Wissenschaftler finden heraus, dass sich die Klebstoffeigenschaften der Kugelweberspinne schneller entwickeln als ihre Klebstoffgene

Spinnen, die keine gute Seide weben, bekommen nichts zu essen. Die Seidenspinnen, die sie produzieren, um ihre Netze zu bauen, sind der Schlüssel zu ihrem Überleben – aber Spinnen leben an vielen verschiedenen Orten, die fein abgestimmte Netze für den lokalen Erfolg erfordern. Wissenschaftler haben nun den Klebstoff untersucht, der die Netze von Radnetzspinnen klebrig macht, um zu verstehen, wie sich seine Materialeigenschaften unter verschiedenen Bedingungen ändern.

„Die Entdeckung der klebrigen Proteinkomponenten biologischer Klebstoffe öffnet die Türen zur Bestimmung, wie sich Materialeigenschaften entwickeln“, sagte Dr. Nadia Ayoub von der Washington and Lee University, Mitautorin der in veröffentlichten Studie Grenzen in Ökologie und Evolution. „Spinnenseidenfasern und -kleber stellen ein fantastisches Modell dar, um solche Fragen zu beantworten, da sie hauptsächlich aus Proteinen bestehen und Proteine ​​von Genen kodiert werden.“

„Spinnenseide und Klebstoffe haben ein enormes biomimetisches Potenzial“, fügte Dr. Brent Opell von Virginia Tech, Co-Korrespondenzautor, hinzu. „Spinnen stellen Klebstoffe mit beeindruckenden Eigenschaften her, die in Industrie, Medizin und darüber hinaus Anwendung finden würden.“

In Spinnweben verstrickt

Jeder Strang des Spinnennetzes eines Orb Weaver trägt zum Fang von Nahrung bei. Das Netz hat einen steifen Rahmen, der den Aufprall der Beute absorbiert, die dann von klebrigen Leinen gefangen wird, bis die Spinne sie angreifen kann. Diese Linien werden durch einen wässrigen Klebstoff, der in Aggregatdrüsen synthetisiert wird, klebrig gemacht. Der Klebstoff nimmt Wasser aus der Atmosphäre auf und muss optimiert werden, um die besten Klebrigkeitsergebnisse für die lokale Luftfeuchtigkeit zu erzielen. Aber es gibt viele Arten von Radnetzspinnen, die in unterschiedlichen Umgebungen leben, was bedeutet, dass sich ihr Klebstoff an unterschiedliche Feuchtigkeitsniveaus anpassen muss.

Um zu verstehen, wie sich die Klebrigkeit von Spinnenkleber anpasst, konzentrierten sich Ayoub und ihre Kollegen auf zwei Arten, Argiope argentata, die in trockenen Umgebungen lebt; und Argiope trifasciata, die in feuchten Umgebungen lebt. Das Team sammelte Netze von A. trifasciata in freier Wildbahn und ließ A. argentata-Spinnen Netze im Labor bauen. Um sicherzustellen, dass diese Netze Netzen in freier Wildbahn entsprechen, fütterten die Wissenschaftler die Spinnen mit einer Nahrung, die mit ihrer üblichen Beute vergleichbar war, und verglichen die Leimtröpfchenmenge mit wilden Kontrollen, um sicherzustellen, dass die Feuchtigkeit im Labor die Eigenschaften der Tröpfchen nicht beeinträchtigte . Anschließend analysierten sie die Proteine ​​im Kleber und die Materialeigenschaften der Tröpfchen.

Eine klebrige Situation

Das Team fand heraus, dass die Tröpfchen von A. argentata-Spinnen kleiner sind als die von A. trifasciata und weniger Wasser aufnehmen, wenn die lokale Luftfeuchtigkeit zunimmt. Sie hatten auch kleinere Proteinkerne, die einen kleineren Anteil des Tröpfchenvolumens einnahmen, und nahmen weniger Wasser aus der Atmosphäre auf. Die Zähigkeit von Klebstofftröpfchen für beide Spinnenarten basiert auf der Steifheit des Proteinkerns der Tröpfchen, und die Zähigkeit des Proteinkerns von A. argentata nahm mit steigender Luftfeuchtigkeit ab. Fadenleimtröpfchen von A. argentata waren im Allgemeinen dichter beabstandet und klebriger.

Die Wissenschaftler analysierten auch die in den Klebstofftröpfchen gefundenen Proteine, um zu verstehen, wie diese Unterschiede in den Materialeigenschaften von den Proteinen herrühren. Obwohl die Proteine, die sie fanden, ähnlich waren, erschienen sie in unterschiedlichen Anteilen, und A. argentata-Kleber enthielt die Proteinprodukte von vier Genen, die in A. trifasciata-Kleber nicht vorkamen. Diese zusätzlichen Proteine ​​und ein ausgewogeneres Verhältnis von AgSp1- und AgSp2-Proteinen können sowohl die größere Zähigkeit dieses Klebers als auch seine geringere Kapazität zur Wasseraufnahme erklären.

„Trotz der dramatischen Unterschiede in den Materialeigenschaften teilen sich die beiden Arten die meisten ihrer Proteinkomponenten“, sagt Opell. „Die Sequenzen dieser Proteine ​​​​sind auch zwischen den Arten ähnlich, aber die relative Häufigkeit einzelner Proteine ​​​​ist unterschiedlich. Die Änderung der Verhältnisse von Proteinen ist wahrscheinlich ein schneller Mechanismus, um die Materialeigenschaften biologischer Klebstoffe anzupassen.“

„Diese Studie untersuchte nur zwei Arten, daher sind unsere vorgeschlagenen Beziehungen zwischen Proteinen und Materialeigenschaften begrenzt“, warnte Ayoub. „Wir sind jedoch dabei, Proteinkomponenten und Materialeigenschaften einer Vielzahl von Arten zu dokumentieren, was es uns ermöglichen wird, die Mechanismen zu erkennen, wie Proteine ​​​​Materialeigenschaften hervorrufen.“