أحدث الأخبار مع #جاكوبغراهام،
الجزيرة
٢٣-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
ما سر المرونة الاستثنائية لخيوط العنكبوت؟
تختلف شباك العناكب في صلابتها ومرونتها حسب الغرض منها. فحرير السحب، على سبيل المثال هو الأكثر صلابة ويستخدمه العنكبوت عند التنقل أو الهروب من الخطر. أما حرير الالتقاط، فهو أكثر مرونة ويستخدم في الأجزاء اللزجة من الشبكة التي تساعد على الإمساك بالفريسة دون أن تنكسر الألياف أو تنقطع الشبكة. هناك أيضًا حرير البيوض الذي يتميز بصلابته الشديدة لحماية البيوض، وحرير التغليف وهو أكثر ليونة ويستخدم لشل حركة الفريسة. وتنتج بعض العناكب أيضًا حريرًا مخصصًا للجسور، وهو مزيج من القوة والمرونة يسمح ببناء جسور بين الأسطح المختلفة قبل إنشاء الشبكة الكاملة. ألياف بديعة ولكن كيف يتحكم العنكبوت في درجات مرونة وصلابة شباكه؟ هذا ما أجاب عنه باحثون من جامعة نورث وسترن الأميركية حينما نجحوا في التوصل إلى السبب العلمي وراء اختلاف صلابة ومرونة تلك خيوط العنكبوت. وعندما تنسج العناكب شباكها، لا يقتصر الأمر على إفراز الخيوط وهندستها في شكل شبكة فحسب، بل هناك عملية شد مُعقدة -لهذه الخيوط بأرجلها الخلفية- تعتبر عاملا رئيسيا في تقوية الألياف الحريرية وجعلها أكثر صلابة ومتانة بحسب دراسة جديدة نشرت بدورية "ساينس أدفانسيز". ويقول جاكوب غراهام، طالب الدكتوراه في قسم الهندسة الميكانيكية جامعة نورث وسترن، والباحث الرئيسي بالدراسة، في تصريحات حصرية للجزيرة نت "من خلال نمذجة الحرير على المستوى الجزيئي، تمكنا من إظهار أن الشد المسبق للبروتينات الفردية يحسن محاذاتها على طول محور الألياف مما يعزز عدد الروابط الهيدروجينية بين البروتينات المجاورة". ويضيف "وبينما يزيد هذا من القوة النهائية المطلوبة لكسر الألياف، فإن البروتينات الفردية تكون قد فقدت جزءًا من مرونتها، مما يقلل من قدرة الألياف على التمدد قبل الانكسار. وبالتالي، فإن درجة الشد أثناء معالجة الألياف تحدد التوازن بين القوة والمرونة في الألياف الحريرية المُهندَسة". قوة كامنة في الشد يمكن تخيل خيوط العنكبوت وكأنها مجموعة من السلاسل الدقيقة المتشابكة، تمامًا مثل خيوط الحبال التي نستخدمها يوميًا. وعند شد هذه الخيوط، تصبح أكثر ترتيبًا وتتماسك بشكل أقوى مما يزيد من متانتها. وعلى المستوى الجزيئي، تحتوي ألياف العنكبوت على سلاسل بروتينية صغيرة ترتبط مع بعضها البعض بروابط تسمى الروابط الهيدروجينية. وعندما تُشد الألياف، تصطف هذه السلاسل في اتجاه واحد وتزداد الروابط بينها، مما يجعل المادة أكثر صلابة ولكن أقل قدرة على التمدد. وهذا يعني أن قوة الألياف تعتمد على مقدار الشد الذي تعرضت له أثناء نسجها. ولم يكن من الممكن رؤية هذه التفاصيل الدقيقة بالتجارب المخبرية وحدها. لذا، استخدم فريق البحث نماذج حوسبة متقدمة لمحاكاة كيفية ترتيب البروتينات أثناء عملية الشد مما كشف عن تغيّر في حجم البُنى البلورية الهيدروجينية المسماة بلورات البيتا، وهي هياكل بلورية تتشكل داخل ألياف العنكبوت عندما تصطف سلاسل البروتين في نمط منظم، مما يعزز من قوة المادة. وتعتبر هذه البُنى البلورية مسؤولة عن منح الألياف صلابتها العالية، حيث تعمل كمناطق داعمة تمنع تمزق الألياف بسهولة. وأثناء عملية الشد، يزداد ترتيب هذه الهياكل البلورية مما يؤدي إلى تقوية الألياف أكثر. وتتشكل الروابط الهيدروجينية الداخلية داخل الجزيء الواحد، مما يساعد على الحفاظ على استقرار بنيته. أما الروابط الخارجية، فتتكون بين سلاسل بروتين مختلفة، مما يساهم في تعزيز تماسك الألياف ككل. وعند شد ألياف العنكبوت، تتكسر بعض الروابط الداخلية لتحل محلها روابط خارجية أقوى مما يحسن من صلابة الألياف ولكن يقلل من مرونتها إلى حد ما، وهو ما يجعل عملية الشد آلية ضابطة لمرونة وصلابة الألياف وفقًا للوظيفة المنوطة بها. مستقبل ألياف العنكبوت الاصطناعية من الناحية