Mangan i kalcij jačaju paukove kandže
Njemački i izraelski bioinženjeri proučavali su odnos između strukture, sastava i mehaničkih svojstava kandži pauka lutajućeg tigra (Cupiennius salei) i zaključili da ioni mangana i kalcija lokalno jačaju njihova mjesta zbog umrežavanja proteina koji vežu kutikulu. Što se tiče otpornosti na trenje, kandže ovog pauka nadmašuju mnoge organske biološke strukture i ravnopravne su s caklinom i sedefom.
Kandže, ubodi i očnjaci životinja su već duže vrijeme unaprijeđeni za uspješnije probijanje žrtve, rezanje njezinih tkiva i hvatanje površine. One su, kao i mnoge druge prirodne strukture, izgrađene od male raznolikosti materijala: polisaharida poput hitina i celuloze, proteina poput keratina, kolagena i fibroina i minerala (kalcijev karbonat i fosfat i silicij oksid). Unatoč tome, mehanička svojstva biomaterijala su opsežna, uglavnom zbog heterogenosti sastava i hijerarhijske arhitekture.
Primjer takvog materijala je kutikula artropoda. Kod pauka podliježe pandžama na nogama, kao i helicere. Kandže im pomažu da se kreću, penju i prianjaju za grube površine. A uz pomoć chelicera, životinja probija egzoskelet žrtve i ubrizgava otrov ispod njega. Kutikula se sastoji od filiformne prokutikule i vanjske epikutikule. U njima su hitin-proteinska vlakna presavijena ili u slojeve s paralelnim smjerom niti, ili u strukturu isprepletene šperploče, u kojoj se smjer kristala hitina mijenja od sloja do sloja.
Takva varijabilnost u strukturi vlakana dovodi do značajnih promjena u mehaničkim svojstvima kutikule u različitim dijelovima tijela jedne životinje. Štoviše, kod pauka Cupiennius salei kelicere su lokalno ojačane zbog umrežavanja histidinskih regija proteina s ionima cinka. Procesi mineralizacije su češći kod rakova, ali drugi člankonošci također akumuliraju ione cinka, mangana i kalcija u kutikularnim adaptacijama (na primjer, kod insekata u žaocima, čeljustima i jajolozima).
Mehaničko ponašanje kutikule je u velikoj mjeri proučavano, ali nije provedena opsežna analiza odnosa njezine strukture, svojstava i funkcija. Takva bi analiza uspostavila mehanizam prilagodbe posebnim funkcijama na materijalnoj razini.
Mariam Tadayon i Yael Politi i kolege s Max Planck Instituta za koloide i površine i Sveučilišta Ben Gurion modelirali su mehanički stres na pandžama Cupiennius saleija i utvrdili kako se struktura kutikule prilagođava naprezanjima u različitim dijelovima, a zatim usporedili prilagođene strukture kelicera i pauka kandži s drugim biološkim objektima.
