Seta e ragnatele
di Francesco Mori

Gli artropodi sono l'unico phylum a produrre "seta". Una "seta" può essere definita come una catena proteica ripetuta che è secreta all'interno dell'animale sotto forma liquida e che si trasforma in forma solida dopo che è stata espulsa all'esterno. Il parente più prossimo alla seta prodotto dai vertebrati è il collagene con cui condivide somiglianze strutturali, sebbene il collagene non assuma forma liquida.
(Craig, Catherine. 1997. Evolution of Arthropod Silks. Annual Review of Entomology. vol 42: 231-67).

Composizione chimica
Le sete (setae in latino) sono composte per circa il 50% della loro struttura da una catena proteinica polimerizata chiamata fibroine. A loro volta le proteine polimerizzate sono formate da aminoacidi, principalmente glicina, alanina e serina, ma ciascun tipo di tela ha la propria struttura aminoacidica (si ricordi che gli aminoacidi sono i componenti delle proteine, pertanto le sete non sono altro che proteine). La restante parte delle sete è composta da pirolidina, potassio idrogeno fosfato e potassio nitrato. La prima ha proprietà fortemente igroscopiche, il potassio idrogeno fosfato abbassa il pH della tela ad un livello acido e il potassio nitrato è un forte antibatterico (grazie a queste tre componenti la ragnatela, pur essendo proteica, non viene attaccata da batteri e funghi).
Le sete possono essere distinte in tre differenti conformazioni: alfa-elicoidale, beta-parallelo, beta-cross.
A. Le sete alfa-elicoidali sono quelle che presentano vincoli idrogenici all'interno della catena aminoacidica. Nel mondo degli artropodi questo tipo di sete sono secrete dagli imenotteri (le api) per rafforzare le strutturre del favo e dalle larve di siphonaptera (pulci) per la costruzione di nidi protettivi. Tale tipo di secrezione generalmente non è utilizzata dai ragni dal momento che questi hanno bisogno di un maggior controllo della conformazione finale dell'intelaiatura. Si ritiene, tuttavia, che alcuni tipi di ragno utilizzino le sete alfa-elicoidali quando lanciano la propria tela sulle prede, ma nessun ragno utilizza solamente questa conformazione.
B. Le sete beta-parallele hanno legami idrogenici tra le catene aminoacidiche e sono la forma dominante nelle tele prodotte dai ragni. La struttura beta-parallela è ottenuta al momento della "filatura" della seta da parte del ragno, pertanto la sequenza aminoacidica non è l'unico fattore decisivo in tale conformazione. Tra gli insetti solo alcuni lepidotteri (bruchi e falene) utilizzano questa struttura e solo per formare il proprio cocoon (bozzolo).
C. Le sete beta-cross sono simili alla precedente conformazione, l'unica differenza sta nel fatto che sono organizzate perpendicolarmente all'asse della seta e non parallelamente (come nelle beta-parallele). Insetti quali i curculionidi fanno uso di tale conformazione. Questa non è utilizzata dai ragni dal momento che le beta-parallele sono maggiormente elastiche e necessitano di una minore quantità di proteine per essere prodotte. (Craig, Catherine. 1997. Evolution of Arthropod Silks. Annual Review of Entomology. vol 42: 231-67).

Produzione della seta nei ragni
La produzione delle sete è deputata ad alcune ghiandole presenti all'interno dell'opistosoma dei ragni. Sono conosciuti sette tipi diversi di ghiandole, ma ciascun subordine di ragni possiede solo alcune di esse, mai tutte e sette. La glandula aggregata produce il materiale colloso. le altre sei sono di seguito riportate.
Le Glandulae Ampulleceae major e minor sono utilizzate per secernere le sete componenti tele su cui alcuni ragni camminano. Le Glandulae Pyriformes sono utilizzate per la produzione di sete componenti le tele sospese. Le Glandulae Aciniformes secernono sete per l'incapsulamento della preda. Le Glandulae Tubiliformes producono tela per la formazione del cocoon. Le Glandulae Coronatae servono alla produzione di ragnatele adesive.
Di norma ciascun ragno possiede tre paia di filiere, ma ci sono alcuni ragni che ne hanno solo un paio mentre altri arrivano a quattro. Ciascuna filiera ha una propria funzione. Esse sono collegati con le ghiandole da dotti molto sottili. Il numero dei dotti varia da due a cinquantamila.
Quando la seta è espulsa dal corpo del ragno subisce un processo di polimerizzazione (solidificazione, ossia passa dallo stato liquido a quello solido), la cui origine non è ancora ben chiara.
La massa molecolare della proteina non solidificata è pari a 30.000 dalton, mentre la proteina polimerizzata ha una massa molecolare di circa 300.000 dalton.

Dimensioni e robustezza della tela
Il diametro medio di un filo componente una tela circolare è circa 0,15 micron, sebbene la più sottile seta conosciuta è pari a 0,02 micron. L'occhio umano è in grado di vedere oggetti, a una distanza di 10 centimetri, che abbiano una misura almeno pari a 25 micron. Possiamo vedere le ragnatele solo grazie al riflesso di del sole sulle sete.
La robustezza (forza) di ciascun materiale è misurata in un'unità di misura chiamata dernier (1 dernier = 1 grammo per 9000 metri). La seta di un ragno ha una robustezza che va da cinque a otto dernier. Ciò significa che una seta di ragno si spezza sotto il proprio peso se ha una lunghezza che, a seconda della specie che l'ha tessuta, va da 45 a 72 chilometri. Materiali con una simile caratteristica sono nylon e vetro (il ferro ha un dernier pari circa a tre).

