finden, die auf die Eigenschaften der Spinnenseide vergleichen könnte. "Unnötig zu sagen, wir nicht", sagte er.

Die Kreise — wo lagert sich der Klebstoff – kommen aus der kleinen Ampullendrüse Drüse. Jede Spinne hat zwei von diesen auch.

"Das Material nennt man Spirale Seide und dient dazu, Insekten zu fangen, so dass es klebrig ist", sagte Dhinojwala. "Wenn Sie Spirale Seide unter dem Mikroskop betrachten, sehen Sie diese kleine Tropfen – Kleber." Die Tropfen kommen aus noch eine weitere Drüse, bekannt als die aggregierten Drüse. Jede Spinne hat vier davon.

Sobald Sahni seine Angst überwand, ging er auf Exkursionen zu spinnen für die Experimente zu jagen. "Exkursionen zu jagen Spinnen bringen in unserem Labor geht auf Naturschutzgebiete, etc. war etwas, was ich als nicht-Biologe, nie war ausgesetzt und daher sehr gut gefallen", sagte er.

"Als Vasav hierher kam hatte er keine Ahnung, was er mit Spinnen arbeiten würden," hinzugefügt Dhinojwala. "Er kam mit Polymeren zu arbeiten. Er hatte wirklich Angst vor Spinnen – er hatte nie berührt eine oder einer gehandhabt. Sein Instinkt war zu fliehen. Er geht unter die Brücke und fängt sie. Er ist eine neugierige Kerl, und seine Neugier überholte seine Angst."

Im Wesentlichen sagte drehte sich die Spinnen ihre Netze in einer Box im Labor "und sammelten wir die Proben," Dhinojwala. "Wir setzen das Spinnennetz in eine Glasplatte und verwendet eine winzige Sonde stecken es zu messen, wie viel Kraft erforderlich war, um es auszuziehen." Wir testeten die Festigkeit und die Elastizität – nicht nur seine kleben, macht aber wie elastisch und dehnbar war es, die kritisch für Klebrigkeit und der große Knackpunkt die Adhäsion zu verstehen ist. "

Der National Science Foundation finanziert die Arbeit und die Ergebnisse erschien vor kurzem in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Dhinojwala und seine Kollegen haben lange interessiert worden wie die Natur eine eigene Klebstoffe produziert. Er hat studiert, wie die Gecko Eidechse kann halten Sie sich an Oberflächen ohne Kleber-wie Substanz, und derzeit schafft Kunststoff inspiriert von seinem Gecko-Forschung. "Wir Bänder ohne Klebstoff basiert auf, was wir von den Geckos gelernt," sagte er.

"Was tut die Spinne Entwicklung vom Feinsten", fügte er hinzu. "sie haben überlebt durch die Natur effektiv zu nutzen. "Je mehr wir lernen, wie Natur dieser Materialien, die bessere Position verwendet, werden wir in dies nutzen und Design Dinge basierend auf was wir lernen."

Sahni stimmt. "Wir, nicht-Biologen, total schon jetzt aufgeregt wenn wir sehen, eine Spinne Spinnen ein Netz, oder wenn wir sie fangen ihre Beute sehen," sagte er. "Dieses Interesse und Faszination für dieses Feld fordert uns auf, das Warum und wie, um alles zu bitten."

Lesen Sie mehr über das Projekt und die Uhr ein Audio-dia-Show über die Arbeit hier.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen-Archiv.