La química de las telas de araña…o las ventajas de ser araña

En sí, las telas de araña tienen una particularidad que llama la atención: a pesar de ser dúctiles y estirarse notablemente, las mismas presentan una solidez e integridad que supera la de otros materiales naturales. Considerando que al añadir ductilidad los materiales pierden dureza, el caso de la tela de araña resulta profundamente enigmático para la ciencia.Aunque frágiles en apariencia, estas redes pueden parar a insectos en pleno vuelo y son lo suficientemente robustas para retener la presa sin que los hilos se rompan. Los hilos que componen estas notables estructuras son biopolímeros.

La capacidad de la tela de araña para atrapar insectos se debe a su combinación única de propiedades mecánicas: fuerza, extensibilidad (30 %) y, lo que es más importante, su resistencia  a la rotura. La seda de araña puede ser seis veces más fuerte que el acero (en una proporción de peso equivalente), pero es su resistencia la que la hace tan especial, ya que la permite absorber una gran cantidad de energía sin romperse

La seda de araña es biodegradable y reciclable: cuando reparan las redes, las arañas suelen comerse las partes dañadas de la red, absorbiendo los nutrientes.Es un material jerárquicamente organizado. Su estructura biopolimérica está formada por proteínas compuestas casi en su totalidad por unidades repetitivas de aminoácidos tales como la alanina y la glicina. Las unidades de alanina forman dominios cristalinos, que son separados por dominios no cristalinos ricos en glicina.

Estos dominios cristalinos y no cristalinos están organizados en nanofibras, que se disponen inmersas en una matriz amorfa de proteína. Los científicos debaten todavía acerca de cómo esta estructura proporciona estas increíbles propiedades mecánicas a la seda de araña: ¿es debido a ‘muelles moleculares’ en la matriz proteica amorfa o a las propiedades de una red amorfa reforzada por dominios cristalinos

Estructuras de nanofibras(http://www.scienceinschool.org/repository/images/issue4spidersilk1_large.jpg)

En la araña, las proteínas de la seda se sintetizan y secretan en una glándula, en forma de una especie de cristal líquido viscoso. Este líquido es empujado a través de un largo conducto hacia una espita, en el extremo de la hilera de la araña. En su camino al exterior, un proceso de espesamiento y el cambio del pH, alteran el líquido viscoso, dando como resultado la agregación de las proteínas de la seda. La araña es incluso capaz de reabsorber y reciclar el agua durante el proceso de espesamiento. Otros factores, tales como el movimiento del cuerpo de la araña, juegan también un papel importante en el proceso de hilado.La composición química varía según el entorno físico, dieta de la araña y cambios genéticos en la química de la tela. Cuando se la estira, el núcleo del filamento puede extenderse un 200%, lo cual evita el rebote de la presa una vez atrapada. Las propiedades mecánicas de la seda dependen fuertemente del tamaño y dieta de la araña, temperatura del cuerpo de la araña, velocidad de hilado y composición de aminoácidos

Usos

Algunas tribus de América del Sur las empleaban como hemostático (que puede detener una hemorragia) en las heridas.Los pescadores de las islas de la Polinesia usan el hilo de la araña Nephila como hilo depescar. En Madagascar, los nativos capturaban las arañas Nephila y obtenían rollos de hilos que usaban para fabricar tejidos de color amarillo dorado. Algunas tribus enNueva Guinea usan telas de araña como sombrero para protegerse de la lluvia.Un polímero basado en la tela de araña podría ser usado en medicina, como sutura no tóxica de alta resistencia, o en la reparación de los ligamentos, puesto que la fibra no sólo no sufre fatiga cuando es estirada frecuentemente, sino que también puede resistir frecuentes impactos y gran presión. El sector militar también está investigando este material debido a que su capacidad para disipar energía podría convertirle en idóneo para el armamento ligero

Arañas en números:

Un hilo común de la seda de la tela de araña es capaz de extenderse hasta 70 kilómetros sin quebrarse sobre su propio peso, y se puede estirar hasta 30 ó 40% más allá de su longitud inicial, sin romperse, mientras que el nylon resiste un estiramiento de sólo un 20%. Se dice que la seda que produce la araña posee una resistencia tal que si fuera posibleconstruir una tela con el grosor de una lapicera, sería capaz de detener un aviónBoeing 747 en pleno vuelo.El hilo de la tela de araña, a pesar de no llegar a los módulos de elasticidad extremadamente altos de algunas fibras sintéticas, como el Kevlar®, posee un alto alargamiento de ruptura y es más fuerte bajo compresión.

Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida sintetizada por primera vez en 1965 por la química Stephanie Kwolek. Algunos de los usos más definidos de este material de alta fuerza extensible: Cuerdas, hilo para coser; neumáticos funcionales que funcionan desinflados; guantes contra cortes, raspones y otras lesiones; kayaks con resistencia de impacto, sin peso adicional, etc.

Un descubrimiento chino:

La telaraña cambia su estructura cuando se moja. Se forman nudos donde quedan capturadas las gotas de agua.Cuando cae el rocío de madrugada, sus gotas no atraviesan ni rompen las telas tejidas por las arañas, sino que se quedan atrapadas en la estructura de seda creada por estos animales.La clave está en una estructura de fibras únicas que se forma después de que se moje la telaraña y que permite que el agua se quede retenida en ella.El descubrimiento podría tener aplicaciones industriales en procesos necesarios para la recolección de agua o el filtrado de aerosoles líquidos.(Publicado en Nature 463: 640-643, 4 February 2010)

Adaptado de: http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/revista/1_2009/TrabajoFavret.pdf