Biología

PP – 15 – B “Desenredando El Misterio De Las Telarañas”

  • Categoría: Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)
  • Área de participación: Biología
  • Asesor: Gabriela Nicanor de la Cruz
  • Autor: Helena Aviles Landeros ()

Resumen

Las telarañas son estructuras construidas por arañas, estas se forman a partir de la seda que las arañas biosintetizan y secretan a través de sus glándulas de hilado, que tienen en la parte posterior del abdomen. Las arañas han desarrollado a lo largo de la evolución la capacidad de producir distintas clases de seda adaptadas a su funcionalidad final. Algunas emplean las telarañas para desarrollar redes de caza, también las usan con fines de reproducción, para construcción de nidos y protección para sus huevos; algunas las usan para transportarse por el aire a modo de parapente; y otros tipos de araña la pueden utilizar como sustento alimenticio para ellas mismas. Debido a sus propiedades mecánicas (alta resistencia, alta deformabilidad, enorme tenacidad, etc.), además de su biocompatibilidad, el potencial de las fibras de seda de araña en diversos campos es notable. Sus fibras podrían emplearse en campos como la ingeniería de tejidos para la regeneración de órganos, tendones o ligamentos así como para suturas o compresas protectoras. Se ha propuesto que materiales con propiedades análogas a la seda de araña podrian usarse con fines militares o defensivos (chalecos antibalas); con fines civiles como la creación de materiales de protección o elementos de seguridad vial (vallas, parachoques, etc.) debido a la gran capacidad de la seda de araña para absorber grandes cantidades de energía mecánica antes de su fractura.

Pregunta de Investigación

¿Qué son las telarañas? ¿Para qué sirven las telarañas? ¿Tienen alguna aplicación en el área de la salud?

Planteamiento del Problema

Hay muchos lugares en donde podemos encontrar telarañas, en casa, el parque y otros lugares y a veces pueden considerarse molestas porque dan la impresión de que el lugar en donde se encuentran está muy sucio y abandonado. Por eso me di a la tarea de investigar a cerca de ellas y así aprender él porque es necesario que las arañas las construyan.

Antecedentes

ARAÑA (Araneae)

Las arañas son el orden más numeroso de la clase Arachnida, lejanamente emparentadas con otros grupos de artrópodos, como los insectos, con los que no deben confundirse. El orden Araneae es el séptimo en diversidad total de especies respecto al resto de diversidad de organismos. El grupo está abundantemente representado en todos los continentes, excepto en la Antártida. Todas son depredadoras, generalmente solitarias, de pequeños animales. Tienen glándulas venenosas en los quelíceros, con las que paralizan a sus presas. Producen seda con la que tejen telas de araña o telarañas, que usan para construir redes de caza, tapizar refugios e incluso hacerse llevar por el viento. Hasta la fecha se han descrito más de 46 500 especies de arañas, y 110 familias han sido recogidas por los taxónomos; sin embargo, sigue habiendo confusión dentro de la comunidad científica, como demuestran las aproximadamente 20 clasificaciones que se han propuesto desde 1900. Solo algunos grupos son realmente peligrosos para los seres humanos. La especialidad que se ocupa de las arañas y el resto de los arácnidos se llama aracnología. Hay personas que sufren de aracnofobia, es decir miedo a las arañas.

TELARAÑA

Es una estructura construida por una araña con su seda de araña proteica, a través de sus hileras.

Ciertas arañas tejen telas en forma de embudo, otras en forma de hoja e, incluso, otras tejen las telas espirales que son comúnmente asociadas con el orden. Estas telas pueden ser

hechas con seda pegajosa de captura, o con seda “peluda” de captura, dependiendo del tipo de araña. Las telas pueden ser en un plano vertical (como la mayoría de telas espirales), un plano horizontal (telas de hoja), o en cualquier ángulo intermedio. Algunas telas, especialmente las de la familia de telas de hoja, presentan irregulares enredos de seda sobre ellas. Estas sirven para desorientar e interceptar insectos voladores, haciéndolos más vulnerables a ser atrapados en la tela inferior. También pueden ayudar a proteger a la araña de predadores aéreos como aves y avispas.

Las telas de araña se forman a partir de la seda de araña que las arañas biosintetizan y secretan a través de sus glándulas de hilado, en la parte posterior del abdomen.

Las arañas la emplean para desarrollar redes de caza o telarañas, nidos, protecciones para sus huevos o incluso para transportarse por el aire a modo de parapente.

Las telas permiten a la araña atrapar a su presa sin tener que gastar energía cazándola. Por tanto, es un método eficiente de recolección de alimento.

