La seda de araña es resistente, flexible, reparable, antibacteriana y energéticamente eficiente.

Varios estudios tratan de desvelar los secretos de su estructura molecular para aplicar un material potencialmente tan ventajoso en todo tipo de contextos, desde la reparación de tejidos en el cuerpo humano a la impresión 3D de un «supermaterial».

En una entrevista concedida a The Guardian en 2013, Fritz Vollrath, biólogo de la Universidad de Oxford y una de las máximas autoridades en el estudio de una especie animal cuyas propiedades, de darse a mayor escala, no dudaríamos en tildar de sobrenaturales o alienígenas, se preguntaba quién rechazaría trabajar con arañas.

Una araña de tamaño humano no sólo inspira personajes antropomorfos de historias maniqueas de superhéroes.

Las historias fantásticas son apenas el testigo de nuestra apreciación por este legendario animal carnívoro perteneciente a los arácnidos, una clase en la que se incluyen otros viejos conocidos de nuestra especie: escorpiones, ácaros y garrapatas.

En nuestro hipertrofiado subconsciente evolutivo, siempre habrá un espacio en la penumbra donde dormite un escorpión, un lecho repleto de arácnidos diminutos que se alimentan de nuestra piel, y animales de compañía atormentados de garrapatas.

La auténtica escala de una especie menospreciada

La araña es el gran depredador de un mundo al que concedemos poca importancia. Nos hemos interesado más por el aspecto y la peligrosidad de algunas especies que por la importancia de las arañas en los ecosistemas como control de poblaciones de insectos.

Conocemos 45.000 especies y, pese a nuestra convicción de que su tamaño y relativa discreción implica que apenas causan un impacto digno de mención en el ambiente, un estudio de 2018 estipula una realidad muy distinta, que nos recuerda que nuestra percepción de las cosas no se corresponde con lo que ocurre en realidad.

Se calcula que, combinadas, las arañas ingieren tanta carne como el consumo realizado por toda la población mundial (la biomasa de todas las personas vivas se queda en 287 millones de toneladas —una cifra al alza, en número y per cápita—).

El cálculo de Martin Nyffeler y Klaus Birkhofer, publicado en Nature, estipula el consumo anual de carne de todas las arañas en una horquilla comprendida entre los 400 millones y los 800 millones de toneladas. Pese al incremento tanto de la población humana mundial como del consumo de carne, sobre todo en los países emergentes, la humanidad ingiere 400 millones de toneladas al año.

Arañas en la pared de un baño

Clasificar la biomasa de la vida en nuestro planeta nos enfrenta, en efecto, a realidades ocultas frente a nosotros. La biomasa de plantas, bacterias, microorganismos archaea y hongos, por este orden, supera, según cálculos de un estudio publicado en PNAS en junio de 2018, la biomasa de los animales; y, en el interior del reino Animalia, el filo de los artrópodos (que los arácnidos comparten con los insectos) domina en biomasa, al acaparar la mitad del peso total de todos los animales, seguido de peces, moluscos o incluso anélidos (entre ellos, las lombrices de tierra), con una biomasa muy superior a la humana.

La relativa insignificancia física de esta clase de artrópodos (salvo en contadas ocasiones: durante una visita a Arcosanti, Arizona, en 2014, nuestra familia se despertó en un apartamento las paredes de cuyo baño habían sido tomadas por un puñado de tarántulas del desierto de Arizona), contrasta con el peso colectivo de todos sus individuos, equivalente, según un estudio entomológico en Carolina del Norte, a 29 millones de toneladas.

Para hacernos una idea más aproximada de lo que supone esta cifra, el Washington Post lo calcula por nosotros: harían falta 478 Titanics para contrarrestar el peso de todas las arañas en una macabra balanza.

La araña y su instrumento sensorial extendido

Las arañas se alimentan sobre todo de otros insectos (las especies de mayor tamaño, como la tarántula Goliat o pajarera, completa su dieta con reptiles, roedores y pequeñas aves), que en la mayoría de las ocasiones —aunque ni mucho menos de manera exclusiva— quedan atrapados en esa estructura hipersensible que nos ha hecho soñar y ha alimentado nuestra imaginación desde nuestro origen: la tela de araña, escenario de la caza de presas. Allí, las arañas que erigen este manto hipersensible con finas y resistentes hebras entrelazadas, rocían a las presas con un líquido paralizante que facilitará la digestión.

