تويت
تعمل العناكب كالمهندسين البارعين، إذ إن لها قدرات مذهلة في التخطيط، ويمكنها صناعة مادة تتيح لها تصميم شبكات فعالة ومتينة؛ لكن كيف تُصنع هذه الشبكات، وما الذي يميز خيوطها؟
تتميز مادة «حرير العناكب» بخصائص كيميائية فريدة تجعلها خفيفة وبراقة وقوية؛ إذ إنها أقوى من الفولاذ، ولديها قوة شد عالية جدًا؛ ما يعني أنه يمكن تمديدها بدرجة كبيرة قبل أن تنقطع. حاول العلماء طوال عقود معرفة السر الذي يجعل حرير العناكب قويًا ومرنًا في الوقت ذاته، إلا أنهم لم يتوصلوا سوى إلى بعض الدلائل.
يقول جوناثان كودينغتون، رئيس مبادرة الجينوم العالمية وأحد أبرز العلماء في متحف سميثسونيان للتاريخ الطبيعي: «بإمكان أي عنكبوت إنتاج نحو سبعة أنواع مختلفة من الحرير، لكن معظم العناكب لا تصنع سوى أربعة أنواع أو خمسة فقط».
تستخدم العناكب حريرها لأغراض متعددة، من ضمنها نسج شبكاتها، وقد لا يثير تعدد أنواع حرير العناكب وأغراض استخدامه الاستغراب عند النظر إلى وجود 45,749 نوع من العناكب على الأرض، حسب فهرس العناكب العالمي، ويزداد هذا العدد باستمرار مع اكتشاف أنواع جديدة.
لماذا تنسج العناكب شبكات؟
يقول كودينغتون: «تُعَد شبكات العناكب وسيلة دفاع وهجوم في الآن ذاته. تصبح الشبكة وسيلة دفاعية في حال قررت العنكبوت أن تمكث فيها؛ إذ إن الاهتزازات في خيوط الشبكة يمكنها تنبيهها إلى وجود مفترسين، إضافةً إلى استخدام شبكتها للإمساك بفرائسها».
فضلًا عن ذلك، تأكل العناكب شبكاتها في بعض الأحيان بعد انتهاء غرضها، وذلك لتعويض مخزون الحرير لديها.
تعزى قوة مادة حرير العناكب إلى أنه يتكون من سلاسل بروتينية مرتبطة ببعضها، أما مرونته فترجع إلى وجود بعض الفراغات بين تلك السلاسل. تنتج العناكب الحرير في غددها الداخلية سائلًا، ثم يتحول إلى مادة صلبة تنسجها المغازيل الموجودة في الجزء السفلي من بطنها لتصنع منها الخيوط.
تستغل العناكب تعدد مغازلها وأرجلها الثمانية في نسج شبكاتها، وتختلف هيكلية الشبكات من نوع إلى آخر. يقول كودينغتون: «يمكنني معرفة النوع الذي تنتمي إليه العنكبوت بمجرد رؤية الشبكة التي تنسجها».
«تختلف العناكب أيضًا من ناحية مواقع بناء شبكاتها؛ إذ تصنع بعض العناكب شبكاتها في المنازل في قاع كوب ورقي، في حين تمتنع عناكب أخرى عن الاقتراب من تلك الأمكنة».
تنسج معظم العناكب شبكاتها في الظلام، وتنسج العناكب الغازلة المدارية شبكات دائرية سطحية، تربطها سبعة خيوط تثبيت بأوراق شجر أو أغصان أو أحجار أو أعمدة هواتف أو أي سطح آخر.
لكي تتمكن العنكبوت من التدلي من ورقة شجرة أو أي جسم آخر، ينبغي أن تنتج خيطًا حريريًا تتعلق به من تلك النقطة إلى الأسطح الأخرى.
