Wersja kontrastowa

Prof. Paweł Szymkowiak. Tajemnicza sieć pająka

prof. Paweł Szymkowiak
prof. Paweł Szymkowiak

Prof. Paweł Szymkowiak. Pajęcza sieć jest niemal tak wytrzymała na rozciąganie jak stal, mocniejsza od kuloodpornego kevlaru, prawdopodobnie hypoalergiczna i sterylna. Taki super materiał można byłoby wykorzystać w przemyśle i w medycynie. Kto umiałby go wyprodukować, dokonałby technologicznej rewolucji.

To, co fascynuje naukowców w  pająkach, to m.in. umiejętność przędzenia nici. Wszystkie pająki to robią, nawet te, które nie tkają sieci łownych. Nić służy im do budowy kokonów, ułatwia linienie, pozwala też stabilizować lot. Każdy pająk przemieszczając się, zostawia za sobą nić, choć często tego nie dostrzegamy – taka jest delikatna.

Pajęcze białka w mleku kozy

Żeby poznać właściwości pajęczych nici najpierw trzeba się dowiedzieć, jak powstają. Przędza ma skomplikowaną, polimerową strukturę, zbudowaną z aminokwasów. – Mechanizm przędzenia jest dosyć specyficzny – mówi prof. Paweł Szymkowiak z Wydziału Biologii UAM. – Pająk wykorzystuje do tego półpłynną substancję o strukturze białkowej (peptydowej) składającej się z miceli, które mogą być formowane w różny sposób. Substancja ta uwalniana z  gruczołu przedostaje się do przewodów, gdzie jest odpowiednio kształtowana i dopiero potem wydostaje się na zewnątrz. Proces przejścia miceli jest bardzo ciekawy, bo zachodzi w nim wiele przemian – materiał zmienia pH, jest odwadniany, uzupełniany o kationy potasu i inne substancje.

Kądziołki przędne i pajęczyna pająka o nazwie Linothele megatheloides wykorzystywanego do badań nad właściwościami antybakteryjnymi przędzy pająków. fot. A. Małecka, zdjęcie ukazało się uprzednio w artykule: Szymkowiak i in. 2020. Spider silk of Linothele fallax and Linothele megatheloides (Mygalomorphae, Dipluridae) does not affect the growth of bacteria. Biologia 75: 1679–1683.

Odtworzenie sposobu, w jaki pająk tworzy nić, jest kluczowe dla naukowców. Nadal jednak nikomu nie udało się tego zrobić w sposób idealny. Problemem jest to, że pająków nie można zmusić do przędzenia w przeciwieństwie do motyli – jedwabników. – Póki nie pokonamy tej przeszkody i nie zdobędziemy więcej substancji, którą można byłoby modyfikować, nie będzie można prowadzić badań na szeroką skalę – wyjaśnia profesor.

Jednak naukowcy się nie poddają. Podglądając pająki, próbują stworzyć syntetyczny obraz tych białek i wyprodukować ich zamiennik. – Odbywa się to różnymi drogami przy wykorzystaniu genetyki i badań molekularnych. Sekwencjonuje się gen pająka, aplikuje fragment DNA bakteriom (np. Escherichia coli), które zaczynają produkować pożądane białka. Do tego celu wykorzystuje się również zwierzęta transgeniczne np. kozy, których mleko posiada skład białkowy pajęczych nici. – Ten kierunek badań jest dla mnie fascynujący i obiecujący naukowo – podkreśla prof. Paweł Szymkowiak.

Pierwszy przełom w  badaniach i  znaczący sukces odnieśli badacze ze Szwecji w 2017 roku. Zbudowali urządzenie, za pomocą którego wytworzyli sprężystą i rozciągliwą nić białkową. Daleko jej, rzecz jasna, do naturalnej przędzy, ale jest szansa, że po modyfikacjach ta technologia da światu wymarzone nici. Biodegradowalne i  biokompatybilne, a  przy tym elastyczne i wytrzymałe można byłoby wykorzystać np. jako nici chirurgiczne czy materiał do tworzenia implantów, wspomagających zrastanie pękniętych kości i ścięgien. Białka, z jakich się składają, bardzo dobrze wbudowują się w naczynia krwionośne. Już teraz są wykorzystywane w postaci hydrożeli i kapsułek do powolnego uwalniania leków w organizmie.

