Læsetid 6 min.

Edderkoppers spind er gåde

Edderkopper laver en af verdens stærkeste fibre, som ingen kemiker kan efterligne. Forskere har gensplejset opskriften, men konstruktionen er mere end en symfoni over arvematerialet
18. marts 2002

Materialer
»Det er ikke så svært,« sagde den unge mand, »altså, i molekylernes verden hvirvler alting rundt imellem hinanden som små bitte byggeklodser. De tumler omkring og har kroge, tapper og huller, der passer ind i hinanden, og nogle gange er der to, som hægter sig fast i hinanden.«
Han prøver at forklare kemiens fascinerende verden for sin kammerat.
Anledningen er et arbejde i det ansete videnskabelige tidsskrift Science (den 18. januar), hvor forskere for første gang har spundet edderkoppesilke uden for en edderkop.
De to unge mænd kan godt lide god øl og foretrækker så absolut at gå hen på Charlies, hvor man kan få en rigtig god bryg, lavet af belgiske munke og kælet for, indtil smag, farve og skum er helt rigtigt. Nogle gange diskuterer de regeringens seneste dumheder, men denne eftermiddag er samtalen faldet på molekyler.
»De er over det hele, og vi er alle sammen bygget af molekyler. Men på en helt anden og kompliceret fantastisk måde end den, kemikeren kan finde ud af. En kemiker er i virkeligheden ikke så forskellig fra en murer. Hvor mureren arbejder med mursten, arbejder kemikeren med molekyler og atomer. Kemikeren sætter molekyler sammen som byggeklodser, en ad gangen, indtil et nyt og større molekyle er bygget. Han kan bygge lange kæder af molekyler ved at lade dem hæfte sig en ad gangen i en lang tråd som f.eks nylon, men han er alligevel ikke i stand til at nærme sig den tråd, en edderkop kan spinde.«

Stærkere end stål
Edderkoppetråde er ligesom mange af naturens andre bygningsværker en vidunderlig kompliceret sag at efterligne. Det kræver ikke blot, at man kan sætte molekyler sammen i en bestemt rækkefølge til en kæde, men også at man kan bestemme, hvordan disse kæder skal arrangeres i forhold til hinanden. Skal kæderne sno sig som en mikroskopisk lille helix, filtre rundt mellem hinanden som en ormegård, rulles som et garnnøgle eller ligge side om side i nydelige geledder? Og hvordan skal disse mikroskopiske fine små strukturer derefter arrangeres i forhold til hinanden?
Det kræver en kontrol, som ligger langt ud over, hvad selv store topmoderne industrielle kemianlæg kan klare.
Sandt nok er kemikerne kommet langt og kan lave komplicerede tråde og konstruktioner, hvor molekylerne både kan sættes sammen i kæder efter hinanden og endda også forgrenes bestemte steder med en smule snilde. Men i silke er byggeklodserne ordnet helt nøjagtigt over fire-fem niveauer, og denne fabelagtige symmetri og orden opstår helt af sig selv, uden at en murermester overvåger arbejdet.
Edderkoppesilke er en fiber med nogle fantastiske egenskaber, der beundres af ingeniører – den sikkerhedsline, edderkoppen altid slæber efter sig, er fem gange så stærk som stål målt pr. vægt og tre gange stærkere end aramid-fibre som Kevlar. Derudover er edderkoppesilke utrolig elastisk, og de mest elastiske fibre i fangnettet kan strække sig 16 gange og vende tilbage til deres oprindelige længde. Tekstilindustrien misunder edderkoppesilken sin strålende glans, evnen til at binde stærke farver og dens bløde, lette og isolerende tråd.
Disse egenskaber har i århundreder fået innovative og originale opfindere til at prøve at udnytte silken, som f.eks. den franske missionær R.P. Cambué. Han byggede i 1880’erne på Madagaskar nogle smarte spindekasser, hvor 24 store afrikanske Nephila-edderkopper sad og strittede med bagkroppen. Han fodrede hver enkelt med en flue, hvilket satte spindevorterne igang, og ved hjælp af et hjul kunne han trække 300-500 meter silke fra alle 24 edderkopper samtidigt. Produktionen af edderkoppesilke slog dog aldrig rigtig igennem, fordi besværlighederne med at opdrætte edderkopper gjorde silken alt for dyr i forhold til silke fra silkesommerfuglen Bombyx mori.