عند إنتاج خيوط شبكتها، تبدأ العنكبوت بسحب الحرير من إحدى غددها الداخلية بإحدى رجليها الخلفيتين، وتستخدم الأخرى لسحب عدة خيوط من قرابة 20 غدة حرير أخرى، لتنتج في نهاية المطاف تركيبةً تشبه المنطاد، ثم تنتظر قدوم نسمة هواء دافئة لتحمل ذلك «المنطاد» الذي يمثل الخيط الأول من الحرير.
تتعلق بعدئذ نهاية ذلك الخيط بسطح آخر، وتستطيع العنكبوت الشعور بارتكاز نهاية الخيط مثلما يشعر الصياد بسمكة ممسكة بخيط الصنارة. تسحب العنكبوت الخيط لتتأكد من أنه مثبت فعلًا، ثم تسحب حريرًا إضافيًا وتثبته على أي سطح تهبط عليه وتمسك بالخيط الأول المثبت ثم تسحب نفسها نحو أحد أطرافه، وهي لا تتوقف عن إنتاج الحرير طوال ذلك الوقت؛ يمثل ذلك الحرير الخيط السطحي الأول، وقد تعيد العنكبوت هذه العملية 20 مرة، لتنتج في نهاية الأمر خيوط حرير جافة تمتد في جميع الاتجاهات.
يتعين على العنكبوت بعدئذ تحديد سبعة خيوط تمثل نقاط تثبيت جيدة في الشبكة، يقول كودينغتون: «ينبغي أن تكون تلك النقاط في المستوى ذاته، ومنتشرة بطريقة مفيدة حول الدائرة التي ستشغلها الشبكة».
تقطع العنكبوت الخيوط الثلاثة عشر التي لن تستخدمها؛ إذ بعد أن يصبح لديها سبع نقاط تثبيت، ستتمكن من الاستغناء عن الخيوط التي تربطها بالأرض وأوراق الشجر والأغصان والأسطح الأخرى، وبذلك يمكننا القول إنها تنفصل مع عالمها الذاتي الخاص.
تبدأ العنكبوت بعد ذلك بنسج شبكتها من الخارج إلى الداخل، في عملية بسيطة يمكن توقعها، وتربط كل جزء بالآخر باستخدام أرجلها، منتجةً دوائر مركزية من الحرير الدبق، ومن ثم تحبس الفريسة التي تحتاجها إلى غذائها؛ إذ تستنفد الطاقة التي تستهلكها العنكبوت في صناعة شبكتها مخزون البروتين لديها.
لا تكفي المادة اللاصقة سوى لشل حركة الفريسة، إذ تأتي الضربة القاضية من فك العنكبوت. يقول كودينغتون: «تهاجم معظم العناكب بأسنانها وتقضم فريستها حتى الموت؛ غير أن ذلك لا يخلو من المخاطرة، فقد لا تكون الفريسة ملتصقة تمامًا بالشبكة».
طورت بعض أنواع العناكب أسلوبًا مختلفًا لمهاجمة الفريسة: تغليفها بالحرير الدبق. تنصب العناكب في هذه الحالة خيطًا من الحرير الدبق تجاه الأرض، وعند عبور حشرة، تنبه اهتزازات مرورها العنكبوت، التي تهاجم الحشرة بإصدار خيوط من الحرير الدبق القوي وتغليف الفريسة بها إلى أن تُشَل حركتها تمامًا. تتجه العنكبوت بعدئذ نحو الحشرة لتقتلها بأسنانها؛ غير أن هذه الطريقة نادرة بين العناكب.
يدرس العديد من الباحثين سلوك العناكب وحريرها بهدف التوصل إلى طريقة لاستنبات الحرير أو استنساخه بالهندسة الوراثية، ومن ضمن الاستخدامات المحتملة لحرير العناكب: تعزيز قوة درع الجسم، أو إنتاج الزرعات الجلدية، ما قد يفيد الجنس البشري إفادةً كبيرة، وفقًا لكودينغتون.
في الوقت الحالي، تستثمر العديد من الشركات في حرير العناكب، من ضمنها شركة آن آربور، ومختبرات كريغ بايوكرافت، وشركة سبايبر تكنولوجيز السويدية، وشركة آمسيلك الألمانية، التي أعلنت أنها صممت بروتينًا يشبه حرير العناكب ويُستخدَم حاليًا في عبوات الشامبو ومنتجات التجميل الأخرى.