Natomiast eksperci z  uniwersytetu w  Nottingham wyprodukowali syntetyczny jedwab, odwzorowujący właściwości pajęczych nici, który można stosować w opatrunkach. Zaobserwowano, że włókna o działaniu antybakteryjnym i antyalergicznym przyczyniają się do szybszego gojenia ran.

Osiem (owłosionych) nóg

– Ktoś, kto zajmuje się pająkami, jest często postrzegany jako dziwak – mówi prof. Szymkowiak. – Nawet niektórzy biolodzy uciekają od badań w obrębie tej grupy zwierząt, boją się. Szkoda, bo są to fascynujące zwierzęta.

Pająki mają osiem, czasem mocno owłosionych nóg, zwykle cztery pary oczu, do tego niektóre są jadowite – trudno je pokochać od pierwszego wejrzenia. Drapieżniki te odznaczają się niezwykłą różnorodnością narządu wzroku. Te, które polują na sieciach, zwykle słabo widzą – odbierają sygnały innymi zmysłami np. włosami czuciowymi (trichobothria), natomiast skakuny, które zdobywają pokarm, skacząc na ofiary, dysponują doskonałym wzrokiem. Skakun nie ruszając się z miejsca, widzi 270 procent obszaru wokół siebie! Wydaje się, że patrzy do przodu, a on w tym czasie obserwuje okolicę wokół swojego ciała.

Krzyżak rogaty (Araneus angulatus). Występuje w całej Europie, na północy rzadszy. Przędzie koliste sieci łowne. Fot: Marek Przewoźny

Osobliwa fizjonomia tych małych zwierząt nie zniechęciła profesora Szymkowiaka.– Już na studiach zacząłem badać pająki, bo chciałem się zająć grupą zwierząt, której ludzie unikają. Poza tym zafascynowała mnie wiedza arachnologa prof. Andrzeja Dziabaszewskego, naukowca o  szerokich horyzontach, który potrafił przekazać swoją pasję młodszemu pokoleniu.

Jako młody badacz prof. Szymkowiak zajmował się również roztoczami, zwierzętami należącymi do gromady pajęczaków. Ostatecznie został pajęczarzem faunistą, ekologiem i  taksonomem. Uznany specjalista prof. Marek Żabka zachęcił go do wyjazdu do Australii, gdzie badał pająki krabokształtne – odkrywał i opisywał nowe gatunki.

– W Australii żyje jeden z najbardziej jadowitych pająków na świecie – Atrax robustus – profesor pokazuje mi słoiczek, w którym pływa dość duży osobnik. – Spotkać go można na przedmieściach Sydney. Z przodu ma silne kolce jadowe, które mogą przekłuć skórę, czego większość pająków nie potrafi. Tylko kilkanaście gatunków jest dla nas groźnych – wśród nich nie ma żadnego z  naszych rodzimych. Aż dziw, że ukąszenie czarnej wdowy, mierzącej tylko półtora centymetra, może prowadzić do śmierci. To chyba kwestia krótkiej ewolucyjnej drogi, jaką do tej pory przeszedł człowiek, że nie jesteśmy odporni na neurotoksynę, którą produkuje ten pająk.

Co ciekawe, istnieją gatunki pozbawione gruczołów jadowych, jeden z nich żyje w Polsce. To prząstnik (Hyptiotes paradoxus). Poluje, używając trójkątnej sieci, przytwierdzonej do gałązek. Sam stanowi element tej konstrukcji, przytrzymując odnóżami nić łączącą sieć z podłożem. W ten sposób stanowi czuły element detekcji drgań, jakie wywołuje ofiara. Kiedy na pajęczynie pojawi się owad, pająk puszcza sieć łowną, co powoduje oplątanie i unieruchomienie ofiary – jad nie jest potrzebny.

Taniec i feromony

Jak na małe zwierzęta, pająki mają bardzo wysublimowane sposoby doboru płciowego. Zaloty niemal w każdej grupie wyglądają inaczej. Pająki słabowidzące przesyłają sobie sygnały mechaniczne za pośrednictwem sieci bądź podłoża. Samce, szarpiąc nici sieci łownych, nadają swoiste „telegramy” do samic, dzięki którym te wiedzą, z kim mają do czynienia. Istotny jest rytm, częstotliwość i siła drgań. Żeby doszło do kopulacji i zaplemnienia, samiec musi przedstawić się jako godny partner do rozrodu – przedłużenia trwania gatunku. Niektóre pająki przynoszą prezenty, ofiarując wybrankom zdobycze (np. Pisaura) – te trudniejsze do upolowania lepiej świadczą o ich umiejętnościach myśliwskich. Skakuny, które mają dobry wzrok, preferują adorację na odległość. – Samce mogą godzinami zalecać się do swojej partnerki, robiąc pokazy taneczne. Przedstawiają się z jak najlepszej strony, ale też trochę oszukują, jak to w świecie biologii.