La tormentosa relación —freudiana avant la lettre— entre humanos y arañas, no empieza en un cortometraje perdido en el tiempo del joven Luis Buñuel, sino a inicios del neolítico, cuando humanos y arañas se aliaron sin saberlo. Para los primeros agricultores, la domesticación de plantas requería el control de insectos, y las arañas hallaron en los primeros plantíos un lugar excepcional para multiplicar sus presas.

Esta relación simbiótica jamás reconocida hermana a arañas y lombrices de tierra (estas últimas, perteneciente a los anélidos, y no a los insectos), tan protagonistas del éxito agrario humano como el azar, la técnica y nuestra capacidad para transmitir ambos fenómenos en culturas que trascienden las cohortes.

Un celo desdeñoso que contrasta con nuestra abierta fascinación por otras especies de insecto. Al fin y al cabo, los mosquitos molestan y transmiten enfermedades; las abejas producen miel; los gusanos de seda mantuvieron a recaudo chino el secreto del tejido más fino y preciado de la Antigüedad.

Imitar la naturaleza para lograr más rendimiento con menos recursos

Con la modernidad, la principal labor de las arañas con respecto a la actividad (y perspectiva) humana, el control de plagas en el entorno agrario, dio paso a un interés que podría resultar decisivo en el futuro, y que ya ha aventurado sus líneas maestras en la ciencia ficción y la historieta Spiderman.

Nos interesa la imitación de la técnica que permite a las arañas producir algo tan flexible y resistente como la tela de araña. Sin las arañas, el futuro de la biomimética, la tecnología que se inspira en la naturaleza tendría unas perspectivas notablemente inferiores.

No todas las arañas tejen telas de araña, peso sí todas ellas producen la fibra proteica que llamamos seda de araña, que los individuos de la especie emplean a modo de sustento en desplazamiento proporcionalmente tan sorprendentes como los de Spiderman.

Observar una pequeña araña descolgarse de un lugar, o balancearse desde una destinación a otra en la lejanía, implica asistir a un espectáculo que deberíamos saber apreciar en toda su dimensión, sobre todo al conocer los detalles de este desplazamiento «en parapente», consistente en lanzar una hebra de la tela de araña producida en tiempo real que se asirá sobre la superficie deseada y permitirá el balanceo, el descenso o el ascenso.

Más allá del kevlar y la fibra de carbono

Si el anclaje de una maroma de seda de araña no fuera suficientemente sorprendente, la elasticidad, resistencia, flexibilidad (la «supercontracción» de una hebra lanzada a toda velocidad es lo más parecido a un superpoder que podemos observar en un animal) y resistencia de una tela de araña invitan a nuestra especie a estudiar con detenimiento su producción y estructura molecular. Si queremos mantener —o incrementar— nuestro nivel de vida y, a la vez, controlar el nivel de malgasto de recursos de nuestra civilización, necesitamos aprender a producir materiales de este tipo.

Fritz Vollrath cree que el estudio de las propiedades de la seda de araña acabará por dar sus frutos, y los beneficios se extenderán al mundo de los materiales técnicos de altas prestaciones (prótesis, vehículos y herramientas que asistirán en la tierra y el espacio e incluso técnicas de cirugía para reparar nervios o incluso corazón).

La fibra proteica producida por las arañas es prácticamente el material más resistente de nuestro planeta por masa. Su resistencia es superior al acero, pero también al kevlar; y, a diferencia de los materiales mencionados, la seda de araña se adapta a las condiciones ambientales para mantener sus propiedades más apreciadas, como la resistencia a la tirantez, incluso cuando hay cambios notorios en humedad y temperatura ambientales. Asimismo, la araña puede producir seda de distintas propiedades (más o menos resistente o flexible) en función del uso, pues distintas localizaciones requerirán propiedades adaptadas.