تتميز مادة «حرير العناكب» بخصائص كيميائية فريدة تجعلها خفيفة وبراقة وقوية؛ إذ إنها أقوى من الفولاذ، ولديها قوة شد عالية جدًا؛ ما يعني أنه يمكن تمديدها بدرجة كبيرة قبل أن تنقطع. حاول العلماء طوال عقود معرفة السر الذي يجعل حرير العناكب قويًا ومرنًا في الوقت ذاته، إلا أنهم لم يتوصلوا سوى إلى بعض الدلائل.
يقول جوناثان كودينغتون، رئيس مبادرة الجينوم العالمية وأحد أبرز العلماء في متحف سميثسونيان للتاريخ الطبيعي: «بإمكان أي عنكبوت إنتاج نحو سبعة أنواع مختلفة من الحرير، لكن معظم العناكب لا تصنع سوى أربعة أنواع أو خمسة فقط».
تستخدم العناكب حريرها لأغراض متعددة، من ضمنها نسج شبكاتها، وقد لا يثير تعدد أنواع حرير العناكب وأغراض استخدامه الاستغراب عند النظر إلى وجود 45,749 نوع من العناكب على الأرض، حسب فهرس العناكب العالمي، ويزداد هذا العدد باستمرار مع اكتشاف أنواع جديدة.
لماذا تنسج العناكب شبكات؟
يقول كودينغتون: «تُعَد شبكات العناكب وسيلة دفاع وهجوم في الآن ذاته. تصبح الشبكة وسيلة دفاعية في حال قررت العنكبوت أن تمكث فيها؛ إذ إن الاهتزازات في خيوط الشبكة يمكنها تنبيهها إلى وجود مفترسين، إضافةً إلى استخدام شبكتها للإمساك بفرائسها».
فضلًا عن ذلك، تأكل العناكب شبكاتها في بعض الأحيان بعد انتهاء غرضها، وذلك لتعويض مخزون الحرير لديها.
تعزى قوة مادة حرير العناكب إلى أنه يتكون من سلاسل بروتينية مرتبطة ببعضها، أما مرونته فترجع إلى وجود بعض الفراغات بين تلك السلاسل. تنتج العناكب الحرير في غددها الداخلية سائلًا، ثم يتحول إلى مادة صلبة تنسجها المغازيل الموجودة في الجزء السفلي من بطنها لتصنع منها الخيوط.
تستغل العناكب تعدد مغازلها وأرجلها الثمانية في نسج شبكاتها، وتختلف هيكلية الشبكات من نوع إلى آخر. يقول كودينغتون: «يمكنني معرفة النوع الذي تنتمي إليه العنكبوت بمجرد رؤية الشبكة التي تنسجها».
«تختلف العناكب أيضًا من ناحية مواقع بناء شبكاتها؛ إذ تصنع بعض العناكب شبكاتها في المنازل في قاع كوب ورقي، في حين تمتنع عناكب أخرى عن الاقتراب من تلك الأمكنة».
تنسج معظم العناكب شبكاتها في الظلام، وتنسج العناكب الغازلة المدارية شبكات دائرية سطحية، تربطها سبعة خيوط تثبيت بأوراق شجر أو أغصان أو أحجار أو أعمدة هواتف أو أي سطح آخر.
لكي تتمكن العنكبوت من التدلي من ورقة شجرة أو أي جسم آخر، ينبغي أن تنتج خيطًا حريريًا تتعلق به من تلك النقطة إلى الأسطح الأخرى.
عند إنتاج خيوط شبكتها، تبدأ العنكبوت بسحب الحرير من إحدى غددها الداخلية بإحدى رجليها الخلفيتين، وتستخدم الأخرى لسحب عدة خيوط من قرابة 20 غدة حرير أخرى، لتنتج في نهاية المطاف تركيبةً تشبه المنطاد، ثم تنتظر قدوم نسمة هواء دافئة لتحمل ذلك «المنطاد» الذي يمثل الخيط الأول من الحرير.
