แมงมุม หรือ spider จัดเป็นสัตว์อยู่ในกลุ่มแมง เพราะมี 8 ขา โดยลำตัวจะแบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ ส่วนหัว อก และ ท้อง สำหรับชนิดของแมงมุมนั้น ก็มีทั้งแบบไม่มีพิษและมีพิษ  แมงมุมที่มีพิษนั้นมีไม่กี่ชนิดและสิ่งที่น่ามหัศจรรย์ที่สุดของมันก็คือ “ใย” 

"แมงมุม" จะเริ่มสร้างรังของตัวเองตอนมันโตขึ้น ซึ่งการชักใยนี้จะเป็นสัญชาตญาณที่ติดตัวมา นอกจากนี้แมงมุมในบางสปีชี่ จะมีลักษณะการชักใยเฉพาะเป็นของตัวเองด้วย ใยของแมงมุมจะอยู่ที่ส่วนท้อง เวลาจะชักใยก็จะพ่นใยออกมา ใยดังกล่าว ก็คือโปรตีนชนิดหนึ่งชื่อว่า "ไฟโบรอิน  Fibroine "   จะมีลักษณะเหลวๆ เหนียวๆ แต่พอถูกอากาศแล้วจะแข็งตัว หลังจากนั้นแมงมุมก็จะใช้ขาถักเป็นเส้นใยไปเรื่อยๆ ทั้งแนวตั้งและแนวนอน โดยเส้นใยในแนวตั้งจะแข็งแรงมาก เป็นเส้นใยที่แมงมุมใช้ไต่ไปมา ทำให้ขามันไม่ติดกับใยตัวเอง ส่วนเส้นใยแนวนอนจะยืดหยุ่นและเหนียวมากเพื่อใช้ดักจับแมลง 

การชักใยจะมีการเลือกทำเลที่เหมาะสม ใช้ช่องว่างระหว่างต้นไม้สองต้นเหนือพุ่มไม้เตี้ยๆ ที่แมลงมักจะบินผ่าน มันชักใยทีละเส้นๆ บางเส้นเหนียวเหมือนกาวเอาไว้ดักแมลง บางเส้นไม่เหนียวเอาไว้เดินและรับน้ำหนัก การกินและการชักใยคือหน้าที่ของมัน เพราะช่วยจำกัดจำนวนของแมลงไม่ให้เยอะเกินไป


 

มีต่อมจำนวนมากมายใต้ท้องของแมงมุมซึ่งทำหน้าที่ผลิตเส้นใย โดยแต่ละต่อมจะผลิตเส้นใยที่มีคุณสมบัติต่างกัน

1. Aggregate - ผลิตเส้นใยที่มีความเหนียวเหมือนกาว (glue silk)
2. Ampullate (major) - ผลิตเส้นใยหลักที่เอาไว้ใช้สำหรับรับแรง,ใช้เดินและใช้ปล่อยตัวจากที่สูง (dragline silk) มีความแข็งแรงและเหนียวมาก
3. Ampullate (minor) - ผลิตเส้นใยชั่วคราวที่แมงมุมใช้เดินขณะกำลังทอใย (นั่งร้านชั่วคราวขณะก่อสร้าง)
4. Flagelliform - ผลิตเส้นใยที่ใช้สำหรับจับเหยื่อซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงมาก (capture silk),ใช้ส่งสัญญาณเมื่อเหยื่อติดกับ (signal line)
5. Aciniformes - ผลิตเส้นใยที่ใช้ห่อหุ้มเหยื่อและห่อหุ้มไข่
6. Tubiliformes - ผลิตเส้นใยที่ใช้สร้างรังไหมเพื่อปกป้องไข่ (cocoon silk)
7. Piriform - ผลิตเส้นใยสำหรับใช้ประสานกับจุดเชื่อมโยง เช่น กิ่งไม้
8. Cylindricale - ผลิตเส้นใยตรงจุดศูนย์กลางวงล้อเพื่อใช้เฝ้ารอเหยื่อและผลิตเส้นใยสร้างรังไหม
(Cr.https://patiphatchatkaew.wixsite.com/newpatiphat/about1-c171c)

นักวิทยาศาสตร์และการศึกษาคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุม
 
