Los tejidos de la araña

En el techo del edificio dedicado al estudio de especies zoológicas, Fritz Vollrath entra a un pequeño invernadero. Envases de plástico llenos de larvas y de fruta en descomposición están diseminados por todas partes.

En las esquinas del techo, cuelgan distinguidos arquitectos. Se trata de diferentes ejemplares de Nephila, la araña que teje sus telas con hilos dorados. La especie tienen un abdomen de 2.5 centímetros de largo. Los ejemplares son de color verdinegro, con marcas amarillas, y tienen ocho largas, delicadas patas.

La hebra que elabora Nephila tiene una fuerza de tensión casi tan grande como el acero por unidad de volumen, y mucho mayor que el peso por unidad.

La fibra Kevlar, usada en los chalecos antibala, es tres veces más resistente que la hebra de la Nephila, pero cinco veces menos elástica.

Kevlar detiene balas por la fuerza bruta. La hebra de Nephila captura moscas al estirarse sin romperse. Como ocurre con frecuencia, los ingenieros humanos siguen siempre la pista a las elegantes soluciones diseñadas por la naturaleza.

Pero en los últimos tiempos, los seres humanos han tratado de ponerse a la par. La fibra creada por la araña no solo tiene maravillosas propiedades mecánicas. Posee además la ventaja de que esta hecha de proteínas biodegradables, y usa agua como solvente, en lugar de productos químicos peligrosos. Por lo tanto, existen fuertes incentivos económicos y ecológicos para crear fibras de araña de manera artificial. (Es imposible crear colonias de arañas para que produzcan la fibra, como se hace con los gusanos de seda. Las arañas se devoran entre ellas).

Fragmentos de genes de algunas proteínas de hebras de arañas han sido clonados e insertados en cabras, que diseminan las proteínas en su leche, y este año en plantas de tabaco y de papas, que las dispersan en sus hojas.

Vollrath comenzó a estudiar las arañas en 1974, y se concentró en sus hebras hace una década. Pronto descubrió que era “un material muy interesante, y mucho más complejo de lo que se piensa”.

Cuando Vollrath comenzó a investigar, se pensaba que la hebra cable de arrastre era un material simple, como la fibra de vidrio, compuesto por capas de proteína cristalizada que flotaban en una matriz elástica. Pero esa no es la estructura de toda la hebra sino la disposición de un solo filamento dentro de la hebra. Y podrían existir millares de esos filamentos, ensamblados de una forma que todavía no ha podido ser percibida.

“Eso es lo que le brinda a la hebra esa increíble resistencia”, dice Vollrath.

El cable de arrastre de la araña tiene aún mayor resistencia, dice Vollrath, debido a canales llenos de líquido que circulan entre los filamentos. Esos canales podrían ayudar a distribuir las fuerzas de tensión e impedir alguna posible rotura.

Por supuesto, parte de la resistencia de la hebra proviene de las moléculas de proteína de que esta formada. A comienzos de este año, John Gatesy y Cheryl Hayashi, de la universidad de California en Riverside, y varios de sus colegas, informaron que en todas las arañas que han estudiado, la larga cadena de aminoácidos que constituyen la proteína de la hebra está dominada por ciertas secuencias repetidas: largos tramos que constan solo del aminoácido alanina.

La selección natural ha mantenido esas secuencias repetidas intactas desde hace unos 120 millones de años, cuando las arañas se dividieron en diferentes especies. Eso sugiere que las secuencias son muy importantes.

Las cadenas de alanina, por ejemplo, son muy buenas para vincularse con otras cadenas de alanina, permitiendo a las moléculas de proteínas eslabonarse lado a lado como leños en una balsa, formando planchas que constituyen el núcleo de cada filamento de la hebra. Pero proteínas robustas, por si solas, no crean hebras fuertes. Es necesario también que el ensamblaje sea bueno.

Las proteínas que se transformarán en la hebra cable de arrastre son diseminadas por células en la pared de una glándula parecida a una bolsa. De allí son canalizadas como una solución acuosa en un conducto largo. Las moléculas de proteína se alinean en la dirección del flujo, como lo hacen troncos en un río, y se convierten en un cristal líquido.

En el conducto de salida ese líquido es estirado y bañado en ácido. El agua es extraída y reciclada. Y las proteínas se unen y espesan. Vollrath y su colega David Knight han presentado una patente para un aparato que reproduce parte de ese proceso.

Pero Vollrath reconoce que nadie comprende en su totalidad cómo la compleja estructura de una hebra de araña emerge del abdomen del insecto.

Por eso su labor ahora es analizar, mediante rayos equis de alta energía, todas las variables que afectan la estructura interna de la hebra. La idea es perfeccionar una forma de producir hebras artificiales de araña antes de que algún otro se le adelante.

“Se trata ahora de una carrera”, dice Vollrath. “Muchas personas lo han intentado antes y se dieron por vencidas, debido a que usaron tecnología industrial estandar. Y de lo que se trata es de mirar el proceso desde un nuevo ángulo: imitando el exitoso proceso de la araña”.

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