الصناعية، يمكن أن تحل ألياف العنكبوت المُهندَسة محل مواد صناعية قوية مثل الكيفلار والنايلون، مما يوفر بديلًا أكثر استدامة وصديقًا للبيئة. غير أن التحدي الأكبر يتمثل في تطوير طرق تصنيع واسعة النطاق لهذه الألياف ومستدامة بيئيًا. ويمثل فهم تحسين المواد التطورية تحديًا كبيرًا، إذ أن تاريخ الطفرات البروتينية ليس محفوظًا بشكل مثالي في السجل التطوري. ومع ذلك، فإن التنوع البيولوجي الواسع للحشرات الموجودة اليوم يسمح للعلماء بمقارنة تسلسلات البروتين والسلوك عبر الأنواع. ورغم أن أي عنكبوت يمكنه إنتاج الحرير من عدد محدود فقط من البروتينات فإنه من الممكن تحقيق مجموعة واسعة من الخصائص من نفس المكونات عندما يقوم العنكبوت بتعديل القوة التي يستخدمها لنسج وشد الخيوط. وهذا يوضح بالفعل كيفية تحسين خصائص المواد من خلال الجمع بين تطور البروتين والتكيف السلوكي. يقول غراهام "يجب على أي باحث يقوم بتصنيع مواد محاكاة حيوية أن يدرس بعناية السياق الذي تطورت فيه المادة لتجنب إغفال الخطوات الحاسمة في عملية الإنتاج". ويقول الباحث الرئيسي بالدراسة "الحرير يتميز بكثافة منخفضة، مما يجعله أخف وزنًا بكثير مقارنة بالمواد القوية الأخرى مثل الفولاذ والكيفلار. وهذا يحسن بشكل كبير من إمكانية نقله، وهو أمر مرغوب فيه في مجالات مثل التكنولوجيا الفضائية والمعدات الواقية. ويضيف أنه "يمكن تحسين عملية الشد لإنشاء شباك شحن صلبة لتأمين الحمولات الثقيلة أو أقمشة مرنة ومتينة لإبطاء الأجسام المتحركة بسرعات هائلة".
يمن مونيتور
١٢-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- يمن مونيتور
سر القوة المذهلة لخيوط العنكبوت!
يمن مونيتور/قسم الأخبار تقوم العناكب بزيادة قوة شبكتها عن طريق سحب خيوطها باستخدام أرجلها الخلفية، هذه هي نتائج محاكاة أجريت في الولايات المتحدة. وقد تأكد العلماء من ذلك تجريبيا. وكان الباحثون يهتمون على مدى عشرات الأعوام بخيوط العنكبوت بسبب خصائصها المدهشة. فهي أقوى من الفولاذ، وأكثر مقاومة من الكيفلار، ومرنة مثل المطاط. وقال جاكوب غراهام، أحد مؤلفي الدراسة: 'إن خيوط العنكبوت هي أقوى الألياف العضوية، وهي قابلة للتحلل البيولوجي. لذلك، فهي مادة مثالية لاستخدامها في الأغراض الطبية. ويمكن استخدامها في الغرز الجراحية والمواد الهلامية اللاصقة لإغلاق الجروح.' ومع ذلك، فإن تربية العناكب من أجل خيوطها أمر معقد وغير رابح، لذا يسعى العلماء إلى إعادة إنتاجها في المختبر. يعمل العلماء منذ عدة سنوات على تطوير ميكروبات لإنتاج مواد تشبه خيوط العنكبوت. وقد تم إنتاج ألياف صناعية قريبة في خصائصها من خيوط عنكبوت الذهبي الدائري، المعروف بخيوطه القوية جدا. وعلى الرغم من تطوير وصفة لخيوط العنكبوت، ظل من غير الواضح كيف تؤثر عملية الغزل على بنية الألياف وقوتها. وقام جاكوب غراهام ومشرفه البروفيسور سينان كيتن من جامعة 'واشنطن' الأمريكية ببناء نموذج حاسوبي لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية في خيوط العنكبوت الاصطناعية. وساعد هذا النموذج في التأكد من أن عملية الشد تجعل البروتينات تصطف في خطوط، مما يزيد من القوة الكلية للألياف. كما تبين أن الشد يزيد من عدد الروابط الهيدروجينية، التي تعمل كجسور بين سلاسل البروتينات، مما يعزز القوة الكلية، والمقاومة، والمرونة للألياف. قال غراهام: 'بعد عملية إخراج الألياف، تكون خصائصها الميكانيكية ضعيفة جدا. ولكن عندما يتم شدها إلى ستة أضعاف طولها الأصلي، تصبح قوية جدا.' وسابقا اعتبر غراهام العناكب مجرد كائنات مزعجة، ولكنه الآن يرى فيها إمكانات واعدة لحل مشاكل حقيقية حيث يمكن أن تكون خيوط العنكبوت الاصطناعية بديلا ممتازا للمواد الاصطناعية الأخرى التي يتم إنتاجها بشكل أساسي من مشتقات النفط. المصدر: مقالات ذات صلة
جو 24
١٢-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- جو 24
سر القوة المذهلة لخيوط العنكبوت!