En algunas especies también se ha observado que en ocasiones especiales la seda de araña puede

utilizarse como sustento alimenticio para la propia especie

La diversidad de las sedas de araña es generalmente muy superior a la generada por otros insectos como por ejemplo los gusanos de la seda, los cuales en la mayoría de los casos producen la seda con fines únicamente reproductivos, y en particular para la elaboración de huevos. Por el contrario, las arañas han desarrollado a lo largo de la evolución la capacidad de producir distintas clases de seda adaptadas a su funcionalidad final. Cabe mencionar que actualmente se conocen más de 34.000 especies diferentes de arañas entre las cuales el 50% emplea la seda para capturar presas. Además se conocen más de 130 formas diferentes de telaraña. Entre las telarañas más estudiadas se encuentran aquellas de las que las arañas se cuelgan. Un ejemplo de estas es la araña europea típica de jardín, Araneus diadematus.

Se ha encontrado que estas arañas pueden producir hasta siete tipos diferentes de seda empleando siete glándulas diferenciadas situadas en la parte posterior de su abdomen. Los radios y parte de los marcos de las telas suelen estar formados por sedas producidas en la glándula ampulácea mayor, que contienen dos tipos de proteínas (espidroína 1 y espidroína 2) y se caracterizan por su rigidez y resistencia. 

Las arañas se desplazan por ellas cuando arrastran alguna de sus presas, aprovechando su mayor resistencia y rigidez. La seda que forma las espirales transversales está compuesta por una fibra menos rígida, más elástica y deformable, pero no tan resistente como las radiales. Está diseñada para que los insectos en lugar de rebotar se queden adheridos, debido a la gran deformabilidad de la seda. 

Estas sedas son producidas en las glándulas flageliformes y solo presentan un tipo de espidroína. La seda que forma las espirales auxiliares se genera en las glándulas ampuláceas menores y se utilizan como armazón a la hora de preparar las telas de araña antes de la generación de la seda de captura radial. Las arañas producen también una seda de tipo “mortero” que emplean en las juntas entre sedas de captura y sedas radiales. Esta seda se produce en la glándula piriforme. Para lograr mayor seguridad en las capturas, las arañas además producen en la glándula agregada una seda con carácter adhesivo, con elevado contenido de agua, que emplean para recubrir la seda de captura. 

Finalmente, en las glándulas “cilíndrica” y “aciniforme” respectivamente las arañas suelen producir dos sedas más para recubrir exteriormente e interiormente los huevos de su descendencia.

Todas las especies de araña producen seda, material compuesto de proteínas complejas, que utilizan para muy variadas funciones: cazar presas y envolverlas en ella; como adhesivo de otros materiales de construcción de túneles, trampillas, etc.; como áreas de locomoción, así como otras muchas utilidades. Ciertas especies de arañas crean un largo hilo que les sirve de vela para ser arrastradas por el viento. El viento las guía o bien para cazar sus presas o para ir en una dirección determinada. Este fenómeno se conoce como vuelo arácnido. En el extremo posterior del abdomen se encuentran las glándulas secretoras de seda denominadas hileras, que producen un fluido que se solidifica al contacto con el aire (el fluido es una disolución concentrada de proteínas, cuya estructura se transforma justo antes de salir, convirtiéndose en una forma insoluble que rápidamente se deshidrata y constituye la fibra de seda).

La importancia de la seda para las arañas se ve reflejada en el gran número de funciones que realizan y en la capacidad desarrollada a lo largo de millones de años de evolución para sintetizarlas. Muchas especies de arañas son capaces de sintetizar hasta siete tipos diferentes de sedas cada una para funciones distintas. 

Gracias a sus excepcionales propiedades mecánicas (alta resistencia, alta deformabilidad, enorme tenacidad), además de su biocompatibilidad, el potencial de las fibras de seda de araña en diversos campos es notable. Sus fibras podrían emplearse en campos como la ingeniería de tejidos para la regeneración de órganos, tendones o ligamentos así como para suturas o compresas protectoras. También se ha propuesto que materiales con propiedades análogas a la seda de araña serían excepcionales para aplicaciones balísticas, bien con fines militares o defensivos (chalecos antibalas, materiales antideflagrantes, etc.) o bien para fines civiles como la creación de materiales de protección o elementos de seguridad vial (vallas, parachoques, etc.), debido a la gran capacidad de la seda de araña para absorber grandes cantidades de energía mecánica antes de su fractura.

