जब जाले को देखा जाता है, तो आमतौर पर एक बहुत पतली और आसानी से टूटने वाली डोरी की कल्पना की जाती है। हालांकि, यह जानना मुश्किल लग सकता है कि यह फाइबर विभिन्न स्टील तारों के साथ ताकत में मुकाबला कर सकता है। वैज्ञानिकों ने मकड़ी के रेशम की इस विशेषता का रहस्य समझ लिया है, जो इसे मजबूत और लोचदार दोनों बनाता है।
सामग्री की मजबूती को तन्यता शक्ति (tensile strength) का उपयोग करके मापा जाता है, जिसका सरल शब्दों में मतलब है कि टूटने से पहले कोई वस्तु कितनी खिंच सकती है। तन्यता शक्ति नामक यह माप उस खिंचाव बल को दर्शाता है जिसे किसी वस्तु को नष्ट होने से पहले लगाया जा सकता है, और इसे पास्कल (MPa) में मापा जाता है, जो प्रति वर्ग मीटर 1 न्यूटन के बल के बराबर होता है।
मकड़ी के रेशम की तन्यता शक्ति लगभग 1200 मेगापास्कल (MPa) होती है। सामान्य संरचनात्मक स्टील मिश्र धातु की तुलना में, जिसकी मजबूती लगभग 400 MPa होती है, यह देखा जा सकता है कि जाला कई प्रकार के स्टील की तुलना में खिंचाव में काफी अधिक दबाव झेलने में सक्षम है। फिर भी, इसकी तुलना सभी प्रकार के स्टील से नहीं की जा सकती; कुछ उच्च शक्ति वाले मिश्र धातु 760 MPa तक पहुंचते हैं, और विशेष रूप से तैयार किए गए स्टील तार 2200 MPa से अधिक हो सकते हैं। इसलिए, यह कहना अधिक सही है कि मकड़ी का रेशम अपने वजन के संबंध में सबसे मजबूत प्राकृतिक सामग्रियों में से एक है।
रेशम की विशेषता न केवल इसकी मजबूती में है, बल्कि स्टील की तुलना में इसके कहीं अधिक लचीलेपन में भी है। टूटने से पहले, मकड़ी का रेशम अपनी मूल लंबाई से लगभग दोगुना तक खिंच सकता है। इसका मतलब है कि तनाव पड़ने पर धागा तुरंत नहीं टूटता है, बल्कि काफी खिंच सकता है, जबकि महत्वपूर्ण तनाव झेलता रहता है।
लेकिन सवाल उठता है कि इतनी पतली डोरी इतनी मजबूती कैसे प्राप्त करती है? एक नए शोध के हिस्से के रूप में, वैज्ञानिकों ने इस प्रश्न का उत्तर देने की कोशिश की, मकड़ी के फाइबर की परमाणु संरचना का अध्ययन किया। रॉयल कॉलेज ऑफ लंदन और सैन डिएगो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने सूक्ष्म स्तर पर फाइबर की संरचना का अध्ययन किया।
वैज्ञानिकों के अनुसार, मकड़ी का फाइबर मुख्य रूप से प्रोटीनों से बना होता है, जो अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखलाएं होते हैं। कुछ विशिष्ट अमीनो एसिड एक दूसरे से छोटे 'गोंद बिंदुओं' की तरह जुड़ते हैं। ये बंधन, जो बार-बार बनते और टूटते हैं, प्रोटीन को एक एकीकृत संरचना में इकट्ठा करने में मदद करते हैं। यह संगठन ही रेशम को ऐसी संरचना प्रदान करता है जो उसे खिंचाव के तहत वजन उठाने की अनुमति देती है।
वैज्ञानिक बताते हैं कि यह पारस्परिक आकर्षण फाइबर के निर्माण की प्रक्रिया के दौरान भी बना रहता है, धीरे-धीरे एक अत्यंत जटिल नैनोसंरचना बनाता है। यही संरचना मकड़ी के रेशम को इसकी असाधारण मजबूती और लचीलापन प्रदान करती है।
जब मकड़ी जाल बुनती है, तो रेशम शुरू में एक ठोस धागा नहीं होता है। फाइबर बनाने वाले प्रोटीन मकड़ी की ग्रंथि में एक गाढ़े तरल के रूप में पाए जाते हैं, जिसे 'रेशमी डोप' कहा जाता है। जब मकड़ी इस तरल को अपने शरीर से बाहर निकालती है और जाल बुनना शुरू करती है, तो यह सामग्री धीरे-धीरे एक ठोस और बहुत मजबूत फाइबर में बदल जाती है। लंबे समय से यह ज्ञात था कि प्रोटीन रेशम बनने से पहले छोटे तरल जमाव बनाते हैं, लेकिन इन जमावों के व्यवस्थित होकर मजबूत फाइबर में बदलने की पूरी तस्वीर अस्पष्ट थी। नए शोध ने परमाणु स्तर पर इस प्रक्रिया को समझने में मदद की है।
मकड़ी का फाइबर प्रकृति में सबसे अद्वितीय सामग्रियों में से एक माना जाता है और मकड़ी के लिए इसका बहुत महत्व है, क्योंकि वह इसका उपयोग जाल बनाने, अपने शरीर को सहारा देने और चलने के लिए करती है। इसके गुणों की अक्सर स्टील और केव्लार जैसी मजबूत सामग्रियों से तुलना की जाती है। वजन के संबंध में इसकी मजबूती और इसके प्रभाव प्रतिरोध से विशेष रूप से प्रभावित होता है। इसीलिए वैज्ञानिक दशकों से मकड़ी के रेशम के समान कृत्रिम फाइबर बनाने की कोशिश कर रहे हैं।
आज वैज्ञानिक केवल जाले की नकल करने की कोशिश नहीं कर रहे हैं। उनका लक्ष्य यह समझना है कि प्रकृति इतनी मजबूत और टिकाऊ सामग्री कैसे बनाती है। यह भविष्य में हल्के लेकिन मजबूत सुरक्षात्मक कपड़े, विमान के हल्के और मजबूत हिस्से, बायोडिग्रेडेबल चिकित्सा प्रत्यारोपण और सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए फाइबर बनाने में मदद कर सकता है।
जाले की मुख्य विशेषता यह नहीं है कि यह किसी भी स्टील से मजबूत है, बल्कि यह है कि यह बहुत कम वजन पर अत्यधिक मजबूत और लोचदार है।