جو 24 : تقوم العناكب بزيادة قوة شبكتها عن طريق سحب خيوطها باستخدام أرجلها الخلفية، هذه هي نتائج محاكاة أجريت في الولايات المتحدة. وقد تأكد العلماء من ذلك تجريبيا. وكان الباحثون يهتمون على مدى عشرات الأعوام بخيوط العنكبوت بسبب خصائصها المدهشة. فهي أقوى من الفولاذ، وأكثر مقاومة من الكيفلار، ومرنة مثل المطاط. وقال جاكوب غراهام، أحد مؤلفي الدراسة: "إن خيوط العنكبوت هي أقوى الألياف العضوية، وهي قابلة للتحلل البيولوجي. لذلك، فهي مادة مثالية لاستخدامها في الأغراض الطبية. ويمكن استخدامها في الغرز الجراحية والمواد الهلامية اللاصقة لإغلاق الجروح." ومع ذلك، فإن تربية العناكب من أجل خيوطها أمر معقد وغير رابح، لذا يسعى العلماء إلى إعادة إنتاجها في المختبر. يعمل العلماء منذ عدة سنوات على تطوير ميكروبات لإنتاج مواد تشبه خيوط العنكبوت. وقد تم إنتاج ألياف صناعية قريبة في خصائصها من خيوط عنكبوت الذهبي الدائري، المعروف بخيوطه القوية جدا. وعلى الرغم من تطوير وصفة لخيوط العنكبوت، ظل من غير الواضح كيف تؤثر عملية الغزل على بنية الألياف وقوتها. وقام جاكوب غراهام ومشرفه البروفيسور سينان كيتن من جامعة "واشنطن" الأمريكية ببناء نموذج حاسوبي لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية في خيوط العنكبوت الاصطناعية. وساعد هذا النموذج في التأكد من أن عملية الشد تجعل البروتينات تصطف في خطوط، مما يزيد من القوة الكلية للألياف. كما تبين أن الشد يزيد من عدد الروابط الهيدروجينية، التي تعمل كجسور بين سلاسل البروتينات، مما يعزز القوة الكلية، والمقاومة، والمرونة للألياف. قال غراهام: "بعد عملية إخراج الألياف، تكون خصائصها الميكانيكية ضعيفة جدا. ولكن عندما يتم شدها إلى ستة أضعاف طولها الأصلي، تصبح قوية جدا." وسابقا اعتبرغراهام العناكب مجرد كائنات مزعجة، ولكنه الآن يرى فيها إمكانات واعدة لحل مشاكل حقيقية حيث يمكن أن تكون خيوط العنكبوت الاصطناعية بديلا ممتازا للمواد الاصطناعية الأخرى التي يتم إنتاجها بشكل أساسي من مشتقات النفط. المصدر: تابعو الأردن 24 على
الوكيل
١٢-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- الوكيل
سر القوة المذهلة لخيوط العنكبوت
الوكيل الإخباري- تقوم العناكب بزيادة قوة شبكتها عن طريق سحب خيوطها باستخدام أرجلها الخلفية، هذه هي نتائج محاكاة أجريت في الولايات المتحدة. وقد تأكد العلماء من ذلك تجريبيا. وكان الباحثون يهتمون على مدى عشرات الأعوام بخيوط العنكبوت بسبب خصائصها المدهشة. فهي أقوى من الفولاذ، وأكثر مقاومة من الكيفلار، ومرنة مثل المطاط. اضافة اعلان وقال جاكوب غراهام، أحد مؤلفي الدراسة: "إن خيوط العنكبوت هي أقوى الألياف العضوية، وهي قابلة للتحلل البيولوجي. لذلك، فهي مادة مثالية لاستخدامها في الأغراض الطبية. ويمكن استخدامها في الغرز الجراحية والمواد الهلامية اللاصقة لإغلاق الجروح." ومع ذلك، فإن تربية العناكب من أجل خيوطها أمر معقد وغير رابح، لذا يسعى العلماء إلى إعادة إنتاجها في المختبر. يعمل العلماء منذ عدة سنوات على تطوير ميكروبات لإنتاج مواد تشبه خيوط العنكبوت. وقد تم إنتاج ألياف صناعية قريبة في خصائصها من خيوط عنكبوت الذهبي الدائري، المعروف بخيوطه القوية جدا. وعلى الرغم من تطوير وصفة لخيوط العنكبوت، ظل