Mătasea de albine, un supermaterial al viitorului. Care e diferența față de cea făcută de viermii de mătase?

În timp ce lumea se îneacă în plastic, cercetătorii sunt în căutarea unor materiale practice, ușoare, rezistente și biodegradabile. 

În ultimii ani, oamenii de știință s-au orientat din ce în ce mai mult către natura în căutare de inspirație – o mare parte a cercetărilor concentrându-se asupra caracteristicilor impresionante ale mătăsii de păianjen.

Dar există o altă alternativă promițătoare care se ascunde chiar sub nasul nostru: mătasea de albine.

Mătasea de albine, creată de albinele solitare

Dacă te întrebi ce este asta, nu ești singur. Majoritatea oamenilor nu au auzit niciodată de mătasea de albine. 

„Producția de mătase este mult mai răspândită în natură decât își dau seama majoritatea oamenilor”, a declarat pentru ScienceAlert Oran Wasserman, un biolog molecular care și-a finalizat doctoratul la Universitatea de Stat din Utah, în cadrul Laboratorului de Mătase de Păianjen al lui Justin Jones.

„Mătasea a evoluat independent de multe ori, având cel puțin 23 de origini distincte doar în rândul insectelor”, a explicat Wasserman, printre acestea numărându-se furnicile, albinele și viespile.

La începutul acestui an, Wasserman și echipa sa au fost primii care au reușit să realizeze o peliculă dintr-un tip specific de mătase de albine – un prim pas important în valorificarea potențialului acestui material incredibil.

n lumea insectelor, mătasea poate fi folosită pentru orice, de la țeserea pânzelor de păianjen la construirea cuiburilor și până la țeserea coconilor.

Citește și: Ce să faci dacă ai găsit un cuib de albine sau viespi chiar la poarta ta? Nu îl distruge niciodată

În cazul albinelor, în special, scopul este protecția. „Albinele sociale, precum albinele melifere și bondarii, produc mătase pentru a căptuși celulele de puiet din coloniile lor”, a spus Wasserman.

Albinele solitare, care reprezintă aproximativ 75 la sută din totalul speciilor de albine, țes mătase pentru a-și construi coconi care le oferă protecție împotriva factorilor de stres din mediu.

Așa este, aproximativ trei sferturi din totalul speciilor de albine țes mătase.

„Producția de mătase este mult mai răspândită în natură decât își dau seama majoritatea oamenilor”, a adăugat Wasserman.

Cercetătorii studiază de fapt proprietățile diferitelor tipuri de mătase de albine de 20 de ani, dar Wasserman și laboratorul Jones au dus lucrurile cu un pas mai departe, creând o abordare neinvazivă pentru sintetizarea mătăsii.

Acest lucru este important, deoarece, deși toată lumea știe cât de impresionantă este mătasea de păianjen – de cinci ori mai rezistentă decât oțelul, raportat la greutate! –, s-a dovedit incredibil de dificil de reprodus în laborator.

Mătasea de albine, diferită de cea a viermilor de mătase

Cercetarea lui Wasserman s-a concentrat asupra albinei albastre de livadă (Osmia lignaria), o albină solitară și un important polenizator al livezilor, care are coconi mici, maronii și alungiți, cu un capac distinctiv în formă de mamelon la un capăt.

Deși ambele folosesc mătasea pentru a-și construi coconii, viermii de mătase și albinele albastre de livadă își produc mătasea în moduri foarte diferite.

Viermele de mătase își țese coconul dintr-un singur fir continuu.

O larvă de albină adoptă o abordare mai arhitecturală, a explicat Wasserman.

Citește și: Trucul cutiei de chibrituri ajută la eliminarea insectelor care se așează persistent pe geamul ferestrei

Ea ancorează mătasea de peretele celulei cuibului, trage firul folosindu-și mișcările capului și îl fixează într-un nou punct, repetând procesul până când este complet închisă.

Coconul rezultat are doar câteva straturi structurale, dar acestea colaborează pentru a asigura echilibrul între schimbul de gaze, protecția mecanică, retenția umidității și rezistența la paraziți.

Acest ultim aspect este mai important decât pare. Coconii albinelor solitare se confruntă cu o amenințare foarte reală: viespile parazitoide.

Acestea sunt viespi care localizează coconii albinelor folosind semnale chimice, apoi încearcă să-i străpungă cu un apendice asemănător unui ac pentru a depune ouă în interiorul albinei în dezvoltare.

Coconul din mătase de albină este, în esență, singura linie de apărare a larvei.

Pe lângă faptul că este incredibil de rezistent la perforare (o proprietate pe care Laboratorul Jones o studiază în continuare în mod activ, folosind un nou protocol), materialul este, de asemenea, flexibil, antimicrobian și respirabil.

Exact combinația pe care ți-ai dori-o în materialele biomedicale de nouă generație, precum suturile chirurgicale, scheletele pentru ingineria țesuturilor și textilele tehnice.

Provocarea în valorificarea acestor proprietăți a constat, însă, în recrearea mătăsii în afara larvei de albină.

Încercările inițiale ale lui Wasserman au constat în izolarea fibrelor individuale de mătase din coconi deja formați, dar procesul era laborios și ducea la ruperea unui număr mare de fire. Așadar, echipa s-a întors la sursă.

„Protocolul pe care l-am dezvoltat izolează fibrele de mătase direct din gura larvei”, explică Wasserman.

Pentru a face acest lucru, ei folosesc un sistem de creștere imprimat 3D care imită cavitatea naturală a cuibului de albine și apoi cresc efectiv larve de albine în interiorul acestuia.

Echipa monitorizează zilnic fiecare larvă și intervine exact în momentul în care aceasta începe să țese – când primele fire sunt încă slabe și la îndemână.

Fibrele sunt apoi izolate și montate pentru testarea mecanică. Apoi, au purificat proteinele obținute (denumite fibroine) și le-au transformat în pelicule transparente, autonome.

Este pentru prima dată când o proteină din mătasea unei albine solitare a fost produsă în acest mod și transformată într-un material.

Deși nu poate fi încă utilizată direct în vreo aplicație, tehnica deschide calea către studii mai aprofundate asupra mătăsii de albine la diferite specii.