Марганець та кальцій зміцнили кігтики павуків
Німецькі та ізраїльські біоінженери вивчили взаємозв`язок між структурою, складом і механічними властивостями кігтів тигрового блукаючого павука (Cupiennius salei) і дійшли висновку, що іони марганцю та кальцію локально зміцнюють їх ділянки за рахунок перехресного зшивання зв`язуючих. За стійкістю до тертя кігтики цього павука обганяють багато органічних біологічних структур і перебувають на одному рівні з емаллю та перламутром.
Пазурі, жала та ікла тварин тривалий час удосконалювалися для успішнішого проколювання жертви, розрізання її тканин та зчеплення з поверхнею. Вони, як і багато інших природних структур, будуються з небагатьох матеріалів: полісахаридів на кшталт хітину та целюлози, білків, подібних до кератину, колагену та фіброїну, та мінералів (карбонату та фосфату кальцію та оксиду кремнію). Незважаючи на це, механічні властивості біоматеріалів великі, в основному за рахунок неоднорідності складу та ієрархічної архітектури.
Прикладом такого матеріалу може бути кутикула членистоногих. У павуків вона лежить в основі кігтів на лапках, а також хеліцер. Коготки допомагають їм пересуватися, дертися і чіплятися за грубі поверхні. А за допомогою хеліцер тварина протикає екзоскелет жертви і впорскує під нього отруту. Кутикула складається з ниткоподібної прокутикули та зовнішньої епікутикули. Вони хітин-білкові волокна складаються або у шари з паралельним напрямом ниток, або у структуру переплетеної фанери, у якій напрям хітинових кристалів змінюється від шару до шару.
Така мінливість структури волокон призводить до значних змін у механічних властивостях кутикули в різних частинах тіла однієї тварини. Більш того, у павуків Cupiennius salei хеліцери локально зміцнюються за рахунок перехресного зшивання гістидинових ділянок білків іонами цинку. Процеси мінералізації більшою мірою поширені у ракоподібних, але й інші членистоногі акумулюють іони цинку, марганцю та кальцію в кутикулярних пристосуваннях (наприклад, у комах у жалах, щелепах та яйцекладах).
Механічна поведінка кутикули вивчена значною мірою, проте масштабного аналізу взаємозв`язку між її структурою, властивостями та функціями проведено не було. Такий аналіз дозволив би встановити механізм адаптації до спеціальних функцій на рівні матеріалу.
Маріам Тадайон і Яел Політи з колегами з Інституту колоїдів і поверхонь Товариства Макса Планка та Університету імені Бен-Гуріона змоделювали механічну напругу на кігтях Cupiennius salei і визначили, як на їх різних частинах структура кутикули адаптується до навантажень. павука з іншими біологічними об`єктами.
