572* 09 dicembre 2021
(Articolo tratto da ilbolive.unipd.it)
Quando pensiamo al ragno, nella maggior parte dei casi non vengono evocati sentimenti positivi: i ragni possono essere insetti fastidiosi, e nella peggiore delle ipotesi pericolosi, di sicuro non i migliori compagni da ritrovarsi in casa nella notte.
La percezione però cambia se pensiamo a questi animali come gli straordinari architetti che riescono a tessere tele dalla geometria perfetta, strutture complesse che sono anche estremamente resistenti, tanto che possono fornire spunti industriali per creare prodotti dalle caratteristiche analoghe.
Fino ad oggi non si era però mai capito quali fossero le fasi e i movimenti che portavano alla costruzione di una ragnatela.
Ora però uno studio apparso su Current Biology ha svelato il segreto.
I ricercatori della Johns Hopkins University hanno scoperto che la maggior parte delle specie di ragno condivide la stessa procedura per creare le ragnatele (fanno eccezione quelle che potremmo definire “ragnatele senili”, e i casi in cui ci sono state delle interruzioni nella creazione della tela, ma anche in questo secondo caso il risultato finale rimane lo stesso).
Alcuni movimenti rimangono costanti durante tutto il processo di costruzione, altri, pur ripetendosi, vengono coordinati in maniera diversa a seconda del momento che viene osservato.
Per lo studio sono stati utilizzati ragni appartenenti alla specie degli Uloboridi, e nello specifico l’Uloborus diversus, che si trova facilmente negli Stati Uniti e in Messico e che crea le ragnatele di notte al buio.
Per studiare il comportamento dei ragni (sei in totale, la specie è stata scelta anche per la maggiore facilità di convivenza con i conspecifici) è stata quindi costruita una struttura ad hoc: in assenza di luce, gli insetti hanno potuto lavorare tranquillamente, mentre una telecamera notturna a infrarossi li ha filmati per 24 ore a un frame rate di 50 Hz per poter osservare anche i movimenti più veloci delle zampe (il frame rate è il numero di volte in cui il monitor si aggiorna in un determinato tempo).
Grazie al lavoro di Abel Corber e dei suoi collaboratori si è scoperto che la traiettoria dei ragni mentre creano la ragnatela è sempre la stessa: prima viene costruita una sorta di proto-ragnatela senza una geometria precisa (gli studiosi ritengono che questa operazione appartenga a una fase esplorativa in cui il ragno analizza l’ambiente circostante per trovare dei punti di ancoraggio sicuri), poi si passa alla costruzione dei raggi e del resto del telaio, ma nel contempo viene distrutta la proto-ragnatela (almeno quella parte che non viene usata per costruire i raggi), poi in pochi minuti viene creata una spirale ausiliaria temporanea e successivamente una spirale di cattura.
Alcune specie procedono a una fase ulteriore, quella dello stabilimentum, che serve al ragno per mimetizzarsi per attirare meglio la preda.
Ogni tanto si verificano deviazioni, interruzioni o modifiche che danno origine a ragnatele atipiche (su 21 ragnatele analizzate, 11 erano atipiche), ma solo nelle modalità di costruzione, perché la geometria finale non appare alterata).
Con un software di visione artificiale progettato specificamente per rilevare il movimento degli arti fotogramma per fotogramma, i ricercatori hanno poi analizzato nel dettaglio le abilità motorie coinvolte e i movimenti dei ragni, e hanno scoperto che si comportavano nello stesso modo, al punto che si riusciva a definire la fase di creazione della ragnatela che il ragno stava tessendo anche solo guardando la posizione di una zampa.
Il risultato di questo processo, come sappiamo, è una struttura estremamente resistente.
La tela di ragno, infatti, ha proprietà chimiche e fisiche molto particolari, che la rendono resistente come l’acciaio e forse anche di più.
In un paper pubblicato su Science Advances, Ali Malay, biologo strutturale e biochimico al Riken Center for Sustainable Resource Science in Giappone, ha spiegato come lui e il suo team sono riusciti a imitare in laboratorio il processo che dà origine alla tela di ragno, che è risultata non solo più forte dell’acciaio ma anche più resistente del Kevlar.
A questo punto diventa lecito chiedersi se il mondo dell’industria potrebbe creare nuovi materiali resistenti ispirandosi proprio al processo di formazione della ragnatela e noi abbiamo girato la domanda a Michele Maggini, direttore del dipartimento di scienze chimiche dell’università di Padova.
Nell’intervista il professore ci spiega da quali componenti è formata la tela di ragno, e quali tra questi determinano la sua resistenza eccezionale.
Con lui ci addentriamo anche nel processo di formazione a partire da quando questa sostanza è ancora nel corpo del ragno, mentre poi si modifica durante le varie fasi di produzione: all’inizio, quando è nell’addome del ragno, non è ancora la fibra che possiamo osservare quando guardiamo la ragnatela, e ha anche delle proprietà molto diverse.
Una differenza che salta all’occhio è che prima di abbandonare il corpo del ragno questa sostanza si presenta in forma liquida, e il timing di trasformazione è fondamentale: se si solidificasse troppo in fretta, il ragno andrebbe incontro a problemi di stitichezza che potrebbero portarlo addirittura alla morte.
Se tutto va bene, invece, il processo continua e le componenti della tela di ragno escono dal corpo dell’animale sotto forma di fibre linearmente molto vicine: questo procedimento determina le caratteristiche di duttilità e resistenza che tutti noi conosciamo.
A questo punto c’è da chiedersi quali siano le potenzialità industriali dell’intero processo, perché replicare fibre così resistenti alla trazione e renderle disponibili sul mercato potrebbe avere risvolti molto interessanti.
Del resto non sarebbe il primo caso in cui i processi industriali prendono spunto dalla natura: anni fa ci sono state ricerche importanti sulle nanostrutture in carbonio che venivano utilizzate per conferire una maggiore resistenza meccanica ad altri materiali.
Quando diciamo che la tela di ragno è resistente quanto l’acciaio facciamo un’affermazione corretta, ma da non prendere alla lettera: non possiamo usarla per costruire manufatti, anche se il suo utilizzo potrebbe dare l’avvio a ricerche su materiali compositi che possano contenerla.
Resta la validità del paragone, visto che da un punto di vista fisico le proprietà sono state misurate e si possono tranquillamente paragonare a quelle dell’acciaio: niente male per una semplice ragnatela!
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