Spider silk: stronger than steel? Yes and no

È mattina presto. Il giardino è verde e bagnato. Tra due rami c’è una tela grande e rotonda. Sulla tela ci sono tante gocce piccole e lucide.

– Nonno, guarda! Una tela bellissima! – dice Marco.
– Sì. E al centro c’è il ragno. È piccolo e marrone. Non è pericoloso.

Marco tocca un filo con un dito. Il filo è sottile, leggero, quasi invisibile. Ma non si rompe.
– Il filo è debole, nonno?
– No. È sottile, ma è forte ed elastico.

– È vero che è più forte dell’acciaio?
– Un po’ sì e un po’ no. Un filo di ragno e un filo di acciaio, grossi uguali, sono forti più o meno uguali. Ma il filo del ragno è molto più leggero. E quando un insetto veloce arriva sulla tela, il filo non si rompe: diventa lungo e poi torna come prima.

Un insetto piccolo e nero vola verso la tela. Zac! La tela è appiccicosa: l’insetto non scappa. Il ragno arriva, veloce e silenzioso.

La sera la tela è vecchia e rotta. E il ragno… mangia la sua tela!
– Che schifo! – dice Marco.
– No, è intelligente, – dice il nonno. – La seta è preziosa. Il ragno mangia la tela vecchia e così non spreca niente. La mattina dopo c’è una tela nuova, bella e pulita.

– E i ragni piccoli? – chiede Marco.
– I ragnetti piccoli sono incredibili. Salgono su un fiore alto, fanno un filo lungo e… volano! L’aria li porta lontano, anche sul mare.

Marco guarda il cielo azzurro. Forse lassù c’è un ragnetto piccolo e coraggioso.

Avrai sentito dire che la seta del ragno è più forte dell’acciaio. È una di quelle frasi che piacciono a tutti, ma come spesso succede, la verità è più complicata e anche più interessante.

Partiamo dalla resistenza, cioè dalla forza che serve per spezzare un filo. Se prendiamo un filo di seta e un filo di acciaio dello stesso spessore, la seta migliore è forte più o meno quanto un buon acciaio: non di più. Però la seta è circa sei volte più leggera dell’acciaio. Quindi, a parità di peso, è molto più resistente. Ecco da dove viene la frase famosa: è vera, ma solo se si confrontano fili dello stesso peso.

Il vero record della seta, però, è un altro: la tenacità, cioè la capacità di assorbire l’energia di un colpo senza rompersi. Un insetto che vola veloce colpisce la tela come un piccolo proiettile. Un filo rigido si spezzerebbe; il filo del ragno invece si allunga, assorbe l’energia e la trasforma in calore. Per questa qualità la seta è più tenace dell’acciaio e perfino del Kevlar, la fibra dei giubbotti antiproiettile.

E qual è la seta più tenace del mondo? Quella del ragno della corteccia di Darwin, descritto nel 2010 in Madagascar. La sua seta è circa due volte più tenace di quella di qualsiasi altro ragno studiato e più di dieci volte più tenace del Kevlar. Ne ha bisogno: questo ragno costruisce le tele più grandi del mondo sopra i fiumi, appese a fili che possono essere lunghi fino a venticinque metri.

Allora perché non facciamo le corde con la seta di ragno? Perché i ragni sono molto meno facili da allevare dei bachi da seta: se li metti insieme, si mangiano tra loro. Per questo gli scienziati provano a produrre la seta in laboratorio, con batteri e altri organismi. Finora, però, la seta artificiale è quasi sempre meno tenace di quella naturale, e molto più costosa.

Alla fine, la frase giusta sarebbe: «La seta del ragno non è più forte dell’acciaio, ma è più leggera, più elastica e molto più tenace». Meno spettacolare, forse. Ma resta il materiale naturale più straordinario che conosciamo, e lo produce un animale spesso più piccolo di un’unghia.

Nel 1832, mentre la Beagle era ferma alla foce del Río de la Plata, a quasi cento chilometri dalla costa, Charles Darwin annotò un fatto curioso: le corde della nave erano state coperte da fili sottilissimi, e su quei fili furono trovati migliaia di ragnetti rossastri, lunghi un paio di millimetri. Non soffiava un vento forte, eppure erano arrivati dal mare aperto. Qualche tempo dopo Darwin li vide ripartire: ogni ragnetto alzava l’addome, emetteva alcuni fili e si staccava con una rapidità che non riusciva a spiegarsi.