El secreto de la seda de araña

La composición material de la sustancia se adapta con facilidad, por tanto, a los requerimientos estructurales más exigentes, lo que hace soñar con nuevas técnicas constructivas o con materiales que emulen la estructura molecular del material.

Desde el grupo de trabajo dedicado al estudio de esta fibra en el departamento de zoología de la Universidad de Oxford, Fritz Vollrath cree que desvelar los secretos de la estructura molecular y conseguir replicarlos cambiaría muchas cosas:

«[…] a escala molecular [la seda de araña] incluye algo, un pequeño péptido, un diminuto motivo como la melodía en una canción. Es eso lo que ayuda a la seda a adquirir su estructura organizada. No sabemos por qué este motivo está en ella, pero lo que sí sabemos es que el mismo motivo aparece también en los filamentos que protegen la integridad de nuestras propias células. Tres aminoácidos que otorgan lo que podríamos llamar un sello melódico particular. Y cuando las células de nuestro organismo entran en contacto con este patrón en la seda de araña, perece que pueden reconocerlo. Lo entienden y reaccionarán aglutinándose y creciendo en torno a él».

La clave para desvelar el misterio de la composición molecular de la seda de araña podría residir en otra de las propiedades que más interesan: la capacidad del tejido para no sólo adaptar sus propiedades al ambiente, sino para protegerse de la acción bacteriana.

¿De dónde vienen las propiedades antibacterianas?

Wang Pi-Han y Tso I-Min, investigadores de la Universidad de Tunghai, en Taiwán, han publicado un estudio en Journal of Experimental Biology sobre sus hallazgos en torno a la resistencia al deterioro del material (se han encontrado telas de araña intactas en cámaras faraónicas que, pese a su antigüedad confirmada, mantenían las propiedades iniciales).

Según el estudio, el tejido producido por las arañas evitaría caer presa de la acción de las bacterias pese a estar compuesto de proteínas. Hasta ahora, la hipótesis más recurrente insistía en que el material debía protegerse mediante algún mecanismo microscópico a base de antibióticos. Pero el material carece de sustancias que pudieran actuar de antibiótico.

Según el estudio de los investigadores taiwaneses citado por The Economist, la tela de araña logra mantener su esterilidad en entornos ricos en bacterias gracias al propio diseño molecular de su estructura, que protege los nutrientes tras una barrera infranqueable para los microorganismos, sobre la cual apenas descubrimos las propiedades esenciales de su funcionamiento.

Los experimentos de los doctores Wang y Tso confirman, no obstante, que la barrera infranqueable está producida por un diseño físico, y no químico. Quizá nos encontremos ante los primeros pasos de nuevas composiciones a escala molecular de «supermateriales» capaces de prometer durabilidad, ligereza, flexibilidad, resistencia, economía de recursos, adaptabilidad y bajo impacto energético.

Producir un «supermaterial» con una impresora 3D aditiva

Materiales contemporáneos con un elevado impacto sobre el planeta, tales como los polímeros de plástico, sólo podrán superarse con mejores materiales, todavía más económicos, resistentes y virtualmente indestructibles, pues su estructura garantizará su reutilización al final de la vida útil de cada elemento que compongan, sin que el proceso de reconversión requiera energía.

The Economist recuerda que la seda de araña ha sido hasta ahora fuente de inspiración en sistemas usados a escala industrial, desde armarios y armazones temporales a prótesis y chalecos antibalas, pasando por estructuras filamentosas que perciben hasta el más mínimo cambio en el entorno gracias al registro de vibraciones en la red (sensores remotos) y puertas de ruido.

Ha llegado el momento de que los mejores materiales presentes en la naturaleza cuenten con su versión humana para la producción a escala industrial. Firmas como Bold Threads ya trabajan en aplicaciones adaptables a economías de escala.

¿Podemos imaginar métodos de impresión aditiva 3D con seda de araña? ¿Podrían estructuras como las cúpulas geodésicas y las biosferas de Richard Buckminster Fuller encontrar un material a la altura de la idea? ¿Cómo se comportarían el material y la impresión aditiva 3D en otros astros?