Rozmanitost pavoučích vláken a sítí

Produkce hedvábných vláken je dominantním rysem života pavouků. Je velice pravděpodobné, že právě nabytí této schopnosti učinilo z pavouků druhově velmi bohatou skupinu, schopnou osídlit takřka všechny suchozemské biotopy. Ale není vlákno jako vlákno…

Pavouci měli tři sta milionů let na to, aby svůj vynález dovedli do dokonalosti. Některé typy jejich vláken odolají skoro téže síle jako stejně silná vlákna ocelová. Na rozdíl od oceli jsou navíc velice pružná – před prasknutím pohltí více energie než kterýkoli jiný materiál.

Za pevností a zároveň pružností stojí jejich struktura. Jsou tvořena dlouhými molekulami proteinů zvaných spidroiny. Jejich části bohaté na malou, a proto kompaktně balitelnou aminokyselinu alanin jsou sbalené do pevných „krystalů“, tvořených terciární strukturou beta skládaných listů. Ty jsou schopny zastavit praskání, a tak vláknu dodávají pevnost. Krystaly jsou propojeny amorfními úseky bohatými na neskladnou aminokyselinu prolin, které se mohou snadno natahovat a vláknu dodávají pružnost.

Snovací žláza

Aby pavouci šetřili materiálem a zároveň mohli stavět lapací sítě téměř neviditelné pro jejich kořist, produkují vlákna extrémně tenká (do 2 μm v průměru). Jejich produkci zajišťují snovací žlázy (obr. 2), jedny z nejsložitějších žláz u bezobratlých živočichů. Část, ve které jsou syntetizovány spidroiny, je většinou trubicovitá, u žláz produkujících velké množství hedvábí je extrémně dlouhá. Materiál, který žlázu na konci opouští jako pevné vlákno, je na počátku vysoce koncentrovaný (40%) roztok spidroinů ve vodě. Díky vysoké koncentraci na sebe proteiny působí nekovalentními vazbami a orientují se paralelně k sobě. Uvnitř žlázy tak vznikne tekutý krystal. To je pro pavouka důležité, neboť vzájemně po sobě klouzající makromolekuly vysouká ze žlázy mnohem snáze, než kdyby byly uspořádány chaoticky.

Velká ampulovitá snovací žláza křižáka (podrobněji v článku).Kresba Veronika Dolanská

Ve snovacích žlázách je většinou více sekrečních zón. Každá z nich syntetizuje jiný produkt. Zóna dále od vývodu žlázy produkuje dřeň vlákna, zóna blíže vývodu je zodpovědná za výrobu ochranného obalu. Sekreční buňky nejblíže vývodu vlákno ovoňují feromony. Žlázy, které musí vyprodukovat velké množství materiálu za krátkou dobu, např. žlázy produkující materiál na každodenně obnovované sítě křižáků, mají alespoň část sekreční zóny rozšířenou do zásobní ampuly. Tekutý krystal roztoku spidroinů se mění v pevné vlákno v dlouhém vývodním kanálku žlázy. Pomocí třecích sil v něm dochází k natahování molekul do vlákna.

Během svého výzkumu jsem se zabýval otázkou, zda jsou materiálové vlastnosti produkovaných vláken dány morfologickými parametry snovacího duktu. Podařilo se mi prokázat, že delší snovací dukty produkují pevnější vlákna. To je patrně dáno tím, že v nich na procházející materiál déle působí třecí síly. Ty zajišťují větší natažení a vzájemné srovnání proteinových molekul, ve vláknech tak mohou intenzivněji vznikat terciární konformace beta skládaných listů. Takové pevně propojené úseky ve vláknu fungují jako zábrany praskání, a tak vláknu zvyšují pevnost.