Los griegos y los romanos ya conocían algunas de las propiedades curativas de las telarañas y, de hecho, después de desinfectar las heridas las cubrían con ellas. Siglos después, varios equipos interdisciplinarios de varios centros de investigación han ido varios pasos más allá y ha diseñado técnicas para producir seda de araña modificada químicamente que puede adaptarse para producir tejidos enfocados en la medicina regenerativa, en la cicatrización de heridas y en la administración de fármacos. La telaraña es fuerte, biocompatible, biodegradable y, además, no causa reacciones alérgicas o inflamatorias. Se ha demostrado que se puede fabricar una malla biodegradable que puede desempeñar dos trabajos a la vez. Por un lado,  puede reemplazar la matriz extra celular que generan nuestras propias células para acelerar el crecimiento del nuevo tejido, aunque también puede usarse para la liberación lenta de antibióticos. Sin embargo, hasta ahora las sedas de araña no se han podido fabricar de manera industrial debido a que las arañas son animales de naturaleza solitaria y depredadora, lo que hace muy difícil que crezcan en cautividad.

Objetivo

Dar a conocer a mis compañeros que las telarañas además de ser una estructura única por su alta resistencia, deformabilidad y tenacidad, estas pueden tener otros tipos de aplicaciones.

Justificación

He notado en algunas ocasiones cuando juego en el parque y otros lugares que hay telarañas por todos lados y en ocasiones con moscas y otros insectos pegados a ellas. Es por eso que me interesa descubrir cómo es que las arañas tejen sus telarañas y cuál es su función. 

Hipótesis

Si entendemos la estructura química de las telarañas y conocemos cuáles son sus funciones. Entonces se podrían diseñar materiales con características similares a las telarañas y usarlos en diferentes campos de aplicación como lo es la ingeniería de tejidos.

Método (materiales y procedimiento)

  • Hice una visita al Inventario del Zoológico de Chapultepec que se encuentra en la Ciudad de México
  • Busque información en libros y páginas de internet

Galería Método

Resultados

Aprendí que las telarañas son construidas por arañas y que son una estructura compleja que tiene varias funciones importantes para la supervivencia de las mismas. Las arañas han desarrollado a lo largo de la evolución la capacidad de producir distintas clases de seda adaptadas a su funcionalidad final. Algunas arañas pueden producir hasta siete tipos diferentes de seda. Las arañas emplean emplean las arañas para desarrollar redes de caza, nidos, la usan también como fuente de alimentación y como auxiliar en la reproducción. Además gracias al estudio de la estructura química de las mismas se han podido desarrollar algunas técnicas para producir materiales que pueden en un futuro facilitar y mejorar el proceso de cicatrización de las heridas en pacientes que lo necesiten.

Galería Resultados

Discusión

Aprendí que las telarañas son construidas por arañas y que son una estructura compleja que tiene varias funciones importantes para la supervivencia de las mismas. Las arañas han desarrollado a lo largo de la evolución la capacidad de producir distintas clases de seda adaptadas a su funcionalidad final. Algunas arañas pueden producir hasta siete tipos diferentes de seda. Las arañas emplean las telarañas para desarrollar redes de caza, nidos, la usan también como fuente de alimentación y como auxiliar en la reproducción.  Además gracias al estudio de la estructura química de las mismas se han podido desarrollar algunas técnicas para producir materiales que pueden en un futuro facilitar y mejorar el proceso de cicatrización de las heridas en pacientes que lo necesiten.

Conclusiones

La telaraña es un prodigio de Ingeniería que no deja de sorprendernos a medida que profundizamos en su estudio. Es una estructura optimizada para muchas funciones; para repartir eficazmente las fuerzas que debe soportar, para atrapar a las presas y para ser tolerante al daño.

Las fibras de seda que hilan las arañas poseen unas extraordinarias propiedades mecánicas, todavía no superadas por las fibras artificiales. Para entender su comportamiento y poder diseñar fibras con mejores prestaciones es preciso tener más información sobre la física y la química de estos polímeros, la ciencia de estos materiales y la biología de las arañas; todo ello relacionado con las Ciencias experimentales.

Las virtudes terapéuticas de las arañas y sus sedas han sido reconocidas y apreciadas desde la antigüedad. La telaraña se ha utilizado como hemostática, astringente, febrífuga e incluso como ansiolítica. En la actualidad, la seda de las arañas puede ser un componente esencial en ingeniería de tejidos y en la fabricación de microcápsulas para administrar fármacos. Las aplicaciones de las sedas en Medicina, Veterinaria y Farmacia son muy prometedoras.