1.  Ali Dhinojwala  Vasav Sahni และ Todd A. Blackledge จากมหาวิทยาลัย Akron
เมื่อสองปีที่ผ่านมาได้ศึกษากลไกที่ทำให้ใยแมงมุมของแมงมุมที่ชักใยเป็นรูปวงล้อ (แมงมุม orb) สามารถยึดจับเหยื่อ โดยทดสอบหยดกาวขนาดเล็กที่อยู่ตามใยแมงมุมโดยใช้ตัวติดตาม (probe) แล้วพบว่าความยืดหยุ่นของไกลโคโปรตีนทำให้กาวสามารถยึดจับเหยื่อ และกาวมีคุณสมบัติเหมือนของแข็งที่เหนียวและยืดหดได้ ซึ่งต่างจากของเหลวที่เหนียวและยืดหดได้ที่สูญเสียความยืดหยุ่นและความสามารถในการยึดเกาะเร็ว

ต่อมาได้เปรียบเทียบผลของความชื้นที่มีต่อคุณสมบัติของกาวของแมงมุม orb และแมงมุม cobweb (แมงมุมที่ชักใยเป็นรูปสามมิติอย่างไม่เป็นระเบียบ) แล้วพบว่าความยืดหยุ่นและการยึดจับของกาวของแมงมุม cobweb ค่อนข้างคงที่แม้ความชื้นเปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่กาวของแมงมุม orb เปลี่ยนแปลงตามความชื้นอย่างมาก โดยกาวของแมงมุม orb ขยายตัวอย่างมากและสูญเสียความยืดหยุ่นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นและยึดจับได้ดีที่สุดที่ความชื้นระดับปานกลาง

มีการเลียนแบบกลวิธีการสร้างใยแมงมุมของแมงมุม orb เพื่อผลิตเส้นใยสังเคราะห์ซึ่งมีลักษณะและคุณสมบัติเหมือนเส้นใยตามธรรมชาติ โดยดึงเส้นใยไนลอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 ไมโครเมตร ตามแนวดิ่งจากสารละลาย polydimethylsiloxane (PDMS) แล้วเส้นใยเกิดเป็นหยดขนาดเล็ก และโดยการควบคุมความเหนียวและความตึงผิวของสารละลายและอัตราการดึงเส้นใยจากสารละลายทำให้สามารถกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะห่างของหยดขนาดเล็ก
นอกจากนี้ยังพบว่าลักษณะของกาวที่ติดอยู่ตามเส้นใยของใยแมงมุมของแมงมุม orb คล้ายลูกปัดในสร้อยคอ (a beads-on-a-string morphology) เพิ่มความสามารถในการยึดจับโดยการเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างแมลงและกาว และยังเพิ่มพลังงานซึ่งใช้เพื่อปล่อยแมลงเป็นอิสระ
ขณะนี้กำลังประยุกต์ใช้ความรู้ที่ได้ในการออกแบบสิ่งต่างๆ เช่น ผ้าพันแผลทนน้ำ สารกันรั่วใต้น้ำ

2.  Frederick P. Gosselin จาก Polytechnique Montreal
ตั้งใจศึกษาความเหนียวอย่างมากของใยแมงมุม ซึ่งบางส่วนถือว่าเป็นเพราะพันธะไฮโดรเจนระหว่างส่วนที่ขดของสายโปรตีนของเส้นใย โดยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าการดึงเส้นใยเพิ่มความยาวโดยทำลายพันธะไฮโดรเจนและคลายจากการขดสายที่มีลักษณะคล้ายสปริงขนาดนาโนเมตร ที่เพิ่งเริ่มพัฒนาคือ วิธีการเพื่อเลียนแบบขบวนการระดับโมเลกุลของสายนั้นด้วยเส้นใยพอลิเมอร์ขดซึ่งมองเห็นด้วยตาเปล่า ผลปรากฏว่าเส้นใยนั้นสามารถแสดงเหตุการณ์คลายจากการขดแต่ความเหนียวของเส้นใยยังไม่ได้ปรับให้เหมาะสม

3.  Peggy Cebe  David L. Kaplan  Wenwen Huang และ Sreevidhya Krishnaji จากมหาวิทยาลัย Tufts
สังเคราะห์โคพอลิเมอร์ที่จัดแบบบล็อก (Block Copolymer) ที่บล็อกประกอบด้วยลำดับกรดอะมิโนที่ส่วนใหญ่เป็นอะลานีนซึ่งพบในส่วนที่ทำให้ใยแมงมุมของแมงมุม orb (Nephila clavipes) มีความทนทานและความเหนียว และลำดับกรดอะมิโนที่ส่วนใหญ่เป็นไกลซีนซึ่งทำให้ใยแมงมุมมีความยืดหยุ่น และโดยการปรับส่วนประกอบของโคพอลิเมอร์นี้ทำให้สามารถสร้างวัสดุหลากหลายชนิด เช่น disordered films fibrils และ micelles

