แมงมุม จะเป็นแค่หยากไย่หรือเส้นใยแห่งอนาคต

วิโรจน์   แก้วเรือง

ศศิพิมพ์ ลิ่มมณี

แมงมุม : สิ่งมีชีวิตเล็กๆใกล้ตัวเรา

          หากเราลองมองไปตามซอกมุมบ้าน อาจสะดุดตากับเส้นใยสีขาวที่พันกันไปมา หรือหยากไย่ ซึ่งทำให้บ้านดูสกปรก ไม่น่ามอง ต้นเหตุของปัญหามาจากเจ้าสัตว์แปดขาที่เรียกว่า แมงมุม นั่นเอง และด้วยรูปร่างหน้าตาที่ดูน่ากลัว และบางชนิดก็มีพิษ อาจทำให้ใครหลายๆคนเกลียดหรือกลัวมัน แต่ถ้าเปิดใจดูสักนิดจะรู้ว่าแท้จริงแล้วแมงมุมนั้นก็มีประโยชน์มิใช่น้อย เช่น ช่วยควบคุมปริมาณแมลงศัตรูพืชในระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม โดยการกินเพลี้ยอ่อน ไร ตัวหนอน แมลงวัน และด้วงเต่าเป็นอาหาร และสิ่งที่น่าทึ่งที่สุดของแมงมุม ก็คือ เส้นใยบางๆสีขาวของพวกมัน มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้าที่มีน้ำหนักเท่ากัน มีความเหนียวมากกว่าวัสดุจำพวกยาง มีความยืดหยุ่นสูง สามารถยืดออกได้ถึง 4 เท่าของความยาว ด้วยคุณสมบัติที่กล่าวมานี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะนำเส้นใยแมงมุมมาใช้ให้เกิดประโยชน์มากที่สุด เราลองมาทำความรู้จักกับเจ้าสัตว์แปดขาน่าทึ่งตัวนี้กันดีกว่า

      แมงมุมเป็นสิ่งมีชีวิตจำพวกสัตว์ขาข้อปล้อง (Arthropoda) จัดอยู่ในคลาสอะแรชนิดา (Class Arachnida) มีลักษณะสำคัญ คือ ลำตัวแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนหัวและส่วนอกรวมเป็นชิ้นเดียวกัน (cephalothorax) และส่วนท้องที่ไม่แบ่งเป็นปล้อง ด้านหน้าของส่วนท้องที่เชื่อมต่อกับส่วน cephalothorax มีลักษณะเป็นก้านเล็กๆ เรียกว่า เพดดิเซิล (pedicel) มีขา 4 คู่ ไม่มีขากรรไกร ไม่มีหนวด หายใจโดยท่อลม หรือ แผงปอด (books lung) ปัจจุบันมีแมงมุมที่ถูกค้นพบแล้วประมาณ 40,000 ชนิด โดยแมงมุมสายพันธุ์ที่สามารถผลิตเส้นใยที่มีคุณสมบัติพิเศษและแตกต่างจากเส้นใยที่สร้างจากหนอนไหม คือ แมงมุมที่มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า  Araneus diadematus  (garden cross-spider) พบมากในแถบยุโรปและอเมริกาเหนือ และแมงมุม Nephila clavipes (golden orb-web spider) ที่มีเส้นใยเป็นสีเหลืองทองสวยงาม พบได้ในทวีปอเมริกา แมงมุมทั้ง 2 ชนิดนี้เป็นแมงมุมใยกลม (orb-weaver spider) ซึ่งสร้างใยที่มีลักษณะคล้ายวงล้อ

    การสร้างเส้นใยของแมงมุมเกิดจากต่อมผลิตเส้นใย (silk gland) ทำหน้าที่ผลิตโปรตีนที่ใช้สร้างเส้นใย เมื่อโปรตีนถูกหลั่งผ่าน spinnerets 1-3 คู่ ที่เชื่อมต่อกับ silk glands จะถูกเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง หลังจากนั้นแมงมุมก็จะใช้ขาในการถักทอโปรตีนเหล่านี้ให้เป็นเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เป็นใยแมงมุมที่เราเห็นนั่นเอง 

ต่อมผลิตเส้นใยของแมงมุม มีหลายต่อมซึ่งทำหน้าที่ผลิตเส้นใย โดยแต่ละต่อมจะผลิตเส้นใยที่มีคุณสมบัติต่างกันดังนี้

