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.

تتكون شبكات الجرم السماوية من هياكل مركبة مبنية من أنواع مختلفة من الحرير، وتمتلك كل شبكة هيكل جزيئي فريد ووظيفة ميكانيكية خاصة بها، ومثلما تربط الشبكات الجرمانية البحث التطوري من ترميز الجينات إلى بروتينات الحرير، فإن وظيفة الشبكات السماوية ترتبط بالبيئة أيضًا.

على الرغم من ذلك، فإن شبكات الجرم السماوي ليست سوى هياكل وسيطة في التنويع التطوري لاستخدام الحرير بين العناكب، حيث تعمل كنقاط انطلاق لتسهيل إنشاء أنواع جديدة من الشبكات العنكبوتية وزيادة تنوعها.

لذلك، 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 تكاملًا بواسطة المحققين المستقبليين.

يتم استكشاف بعض المجالات الأكثر دينامية في بيولوجيا الكائنات الحية على الويب بتفصيل أكبر، بما في ذلك جرم السماء، لتقديم مواقع واعدة للبحث المستقبلي حول هذه المخلوقات الرائعة وشراكاتها الحريرية.

ما هو المغزل

يقوم المغزل بغزل الحرير للعنكبوت أو اليرقات، وتحتوي بعض الحشرات البالغة على مغازل أيضا، وتوجد المغازل عادة على الجانب السفلي لورم العنكبوت، وعادة ما تكون مجزأة، مثل تلك التي يحملها Embioptera على الأرجل الأمامية.  

في حين تحتوي معظم العناكب على ستة غدد للإفراز، فإن بعضها يحتوي على غدد أقل أو أكثر، ويمكنها الحركة بشكل مستقل وفي حلقة، وغالبية هذه الغدد ليست هياكل بسيطة ذات فتحة واحدة تنتج خيطًا واحدًا، ولكنها هياكل معقدة تحتوي على عدة حنفيات مجهرية، حيث تنتج كل منها خيطًا واحدًا.

يؤدي التوجيه اللازم لجزيئات البروتين إلى إنتاج الحرير القوي والذي له فائدة، وبدونه يصبح الحرير ضعيفًا وغير مفيد. ويمكن أن تكون الحنفية مفردة أو متجمعة، مما يسمح للعناكب بدمج خيوط مختلفة بأساليب متعددة لإنتاج أنواع مختلفة من الحرير لأغراض متنوعة.

يمكن أن تساعد مورفولوجيا Spinneret علماء الأنثروبولوجيا في التعرف على تصنيف العينة، ويمكن أن يحدد الشكل الفريد للحنفية استخدامها، وعلى سبيل المثال، فإن الحنفية ذات الشكل السوطي فريدة من نوعها بالنسبة لـ Araneoidea.

هناك نوع آخر من الحنفية في مجموعات من ثلاثة، يعرف باسم بقع الغدة الأسطوانية، وهي موجودة فقط في الإناث وتستخدم لإنتاج البيض.

ما هي وظيفة المغازل في العناكب

تتمثل الوظيفة الأساسية للمغازل في العناكب في تكوين الحرير

الشيء الرئيسي الذي يميز العناكب عن بقية المملكة الحيوانية هو قدرتها على إنتاج الحرير، وهو عبارة عن ألياف قوية للغاية، وعلى الرغم من أن بعض الحشرات تنتج مادة مشابهة (مثل دودة القز)، إلا أن قدرات العناكب في إنتاج الحرير لا تقارن.

تعتمد حياة معظم أنواع العناكب بشكل كامل على قدرتها الفريدة في الغزل، ولم يتمكن العلماء من تحديد كيفية تشكل خيوط الحرير بالتحديد، ولكن لديهم فكرة عامة 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.

تطور المغازل في العناكب

تحتوي العناكب الأصلية، التي تمثلها اليوم العناكب البدائية، على ثمانية أزواج من الأعضاء التي تستخدمها لنسج الحرير أوالتي توضع 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

تتكون المغازل المزدوجة من جزء إلى ثلاثة أجزاء، وتتميز بقدرتها العالية على المناورة في غزل الحرير، ويمكن أن تكون قصيرة جدًا أو طويلة نسبيًا، وذلك طالما كان البطن في بعض العناكب mygalomorph.