Elasticità della tela
La tela del ragno è molto elastica, ad esempio quella di 'Araneus diadematus può essere allungata del 30-40% prima che si spezzi. L'acciaio può essere allungato solo dell'8% prima della rottura e il nylon del 20%. Il record di allungamento, tuttavia, appartiene a Stegodyphus sarasinorum la cui seta può essere allungata fino a 20 volte la dimensione originale.

Ragni Cribellati ed Non cribellati (E-cribellati).
Attraverso l'analisi delle loro tele, i ragni possono essere distinti in due gruppi: i Cribellati ed i E-cribellati. Fino ad ora si è parlato dei ragni Non-cribellati, passiamo ora ai Cribellati.
I Cribellati tessono la propria tela utilizzando un pettine, chiamato calmistrato, posizionato sul tarso o metatarso del quarto paio di zampe e un ulteriore organo di filatura, detto cribellum, posizionato di fronte alle filiere, avente la forma di una lamina trasparente.
Il pettine tira la seta fuori dal cribellum, combinandola in una struttura lanosa. La seta pettinata è composta da migliaia di sottilissimi fili rinforzati da alcuni fili più spessi. Caratteristico è il fatto che tali sete non sono vischiose ma gli insetti vengono lo stesso intrappolati in quanto i peli del loro corpo rimangono incastrati tra le sottilissime sete. Le sete di maggior spessore impediscono che l'insetto strappi la filatura.

 


La ragnatela
Si possono comunemente distinguere tre tipi di ragnatela: la ragnatela a foglio, la ragnatela " a sfera" (circolare) e la ragnatela "spaziale".
Quella meglio nota è la ragnatela "a sfera" (orb web in inglese). Nella costruzione di tale tipo di ragnatela, il momento più problematico è la disposizione del primo filo. Questo deve essere orizzontale e deve sostenere il peso di tutta la ragnatela. In questo primo passo il ragno fa uso del vento e di un po' di fortuna (si ricordi che la seta non è mai espulsa a forza dal ragno, ma viene tessuta). L'aracnide affida al vento un estremo del filo (in questo caso adesivo) mentre continua a tessere l'altro capo. Se tale filo, grazie al vento, giunge ad attaccarsi su un posto adeguato il gioco è fatto. A questo punto il ragno cammina sul primo filo rafforzandolo con un secondo. Tale operazione è ripetuta fino a che il sostegno della ragnatela non è sufficientemente forte. A questo punto il ragno si posiziona a circa metà del filo (archifilo), cui attacca un secondo filo perpendicolare al primo. Con questo si cala fino alla base della futura ragnatela, formando una sorta di Y. Questi sono i primi tre raggi della rete. Ora il ragno cotruisce ulteriori raggi. Infine, il ragno congiunge i raggi con dei fili che costituiscono la famosa spirale, ed ecco che la ragnatela è pronta.

Reciclaggio delle ragnatele da parte dei ragni
La produzione delle sete è assai dispendiosa, in termini di risorse, per il ragno. Pertanto l'aracnide, al fine di limitare il dispendio delle proprie risorse, recicla la propria tela. Dunque, il ragno, quando la ragnatela non è più funzionale (dopo due giorni perde la propria vischiosità) o quando è gravemente compromessa, la utilizza come cibo, salvando, comunque, l'archifilo. Per poterla ingerire il ragno utilizza speciali succhi gastrici che servono anche per tagliarla.

     
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Utilizzo delle ragnatele da parte degli uomini
Nel corso dei secoli, gli esseri umani hanno fatto usi diversi delle ragnatele. Gli abitanti della Polinesia usavano le sete della Nephila nelle loro canne da pesca. Nelle Nuove Ebridi le tele erano utilizzate come reti per trasportare le punte delle lance. In Nuova Guinea le ragnatele servivano da copricapo in caso di pioggia.
Nel corso della prima guerra mondiale le sete di Araneus diadematus, Zilla atrica e Argiope aurantia erano utilizzate per la costruzione di anemometri.
Nel 1709 un francese, Bon de Saint-Hilaire, dimostrò che era possibile fare uso delle sete di ragni nella produzione di capi di abbigliamento, per ottenere materiale da filare venivano fatti bollire dei cocoon. In questo modo furono prodotti guanti e calzini. Tuttavia, studi economici di maggior respiro dimostrarono che occorrevano 1.300.000 cocoon per ottenere un chilogrammo di seta da utilizzare a scopi industriali.
Nel luglio 1996, apparve nella prestigiosa rivista scientifica Scientific American apparve una pubblicità della DuPont in cui si sottolineavano gli studi condotti da scienziati pagati dalla multinazionale in cui, utilizzando la tecnica del DNA ricombinante, si cercava di far produrre sete simili a quelle tessute dai ragni da batteri. Il prodotto di questi batteri sarebbe poi stato utilizzato nella produzione dei più disparati prodotti.

 


Ringraziamenti

Vorrei cogliere l'occasione per ringraziare Matteo Grotto per aver reso possibile l'esistenza di questo forum, Claudio Arnò per la sua gentilezza e tutti gli utenti del forum che hanno accresciuto in me l'interesse per lo splendido mondo dei ragni e degli artropodi in generale.

Bibliografia
Craig, Catherine. 1997. Evolution of Arthropod Silks. Annual Review of Entomology. vol 42: 231-67.
Foelix, Rainer. Biology of Spiders. New York: Oxford Press, 1996
Shear, William, Jacqueline Palmer, Jonathan Coddington, and Patricia Bonomo. A Devonian Spinneret: Early Evidence of Spider Silk Use. Science, vol. 246: 479-82.
Panganiban, Grace. Distal-less function during Drosophila appendage and sense organ development. Dev Dyn 2000 Aug; 218(4):554-62


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