クモの巣はなぜ雨に強いのか？ -その真相に迫る！- ② タイトル：クモの巣はなぜ雨に強いのか？ ③ 著者：（奈良県立医科大学医学部） ○大﨑茂芳 ④ 発表番号：3W04 ⑤ 連絡先：（Tel: 0744-22-3051） ⑥ 解説文本文 奈良県立医科大学医学部の大﨑茂芳名誉教授は、❶『クモの糸は吸湿によって 50％も縮む』（図 1） にもかかわらず、❷『クモの巣が露や雨に濡れても糸は縮まない』（図 2） という矛盾した２つの現象のしくみを明らかにした。≪吸湿は巣を構成す る糸の伸び縮みを補正するという極めて合理的な修復機構を与える≫ 結果、巣の幾何学的な構造が維持されることが分かった。また、≪ この吸湿特異性はクモの糸の縫合糸や人工靭帯などの生体材料として 図 1 吸湿で 50%も縮んだクモの糸. 上が吸湿前, 下が吸湿後 の新しい分野での用途開発が期待≫される。 最近、 『クモの糸』は実用性が議論されるようになり俄然注目 されだした。それは、過去 30 年の間に、クモの糸（牽引糸）の≪柔 らかく≫て≪力学的に強い≫機能や、≪耐熱性≫、≪紫外線に強く≫て ≪吸湿特異性≫などのユニークな機能が明らかになってきたためと、 クモの糸の遺伝子工学による量産化の期待が高まってきたことによ って、クモの糸の新しい用途を探るためにも、このユニークな機能 を構造面から解明を試みる研究が多くなってきた。ここでは、ジョ ロウグモの牽引糸の不可思議な吸湿特異性の仕組みを明らかした。 ≪目的≫ ❶『クモの糸を水に浸けると 50%も収縮する』。最近、クモの 糸の優れた性質のみがアピールされているため、この収縮性という ウイークポイントは一般的にはあまり知られていない。ところが、 ❷『屋外で張っている巣は雨に濡れても収縮しない』。この矛盾した二 図 2 露に濡れたジョロウグモ の巣 つの事実に対する「なぜなの？」という疑問を解決するのが目的である。 ≪実験≫ ジョロウグモの糸の吸湿前の X 線回折像は、結晶域が繊維の長さ方向に並んでいる （図 3b-3）ことを示すパターンである（図 3b-2 とほぼ同じ）。一方、末端を自由にして吸湿さ せて縮んだクモの糸(図 3a-1)の X 線回折像は、結晶域がランダムな方向に向いていること（図 3a-3） を示すリング状のハローである(図 3a-2)。非晶域のタンパク質が吸湿によって縮む結果、結晶域 1 が繊維の長さ方向以外にも配列し直す。この結果から、「クモの巣は雨で縮んでしまって獲物が捕 れなくなるではないか？」と心配になる。しかし、朝露でも雨の日でも巣は縮んでいる様子は見ら れない。「この矛盾は一体、なぜなの？」という疑問にたどり着く。 クモの巣を再現するために、弾性 限界強度以下の荷重で両端を固定し a-2）Ｘ線回折像 た状態で吸湿させてから X 線回折像 を撮った。その回折パターンは（図 3b-2）、吸湿前とほとんど変化なく、ク モの糸は吸湿しても結晶域の配向性 a-3) 微細構造予想図 は落ちなかった。 a-1) 両端自由のクモの巣の模式図 ❶両端に荷重をかけないで自由に したクモの糸は吸湿して縮むときに引 張り荷重が発生した(図 3a-1)。しか ｂ-2）Ｘ線回折像 応力緩和 し、❷両端を弾性限界強度以下の加 重で固定すると、吸湿によって応力 緩和が起こることが分かった(図 3b-1)。獲物の飛来でクモの巣が強 制的に伸び縮みしていびつな状態 ｂ-1) 両端自由のクモの巣の模式図 b-3) 微細構造予想図 になっていても、朝露や雨による吸 図 3 クモの糸の吸湿の影響. 構造予想図で、 湿によって巣として引張られている糸 は結晶域. は分子鎖. は応力緩和が起こり、一方、たるんでいる糸は縮んで適正な長さに修復できるしくみのあることが分 かった。なお、クモの糸へ紫外線照射は吸湿特異性を壊すことも明らかにした。 以上より、 朝露や雨 クモの糸の伸び縮み 巣の幾何学的構造が維持できる修復機構 力学的バランス（応力緩和と荷重） が備わっていることが分かった。 この素晴らしい仕組みはクモの 4 億年という長い進化の賜物と思われる。 ⑦ 今後の応用 ○クモの巣には、吸湿による糸の伸び縮みに起因する、合理的な修復機構のあることが分かり、そ のしくみを利用した素材の合成が期待される。 ○クモの糸の吸湿特異性は、腰がなく適度に収縮可能な縫合糸や、力学強度とともに繰り返しの伸 び縮みが要求される人工靭帯などの生体材料への応用が期待される。 2
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