تتعلق بعدئذ نهاية ذلك الخيط بسطح آخر، وتستطيع العنكبوت الشعور بارتكاز نهاية الخيط مثلما يشعر الصياد بسمكة ممسكة بخيط الصنارة. تسحب العنكبوت الخيط لتتأكد من أنه مثبت فعلًا، ثم تسحب حريرًا إضافيًا وتثبته على أي سطح تهبط عليه وتمسك بالخيط الأول المثبت ثم تسحب نفسها نحو أحد أطرافه، وهي لا تتوقف عن إنتاج الحرير طوال ذلك الوقت؛ يمثل ذلك الحرير الخيط السطحي الأول، وقد تعيد العنكبوت هذه العملية 20 مرة، لتنتج في نهاية الأمر خيوط حرير جافة تمتد في جميع الاتجاهات.
يتعين على العنكبوت بعدئذ تحديد سبعة خيوط تمثل نقاط تثبيت جيدة في الشبكة، يقول كودينغتون: «ينبغي أن تكون تلك النقاط في المستوى ذاته، ومنتشرة بطريقة مفيدة حول الدائرة التي ستشغلها الشبكة».
تقطع العنكبوت الخيوط الثلاثة عشر التي لن تستخدمها؛ إذ بعد أن يصبح لديها سبع نقاط تثبيت، ستتمكن من الاستغناء عن الخيوط التي تربطها بالأرض وأوراق الشجر والأغصان والأسطح الأخرى، وبذلك يمكننا القول إنها تنفصل مع عالمها الذاتي الخاص.
تبدأ العنكبوت بعد ذلك بنسج شبكتها من الخارج إلى الداخل، في عملية بسيطة يمكن توقعها، وتربط كل جزء بالآخر باستخدام أرجلها، منتجةً دوائر مركزية من الحرير الدبق، ومن ثم تحبس الفريسة التي تحتاجها إلى غذائها؛ إذ تستنفد الطاقة التي تستهلكها العنكبوت في صناعة شبكتها مخزون البروتين لديها.
لا تكفي المادة اللاصقة سوى لشل حركة الفريسة، إذ تأتي الضربة القاضية من فك العنكبوت. يقول كودينغتون: «تهاجم معظم العناكب بأسنانها وتقضم فريستها حتى الموت؛ غير أن ذلك لا يخلو من المخاطرة، فقد لا تكون الفريسة ملتصقة تمامًا بالشبكة».
طورت بعض أنواع العناكب أسلوبًا مختلفًا لمهاجمة الفريسة: تغليفها بالحرير الدبق. تنصب العناكب في هذه الحالة خيطًا من الحرير الدبق تجاه الأرض، وعند عبور حشرة، تنبه اهتزازات مرورها العنكبوت، التي تهاجم الحشرة بإصدار خيوط من الحرير الدبق القوي وتغليف الفريسة بها إلى أن تُشَل حركتها تمامًا. تتجه العنكبوت بعدئذ نحو الحشرة لتقتلها بأسنانها؛ غير أن هذه الطريقة نادرة بين العناكب.
يدرس العديد من الباحثين سلوك العناكب وحريرها بهدف التوصل إلى طريقة لاستنبات الحرير أو استنساخه بالهندسة الوراثية، ومن ضمن الاستخدامات المحتملة لحرير العناكب: تعزيز قوة درع الجسم، أو إنتاج الزرعات الجلدية، ما قد يفيد الجنس البشري إفادةً كبيرة، وفقًا لكودينغتون.
في الوقت الحالي، تستثمر العديد من الشركات في حرير العناكب، من ضمنها شركة آن آربور، ومختبرات كريغ بايوكرافت، وشركة سبايبر تكنولوجيز السويدية، وشركة آمسيلك الألمانية، التي أعلنت أنها صممت بروتينًا يشبه حرير العناكب ويُستخدَم حاليًا في عبوات الشامبو ومنتجات التجميل الأخرى.