ต่อมผลิตเส้นใย	หน้าที่
Major Ampullate	ผลิตเส้นใยที่เป็นโครงสร้างหลักของใยแมงมุม (dragline silk) ใช้สำหรับรับแรง เดินและปล่อยตัวจากที่สูง (dragline silk) มีความแข็งแรงและเหนียวมาก
Flagelliform	ผลิตเส้นใยที่ใช้สำหรับจับเหยื่อซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงมาก (capture silk) ใช้ส่งสัญญาณเมื่อเหยื่อติดกับ (signal line)
Minor Ampullate	เป็นเส้นใยชั่วคราวที่แมงมุมใช้เดินขณะกำลังทอใย (นั่งร้านชั่วคราวขณะก่อสร้าง)
Piriform	ผลิตเส้นใยสำหรับใช้ประสานกับจุดเชื่อมโยง เช่น กิ่งไม้
Cylindrical	ผลิตเส้นใยตรงจุดศูนย์กลางวงล้อเพื่อใช้เฝ้ารอเหยื่อและผลิตเส้นใยสร้างรังชั้นนอก
Aciniform	ผลิตเส้นใยที่ใช้ห่อหุ้มไข่ ห่อหุ้มเหยื่อและสร้างรังชั้นใน
Aggregate	ผลิตเส้นใยที่มีความเหนียวเหมือนกาว (glue silk)
Tubiliformes	ผลิตเส้นใยที่ใช้สร้างรังไหมเพื่อปกป้องไข่ (cocoon silk)

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของเส้นใยแมงมุม

องค์ประกอบทางเคมี

            เส้นใยแมงมุมเป็นเส้นใยโปรตีนธรรมชาติที่เรียกว่า สไปโดรอิน (Spidroin) ประกอบด้วยกรดอะมิโนหลัก 2 ชนิด คือ ไกลซีน (Glycine) ร้อยละ 40 และอะลานีน (Alanine) ร้อยละ 25 อยู่ในรูปของโคพอลิเมอร์ที่จัดแบบบล็อก (Block Copolymer) ในแต่ละบล็อกประกอบด้วย อะลานีนและไกลซีน 4-9 โมเลกุล สไปโดรอิน มี 2 ชนิด คือ สไปโดรอิน 1(Spidroin 1) ซึ่งเป็นบล็อกโคพอลิเมอร์ที่มีลำดับกรดอะมิโนอะลานีนมากกว่า (Alanine-rich) และสไปโดรอิน 2(Spidroin 2) ซึ่งเป็นบล็อกโคพอลิเมอร์ที่มีลำดับกรดอะมิโนไกลซีนมากกว่า (Glycine-rich) องค์ประกอบที่เหลือ คือ กรดอะมิโนชนิดอื่น ไกลโคโปรตีนเกลืออนินทรีย์ สารประกอบซัลเฟอร์ และเอมีน ซึ่งปริมาณสารต่างๆเหล่านี้จะแตกต่างกันตามสายพันธุ์ของแมงมุม

โครงสร้างของเส้นใยแมงมุม

            ลักษณะภาคตัดขวางของเส้นใยแมงมุมเป็นวงกลม ชั้นนอกสุดเป็นชั้นไขมัน ถัดเข้ามาเป็นชั้นไกลโคโปรตีน แกนกลางของเส้นใย คือ ส่วนของโปรตีนที่เรียกว่า สไปโดรอิน (Spidroin) ส่วนโครงสร้างโมเลกุลของเส้นใยแมงมุมนั้นประกอบด้วยส่วนที่มีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบหรือส่วนที่เป็นผลึก (crystalline region) ที่เกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างC=O กับ N-H  ของกรดอะมิโนระหว่างสายพอลิอะลานีนที่อยู่คู่กัน เกิดเป็นโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า(β- pleatedsheet ) บริเวณที่เป็นผลึกเป็นส่วนที่ทำให้เส้นใยมีความแข็งแรง ส่วนที่เหลือเป็นบริเวณของอสัณฐาน (amorphous region) ที่มีการจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ เกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง C=Oของกรดอะมิโนหนึ่งกับ N-H ของกรดอะมิโนถัดไปอีก 4 หน่วยในสายพอลิไกลซีนเดียวกันเกิดโครงสร้างในลักษณะบิดเป็นเกลียวขดคล้ายสปริง เรียกว่า เกลียวแอลฟา (α-helix) โครงสร้างที่บิดเป็นเกลียวนี้ทำให้เส้นใยยืดหยุ่นได้เมื่อมีแรงมากระทำ จากโครงสร้างดังกล่าวทำให้เส้นใยแมงมุมมีจุดเด่นในด้านสมบัติเชิงกลทั้งในแง่ของความแข็งแรงและความยืดหยุ่น