كل مغزل في الجزء الأخير يحتوي على العديد من الحنفيات، وهناك منافذ مجوفة تشبه الشعر ومتصلة ببعض الغدد المقترنة بالحرير داخل البطن. تفتح كل غدة في المغزل عبر حنفية واحدة أو اثنتين (غدد أمبولية)، أو العديد من الحنفيات (غدد أسطوانية)، أو عدة حنفيات (غدد كمثرية وحلقية الشكل). بالإضافة إلى ذلك، تفتح الغدد الأسطوانية والحديثة الشكل على المغزلين.

أجهزة غزل الحرير

بالإضافة إلى المغازل ، تمتلك العديد من العناكب ذوات الذكورية منطقة حول gonopore (الحنفيات اللاصقة) المنتجة للحرير لشبكة الحيوانات المنوية العنكبوتية والتي تشبه الشعر.

مصانع الحرير أو غدد الحرير

يمكن للعنكبوت أن يستخدم غدد الحرير التي تشغل مساحة كبيرة من بطنه، خصوصًا في أنواع بناء الشبكة، وتعرف العناكب على عشرة أنواع مختلفة من الغدد الحريرية ومواقعها.

يحتوي نوع واحد من الحرير على ما يصل إلى ثمانية غدد حريرية، وينتج كل منها حريرًا بخصائص واستخدامات مختلفة، بما في ذلك:

• قرص مرفق الحرير .
• دراجتين قويتين وإطار إنترنت حريري.
• الخط الحلزوني على شبكة الإنترنت.
• يلتقط الحرير مثل الغراء من الحرير.
• صراعا cribellate اصطياد الحرير .
• واقي حرير كيس البيض.

هيكل الحرير

عادة ما يكون سمك خيوط العنكبوت الحريرية حوالي 0.001 إلى 0.004 مم، وتتكون هذه الخيوط من مجموعة متنوعة من البروتينات المعروفة باسم سبيدروين، والتي تمنح الحرير خصائص فريدة. تحصل ألياف الحرير على قدرتها على التمدد من خلال سلاسل غير منتظمة، مرنة، تشبه الملف، مكونة من ببتيدات الجلايسين (الأحماض الأمينية) التي تتمدد عند سحبها، وهذا يعطي الحرير مرونة .

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

يُعرف بأنه نسّاج شبكة الجرم السماوي، ويقوم بغزل الحرير.

تحتوي كل حنفية على صمام يتحكم في سمك وسرعة المادة المبثوقة، ونظرًا لأن الحنفيات تسحب جزيئات بروتين الفيبروين من القنوات وتخرجها في الهواء، فإن الجزيئات تتشابك وترتبط معًا لتشكيل خيوط طويلة.

يقوم المغازل بلف هذه الخيوط معًا لتشكيل ألياف حرير قوية، وتحتوي معظم العناكب على غدد حرير متعددة، والتي تفرز أنواعًا مختلفة من مادة الحرير المُحسنة لأغراض مختلفة.

يمكن للعناكب تكوين مجموعة واسعة من الألياف باستخدام أنواع مختلفة من الحرير بنسب متفاوتة، ويمكن للعناكب تعديل تناسق الألياف عن طريق ضبط الحنفيات لتشكيل خيوط أصغر أو أكبر.

تتكون بعض ألياف الحرير من طبقات متعددة، مثل القلب الداخلي المحاط بأنبوب خارجي، ويمكن طلاء الحرير بمواد مختلفة لأغراض متعددة، كما يُمكن للعناكب تغليف الألياف بمواد لزجة أو مقاومة للماء.

يتميز الحرير العنكبوت بالقوة والمرونة اللا يصدقة، وتكون بعض الأصناف أقوى بخمس مرات من كتلة متساوية من الفولاذ، ومرتين أقوى من كتلة متساوية من الكيفلار.

لفت هذا النوع من العناكب انتباه العلماء في عدة مجالات، ولكن حتى وقت قريب، لم يتمكن البشر من الحصول على كميات كبيرة من هذا المورد الطبيعي، حيث يعد استخراج الحرير من العناكب صعبًا للغاية، ولا يحتوي كل عنكبوت على كمية كبيرة منه.

أنثى عنكبوت الجرم السماوي

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

تأمل الباحثون في أن يتمكن عدد قليل من الماعز من إنتاج كمية كبيرة من مادة الحرير في حليبها، حيث سيتم استخدام هذه المواد من قبل المهندسين في صنع الطائرات والسترات الواقية من الرصاص والأطراف الاصطناعية وغيرها من الأشياء .