Ophøjet orden
Men silkens enestående egenskaber har forskere aldrig helt glemt, og med fremkomsten af genteknologien er det blevet muligt at overføre ’opskriften’ eller genet for silke til en anden organisme. Det amerikanske militær har i over 10 år arbejdet på dette for at kunne høste silke på samme vis, som Novo Nordisk høster insulin fra gær.
Selv om det flere gange lykkedes at overføre generne til både bakterier, gær og planter, blev de amerikanske fibereksperter skuffede – proteinerne viste sig at være uopløselige og klumpe sammen inden i cellerne.
Silkefibre er uopløselige i vand (ellers ville spindelvæv opløses i morgenduggen), alligevel producerer edderkopper silketråden fra en vand-opløsning. Silkeproteiner dannes i silkekirtlerne og i en proces, der ikke er helt klarlagt, presser edderkoppen det meste vand ud af proteinopløsningen. Når proteinerne kommer ud af de dyser, der sidder på bagkroppen, har edderkoppen forvandlet proteinerne til en uopløselig fin tråd.
Forskere fra firmaet Nexia Biotechnologies i Canada tænkte, at man måske ville have bedre held med at høste silkeproteinerne, hvis man satte genet ind i en celle, der var vant til at producere og eksportere proteiner. De prøvede derfor at sætte dem ind i mælkeproducerende celler fra en ko og i nyreceller fra en hamster. Begge forsøg virkede, og cellerne producerede silkeproteiner uden for cellen, hvor de nemt kunne kontrolleres og høstes.
Men som kemikerne ved, er det langtfra nok blot at have byggeklodsen.
Enhver har set en edderkop falde dalende ned fra et vindue eller en gren og så pludselig stoppe op, hængende i sin næsten usynlige sikkerhedstråd. En del af hemmeligheden om silke er, at den trækkes ud af edderkoppen, og det betyder, at alle proteinerne bliver trukket i samme retning og ordnet i forhold til hinanden på samme måde, som når vinden bølger i rugmarken.
Når silke trækkes ud af edderkoppen, samler proteinerne sig af sig selv i helt flade stabler lidt ligesom en bunke A4-papirer. På samme måde som A4-papirer hænger sammen og er stive i en stak, er silkeproteinerne samlet i en stærk krystallinsk klods. Dele af silkeproteinerne passer ikke ind i stakken, men stritter udenfor som løse tråde, der filtrer rundt mellem hinanden i mindre ordnede områder. Det er denne blanding af små, stive stakke og indfiltrede tråde, der giver silken de helt særlige egenskaber.
Silkens egenskaber er altså ikke nedarvet blot i opskriften, men opstår som en syntese af hele den måde, dyret laver silken på. Det er egenskaber, spindlerfamilien har udviklet gennem mindst 300 millioner års evolution. Hvordan i alverden skulle forskerne fra Nexia efterligne hele denne komplicerede symfoni?

Forsøg med gedemælk
Man allierede sig med fibereksperterne fra det amerikanske militær, som mente, de havde en løsning. Ved at sprøjte en koncentreret opløsning af silkeproteiner ud af en kanyle med et meget fint hul og ned i en væske med methanol lykkedes det at skabe en så stor ændring i proteinernes miljø, at de blev uopløselige og af sig selv samledes til en tråd.
Og hvilken tråd! Den var både lettere og stærkere end Kevlar og samtidig næsten lige så elastisk som nylon. Fibrene er endnu ikke oppe på højde med edderkoppernes egen sikkerhedsline, men det er næste skridt. Forskerne vil meget gerne finde ud af, hvad der gør silken så stærk, måske er det sammensætningen af silkeproteiner eller måden, tråden trækkes på, der er hemmeligheden. Edderkopper spinder ud over sikkerhedslinen og fangstnettet mange vidt forskellige typer silke.
Forskerne håber at kunne kombinere flere forskellige silkeproteiner og arbejder på længere sigt på at frembringe klonede geder, som producerer silkeproteiner i deres mælk. Det vil give nok materiale til at lave store mængder ultralet superstærk tråd, som kan bruges i alt fra rumteknologi til lette, fleksible og behagelige skudsikre veste. Alt sammen uden besværet med at drive et edderkoppelandbrug.
Om det lykkes at efterligne 300 millioner års evolution i et gedeyver, vil den nærmeste fremtid vise. I mellemtiden kan man glædes ved, at god bryggetradition også bygger på naturens egne små murermestre, der endnu uddistancerer billig kemi og camouflerende aromastoffer.

Bliv opdateret med nyt om disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritiske, seriøse og troværdige.

Se om du er enig - første måned er gratis

Klik her

Er du abonnent? Log ind her

Anbefalinger

anbefalede denne artikel

Kommentarer

Der er ingen kommentarer endnu