ตารางแสดงสมบัติเชิงกลของเส้นใยแมงมุมเปรียบเทียบกับเส้นใยธรรมชาติและวัสดุอื่น

วัสดุ	ความหนาแน่น (g cm−3)	ความแข็งแรง (Gpa)	ความยืดหยุ่น  (%)	ความเหนียว (MJ m−3)
เส้นใยแมงมุม (dragline silk) Araneus diadematus	1.3	1.1	27	180
เส้นใยไหม Bombyx mori.	1.3	0.6	18	70
ไนลอน	1.1	0.95	18	80
เส้นใยคาร์บอน	1.8	4	1.3	25
เหล็ก	7.8	1.5	0.8	6

ที่มา : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2658765/

เส้นใยแมงมุมมีความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความเหนียวมากกว่าเส้นใยไหมซึ่งเป็นเส้นใยธรรมชาติ และเส้นใยสังเคราะห์อย่างไนลอน และเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่น เช่น เส้นใยคาร์บอนและเหล็ก พบว่า เส้นใยแมงมุมก็ยังมีความยืดหยุ่น และความเหนียวมากกว่าวัสดุเหล่านั้น จากจุดเด่นด้านสมบัติเชิงกลของเส้นใยแมงมุม อาจจะเป็นแนวทางที่น่าสนใจในการนำเส้นใยแมงมุมมาประยุกต์ใช้งานด้านต่างๆ เช่น  เสื้อเกราะกันกระสุนน้ำหนักเบา เข็มขัดนิรภัย ร่มชูชีพ บรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ หรือแม้แต่วัสดุทางการแพทย์ (ไหมเย็บแผล เส้นเอ็นเทียม) เป็นต้น อย่างไรก็ตามเนื่องจากการผลิตเส้นใยแมงมุมให้ได้ปริมาณมากนั้นเป็นเรื่องยาก เการนำแมงมุมมาเลี้ยงรวมกันในปริมาณมากทำให้แมงมุมกินกันเอง อีกทั้งเส้นใยแมงมุมมีขนาดเล็กมาก เราต้องใช้แมงมุมถึง 400 ตัวในการผลิตผ้าขนาดหนึ่งตารางหลา  นอกจากนี้เส้นใยแมงมุมยังแข็งตัวเมื่อสัมผัสอากาศ จึงจำเป็นต้องอาศัยการพัฒนางานวิจัยเพื่อผลิตเส้นใยแมงมุมเลียนแบบธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นการสังเคราะห์โปรตีนเส้นใยแมงมุม หรือการตัดต่อยีนที่เกี่ยวกับการสร้างเส้นใยของแมงมุมเข้าไว้ในรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอื่น เช่น ตัวไหม เป็นต้น คาดว่าในไม่ช้าเราอาจจะได้สวมใส่หรือใช้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากเส้นใยแมงมุมก็เป็นได้

