A mangán és a kalcium erősíti a pók karmait
Német és izraeli biomérnökök a vándorpók tigris pók (Cupiennius salei) karmainak szerkezete, összetétele és mechanikai tulajdonságai közötti összefüggést vizsgálták, és arra a következtetésre jutottak, hogy a mangán- és kalciumionok lokálisan erősítik helyüket a kutikulakötő fehérjék keresztkötése miatt. A súrlódással szembeni ellenállás tekintetében ennek a póknak a karmai sok szerves biológiai struktúrát felülmúlnak, és egyenrangúak a zománccal és a gyöngyházzal.
Az állatok karmait, szúrásait és agyarait régóta javították az áldozat sikeresebb szúrása, szöveteinek elvágása és a felület megfogása érdekében. Sok más természetes szerkezethez hasonlóan nagyon sokféle anyagból épülnek fel: poliszacharidokból, mint a kitin és cellulóz, fehérjékből, mint a keratin, kollagén és fibroin, valamint ásványi anyagokból (kalcium-karbonát, foszfát és szilícium-oxid). Ennek ellenére a bioanyagok mechanikai tulajdonságai kiterjedtek, elsősorban az összetétel heterogenitása és a hierarchikus architektúra miatt.
Ilyen anyag például az ízeltlábúak kutikulája. A pókoknál a lábakon lévő karmok, valamint a chelicera alapja. A karmok segítik őket a mozgásban, a mászásban és a durva felületeken való megtapadásban. A chelicera segítségével pedig az állat átszúrja az áldozat külső csontvázát, és mérget fecskendez alá. A kutikula egy filiform prokutikulából és egy külső epikutikulából áll. Ezekben a kitin-fehérje szálak vagy párhuzamos szálirányú rétegekké, vagy átlapolt rétegelt lemez szerkezetté vannak hajtogatva, amelyben a kitinkristályok iránya rétegről rétegre változik.
A rostok szerkezetének ilyen változatossága jelentős változásokhoz vezet a kutikula mechanikai tulajdonságaiban egy állat testének különböző részein. Ezenkívül a Cupiennius salei pókokban a chelicerae lokálisan megerősödik a fehérjék hisztidin régióinak cinkionokkal való keresztkötése miatt. Az ásványosodási folyamatok gyakoribbak a rákfélékben, de más ízeltlábúak is felhalmozzák a cink-, mangán- és kalciumionokat a kutikuláris adaptáció során (például rovarokban a csípőkben, az állkapcsokban és a petesejtekben).
A kutikula mechanikai viselkedését nagymértékben tanulmányozták, de a szerkezete, tulajdonságai és funkciói közötti összefüggések széles körű elemzését nem végezték el. Egy ilyen elemzés létrehozná a speciális funkciókhoz való alkalmazkodás mechanizmusát anyagi szinten.
Mariam Tadayon és Yael Politi, valamint munkatársai a Max Planck Kolloidok és Felületek Intézetétől és a Ben Gurion Egyetemtől modellezték a Cupiennius salei karmai mechanikai igénybevételét, és meghatározták, hogy a kutikula szerkezete hogyan alkalmazkodik a különböző részein lévő feszültségekhez, majd összehasonlították a a chelicerae és a karmos pók adaptált szerkezetei más biológiai tárgyakkal.
