Freqüentemente, as aranhas inspiram medo, desconforto e uma sensação persistente e enervante. Quer você encontre uma espécie venenosa ou não, um “choque” de aranha pode levar até mesmo a cabeça mais fria a um frenesi inesperado. Mas por trás dessas concepções culturais de artrópodes estão alguns comportamentos maravilhosos e inteligência natural. Um desses elementos – e um fenômeno bioquímico que faz o mundo da ciência girar com possibilidades – é a teia de aranha das teias de aranha. Os fatos fascinantes e os fenômenos entrelaçados da seda de aranha são um mistério em desenvolvimento. Você sabia que esses fios sedosos das teias podem ser tão fortes que as fibras podem ser usadas como redes de pesca? Esta é apenas a dica do apêndice sobre o assunto – há muito mais para aprender!
Bem-vindo ao lado não tão assustador desses organismos. Prepare-se para se envolver totalmente nos fatos e mistérios desses mestres tecelões e no poder das fibras que eles fornecem.
O que é seda de aranha?
A maioria das pessoas varre teias de aranha e evita ninhos de aranha densos a todo custo – mas vamos abrir caminho:
A seda da aranha é uma fibra de proteína produzida por aranhas.
Essa seda é a fibra que as aranhas usam para tecer suas teias. Ele flutua no ar. As aranhas o usam para capturar e prender suas presas. É assim que eles constroem ninhos e fazem casulos. Eles podem até usar sua seda para escapar de predadores. Quando as condições estão ensolaradas o suficiente e você faz uma pausa para observar o ambiente, pode perceber que as teias de aranha e os fios de seda que elas tecem estão por toda parte. Você pode até ter a visão encantadora de uma aranha, flutuando no ar sobre essas fibras de seda – quase como um passeio de tapete mágico do mundo animal.
Todas as aranhas produzem seda – mesmo as espécies que não constroem teias.
Muitas pessoas não percebem que esta seda também está intimamente tecida nos rituais de acasalamento e cortejo das aranhas. A seda funciona quase como um canal de transmissão, ou um sino tocando – enviando sinais via vibração ao longo dessa linha brilhante. É incrivelmente poético em uma análise mais detalhada. Ou, pelo menos, uma bela trança de ciência e poesia juntas no mundo natural em nome da cópula. Talvez humanos e aranhas tenham mais em comum do que imaginávamos.
Sete Glândulas de Seda
Outro fato pouco conhecido: nem toda seda de aranha é igual.
Uma única aranha pode criar até 7 tipos diferentes de seda de aranha natural, dependendo da espécie, circunstâncias e ciclos de vida da aranha. Alguns tipos de seda são mais adequados para estruturas de construção. Outras fibras, produzidas pelo mesmo inseto, são ideais para transmitir mensagens (aquelas vibrações de acasalamento!). Outras sedas absorvem energia de forma eficaz. Todas essas diferentes sedas formam o processo de fiação que uma aranha realiza e também vêm de diferentes glândulas. Resumindo via lista:
- A glândula ampola maior é a glândula que produz a seda da linha de aranha. Draglines são um tipo de seda que as aranhas usam nos limites externos de suas teias – as bordas e os raios – para balonismo e também o que é chamado de “tábua de salvação” de seda. Esta seda é extremamente forte, mas também pode se contrair rapidamente dependendo dos elementos.
- Ampola Menor é a glândula que produz a seda que a aranha usa para armação temporária e reforço durante a construção da teia.
- O Flageliforme é a glândula que a aranha usa para fazer a seda que uma aranha desdobra para capturar as linhas da teia. Isso é o que os cientistas chamam de “seda em espiral de captura”.
- O Tubuliforme é a glândula que produz a seda do casulo e se torna um lar protetor para uma bolsa de ovos.
- aciniforme seda é a seda que uma aranha usa para embrulhar presas frescas.
- A glândula agregada produz uma secreção aquosa sedosa de fio de cola feito de glóbulos pegajosos.
- e finalmente o glândula piriforme produz outra seda parecida com cola que as aranhas usam para formar laços entre seus vários fios de seda separados e prendê-los todos juntos em importantes pontos de fixação.