Bibliografía



PP – 15 – B “Desenredando El Misterio De Las Telarañas”

Summary

 

The cobwebs are structures built by spiders, these are formed from the silk that spiders biosynthesize and secrete through their spinning glands, which they have in the back of the abdomen. Spiders have developed throughout the evolution the ability to produce different kinds of silk adapted to their final functionality. Some use cobwebs to develop hunting nets, they also use them for breeding purposes, to build nests and protect their eggs; some use them to transport themselves through the air as a paraglider; and other types of spider can use it as a food support for themselves. Due to its mechanical properties (high strength, high deformability, enormous tenacity, etc.), in addition to its biocompatibility, the potential of spider silk fibers in various fields is remarkable. Its fibers could be used in fields such as tissue engineering for the regeneration of organs, tendons or ligaments as well as for sutures or protective compresses. It has been proposed that materials with properties analogous to spider silk could be used for military or defensive purposes (bulletproof vests); for civil purposes such as the creation of protective materials or elements of road safety (fences, bumpers, etc.) due to the great capacity of spider silk to absorb large amounts of mechanical energy before its fracture.

Research Question

What are the cobwebs? What are the webs for? Do you have any application in the area of ​​health?

Problem approach

There are many places where we can find cobwebs, at home, the park and other places and sometimes they can be considered annoying because they give the impression that the place where they are is very dirty and abandoned. That is why I took on the task of investigating about them and thus learn it because it is necessary for the spiders to build them.

Background

SPIDER (Araneae) Spiders are the largest order of the Arachnida class, distantly related to other groups of arthropods, such as insects, with which they should not be confused. The Araneae order is the seventh in total diversity of species with respect to the rest of the diversity of organisms. The group is abundantly represented on all continents, except Antarctica. All are predators, usually solitary, of small animals. They have poisonous glands in the chelicerae, with which they paralyze their prey. They produce silk with which they weave spider webs or cobwebs, which they use to build hunting nets, shelter shelters and even get carried away by the wind. To date, more than 46 500 species of spiders have been described, and 110 families have been collected by taxonomists; however, confusion remains within the scientific community, as evidenced by the approximately 20 classifications that have been proposed since 1900. Only some groups are really dangerous for humans. The specialty that deals with spiders and the rest of arachnids is called arachnology. There are people who suffer from arachnophobia, that is, fear of spiders.
 
TELARAÑA 
It is a structure built by a spider with its protein spider silk, through its rows. Certain spiders weave funnel-shaped fabrics, others in sheet form and even others weave the spiral fabrics that are commonly associated with the order . These fabrics can be made with sticky capture silk, or with "hairy" capture silk, depending on the type of spider. The fabrics can be in a vertical plane (like most spiral fabrics), a horizontal plane (sheet fabrics), or at any intermediate angle. Some fabrics, especially those of the family of leaf fabrics, present irregular tangles of silk on them. These serve to disorient and intercept flying insects, making them more vulnerable to being trapped in the lower web. They can also help protect the spider from aerial predators such as birds and wasps. Spider webs are formed from the spider silk that spiders biosynthesize and secrete through their spinning glands, in the back of the abdomen. The spiders use it to develop hunting nets or webs, nests, protections for their eggs or even to be transported by air as a paraglider. The fabrics allow the spider to catch its prey without having to spend energy hunting it. Therefore, it is an efficient method of food collection. In some species it has also been observed that on special occasions spider silk can be used as a food support for the species itself. The diversity of spider silk is generally much higher than that generated by other species. insects such as silk worms, which in most cases produce silk for reproductive purposes only, and in particular for the production of eggs. On the contrary, spiders have developed throughout the evolution the ability to produce different kinds of silk adapted to their final functionality. It is worth mentioning that currently more than 34,000 different spider species are known, among which 50% use silk to capture prey. In addition, more than 130 different forms of spiderweb are known. Among the most studied webs are those from which the spiders hang. An example of these is the typical European garden spider, Araneus diadematus. It has been found that these spiders can produce up to seven different types of silk using seven differentiated glands located in the back of their abdomen. The spokes and part of the frames of the fabrics are usually made up of silks produced in the major ampullary gland, which contain two types of proteins (Spidroin 1 and Spidroin 2) and are characterized by their rigidity and resistance. The spiders move through them when they drag some of their prey, taking advantage of its greater resistance and rigidity. The silk that forms the transverse spirals is composed of a less rigid fiber, more elastic and deformable, but not as resistant as the radial ones. It is designed so that the insects, instead of bouncing, become stuck, due to the great deformability of the silk. These silks are produced in the flageliform glands and only have one type of spidroin. The silk that forms the auxiliary spirals is generated in the smaller ampullary glands and is used as a framework when preparing the spider webs before the generation of the radial capture silk. The spiders also produce a "mortar" type silk that they use in the joints between capture silks and radial silks. This silk is produced in the piriform gland. To achieve greater safety in the captures, the spiders also produce in the aggregate gland a silk with adhesive character, with high content of water, which they use to cover the capture silk. Finally, in the "cylindrical" and "aciniform" glands respectively the spiders usually produce two more silks to coat their offspring externally and internally. All the spider species produce silk, a material composed of complex proteins, which they use for very varied functions: hunt prey and wrap them in it; as an adhesive for other building materials for tunnels, hatches, etc .; as areas of locomotion, as well as many other utilities. Certain species of spiders create a long thread that serves as a sail to be dragged by the wind. The wind guides them either to hunt their prey or to go in a certain direction.
This phenomenon is known as arachnid flight. At the posterior end of the abdomen are the silk secretory glands called rows, which produce a fluid that solidifies on contact with air (the fluid is a concentrated solution of proteins, whose structure is transformed just before leaving, becoming a form insoluble that quickly becomes dehydrated and forms silk fiber). 