من غير الواضح كيف تؤثر عملية الغزل على بنية الألياف وقوتها. وقام جاكوب غراهام ومشرفه البروفيسور سينان كيتن من جامعة "واشنطن" الأمريكية ببناء نموذج حاسوبي لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية في خيوط العنكبوت الاصطناعية. وساعد هذا النموذج في التأكد من أن عملية الشد تجعل البروتينات تصطف في خطوط، مما يزيد من القوة الكلية للألياف. كما تبين أن الشد يزيد من عدد الروابط الهيدروجينية، التي تعمل كجسور بين سلاسل البروتينات، مما يعزز القوة الكلية، والمقاومة، والمرونة للألياف. قال غراهام: "بعد عملية إخراج الألياف، تكون خصائصها الميكانيكية ضعيفة جدا. ولكن عندما يتم شدها إلى ستة أضعاف طولها الأصلي، تصبح قوية جدا." وسابقا اعتبر غراهام العناكب مجرد كائنات مزعجة، ولكنه الآن يرى فيها إمكانات واعدة لحل مشاكل حقيقية حيث يمكن أن تكون خيوط العنكبوت الاصطناعية بديلا ممتازا للمواد الاصطناعية الأخرى التي يتم إنتاجها بشكل أساسي من مشتقات النفط.
ليبانون 24
١٢-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- ليبانون 24
أقوى من الفولاذ.. هذا سرّ قوة خيوط العنكبوت
كشفت محاكاة أجريت في الولايات المتحدة أن العناكب تقوم بزيادة قوة شبكتها من خلال سحب خيوطها باستخدام أرجلها الخلفية، وهو ما تأكد منه العلماء تجريبيًا. ووفقًا للباحثين، فإن خيوط العنكبوت تتمتع بخصائص استثنائية، حيث إنها أقوى من الفولاذ، وأكثر مقاومة من الكيفلار، ومرنة مثل المطاط، مما يجعلها محط اهتمام علمي لعقود. وقال جاكوب غراهام، أحد مؤلفي الدراسة، إن خيوط العنكبوت تعد من أقوى الألياف العضوية وقابلة للتحلل البيولوجي، ما يجعلها مثالية للاستخدام في المجالات الطبية، مثل الغرز الجراحية والمواد اللاصقة لإغلاق الجروح. لكن رغم مزاياها الفريدة، فإن تربية العناكب لاستخلاص خيوطها تعد عملية معقدة وغير مجدية اقتصاديًا، مما يدفع العلماء إلى البحث عن طرق لإنتاجها صناعيًا في المختبر. ويعمل العلماء منذ عدة سنوات على تطوير ميكروبات لإنتاج مواد تشبه خيوط العنكبوت. وقد تم إنتاج ألياف صناعية قريبة في خصائصها من خيوط عنكبوت الذهبي الدائري، المعروف بخيوطه القوية جدا. وعلى الرغم من تطوير وصفة لخيوط العنكبوت، ظل من غير الواضح كيف تؤثر عملية الغزل على بنية الألياف وقوتها. وقام جاكوب غراهام ومشرفه البروفيسور سينان كيتن من جامعة "واشنطن" الأميركية ببناء نموذج حاسوبي لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية في خيوط العنكبوت الاصطناعية. وساعد هذا النموذج في التأكد من أن عملية الشد تجعل البروتينات تصطف في خطوط، مما يزيد من القوة الكلية للألياف. كما تبين أن الشد يزيد من عدد الروابط الهيدروجينية، التي تعمل كجسور بين سلاسل البروتينات، مما يعزز القوة الكلية، والمقاومة، والمرونة للألياف. قال غراهام: "بعد عملية إخراج الألياف، تكون خصائصها الميكانيكية ضعيفة جدا. ولكن عندما يتم شدها إلى ستة أضعاف طولها الأصلي، تصبح قوية جدا." وسابقا اعتبر غراهام العناكب مجرد كائنات مزعجة، ولكنه الآن يرى فيها إمكانات واعدة لحل مشاكل حقيقية حيث يمكن أن تكون خيوط العنكبوت الاصطناعية بديلا ممتازا للمواد الاصطناعية الأخرى التي يتم إنتاجها بشكل أساسي من مشتقات النفط. (روسيا اليوم)