Você não precisa ser um especialista em espécies de aranhas, anatomia e glândulas para se surpreender com essa capacidade de criar fibras para cenários tão vastos e variáveis. Como aranhas de jardim, viúvas negras, nephila clavipes (também conhecidas como tecelãs de esferas douradas) e outros artrópodes evoluíram ao longo da história, assim como suas teias e as fiandeiras que produzem essa incrível seda. Existem estruturas de seda simples – como teias de tubo primitivas – preservadas no registro fóssil há 300 milhões de anos ou mais. Existem estruturas mais complexas, como teias de orbe, que aparecem pela primeira vez na história da nossa Terra com tecelões de orbe que datam de 110 milhões de anos atrás. Depois de refletir sobre esse tipo de tapeçaria ao longo do tempo que as aranhas continuam a tecer, até mesmo as teias de aranha no canto do seu quarto começam a parecer um pouco diferentes.
A ciência por trás da seda de aranha
Então, cobrimos o básico sobre para que as aranhas usam a seda e onde elas produzem essa seda – mas o que é essa ciência por trás dessa seda e como ela funciona? Essas são as próximas perguntas importantes.
Os fios de seda de aranha são mais finos que o cabelo humano e também são a fibra mais resistente encontrada na natureza. Conhecemos uma grande variedade de razões pelas quais as aranhas tecem suas fibras, mas mesmo com esse entendimento, não é menos surpreendente que essas criaturas criem fibras em questão de segundos, sob condições ambientais e mutáveis, com recursos totalmente renováveis, para fazer um material que é ainda mais forte do que kevlar. Sem surpresa, cientistas e empresários podem reconhecer as oportunidades inerentes ao aproveitamento desse tipo de capacidade – e mais adiante, nesta peça, veremos o valor da seda de aranha e a pressa para encontrar maneiras de replicar o processo em um laboratório.
A estrutura da seda da aranha é toda uma ampla teia de componentes e propriedades interligados. A caracterização da seda inclui “glicina, alanina e uma pequena quantidade de serina”. É “um polipeptídeo natural, proteína polimérica” – do mesmo grupo do colágeno encontrado em nossos ligamentos e da queratina, encontrada em nossas unhas e cabelos. As proteínas da seda da aranha são determinadas pela glândula de onde vêm. Por exemplo, no caso de uma dragline da glândula Ampullate Maior, a proteína fibroína (Mr 200.000-300.000) é combinada com as proteínas spidroin 1 e spidroin 2.
São “os sofisticados processos de automontagem das proteínas da seda em polímeros distintos”. Esses biopolímeros podem ser a base para novos produtos, como abordaremos mais adiante. Ainda de acordo com a ACS, a sequência de aminoácidos nas proteínas da seda é composta de “alanina e glicina”, enquanto a serina e o praliné também estão presentes em alguns tipos de seda. As regiões ricas em glicina são o que dão à seda da aranha sua “elasticidade, formando áreas amorfas em sua estrutura”.
Resistência à tração é um termo que descreve a “quantidade de estresse que uma substância pode suportar antes de começar a fraturar”. A seda da aranha varia de 0,45 a 2,0 GPa. Para algum contexto, o aço está aproximadamente na mesma faixa.
Além disso, esta seda é um material que pode amolecer e diminuir de comprimento “até ~60% quando exposto a alta umidade”. Essa ocorrência também é conhecida como supercontração. O material vai de vidro a borracha – uma transformação incrível.
Como é diferente da seda do bicho-da-seda?
As aranhas não são o único inseto que produz seda, é claro. Existem outras espécies famosas por suas fibras que os humanos aprenderam a manipular e utilizar em níveis globais.
O mais conhecido deles é o bicho-da-seda. E enquanto a seda da aranha é conhecida como “super seda”, a seda do bicho-da-seda é uma indústria enorme e outra fibra com força e impacto impressionantes também. Os bichos-da-seda são, na verdade, o estágio larval da mariposa doméstica ou Bombyx mori. Alimenta-se de folhas de amoreira branca e, ao contrário das aranhas, depende inteiramente dos humanos para se reproduzir. É uma espécie doméstica de inseto que cultivamos há milênios. Também conhecido como Sericicultura (na língua inglesa, é claro) a prática de criar e cultivar essas espécies tem pelo menos 5.000 anos – na China antiga. Espalhou-se pela Índia, Coréia, Japão, Nepal, por todo o mundo hoje. Agora é uma espécie habilidosa em seda que foi aproveitada para produção em massa – usada em roupas, suturas cirúrgicas, pneus de bicicleta e até pára-quedas.
