وظيفة المغازل في العناكب

العناكب وصناعة الحرير

تعتبر العناكب من أشهر صناع الحرير بين المفصليات وهي تشتهر بإنتاج شبكات الجرم السماوية الهوائية التي تصطاد الحشرات الطائرة، وتعد عناكب الويب الجرم السماوية من الحيوانات المفترسة في كل مكان في النظم البيئية الأرضية وهي نماذج شائعة للبحوث السلوكية والبيئية ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى سهولة تمييز أشكال شبكات الجرم السماوي.

وشبكات الجرم السماوية هي هياكل مركبة مبنية من أنواع متعددة من الحرير ، ولكل منها هيكلها الجزيئي الفريد الخاص بها ووظيفتها الميكانيكية ، مثل تلك الشبكات الجرمانية أيضًا تربط البحث التطوري معًا من ترميز الجينات لبروتينات الحرير إلى وظيفة الشبكة الكاملة في البيئة.

ومع ذلك فإن شبكات الجرم السماوي ليست سوى هياكل وسيطة في التنويع التطوري لاستخدام الحرير بين العناكب ، حيث تعمل كنقاط انطلاق لتسهيل إنشاء أنواع ويب جديدة وزيادة تنوع العنكبوت.

لذا نناقش شكل ووظيفة شبكات العنكبوت من خلال  مقدمة شاملة لجميع جوانب بيولوجيا لبكة الجرم السماوي ، ونأمل أن تسهل الطبيعة التركيبية لهذه المراجعة اتباع نهج أكثر تكاملاً بواسطة المحققين المستقبليين.

كما نستكشف بمزيد من التفصيل بعضًا من أكثر المجالات ديناميكية في بيولوجيا الويب الجرم السماوي لاقتراح أماكن واعدة للعقد القادم من البحث حول هذه المخلوقات الرائعة وشراكها الحريرية. [1]

ما هو المغزل

المغزل هو عضو يغزل الحرير لعنكبوت أو يرقة حشرة، وتحتوي بعض الحشرات البالغة أيضًا على مغازل ، مثل تلك التي تحملها على الأرجل الأمامية في Embioptera، كما توجد المغازل عادة على الجانب السفلي من ورم العنكبوت ، وعادة ما تكون مجزأة. [2]

بينما تحتوي معظم العناكب على ستة مغازل ، فإن بعضها يحتوي على اثنين أو أربعة أو ثمانية، ويمكنهم التحرك بشكل مستقل وفي حلقة، ومعظم المغازل ليست هياكل بسيطة ذات فتحة واحدة تنتج خيطًا واحدًا ، ولكنها هياكل معقدة للعديد من الحنفيات المجهرية ، كل منها ينتج خيطًا واحدًا.

وينتج عن ذلك التوجيه اللازم لجزيئات البروتين ، والتي بدونها يصبح الحرير ضعيفًا وعديم الفائدة، ويمكن أن تكون الحنفية مفردة أو يمكن العثور عليها في مجموعات ، مما يسمح أيضًا للعناكب بدمج خيوط متعددة بطرق مختلفة لإنتاج العديد من أنواع الحرير لأغراض مختلفة.

كما يمكن أن تساعد مورفولوجيا Spinneret علماء الأنثروبولوجيا في التعرف على تصنيف العينة ويمكن أن يحدد التشكل المحدد للحنفية استخدامه ، وأيضًا على سبيل المثال الحنفية ذات الشكل السوطي هي فريدة من نوعها بالنسبة لـ Araneoidea.

وهناك نوع آخر من الحنفية موجود في مجموعات من ثلاثة ، يشار إليها باسم بقع الغدة الأسطوانية ، وتوجد فقط في الإناث وتستخدم لصنع أكياس البيض. [5]

ما هي وظيفة المغازل في العناكب

تعتبر الوظيفة الأساسية للمغازل في العناكب وهي تكوين الحرير

الشيء الرئيسي الذي يميز العناكب عن بقية المملكة الحيوانية هو قدرتها على غزل الحرير ، وهو ألياف قوية للغاية، كما ينتج عدد قليل من الحشرات مادة مماثلة (دودة القز ، على سبيل المثال) ، ولكن لا شيء يقترب من قدرات الغزل للعناكب.

وتبني معظم الأنواع حياتها بأكملها حول هذه القدرة الفريدة، ولا يعرف العلماء بالضبط كيف تشكل العناكب الحرير ، لكن لديهم فكرة أساسية عن عملية الغزل.

حيث تحتوي العناكب على غدد خاصة تفرز بروتينات الحرير (المكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية) ، والتي تذوب في محلول مائي، حيث يقوم العنكبوت بدفع المحلول السائل عبر قنوات طويلة ، مما يؤدي إلى حنفيات مجهرية على مغازل العنكبوت، وعادة ما تحتوي العناكب على اثنين أو ثلاثة أزواج من المغازل ، وتقع في مؤخرة البطن. [4]

تطور المغازل في العناكب

تحتوي العناكب الأصلية ، التي تمثلها اليوم العناكب البدائية ، المجزأة ، على ثمانية أزواج من أعضاء غزل الحرير أو مغازل موضوعة تحت منتصف البطن (Mesothelae).

وفي العناكب mygalomorph و araneomorph ، تحركت المغازل إلى نهاية البطن (Opisthothelae)، وفي هذه العناكب فإن المغازل الأمامية المتوسطة (AMS) إما لم تعد موجودة أو تبقى في بعض العناكب الشبيهة بالأشكال كهيكل غزل معدل يسمى cribellum، كما تحتوي عناكب Mygalomorph على أربعة أو ستة مغازل ، مقارنة بستة في معظم الأشكال.