4.  James S. Brook  Eden Steven และคณะ จากมหาวิทยาลัย Florida State
ทำให้ใยแมงมุมมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและประยุกต์ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า โดยมีความต้องการพัฒนาลวดขนาดเล็กและตัวเชื่อมไฟฟ้าชนิดใหม่


5.  Xinwei Wang และคณะ จากมหาวิทยาลัย Iowa State
รายงานเมื่อเร็วๆ นี้ว่าเส้นใยชนิด dragline ของแมงมุม N. clavipes เป็นตัวนำความร้อนที่ดีกว่าวัสดุส่วนใหญ่มาก โดยค้นพบว่าหลังจากเส้นใยถูกยืดออกความสามารถในการนำความร้อนมีมากกว่าทองแดง นอกจากนี้ยังค้นพบอีกว่าในทางตรงข้ามกับวัสดุส่วนใหญ่ความสามารถในการนำความร้อนของเส้นใยเพิ่มขึ้นภายหลังการทำให้ตึง

6. Shigeyoshi Osaki จากมหาวิทยาลัยการแพทย์ Nara ประเทศญี่ปุ่น
ทำสายไวโอลินที่ทำจากเส้นใยของใยแมงมุมจำนวนพันเส้นมาบิดเป็นเกลียวรวมกัน ซึ่งทำให้สายไวโอลินมีเสียงที่นุ่มและลึก ผลงานดังกล่าวเพิ่งเผยแพร่ในวารสาร Physical Review Letters

ใยแมงมุมกับพลังไฟฟ้าสถิต


(Cr.https://www.voathai.com/a/flying-spider-tk/4487361.html)

ใยแมงมุมเป็นใยธรรมชาติสุดแกร่งที่มีองค์ประกอบหลักเป็นโปรตีน spidroin แมงมุมสร้างเส้นใยเหล่านี้ไว้ใช้งานในหลายด้าน ตั้งแต่ใช้จับเหยื่อ ใช้คลุมถุงไข่ ไปจนถึงใช้เป็นเครื่องมือพาให้พวกมันลอยตัวขึ้นไปบนท้องฟ้าหรือที่เรียกว่า “ballooning” ทุกคนรู้หรือไม่ว่าใยแมงมุมสามารถตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าได้เหมือนที่เส้นผมของเราตอบสนองต่อไฟฟ้าสถิต และคุณสมบัตินี้ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยในการจับเหยื่อและการลอยฟ้าของแมงมุม

ระหว่างที่โบยบิน ผิวของแมลงหลายชนิดจะเสียดสีกับมวลอากาศและสะสมประจุไฟฟ้าบวกไว้ ทำให้พวกมันไม่ต่างอะไรกับ “ประจุไฟฟ้าบินได้” เพื่อศึกษาผลกระทบของประจุไฟฟ้านี้ที่มีต่อใยแมงมุม Ortega-Jimenez & Dudley (2013) จึงได้ออกแบบการทดลองสุดเรียบง่ายขึ้นมา 

โดยนำซากแมลงที่ตายแล้ว ตั้งแต่ผึ้ง แมลงวัน แมลงหวี่ และเพลี้ยอ่อน มาคลุมประจุไฟฟ้าให้ทั่วตัวแล้วนำไปโยนผ่านใยแมงมุม พวกเขาพบว่าใยแมงมุมจะถูกแรงไฟฟ้าสถิตดูดให้เคลื่อนไปหาแมลงเหล่านี้อย่างรวดเร็วโดยที่ร่างกายแมลงยังไม่ได้แตะใยด้วยซ้ำ จึงสรุปได้ว่าแมงมุมในธรรมชาติน่าจะใช้ประโยชน์จากแรงดังกล่าวในการจับเหยื่อ

นอกจากพลังแห่งไฟฟ้าจะช่วยให้แมงมุมจับเหยื่อได้ง่ายขึ้นแล้ว พลังพิเศษนี้ยังช่วยให้แมงมุมลอยตัวขึ้นไปบนฟ้าได้โดยไม่ต้องอาศัยแรงลม และช่วยให้พวกมันแพร่กระจายไปได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตรโดยไม่ต้องอาศัยปีกเหมือนกับสัตว์ตัวอื่น ๆ