Thomisus spectabilis, nie ma polskiej nazwy. Należy do pająków krabokształtnych, okaz pochodzi z Australii. Fot. prof. Paweł Szymkowiak

Pewien rodzaj oszustwa w  zdobywaniu pożywienia stosuje pająk bolas (Mastophora sp.). Otóż wydzielane przez niego feromony przyciągają samce pewnego gatunku motyla (np. Spodoptera sp.) – okazuje się, że ta substancja łudząco przypomina feromony produkowane przez ich samice. Motyle lecą więc do partnerek, a na miejscu trafiają w sidła pająka. Bolas aplikuje feromony na lepną kulę zawieszoną na nici i poluje na owady wymachując nią jak lassem.

Niektóre zachowania godowe pająków mogą zaskoczyć. Przed samym zapłodnieniem samiec pająka krabokształtnego (Xysticus sp.) oplątuje pajęczyną samicę i takimi więzami przytwierdza ją do podłoża. Budowa narządów rozrodczych tych zwierząt też jest specyficzna. – Pewna ułomność samców polega na tym, że gruczoły rozrodcze nie mają połączenia z narządem kopulacyjnym, który znajduje się przy otworze gębowym. Samiec tworzy specjalną nić, na nią wydziela nasienie i narządem kopulacyjnym jak strzykawką je zasysa. Narządy te u każdego gatunku są trochę inaczej zbudowane, co zapobiega kopulacjom międzygatunkowym. Są przy tym twarde, co nie ułatwia zadania – niektóre gatunki zmiękczają je wkładając do otworu gębowego i żując do momentu, aż staną się elastyczne. Gdy wszystko pójdzie dobrze, samiec kopuluje zaplemniając samicę – samo zapłodnienie następuje później. To ona decyduje, kiedy plemniki mogą dotrzeć do komórek jajowych. W tym celu przechowuje nasienie w specjalnych woreczkach nasiennych.

Pierwsze na wulkanie

Jesienią obserwujemy babie lato. Przeloty pająków (ballooning), bo tak fachowo nazywa się to zjawisko, są dla nich przeżyciem ekstremalnym. Przy odpowiednich warunkach atmosferycznych część osobników może pokonać nawet 100 metrów, ale zdarzają się też dalsze wędrówki. Na podniebne loty jest szansa w  pogodne dni, przy delikatnych, wznoszących powiewach wiatru (ok. 5 metrów na sekundę). Szczególnie dobre warunki do takiego sposobu podróżowania pojawiają się we wrześniu, kiedy ziemia jest nagrzana, bo wtedy ciepłe słupy powietrza potrafią ponieść wysoko i daleko.

– Znane są przypadki, gdy znaleziono pająki na kilku tysiącach metrów, gdzie panują trudne warunki – zmienia się ciśnienie, gwałtownie spada temperatura. Być może zwierzęta muszą wejść w rodzaj hibernacji, żeby przeżyć. To, co się dzieje z organizmem pająka w takich warunkach, nie jest jeszcze poznane – wyjaśnia profesor.

Co ciekawe, pająki latają nie tylko jesienią. Te, które potrafią, robią to cały rok – dotyczy to zwykle młodych osobników, szukających nowych siedlisk, gdzie mogłyby się rozwijać i rozmnażać. Ale z  wiatrem lecą również dorosłe pająki małych gatunków, które czują, że kończy się sezon wegetacyjny i szukają odpowiednich miejsc na złożenie jaj. Ryzykowna taktyka często się opłaca. Zdarza się, że pierwszymi zwierzętami, które zasiedlają tereny po wybuchu wulkanu, są właśnie pająki. Przykładem jest wyspa wulkaniczna Krakatau (Indonezja), gdzie zwierzęta te pojawiły się przed owadami.

Nauka Wydział Biologii
Zobacz podobne

Ten serwis używa plików "cookies" zgodnie z polityką prywatności UAM.

Brak zmiany ustawień przeglądarki oznacza jej akceptację.