The importance of silk for spiders is reflected in the large number of functions performed and in the capacity developed over millions of years of evolution to synthesize them. Many species of spiders are able to synthesize up to seven different types of silks each for different functions. 



Thanks to its exceptional mechanical properties (high strength, high deformability, enormous tenacity), in addition to its biocompatibility, the potential of spider silk fibers in various fields is remarkable. Its fibers could be used in fields such as tissue engineering for the regeneration of organs, tendons or ligaments as well as for sutures or protective compresses. It has also been proposed that materials with properties analogous to spider silk would be exceptional for ballistic applications, either for military or defensive purposes (bulletproof vests, flameproof materials, etc.) or for civilian purposes such as the creation of protective materials or elements. of road safety (fences, bumpers, etc.), due to the great ability of spider silk to absorb large amounts of mechanical energy before its fracture. The Greeks and the Romans already knew some of the healing properties of cobwebs and , in fact, after disinfecting the wounds they covered them with them. Centuries later, several interdisciplinary teams from several research centers have gone several steps further and has designed techniques to produce chemically modified spider silk that can be adapted to produce tissues focused on regenerative medicine, wound healing and the administration of drugs.
The web is strong, biocompatible, biodegradable and also does not cause allergic or inflammatory reactions. It has been shown that a biodegradable mesh can be made that can perform two jobs at the same time. On the one hand, it can replace the extra cellular matrix that our own cells generate to accelerate the growth of the new tissue, although it can also be used for the slow release of antibiotics. However, until now spider silk has not been able to be manufactured industrially because spiders are solitary and predatory animals, which makes it very difficult for them to grow in captivity.



 

Objective

To make known to my colleagues that the cobwebs besides being a unique structure for their high resistance, deformability and tenacity, these can have other types of applications.

Justification

I have noticed on some occasions when I play in the park and other places that there are cobwebs everywhere and sometimes with flies and other insects attached to them. That's why I'm interested in discovering how spiders weave their webs and what their function is.

Hypothesis

If we understand the chemical structure of the cobwebs and know what their functions are. Then you could design materials with characteristics similar to cobwebs and use them in different fields of application such as tissue engineering.

Method (materials and procedure)

I made a visit to the Chapultepec Zoo Inventory that is located in Mexico City. 
Search information in books and websites.

Results

Discussion

I learned that cobwebs are built by spiders and that they are a complex structure that has several important functions for the survival of spiders. Spiders have developed throughout the evolution the ability to produce different kinds of silk adapted to their final functionality. Some spiders can produce up to seven different types of silk. Spiders use webs to develop hunting nets, nests, use them as a source of food and as an aid in reproduction. In addition, thanks to the study of their chemical structure, some techniques have been developed to produce materials that may in the future facilitate and improve the healing process of wounds in patients who need it.

Conclusions

The web is an engineering prodigy that never ceases to amaze us as we deepen in its study. It is an optimized structure for many functions; to distribute effectively the forces that must support, to catch the prey and to be tolerant to the damage. The silk fibers spinning spiders have extraordinary mechanical properties, not yet overcome by artificial fibers. To understand their behavior and be able to design fibers with better performance, it is necessary to have more information about the physics and chemistry of these polymers, the science of these materials and the biology of spiders; all related to experimental sciences. The therapeutic virtues of spiders and their silks have been recognized and appreciated since antiquity. The web has been used as hemostatic, astringent, febrifuge and even as an anxiolytic. Currently, silk from spiders can be an essential component in tissue engineering and in the manufacture of microcapsules to administer drugs. The applications of silks in Medicine, Veterinary and Pharmacy are very promising.

Bibliography