Spinnewebben


Intro.

Als je tijdens een ochtendwandeling een met dauw bedekt spinnenweb ziet schitteren in het zonlicht, blijf je wellicht even pauzeren om dit kunstwerk te bewonderen. Heb je ooit stilgestaan bij de vraag hoe dit tot stand komt, of welke technologie hier achter zit? Het klinkt ongelooflijk maar de menselijke knowhow wordt torenhoog overschreden door de technologie die in het web van een gewone kruisspin verborgen zit.

De meeste spinnen voeden zich met insecten die in het web vast geraken. Het eigenlijke doel van een spinnenweb is dan ook het vangen van een prooi. Wat is er speciaal aan zo'n web?

Allereerst zijn er verschillende soorten draden in verwerkt, daarnaast zijn er verschillende soorten webben naargelang de mogelijkheden van de draden opgebouwd. Verder zijn de draden uitzonderlijk sterk en hebben ze enkele speciale eigenschappen die we hier nader zullen bekijken.

1. De opbouw van de draad1.

De draad van de spin en de draad van de zijderups zijn zeer gelijkaardig, niettegenstaande spinnen en zijderupsen biologisch zeer ver uit mekaar liggen in de evolutiestamboom. Hun draad bestaat o.a. uit keratine, dit is een proteïne die men ook in haar, hoorn en pluimen vindt. Om de draad te kunnen spinnen, heeft God deze diertjes van een soort pomp-klep-systeem voorzien. Met dit orgaan kunnen ze een gelatineachtige grondstof voor de draad door een dun buisje pompen, waardoor de lange keratinemoleculen allen in dezelfde richting komen te liggen nl.: evenwijdig aan de draad. Tijdens de doorgang door het nauwe buisje ontstaat er, door de hoge druk, een nieuwe scheikundige verbinding waardoor de keratine verhardt tot een vezelachtige kristalstructuur.

Deze vezels zitten op hun beurt 'ingegoten' in een rubberachtige massa waarvan de moleculen kriskras door mekaar liggen. Zo verkrijgt de draad een zeer hoge rekbaarheid. Door aan zo'n draad te trekken, worden de keratine vezels (die in de richting van de draad liggen) uit elkaar getrokken. De rubberachtige stof vangt de verlenging op waardoor er getracht wordt om die moleculen ook in lijn te brengen met de draad. Maar de moleculen zitten vast en willen terug op hun plaats. Dit is hoe de rekbaarheid van de draad tot stand komt. In tegenstelling tot een gewoon elastiekje dat geheel uit rubber bestaat, breekt een spindraad niet zo vlug juist doordat die vezels erin zitten. De vezels zorgen er namelijk voor dat eventuele scheurtjes, die zouden ontstaan bij grote rek, als het ware vastlopen op de vezels! Dit principe is de basis van het concept van vezelversterkte kunststoffen. Bijvoorbeeld glasvezel versterkt polyester. Het principe van de geordende moleculen wordt gebruikt voor de productie van gestrekte vezels en folies, dit om de sterkte van het product te verhogen. Bij mijn weten bestaat er geen kunststof waar deze beide eigenschappen zijn gecombineerd. Een derde spitstechnologie in de draadproductie is het aanmaken van de nieuwe scheikundige verbinding (de keratine die overgaat in kristalstructuur) tijdens het extruderen (of verpompen) van de grondstof van de draad. Dit is een techniek die in de kunststofnijverheid slechts sinds 1995 ontwikkeld werd en die nog niet 100% op punt staat...

De gewone kruisspin kan de draden die ze produceert nog verder naar haar hand zetten. Terwijl ze spint, heeft ze de diameter, de sterkte en de elasticiteit in de hand. Hiervoor gebruikt ze waarschijnlijk de ventielen van één van haar 3 paar extrusie-organen. Indien nodig wordt overgeschakeld op een ander buisje (extrusie-orgaan) om een andere chemische samenstelling te bekomen. Op die manier kan de gewone kruisspin minstens zeven verschillende soorten zijdedraden maken. Deze zijn:

  1. de draaglijnen van het web
  2. de cement voor bevestiging van de draden
  3. de spiraal
  4. het center van het spiraal
  5. de zijde om de prooi mee 'in te pakken'
  6. de zijde om de eitjes in te leggen
  7. en de zijde om een harde laag rond de eierzak te bouwen.

Bovendien is ze in staat om een soort beschermende coating op de draden te leggen!

2. De structuur van het web.

Niet alle spinnen maken hetzelfde web. Er zijn spinnen die een web maken waarin hun prooi als het ware verdwaalt, omdat de draden kriskras door mekaar zijn gespannen. Andere webben hebben een soort trechtervorm, weer andere zijn vlak en in de vorm van een driehoek, een ladder of een cirkel; er is zelfs een spin die het web tussen haar poten spant.