งานวิจัยของ Morley & Robert (2018) บอกกับเราว่าระหว่างชั้นบรรยากาศของโลกกับพื้นดินมีสนามไฟฟ้าขนาดมหึมาที่เรียกว่า “atmospheric potential gradient (APG)” ซ่อนตัวอยู่ และแมงมุมบางชนิดก็สามารถตรวจจับสนามไฟฟ้านี้ได้โดยใช้ขนรับสัมผัสบริเวณปลายขาที่เรียกว่า “trichobothria” เมื่อพวกมันรับรู้ถึงแรงทางไฟฟ้า เจ้าแปดขาเหล่านี้จะขึ้นไปยืนอยู่บนที่สูง เขย่งเท้าขึ้น และปล่อยกลุ่มใยแบบพิเศษออกมา จากนั้นแรงไฟฟ้าสถิตจะดึงใยแมงมุมและส่งร่างของพวกมันให้ลอยขึ้นฟ้าได้เองโดยอัตโนมัติ 

ใยแมงมุมที่ถูกนำไปถักเป็นเสื้อ


Golden orb spider  ตัวโตเต็มที่มีขนาดความยาว 1.5-2 นิ้ว โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะสร้างใยแมงมุมเป็นตาข่ายมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 เซนติเมตร ในใยของพวกมันมีองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะซึ่งทำให้ใยเป็นสีเหลืองทองเมื่อโดนแดด
ไซมอน เพียร์ส นักออกแบบชาวอังกฤษได้ออกแบบผ้าคลุมไหล่จากใยของแมงมุมสายพันธุ์นี้ ใช้เวลาในการถักทอนานกว่า 5 ปี ได้เส้นใยมาจากแมงมุมกว่า 1.2 ล้านตัว
Cr.https://pt-br.facebook.com/samrujlok/posts/10155625986022226/ สำรวจโลก
 



 
ใยแมงมุมเส้นบางๆนั้นแข็งแรงกว่าเหล็กถึง 5 เท่า และยืดหยุ่นมากกว่าถึง 100 เท่า เมื่อเทียบกับน้ำหนักที่เท่ากัน ด้วยคุณสมบัติพิเศษของใยแมงมุมนี้จึงมีการเรียนรู้วิธีออกแบบของธรรมชาติเพื่อมาประยุกต์และประดิษฐ์ของใช้ในชีวิตประจำวัน หรือที่เรียกว่า “ชีวลอกเลียน” (Biomimicry) ทั้งการทำเสื้อเกราะกันกระสุนที่แข็งแรงและเบามากๆ, เส้นใยนำแสงในซุปเปอร์คอมพิวเตอร์, ใช้ในทางการแพทย์ ฯลฯ ต่างก็มีต้นแบบมาจากใยแมงมุมทั้งนั้น
 
ไม่ใช่เฉพาะแค่เป็นเครื่องมือในการหากินของมันเท่านั้น แต่กลับอยู่ที่คุณสมบัติของใยแมงมุมมากกว่า ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้พูดเป็นเสียงเดียวกันเลยว่า เส้นใยแมงมุมมีความเหนียวมาก ข้อสังเกตคือ ทำไมแมลงที่บินมาถึงติดกับใยนี้ได้อย่างง่ายดาย บินชนก็ไม่ขาด และมันสามารถหยุดผึ้งที่บินด้วยความเร็ว 20 ไมล์/ชั่วโมงได้ เรียกว่ามีความยืดหยุ่นขั้นสุดยอด
             
 และที่น่าทึ่ง คือ มีความแข็งแรงมาก วัสดุที่เอาใช้ทำเกราะในปัจจุบัน คือ  kevlar มีความทนทานแค่ 1 ใน 3 ของใยแมงมุมเท่านั้น ดังนั้นในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้เลียนแบบใยแมงมุมไปผลิตเป็นเสื้อเกราะกันกระสุนที่แข็งแรงแต่น้ำหนักเบา   นอกจากนี้ ทางการแพทย์ก็สนใจที่จะไปทำผ้าพันแผล เพราะช่วยสมานแผลได้แถมไม่มีพิษอีกด้วย
 

เอกสารอ้างอิง:
Morley E.L. & Robert D. (2018) Electric fields elicit ballooning in spiders. Current Biology. 28: 2324–2330.
https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.05.057
Ortega-Jimenez V.M. & Dudley R. (2013) Spiderweb deformation induced by electrostatically charged insects. Scientific Reports. 3: 2108.
https://doi.org/10.1038/srep02108
Cr.https://fr-fr.facebook.com/nerdjackingbiology/posts/1163961353789706 / นี่แหละชีวะ a ajouté une photo à l’album สาระน่ารู้.

ที่มา: Jacoby, M. (2012). Learning from spider silk. Chemical & Engineering News, 90(13), 48-51.
Cr.https://www.nstda.or.th/th/nstda-knowledge/2361-spider-silk / สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)
Cr.https://zh-cn.facebook.com/witsanook/posts/1202807893206038 / วิทย์สนุกรอบตัว

(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)