Questo comportamento, chiamato in inglese ballooning, è stato osservato in moltissime specie. I ragni, soprattutto i più giovani, vengono trasportati per centinaia di chilometri; alcuni sono stati raccolti a chilometri di altezza o in mezzo agli oceani. È anche per questo che le isole appena nate vengono colonizzate dai ragni prima che da quasi tutti gli altri animali.

Le prove si sono accumulate nel tempo. Nove mesi dopo l’eruzione del Krakatoa del 1883, che aveva cancellato ogni forma di vita sull’isola, l’unico essere vivente trovato dai visitatori fu, a quanto si racconta, un minuscolo ragno intento a tessere la sua tela. E negli anni Venti e Trenta del Novecento, negli Stati Uniti, alcuni aerei furono attrezzati con retini per catturare i piccoli animali trasportati dall’aria: fra quelli raccolti a migliaia di metri di quota furono contati anche numerosi ragni.

Per quasi due secoli, tuttavia, il fenomeno è stato spiegato soltanto con il vento, e qualcosa non tornava: i ragni partono spesso quando l’aria è quasi ferma, e alcuni esemplari, troppo pesanti per un paracadute di pochi fili, vengono sollevati più in fretta di quanto le correnti, da sole, possano giustificare.

Nel 2018 due ricercatori dell’Università di Bristol, Erica Morley e Daniel Robert, misero alla prova un’ipotesi già proposta in passato ma mai verificata: che i ragni venissero sollevati anche dall’elettricità dell’atmosfera. L’atmosfera, infatti, è attraversata da un debole campo elettrico, presente anche con il bel tempo (in una giornata serena, circa cento volt per ogni metro di altezza), che diventa più intenso vicino alle punte, come la cima di un albero o di un filo d’erba. E i fili di seta, a loro volta, possono caricarsi.

L’esperimento fu semplice ed elegante. I ragni furono messi in una scatola protetta da qualsiasi corrente d’aria, e al suo interno fu generato un campo elettrico simile a quello naturale. Quando il campo veniva acceso, i ragni si alzavano sulle zampe, emettevano i fili e alcuni si sollevavano in aria; quando veniva spento, scendevano. Fu anche dimostrato che i peli sottili delle zampe si muovono in presenza del campo: è probabilmente così che il ragno «sente» quando è il momento giusto per partire.

Restano, naturalmente, alcune domande. Non è ancora chiaro se la forza elettrica basti da sola a sollevare anche i ragni più grandi, o se serva soprattutto come segnale: il ragno percepirebbe il campo con i peli delle zampe e sceglierebbe di partire nei giorni in cui le condizioni sono favorevoli. Le due possibilità non si escludono, e i prossimi esperimenti andranno condotti all’aperto, dove il vento e l’elettricità vengono misurati insieme.

Questo non vuol dire che il vento non conti: in natura le due forze agiscono insieme, e quanto pesi ciascuna va ancora misurato all’aperto. Ma da allora il volo dei ragni non può più essere spiegato senza l’elettricità.

E così la seta, che già conoscevamo come uno dei materiali più tenaci della natura, va considerata anche qualcos’altro: una vela, un’antenna e un biglietto di viaggio, tutto in un filo più sottile di un capello. Darwin, che non era riuscito a spiegarsi quella partenza così rapida, ne sarebbe stato probabilmente entusiasta.

I. Agnarsson, M. Kuntner, T. A. Blackledge, «Bioprospecting finds the toughest biological material: extraordinary silk from a giant riverine orb spider», PLoS ONE 5, 2010 — il ragno della corteccia di Darwin.

J. M. Gosline e altri, «The mechanical design of spider silks: from fibroin sequence to mechanical function», Journal of Experimental Biology 202, 1999 — resistenza e tenacità a confronto con acciaio e Kevlar.

E. L. Morley, D. Robert, «Electric fields elicit ballooning in spiders», Current Biology 28, 2018.

C. Darwin, Viaggio di un naturalista intorno al mondo (1839), capitolo sul Río de la Plata — i ragnetti sulla Beagle.