La tela del ragno

In natura è tra i materiali più resistenti: la tela del ragno è un’opera di altissima ingegneria e maestria, che affascina da secoli gli studiosi e i curiosi. Andiamo a vedere le moltissime caratteristiche di questa incredibile “aracno costruzione”.

Molte specie di ragno creano formidabili ragnatele, composte da filamenti sottilissimi e straordinariamente resistenti: anche se gli scienziati sono anni che studiano queste tele, ancora ci sono moltissimi lati oscuri da svelare.

L’ultimo dilemma da svelare ad esempio riguarda la resistenza che i fili oppongono alla torsione.

La tela di ragno è composta, nella maggior parte dei casi, da due diverse tipologie di filamenti. I “raggi” della ragnatela, che ne rappresentano l’intelaiatura, sono costituiti da filamenti più spessi e resistenti. Su questi è costruita una spirale di filamenti più sottili su cui sono depositate minuscole gocce di materiale colloso.

Diverse ghiandole secernono questi filamenti, che sono solo i due tipi principali di almeno sette diverse tipologie conosciute. In alcune specie di ragno i singoli individui sono in grado di produrre fino a cinque diverse varietà di seta. Tutte tele hanno una struttura generale più o meno simile.

Si tratta di alcune sequenze proteiche impacchettate in piccoli “foglietti”, esattamente come nella seta che usiamo per l’abbigliamento. Queste strutture proteiche sono estremamente resistenti, pur essendo molto leggere.

Tra i vari ragni il Caerostris darwini è considerato il creatore dei filamenti più resistenti: questi arrivano ad avere un carico di rottura confrontabile con quello dei migliori acciai, oltre centottanta chilogrammi per millimetro quadro di sezione, con una densità pari a circa un sesto. In linea di principio, una corda fatta di tela di Caerostris darwini potrebbe reggere, a parità di peso della corda, da quattro a cinque volte più carico di una corda del migliore acciaio che conosciamo.

 

 

Come anticipato sopra, tra i più grandi dilemmi che gli scienziati stanno cercando di risolvere è quello basato sulla resistenza del filo opposto alla sua torsione. Quando un ragno si cala appeso a un filo, non si mette a ruotare intorno a un asse verticale e non è una cosa banale in quanto se provassimo a reggere un oggetto pesante appeso a un filo, la prima cosa che salta all’occhio è che basta pochissimo, anche la minima bava di vento, per farlo ruotare e quindi torcere.

Un gruppo di scienziati ha voluto investigare questo evento e ha scoperto che il filo del ragno per essere ritorto ha bisogno di un’energia molto grande e che, se messo artificialmente in rotazione, dissipa questa energia in pochissimo tempo.

Pur essendo estremamente sottile, il filo del ragno ha una struttura molecolare che si deforma molto se soggetto a torsione, in un modo che, finora, non siamo mai stati in grado di riprodurre artificialmente.

Se osserviamo da vicino una corda, vedremo che è fatta di trefoli arrotolati uno intorno all’altro e che, a loro volta, sono fatti di altri filamenti ritorti nella direzione opposta. Tutto questo serve proprio per limitare la tendenza delle corde a torcersi quando vi è appeso un carico, ma l’efficienza è molto inferiore a quella che osserviamo nei fili creati dai ragni.

La speranza degli scienziati è quella di poter “copiare” dalla natura per imparare a fare corde migliori, ma la comprensione di come funzioni un filo di una ragnatela è purtroppo ancora molto lontana.

 

 

 

 

Il corpo del Ragno

Addome: il filo di seta è prodotto da ghiandole poste all’interno dell’addome
Cefalotorace: tutte e otto le zampe sono attaccate al cefalotorace. I peli sulle zampe servono da organi sensoriali.

Filiere: specie di condotti che servono a tessere il filo. La maggior parte dei ragni possiede sei filiere. Un liquido filamentoso viene secreto dalle ghiandole e passa attraverso le filiere. Le zampe del ragno tirano il filo e lo posizionano sulla tela.

 

 

 

 

Di cosa è fatto il filo

Il filo del ragno è composto di una proteina fibrosa. All’interno delle ghiandole del ragno il filo è presente sotto forma di cristallo liquido, lo stesso tipo di materiale usato per i display degli orologi e gli schermi dei computer portatili. Il filo si indurisce non perché viene a contatto con l’aria bensì per allungamento meccanico.