จากใยแมงมุมสู่แฟชั่นสุดหรู

            จากประสบการณ์การทำงานเกี่ยวกับเส้นใยแมงมุมบนเกาะมาดากัสการ์กว่า 20 ปี ของไซม่อน เพียร์ส ผู้เชี่ยวชาญด้านสิ่งทอจากประเทศอังกฤษ ทำให้เขาและนิโคลัส กอดเลย์ นักออกแบบแฟชั่นชาวอเมริกัน นำเส้นใยแมงมุมสีทองมารังสรรค์เป็นชุดราตรีแบบคลุมไหล่ปักลวดลาย ซึ่งกว่าจะได้มาซึ่งชุดราตรีล้ำค่าเช่นนี้ ทั้งคู่ต้องใช้เวลานานถึง 8 ปี ใช้แมงมุมนับล้านตัว และทีมงานกว่า 80 คน ทุกๆเช้าแมงมุมใยทองเพศเมียจะถูกนำออกจากป่ามายังโรงสาว เพื่อสาวเส้นใยของมันออกจากบริเวณส่วนท้องด้วยมือ แล้วใช้เครื่องสาวช่วยในการสาวเส้นด้ายใยแมงมุมเข้าหลอด ก่อนที่จะนำกลับเข้าป่าในตอนเย็นเพื่อให้พวกมันได้พัก แล้วนำกลับมาสาวเส้นใยใหม่ในวันถัดไป เส้นด้ายใยแมงมุม 1 เส้นจะใช้ใยจากแมงมุมประมาณ 24 ตัว เส้นด้ายเหล่านี้จะถูกนำไปควบและตีเกลียว ก่อนนำไปทอเป็นผืนผ้าที่มีลวดลายตามต้องการ 

ส่วนชุดราตรีแบบคลุมไหล่นั้นใช้วิธีการปักลวดลายเพิ่มเข้ามา โดยการทอผ้าผืนก่อน แล้วใช้วิธีวาดลายลงบนผ้าผืนด้วยกระดาษลอกลาย ใช้ด้ายใยแมงมุมสีทองปักตามลวดลายบนผืนผ้า จากนั้นจึงนำมาตัดเย็บเป็นชุดแต่งกายแบบคลุมไหล่

 

     ผลงานชิ้นนี้ถูกจัดแสดงในพิพิธภัณฑ์วิกตอเรีย แอนด์ อัลเบิร์ต (The Victoria & Albert Museum) ณ กรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ เมื่อต้นปี 2012 ที่ผ่านมา เพื่อให้ผู้คนได้ชื่นชมความงามของเส้นใยแมงมุม ผ่านเครื่องแต่งกายที่มีความงดงาม นับเป็นความมหัศจรรย์ที่ธรรมชาติได้สรรสร้างขึ้น 

     ดังนั้นจะเห็นว่าเส้นใยจากแมงมุมมีคุณสมบัติที่ดีหลายๆด้าน เหมาะสมนำมาใช้ประโยชน์ทั้งวงการแฟชั่นเสื้อผ้า วัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะทางวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์ อาจจะเป็นแรงบันดาลใจให้แก่นักคิดหลายๆคนที่จะนำเส้นใยจากสิ่งมีชีวิตเล็กๆอย่างแมงมุมมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดในเร็ววัน

บรรณานุกรม

1. วิโรจน์ แก้วเรือง. 2556. รายงานการฝึกอบรมเชิงปฏิบัติการเทคโนโลยีการปลูกหม่อนเลี้ยงไหม ระหว่าง  

       วันที่ 19-29 เมษายน 2556 ณ มหาวิทยาลัยการเกษตรอันฮุย สาธารณรัฐประชาชนจีน. กรมหม่อนไหม

       20 หน้า.

2. Golden Spider Silk. Retrieved April 20, 2013. from http://www.vam.ac.uk/content/articles/g/golden-spider-silk/

3. Lin, R., & Thomas, S. 2008. The elaborate structure of spider silk: Structure and function of a

       natural high performance fiber. Prion. 2(4), pp.154–161.

4. Saravanan, D. 2006. Spider Silk-Structure, Properties and Spinning. Journal Of Textile And   

       Apparel, Technology And Management, 5(1), pp.1-20.

5. Sean, K. Biomimicry/bimimetics: General principles and practical examples. Retrieved April

       20, 2013. from http://www.scq.ubc.ca/biomimicrybimimetics-general-principles-and-

       practical-examples/

6. Spider’s silk: Investigation of spinning process, web material and its properties. Retrieved

       April 20, 2013.   www.iitk.ac.in/bsbe/web%20on%20asmi/spider.pdf

ที่มา : colourway ปีที่ 19 ฉบับที่ 107 กรกฎาคม-สิงหาคม 2556 โดย วิโรจน์  แก้วเรือง และ ศศิพิมพ์ ลิ่มมณี

[Dr. Ple]

...ขอบคุณ บทความนี้ค่ะ .... 

[Charn Konpa]

ขอนำไปแชร์ในเฟสบุ๊คได้ไหมครับอาจารย์ คาดว่า คงมีคนสนใจมากมาย