Un asunto engorroso

Autor: Emiliano Cantón

No es raro que en la mañana cuando sales por la puerta de tu casa, te subes al coche, o caminas entre árboles, sientas de pronto la clásica hebra de telaraña que se pega en tu cara, tu ropa o tus manos. Después de retirarla, quizá sientas pena por haber destruido el trabajo nocturno de la dedicada tejedora. Tal vez por un instante pienses en cómo algo tan delicado puede detener a una presa. No estás solo, la biología y física de las telarañas es un tema de investigación que despierta muchas preguntas e interés. A pesar de que las arañas no son insectos, son sus primos evolutivos cercanos, así que consideramos justo incluirlas en el grupo de los “bichos”, por lo que hablaremos de ellas en esta columna. Y para esto, no hay mejor momento que el presente, así que echemos un clavado en un asunto que seguro te atrapará: las propiedades adhesivas de las telarañas.

Empecemos aclarando un punto. No todas las telarañas construidas por las arañas llevan el propósito de capturar alimento. Pueden tener otros usos tales como medio de transporte en forma de velas o paracaídas, para movilidad como cuerdas, o también para construir nidos. Dependiendo de la función, la seda de la telaraña tiene una composición bioquímica diferente que le da las características requeridas de elasticidad, flexibilidad o resistencia a torsión. Cada uno de estos tipos de seda es secretado por una glándula distinta en el abdomen de las arañas (figura 1). Así como la pasta de dientes sale cuando se aprieta el empaque, la seda es secretada de las glándulas a través de unas válvulas en la parte posterior del cuerpo de la araña denominadas hileras. Sin embargo, los distintos tipos de seda no son suficientes para darle sus características a las telarañas. Por ejemplo, una telaraña tejida únicamente con las hebras de seda funcionaría más como un trampolín que una trampa. Es ahí cuando comenzamos a hablar del pegamento.

 Figura 1: Anatomía de los órganos involucrados en la producción de seda de araña. Tomada de  Wikipedia.org

Figura 1: Anatomía de los órganos involucrados en la producción de seda de araña. Tomada de Wikipedia.org

A un costado de las hileras se encuentran otras glándulas que añaden el compuesto adhesivo a las hebras de seda a medida que son secretadas al exterior. No obstante, la seda no es recubierta de principio a fin con capas gruesas de engrudo para ser lo más pegajosa posible. El pegamento es depositado en gotas separadas sobre la hebra, dando lugar a una estructura similar a un collar de perlas. Existe una razón física que favorece este mecanismo, y es probable que sea la razón por la que fue exitoso evolutivamente. Imagina una cinta adhesiva pegada a una superficie. Toda la cara de la cinta unida a la superficie posee una capa continua de pegamento. La máxima fuerza necesaria para desprender la cinta ocurrirá en el primer tirón, y de ahí ocurre un fenómeno conocido en el campo de los adhesivos como propagación de fractura. Con la misma fuerza originalmente aplicada, uno sigue jalando la cinta y ésta se desprende sin tener que incrementar el esfuerzo. En el caso del pegamento de la telaraña, cada gotita representa un nuevo evento de fractura donde hay que aplicar fuerza. Aunque una presa se logre desprender en un punto de contacto al luchar por escapar, la separación de las gotas evita que esa fuerza se propague al resto de la superficie adherida a la seda. La energía requerida para romper todos esos puntos de unión puede agotar a la presa y que se quede dónde está. Tú mismo puedes experimentar esto en tu casa con pedazos de cartón y pegamento blanco. Al separar dos superficies con varios puntos de contacto podrás observar filamentos como los tirantes de un puente colgante. Eso es exactamente lo que los investigadores han observado al tirar de hebras de seda de arañas.

Pero a todo esto, esas gotas de pegamento, ¿de qué están hechas? La composición del pegamento de las sedas también es clave para su éxito como adhesivo. La sustancia secretada por las glándulas de la araña está basada en proteínas. Además de los aminoácidos que constituyen a las proteínas, estas son modificadas añadiendo grandes cantidades de carbohidratos, y se les denomina glicoproteínas. Las propiedades de estos carbohidratos favorecen interacciones químicas fuertes entre estas proteínas y otras moléculas como la quitina de la coraza de los insectos, por ejemplo.  No sólo eso, la carga electroestática de tanto los aminoácidos como de los carbohidratos provoca que una gran cantidad de moléculas de agua se acumulen alrededor de las glicoproteínas. Es esta acumulación de líquido lo que regula el tamaño y forma de la gota de pegamento sobre la hebra de seda. La interacción de las capacidades mecánicas de la seda y de las glicoproteínas dan al pegamento sus llamadas propiedades viscoelásticas, que incluso son más efectivas cuando se aplica una fuerza débil pero de alta frecuencia como lo es el rápido aleteo de un insecto al impactar con la telaraña (1).

¡Y aún no terminamos! Hay arañas que viven en lugares áridos como el desierto, pero otras habitan en zonas tropicales y húmedas, incluso construyendo sus telarañas encima de riachuelos o charcos donde existe alta probabilidad de capturar presas. A pesar de circunstancias tan dispares de humedad ambiental, los pegamentos comparten propiedades adhesivas similares. Esto se logra mediante la modulación del tipo y cantidad de sales orgánicas asociadas a las glicoproteínas, que afecta a su vez la cantidad de agua retenida en las gotas de pegamento, alterando finalmente su viscosidad. El pegamento de cada especie de araña está optimizado a su entorno, dándoles de esta manera la mayor ventaja posible (2).

En los últimos años ha habido un crecimiento importante en la investigación donde se intenta imitar compuestos y estructuras anatómicas encontradas en la naturaleza para crear mejores materiales y productos. El conocimiento sobre las telarañas nos puede ayudar a generar mejores construcciones con menos peso, o prótesis para reemplazar tendones dañados. El pegamento que pueda funcionar en condiciones húmedas podría ayudar al cicatrizado de heridas, o en ingeniería subacuática. No sabemos qué depare el futuro, pero es claro que aún tenemos mucho que podemos aprenderle a nuestros amigos los artrópodos, y quizá en ésta o en futuras entradas de este blog encuentres inspiración para el siguiente gran avance.

 

 

Referencias:

1 Sahni, V. et al.
Viscoelastic solids explain spider web stickiness.
Nat. Commun. 1:19 doi: 10.1038/ ncomms1019 (2010).

2 Gaurav Amarpuri, Ci Zhang, Candido Diaz, Brent D. Opell, Todd A. Blackledge, and Ali Dhinojwala.
Spiders Tune Glue Viscosity to Maximize Adhesion
ACS Nano 2015 9 (11), 11472-11478
DOI: 10.1021/acsnano.5b05658