La ragnatela risulta particolarmente forte, tra i materiali in natura più resisenti: il suo carico di rottura, pari a circa 1,3 – 1,65 GPa (unità di misura Pascal utilizzata per misurare lo sforzo e la pressione) è confrontabile con quello dell’acciaio di alta qualità, a fronte, tuttavia, di una densità molto inferiore.

Ne risulta un rapporto cinque volte maggiore tra carico di rottura e densità (tre volte maggiore rispetto a fibre sintetiche come il Nylon).

 

 

 

 

 

 

Come il ragno utilizza il filo

Ci sono diversi utilizzi per quanto riguarda la tela, il più tipico è quello di allungare un filo aggiuntivo di salvataggio per sfuggire ai predatori o nemici o come “corda di sicurezza” sempre pronta.

Tutti i ragni quando si spostano producono continuamente un filo di seta che ogni tanto fissano al substrato, così in caso di caduta, fuga o negli spostamenti da un luogo ad un altro hanno sempre la garanzia di rimanere appesi.

 

 

Moltissime specie di ragni d’acqua invece tessono una particolare tela a forma di campana e la fissano sott’acqua: campana che viene riempita d’aria successivamente per farvi adagiare il proprio nido.

L’utilizzo più importante è chiaramente quello dedicato alla caccia delle prede. Gli insetti di cui si nutre il ragno volando rimangono attaccati e intrappolati nella tela. Uno studio pubblicato sulla rivista Nature ha dimostrato inoltre che, come prevedibile, quando una qualsiasi parte della ragnatela viene perturbata, essa reagisce in modo complessivo, permettendo al ragno di accorgersi della presenza di un insetto intrappolato.

Tuttavia, i filamenti radiali e quelli a spirale hanno ruoli diversi nell’attenuazione del movimento e quando le sollecitazioni sono particolarmente forti, alcuni di essi vengono sacrificati per permettere alla rete nel suo complesso di sopravvivere.

Una tela di ragno è organizzata in modo da mostrare una risposta non lineare allo stress

che le conferisce una maggiore resistenza ai difetti strutturali rispetto a quella esibita dai materiali che hanno un comportamento elastico lineare o elastico-plastico. In particolare, questo comportamento non lineare permette di sacrificare aree locali in modo che un cedimento non pregiudichi la funzionalità complessiva della ragnatela.

 

 

 

Tipi di ragnatele

Non tutte le ragnatele sono uguali, ce ne sono di diversi tipi e grandezze (e alcuni ragni sono classificati a seconda del tipo della tela prodotta).

Citiamo di seguito le ragnatele più comuni e famose:

• Ragnatele a spirale, associate fondamentalmente con la famiglia Araneidae, Tetragnathidae e Uloboridae
• Ragnatele a groviglio, associate con la famiglia Theridiidae
• Ragnatele ad imbuto, che si associano con la tarantola e con i ragni araneomorfi
• Ragnatele tubolari che corrono alla base degli alberi
• Ragnatele a foglio tipiche tra le radure e i cespugli

 

 

 

 

Come tessere la ragnatela

Ci sono varie fasi nelle quali il ragno con meticolosità realizza la propria ragnatela. In primis il ragno rilascia un filo di seta e il più delle volte aspetta che il vento lo porti verso un altro ramo o appiglio sufficientemente distante. Quando il filo fa presa, il ragno lo percorre aggiungendo un altro filo di rinforzo.

Per donargli ancora più stabilità solitamente ripercorre lo stesso filo di partenza una terza volta e al centro del “ponte” fa partire un altro filo di seta che dovrà attaccarsi ad un ramo sottostante creando una sorta di triangolo con i vari angoli perfettamente ancorati a tre diversi supporti/rami.

 

 

 

Il ragno a questo punto aggiunge altri raggi e nuovi rinforzi per i suoi fili e inizia l’opera di unione tra i vari lati. L’insetto parte dal centro e si muove verso l’esterno in circolo, attaccando un filo secco ai raggi, per sostenere temporaneamente la ragnatela.

In ultima fase il ragno torna verso il centro della ragnatela e durante questo percorso a spirale, si rimangia il filo temporaneo e contemporaneamente lo sostituisce con un filo appiccicoso che renderà la spirale permanente e resistente.

 

 

 

• Nonlinear material behaviour of spider silk yields robust webs (nature.com)
• Complicato come una ragnatela (Scientificast.it)
• La ragnatela (wikipedia.it)
• I segreti della della tela del ragno (lescienze.it)