Pavouci u většiny lidí vyvolávají spíš odpor než obdiv, přesto se právě tito drobní tvorové mohou stát inspirací pro nejmodernější technologie 21. století. Jejich pavučiny jsou zázrakem přírodní inženýrské dokonalosti – tenké jako lidský vlas, a přitom pětkrát pevnější než ocel. Vědci dnes vědí, že kdybychom pavučinu zvětšili do lidského měřítka, dokázala by zachytit i dopravní letadlo. A co je možná ještě působivější: pavoučí sítě vydrží i otřesy zemětřesení, které by zničily většinu lidských staveb.

Tajemství pavoučího hedvábí spočívá v jeho jedinečné kombinaci pevnosti a pružnosti. Pavouci totiž nevyrábějí jen jeden typ vlákna – používají jich hned několik, podle potřeby. Jiná vlákna tvoří nosnou kostru sítě, jiná slouží k obalování kořisti, další chrání vajíčka nebo pomáhají pavoukovi unikat z nebezpečí. Základní nosná vlákna, po nichž se pavouk spouští, jsou ta nejpevnější. Jejich tahová odolnost dosahuje přes jeden gigapascal, což odpovídá pevnosti oceli, a přitom jsou několikanásobně lehčí. Dokážou pohltit obrovské množství energie bez přetržení, což z nich činí nejefektivnější přírodní tlumič nárazů, jaký známe.

Není proto divu, že už od 18. století se lidé pokoušejí pavoučí vlákno využít. Francouzští vědci z něj vyráběli rukavice a látky, na světové výstavě v Paříži roku 1900 se dokonce objevily šaty z přirozeně zlatého pavoučího hedvábí. Jenže pokusy o „pavoučí farmy“ skončily fiaskem – pavouci jsou teritoriální samotáři a často se mezi sebou navzájem požírají. Vědcům tak nezbylo než hledat způsob, jak vlákno vytvořit uměle.

Japonský průlom ve výrobě syntetického vlákna

Dlouhá desetiletí se zdálo, že to nepůjde. V laboratořích se sice podařilo vyvinout mikroorganismy, které dokážou produkovat bílkoviny obsažené v pavoučím vlákně, ale uměle vytvořený materiál byl vždy o něco křehčí než ten přírodní. Nikdo totiž přesně nechápal, jak pavoučí tělo přetváří kapalnou bílkovinnou hmotu v pevné, dokonale strukturované vlákno.

Zlom nastal až v roce 2024. Tým japonského profesora Keidžiho Numaty z Kjótské univerzity jako první na světě rozluštil, jak tento přírodní proces probíhá. Vědci zjistili, že v horní části pavoučí žlázy hrají klíčovou roli fosfátové ionty, které shlukují bílkoviny do drobných zrníček. Jak směs postupuje dolů přadacím kanálkem, přidávají se vodíkové ionty, které způsobí, že hmota tuhne a vytváří jemnou síťovitou strukturu. Ta dává vláknu jeho obdivuhodnou pevnost i pružnost. Pavouk navíc při spřádání používá miniaturní „přadací stroj“, který do každého milimetru hedvábí vkládá asi dvacet mikrosmyček – ty zpevňují nit a zabraňují jejímu zhroucení.

zdroj: Profimedia.cz

Numata dnes tvrdí, že díky tomuto poznání mohou vědci vytvořit syntetické materiály, které budou napodobovat, nebo dokonce překonávat přírodní pavoučí vlákno. Klíčovou výzvou je zatím odolnost proti vodě – hedvábí totiž natahuje, když zvlhne, a po vyschnutí se zkracuje. Tým proto upravuje aminokyselinové sekvence v bílkovinách tak, aby nové syntetické hedvábí bylo voděodolnější a vhodné pro praktické využití.

Fermentované textilie a udržitelná budoucnost

Na podobném principu pracuje také biotechnologická firma Spiber z japonské Jamagaty, která už od roku 2007 vyvíjí syntetické hedvábí pomocí fermentace. Mikroorganismy krmené rostlinným cukrem produkují pavoučí bílkoviny, které se následně zpracovávají do vláken nazvaných „uvařený protein“. Tento materiál se už používá při výrobě oděvů, potahů do automobilů či designových doplňků.

Velkou výhodou je i jeho ekologická stránka. Podle údajů společnosti Spiber má tento materiál o 79 procent nižší uhlíkovou stopu a spotřebuje o 97 procent méně vody než výroba kašmíru. V době, kdy módní průmysl představuje po ropném průmyslu druhého největšího znečišťovatele planety a každoročně spotřebuje přes 90 miliard kubíků vody, jde o revoluční krok směrem k udržitelné budoucnosti. Navíc je tento materiál biologicky rozložitelný, na rozdíl od běžných syntetických vláken, která zanechávají mikroplasty v oceánech po celá desetiletí.

Problémem zatím zůstává cena. Syntetické pavoučí hedvábí je nákladné na výrobu, ale vědci i firmy hledají cesty, jak proces zefektivnit. Spiber například zkouší nové mikroorganismy s vyšší produktivitou, aby se materiál stal dostupnějším. Pavoučí vlákno je tedy nejen zázrakem evoluce, ale i příslibem technologické budoucnosti. V přírodě odolává větru, dešti i zemským otřesům a přitom zůstává lehké, pružné a elegantní. Je možné, že už brzy budeme nosit oblečení z materiálu, který má sílu pavučiny – vlákno, které by přežilo i zemětřesení.