مقدمه

بر اساس مجموعه مقالات چاپ شده توسط آکادمی ملی علوم آمریکا، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا و ارتش ایالات متحده در مطالعه ی تار عنکبوت به پیشرفت هایی دست یافته اند. تار عنکبوت را می توان تا سی الی پنجاه درصد طول اولیه اش بدون پاره شدن کشید. این ماده از فولاد محکم تر و از نظر استحکام با الیاف کولار قابل مقایسه است. بر مبنای مجموعه مقالات چاپ شده، شمار نوشتار های علمی در زمینه ی تار عنکبوت در دهه ی گذشته افزایش قابل توجه ای داشته است. این افزایش به علت ویژگی های مکانیکی شگفت انگیز تار عنکبوت است.

 ساختار و ویژگی های پروتئین تار عنکبوت

پروتئینی که عنکبوت را قادر می سازد خود را آویزان کند و همچنین به شکار طعمه کمک می کند، نظر دانشمندان را به خود جلب کرده است. مولکول های این پروتئین بسیار کشسان و قوی هستند، تقریباً 20 برابر از نایلون کشسان تر و 9 برابر از فولاد در قطر مساوی قوی تر می باشد. علاقه به تار عنکبوت در حالی است که زمینه ی مواد زیستی، مورد بسیار قابل توجه و رو به رشدی در زمینه ی پژوهش های مواد است. دلیل توجه ارتش ایالات متحده به این ماده استفاده از آن در ساخت جلیقه های ضد گلوله و محافظ هاست. هدف عمده ی پژوهش های دانشمندان، درک چگونگی چین خوردن این پروتئین و سازماندهی رشته ی تار عنکبوت است. پژوهشگران با استفاده از روش میکروسکوپ نیروی اتمی و یک کشنده ی مولکولی، با تصویربرداری و کشش این پروتئین، به سرنخ هایی دست یافته اند. این مشاهدات به پژوهشگران کمک می کند تا آنچه در هنگام تشکیل تار عنکبوت در غده تراوش تار عنکبوت رخ می دهد، شبیه سازی کنند. آن ها دریافته اند که وقتی پروتئین باز می شود به صورت تکه تکه است. در ضمن این پروتئین دارای پیوند هایی است که هنگام افزایش بار، باز شده و تغییر شکل می دهند. این امر از الگویی پیروی می کند که در دیگر پروتئین های تحت بار کشف شده است. تار عنکبوت دارای بخش های کریستالی و بخش های شبه لاستیکی کشسانی است. پژوهشگران دریافته اند که مولکول های منفرد دارای هر دو بخش هستند.

 الیاف کولار

عنکبوت و کرم ابریشم دارای غده های مولد پروتئین های لیفی هستند که با ریسیدن آن ها الیافی بدست می آید که از فولاد محکم تر است. الیاف کولار در جلیقه های ضد گلوله، وسایل ورزشی، قطعات هواپیما و ریسمان های مورد استفاده در سکو های نفتی بکار می رود. ولی الیاف کولار انعطاف پذیری بسیار کم تری نسبت به تار عنکبوت دارد. این بدین معناست که تار عنکبوت قبل از پاره شدن انرژی زیادی جذب می کند. مزیتی که عنکبوت به کمک آن موفق به شکار حشرات می شود.

 خلق مواد برتر از تار عنکبوت

 پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس بر این باورند که با مطالعه ی توانمندی عنکبوت ها در تنیدن تار می توان به راز تولید مواد قوی تر و بهتر پی برد. بنا بر اظهار نظر توماس هان، استاد دانشگاه مکانیک و هوا فضا دانشگاه کالیفرنیا و فرانک کو استاد دانشگاه درکسل، مهندسان می توانند با تقلید از قدرت عنکبوت در تنیدن تار، فرآیند طراحی تار را بهبود بخشند. به این ترتیب آن ها می توانند کارایی محصولات گوناگونی را از راکت تنیس گرفته تا بمب افکن بهبود بخشند. آزمایش های انجام شده توسط پروفسور کو نشان می دهد که تار عنکبوت در برابر تغییر خواص، فوق العاده مقاوم است و می توان آن را در هوا یا زیر آب تنید. به طور معمول می توان موادی فوق العاده قوی ساخت ولی با این کار چقرمگی کاهش می یابد. همچنین می توان موادی با چقرمگی فوق العاده بالا ساخت ولی استحکام کاهش خواهد یافت که این دو ویژگی در تار عنکبوت مشاهده می شود.

 مهندسی طبیعت

اساس تار عنکبوت، پلیمر است. محلول پروتئینی تار عنکبوت حاوی 30 الی 40 درصد پلیمر است و بقیه اش آب است. غده های تولید تار عنکبوت، قادرند پروتئین های بزرگ الیافی را ترکیب کنند و آن پروتئین ها را درون الیاف قابل حل، پردازش کنند.  پروفسور مهندسی مکانیک، می گوید: موضوع شگفت آور طبیعت این است که چگونه مواد از محلول آبی به شکل تار در می آیند و الیافی را تولید می کنند که دوباره تجزیه نمی شود. تار عنکبوت خشک، مانند یک تخم مرغ پخته شده، به شکل مایع قبلی اش باز نمی گردد.

 نتیجه گیری

از آن جایی که تار عنکبوت نوعی پروتئین است، ساخت آن توسط ژنی در موجود زنده مولد آن کنترل می شود. با وجود اینکه ساختمان شیمیایی این ترکیب پروتئینی شناخته شده، پیچیدگی آن تولید مصنوعی آن را مشکل می کند. بهترین روش، استفاده از موجودات زنده برای تولید طبیعی این ماده است. تولید الیاف با دوام از پروتئین تار عنکبوت ( که در آب قابل انحلال است ) کار مشکلی است و هیچ کس تاکنون  این کار را به خوبی عنکبوت ها انجام نداده است