هيكل المغازل

تحتوي المغازل المزدوجة على جزء إلى ثلاثة أجزاء، حيث تتميز بقدرتها العالية على المناورة في غزل الحرير وقد تكون قصيرة جدًا أو طويلة نسبيًا (طالما أن البطن في بعض العناكب mygalomorph).

كما يحتوي الجزء الأخير من كل مغازل على العديد من الحنفيات ، وهناك منافذ حرير المجوفة التي تشبه الشعر متصلة بغدد حرير مقترنة معينة داخل البطن، وتفتح كل غدة على المغازل إما عن طريق واحدة أو اثنتين من الحنفيات (الغدد الأمبولة) ، أو عدة حنفيات (الغدد الأسطوانية) ، أو العديد من الحنفيات (الغدد الكمثرية والحلقية الشكل)، بالإضافة إلى ذلك ، تفتح الغدد الأسطوانية والحديثة الشكل على مغزلين.

أجهزة غزل الحرير

الأخرى بالإضافة إلى المغازل ، تمتلك العديد من ذكور العناكب منطقة من الحنفيات التي تشبه الشعر بالقرب من gonopore (الحنفيات اللاصقة) التي تنتج الحرير لشبكة الحيوانات المنوية العنكبوتية. [7]

مصانع الحرير أو غدد الحرير

العنكبوت يمكن أن تشغل غدد الحرير مساحة كبيرة من البطن ، خاصة في أنواع بناء الشبكة، كما تعرف العناكب عشرة أنواع مختلفة من الغدد الحريرية ونقاطها.

وقد يوجد ما يصل إلى ثماني غدد حرير في نوع واحد ، كل منها ينتج الحرير بخصائص واستخدامات مختلفة ، بما في ذلك:

• 
  قرص مرفق الحرير .
  
• 
  دراجلين قوي (خط أمان) وإطار ويب حريري.
  
• 
  الخط الحلزوني على شبكة الإنترنت.
  
• 
  يلتقط الحرير مثل الغراء من الحرير.
  
• 
  صراعا cribellate اصطياد الحرير .
  
• 
  واقي حرير كيس البيض.
  

هيكل الحرير

عادةً ما يكون خط حرير العنكبوت حوالي 0.001 مم – 0.004 مم، حيث يتكون من بروتينات سبيدروين مختلفة توفر هياكلها الحرير بخصائص فريدة، كما تحصل ألياف الحرير على قابليتها للتمدد من سلاسل البروتين غير المنتظمة ، الفضفاضة ، الشبيهة بالملف من ببتيدات الجلايسين (الأحماض الأمينية) التي تتمدد عند سحبها ، مما يمنح الحرير مرونته .

ويحصل على الصلابة والقوة من بلورات البروتين “الشبيهة بالطوب” عالية الترتيب من ببتيدات الألانين المنتشرة في جميع أنحاء خط الحرير،


كما تختلف الخصائص الهيكلية للحرير المختلفة باختلاف تكوين وترتيب هذه البروتينات.

أشهر العناكب الناسجة للحرير

Argiope bruennich

ويعرف بأنه نساج شبكة الجرم السماوي ، ووظيفته يقوم بغزل الحرير.

حيث يحتوي كل حنفية على صمام يتحكم في سمك وسرعة المادة المبثوقة، نظرًا لأن الحنفيات تسحب جزيئات بروتين الفيبروين من القنوات وتخرجها في الهواء ، يتم شد الجزيئات وربطها معًا لتشكيل خيوط طويلة.

حيث تقوم المغازل بلف هذه الخيوط معًا لتشكيل ألياف الحرير القوية، كما تحتوي معظم العناكب على غدد حرير متعددة ، والتي تفرز أنواعًا مختلفة من مادة الحرير المُحسَّنة لأغراض مختلفة.

وعن طريق لف أنواع مختلفة من الحرير معًا بنسب متفاوتة ، يمكن للعناكب تشكيل مجموعة واسعة من مادة الألياف، كما يمكن للعناكب أيضًا تغيير تناسق الألياف عن طريق ضبط الحنفيات لتشكيل خيوط أصغر أو أكبر.

كما تحتوي بعض ألياف الحرير على طبقات متعددة – على سبيل المثال ، قلب داخلي محاط بأنبوب خارجي، ويمكن أيضًا طلاء الحرير بمواد مختلفة مناسبة لأغراض مختلفة، وقد تغلف العناكب الألياف بمادة لزجة ، على سبيل المثال ، أو مادة مقاومة للماء.

وحرير العنكبوت قوي ومرن بشكل لا يصدق، وبعض الأصناف أقوى بخمس مرات من كتلة متساوية من الفولاذ ومرتين أقوى من كتلة متساوية من الكيفلار.

ولقد جذب هذا انتباه العلماء في عدد من المجالات ، ولكن حتى وقت قريب ، لم يتمكن البشر من الحصول على الكثير من هذا المورد الطبيعي، ومن الصعب جدًا استخراج الحرير من العناكب ، ولا يحتوي كل عنكبوت إلا على كمية صغيرة منه. [5]

أنثى عنكبوت الجرم السماوي

أنثى عنكبوت الجرم السماوي الذهبي في شبكتها ، وقد يتغير هذا في المستقبل القريب، وقد قام باحثون في شركة تسمى Nexia Biotechnologies بتعديل وراثي للماعز باستخدام جينات منتجة للحرير من العناكب.

ويأمل الباحثين أن يتمكن عدد قليل من الماعز من إنتاج كمية كبيرة من مادة الحرير في حليبها، وسيتمكن المهندسون من استخدام هذه المواد في الطائرات والسترات الواقية من الرصاص والأطراف الاصطناعية ، من بين أشياء أخرى . [6]