חוקרים חשפו את האינטראקציות המולקולריות המעניקות למשי העכביש את השילוב המדהים שלו של חוזק וגמישות. התגלית עשויה לסייע למדענים לעצב חומרים חדשים בהשראת ביו למטוסים, לציוד מגן ולשימושים רפואיים, תוך מתן תובנות לגבי הפרעות נוירולוגיות כמו מחלת אלצהיימר.
המחקר, שפורסם בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים על ידי מדענים מקינגס קולג' בלונדון ומאוניברסיטת סן דייגו סטייט (SDSU), מתווה עקרונות עיצוב בסיסיים שעשויים להנחות את היצירה של דור חדש של סיבים ידידותיים לסביבה בעלי ביצועים גבוהים.
חשוב לציין, המחקר הוא הראשון שמסביר כיצד חומצות האמינו בחלבוני משי עכביש מתקשרות באופן המאפשר להן לפעול כמו "מדבקות" מולקולריות, המחזיקות את החומר יחד בעת היווצרותו.
כריס לורנץ, פרופסור למדעי החומרים החישוביים בקינגס קולג' בלונדון ומנהיג צוות המחקר בבריטניה, הדגיש את הפוטנציאל הרחב של הממצאים. "היישומים הפוטנציאליים הם עצומים – ביגוד מגן קל משקל, רכיבי מטוס, שתלים רפואיים מתכלים ואפילו רובוטיקה רכה יכולים להפיק תועלת מסיבים שהונדסו תוך שימוש בעקרונות טבעיים אלו", אמר.
מדוע משי עכביש חזק יותר מפלדה
משי dragline של עכביש ידוע בביצועים יוצאי הדופן שלו. פאונד עבור פאונד, זה חזק יותר מפלדה וקשיח יותר מקוולר – החומר המשמש לייצור אפודים חסיני כדורים. עכבישים מסתמכים על החומר הזה כדי לבנות את המסגרת המבנית של הקורים שלהם ולהשעות את עצמם, ומדענים כבר מזמן מוקסמים מהאופן שבו הטבע מייצר סיב כה יוצא דופן.
סוג זה של משי מיוצר בתוך בלוטת משי של עכביש, שם חלבוני משי מאוחסנים כנוזל סמיך הנקרא "סם משי". בעת הצורך, העכביש מסובב את הנוזל הזה לסיבים מוצקים בעלי תכונות מכניות יוצאות דופן.
מדענים כבר ידעו שהחלבונים נאספים תחילה לטיפות דמויות נוזל לפני שהם נמשכים לסיבים. עם זאת, הצעדים המולקולריים המחברים את התקבצות המוקדמת הזו לחוזק הסופי של המשי נותרו בגדר תעלומה.
האינטראקציות המולקולריות מאחורי היווצרות המשי
כדי לפתור את החידה הזו, צוות בינתחומי של כימאים, ביופיסיקאים ומהנדסים השתמש במגוון טכניקות חישוב ומעבדה מתקדמות. אלה כללו הדמיות דינמיקה מולקולרית, מודלים מבניים של AlphaFold3 וספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית.
הניתוח שלהם גילה ששתי חומצות אמינו, ארגינין וטירוזין, מקיימות אינטראקציה בצורה ספציפית הגורמת לחלבוני המשי להתקבץ יחד בשלבים המוקדמים ביותר. אינטראקציות אלו אינן נעלמות כאשר המשי מתמצק. במקום זאת, הם נשארים פעילים עם היווצרות הסיבים, ועוזרים לבנות את הננו-מבנה המורכב שנותן למשי העכביש את החוזק והגמישות יוצאי הדופן שלו.
"מחקר זה מספק הסבר ברמה האטומית של האופן שבו חלבונים מופרעים מתאספים למבנים מסודרים ובעלי ביצועים גבוהים," אמר לורנץ.
קישורים למדעי המוח ולמחקר אלצהיימר
גרגורי הולנד, פרופסור SDSU לכימיה פיזיקלית ואנליטית שהוביל את הצד האמריקאי של המחקר, אמר שהמורכבות הכימית של התהליך הייתה בלתי צפויה.
"מה שהפתיע אותנו היה שהמשי – משהו שאנחנו בדרך כלל חושבים עליו כסיב טבעי פשוט להפליא – מסתמך למעשה על טריק מולקולרי מתוחכם מאוד", אמר הולנד. "אותם סוגים של אינטראקציות שגילינו משמשות בקולטנים של נוירוטרנסמיטר ובאותות הורמונים".
בגלל חפיפה זו, החוקרים מאמינים שלממצאים עשויים להיות השלכות מעבר למדעי החומרים.
"האופן שבו חלבוני המשי עוברים הפרדת פאזות ואז יוצרים מבנים עשירים בגיליון β משקפת מנגנונים שאנו רואים במחלות ניווניות עצביות כמו אלצהיימר", אמר הולנד. "לימוד משי נותן לנו מערכת נקייה, אופטימלית אבולוציונית כדי להבין כיצד ניתן לשלוט בהפרדת פאזות ויצירת יריעות β."
קישור לכתבת המקור – 2026-02-06 08:22:00