Alguns cientistas argumentam que a seda do bicho-da-seda é indiscutivelmente tão forte quanto algumas sedas de aranha e que isso pode ser cultivado sob condições adequadas, em vez de produzir bichos-da-seda com seus “genes alterados”.
Qual é o valor da seda de aranha?
Embora as poderosas propriedades da seda de aranha possam ser novas informações para você e para mim, nossos ancestrais provavelmente consideravam essa fibra altamente onde a encontraram na natureza. Isso ocorre por causa de seus lendários poderes de cura. Foi usado para curar feridas, lançar redes de pesca e muito mais.
Então, de muitas maneiras, estamos simplesmente lembrando o que os povos antigos já intuíram e experimentaram sobre o valor da seda de aranha.
E claro, como nossas sociedades mudaram, nosso conceito de valor também mudou. Num mundo cada vez mais comercializado à escala global, o valor inerente à teia de aranha mantém-se como um carretel de ouro – tentadoramente fora de alcance. De acordo com uma publicação online da ACS, a fabricação de “fibras artificiais de seda de aranha em grande escala tem sido um objetivo importante na ciência dos materiais há séculos”. Este estudo passa a descrever dois métodos principais de tentativa de fabricação.
A primeira é a biomimética – uma técnica que muitas espécies, além dos humanos, utilizam para várias necessidades e desejos. Os humanos, neste caso, estão trabalhando para imitar o processo das aranhas na criação de sua superfibra. Essa categoria de tecnologia imita o processo natural em que “as proteínas da seda da aranha (espidroínas) são produzidas em condições nativas e depois transformadas em fibras em um processo que captura os mecanismos moleculares naturais e complexos”. No entanto, até agora, essas sedas de aranha sintéticas ainda precisam corresponder às propriedades mecânicas da seda de aranha.
O segundo método nos laboratórios usa biotecnologia que produz “grandes espidroínas que podem ser transformadas em fibras usando solventes orgânicos”. Neste cenário, conseguimos replicar as propriedades mecânicas do material natural, mas os rendimentos do processo são muito baixos para uma “produção economicamente sustentável”. A pesquisa está em andamento sobre proteínas de seda de aranha recombinantes – e os métodos aquosos podem ser um método viável para a produção.
Existem esforços em andamento para produzir seda de aranha sintética – e os cientistas descrevem a necessidade como urgente – mas por quê? O que há na seda de aranha que nos faz trabalhar tanto para reproduzi-la de maneira escalável?
A corrida urgente para tecer como as aranhas
Como mencionamos acima, e como provavelmente está bastante claro a partir de todos os fatos surpreendentes sobre a seda da aranha, as propriedades mecânicas dessa fibra são interessantes para várias pessoas com ideias tecnológicas, comerciais, renováveis e criativas. Mais forte que o Kevlar, a seda de aranha é projetada para mudar o jogo em indústrias com têxteis de alto desempenho e itens esportivos, como esqui e montanhismo. Fala-se do que esta seda pode fornecer para peças duráveis em robótica.
Existem contribuições previstas para a medicina e outros materiais compostos que podem remodelar e reinventar grandes partes das indústrias farmacêutica e de recursos de construção. Com tantas oportunidades balançando na balança e a tenacidade de um humano com uma ideia aparentemente sem limites, a corrida urgente continua para ver quem pode finalmente ser capaz de tecer tão bem quanto as aranhas da mãe natureza. Só o tempo irá dizer. Como os designs de seda e teia de aranha são “governados pelas mesmas regras e restrições que se aplicam à ciência de materiais e engenharia estrutural dos humanos”, certamente temos muito a aprender com suas impressionantes, antigas e naturais habilidades. Esperamos que também possamos canalizar sua abordagem para recursos renováveis e equilíbrio nos ecossistemas ao fazê-lo. Por enquanto, as aranhas flutuam em suas teias douradas de seda e guardam seus segredos.