Welke eisen worden er aan een web gesteld? Dit hangt af van de manier waarop het web 'werkt'. Het eigenlijke doel is, zoals reeds gezegd, een prooi te vangen. Die prooi kan rustig over de grond of op een plant kruipen, of tegen een hoge snelheid door de lucht vliegen. Een kruipende prooi geraakt gewoon verstrikt in het kleverige web en klaar is kees. De luchtacrobaten leveren meer problemen op. Een vlieg die door het luchtruim suist moet door het web afgeremd worden. Je staat er misschien niet bij stil maar er is hier een energie probleem. De kinetische energie moet afgevoerd worden. De manier waarop dit gebeurt hangt af van het soort draad. Het probleem is dat de vorm van het web moet afgestemd zijn op het soort draden dat er gebruikt (of gemaakt) wordt. Alhoewel een spin verschillende soorten draden kan maken, is dit niet genoeg om daarmee een ander soort web te maken. Hoe kan een spin trouwens zulk een technische knobbel hebben om te kunnen beslissen hoe het web er moet uit zien en hoe het de juiste sterkte heeft?

Grofweg kan men de spinnenwebben die luchtacrobaten vangen in twee groepen opdelen: er zijn webben die afremmen door een aantal draden die doorbreken, en (de andere), die een soort schokdemper systeem toepassen. De draden van de eerste soort zijn minder rekbaar dan de draden van de tweede soort. Maar er is een essentiëler verschil: de energieafvoer!

In de eerste soort, waarin de draden breken, wordt de energie afgevoerd juist door het breken van de draden. Een draad doorbreken kost energie, die wordt omgezet in warmte. Hiervoor komen enkel driedimensionale webben in aanmerking: deze met de draden kriskras door elkaar. In de tweede soort, de schokdemper-webben, verdwijnt de energie door het verdampen van water! Als een vlieg in het web van een kruisspin terechtkomt dan moeten enkele, hooguit een tiental draden ervoor zorgen dat de prooi niet door het web vliegt. Dit is op zich al een prestatie voor de draad die maar 1/1000ste van een millimeter dik is. Om het projectiel af te remmen veert bijna het gehele web mee. De veerkracht -of beter gezegd de afremkracht- van het web is ook redelijk merkwaardig. Het web moet sterk zijn bij grote uitrekking, doch relatief zacht zijn in zijn oorspronkelijke vorm, zoniet zou het insect tegen een soort trampoline vliegen en terug weggekaatst worden. De afremming komt tot stand door de draaglijnen; de spiraaldraden zorgen voor het vastkleven van de prooi. Verder moet het web bestand zijn tegen vervormingen door wind en beweging van de takken waaraan het aan bevestigd is. Dit is niet zo eenvoudig daar de spiraaldraden zeer kleverig zijn: ze mogen elkaar nooit raken want dan zouden ze aan elkaar blijven kleven en dan zou er een gat ontstaan. De combinatie van deze eigenschappen vindt men niet terug in gewone zijdedraad, ze zijn eigen aan de draaglijnen van de spinnenwebben.

 

De veerkracht van de draden heeft zoals hoger gezegd te maken met de inwendige structuur ervan. De rubberachtige stof waarin de keratine vezels zitten is samengesteld op basis van water. Bij het uitrekken van de draad komt er warmte vrij door de onderlinge wrijving van de moleculen. Door die warmte verdampt het water en wordt de draad stroever. Zo komt de remming tot stand en dit voorkomt ook dat het web fungeert als een trampoline. Een draaglijn kan tot 4x van haar oorspronkelijke lengte uitrekken alvorens ze breekt.

 

Een andere eigenschap van de spinnendraden is de kleefkracht van de spiraaldraden. Het is niet voldoende dat het insect afgeremd wordt, het moet ook vast blijven zitten in het web totdat de spin het insect de dodelijke beet geeft. Hiervoor zijn de spiraaldraden vrij soepel, ze blijven dan beter kleven aan de prooi.

 

Alle materialen die de spin fabriceert zijn op basis van water. Dit lijkt logisch maar het zorgt voor extra problemen: in zulke omgeving kunnen bacteriën welig tieren! Inderdaad is het niet zo evident dat de draden enige tijd blijven hangen zonder stuk te gaan of te veel aan hoger beschreven eigenschappen moeten inboeten. Moesten ze niet beschermd zijn dan zouden ze binnen de kortste tijd waardeloos worden onder invloed van schimmels of bacteriën. Onze Schepper heeft aan deze waterachtige stoffen eenvoudigweg een sterke antibiotica toegevoegd! Dit verklaart waarom een spinnenweb kan gebruikt worden om wonden te ontsmetten.

 

Alles bij mekaar zien we hier een machtig staaltje van technologie en voor een helder denkend mens moet het duidelijk zijn dat er hier geen sprake kan zijn van toeval. Een knap Ontwerper en Dirigent is er hier aan het werk geweest: hoe zouden immers insecten als spinnen, waarvan sommige slechts een speldenknop groot zijn, de mogelijkheid hebben om na te denken over de eigenschappen van het web dat ze zouden moeten spannen, in relatie tot de draden die ze kunnen fabriceren en tot de soort prooien die ze kunnen vangen??? Hoe zouden ze hun ervaringen kunnen vastleggen of kunnen doorgeven aan hun nageslacht? Wie oren heeft om te horen...

Referenties

  • 1bronvermelding: Scientific American maart 1992 Spider webs and silks
  • Verder maakt Dupunt reclame met het feit dat zij uitzoeken hoe ze spinnendraden kunnen imiteren.
  • Lees hier verder over spinnen.

To top