Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Итак, пауки производят паутину при помощи специализированных желез в своих животах и используют особые движения своего тела для создания различных типов паутины, которая служит им для построения ловушек, укрытий и перемещения.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
Первый — случайные катушки, составляющие 65 процентов; второй — конформация polyproline type II helix PPII helix , занимающая 24 процента. По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Это открытие поможет в создании крепких материалов, которые пригодятся в промышленности и медицине. Среди этих инструментов были: спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия дальнего ультрафиолетового кругового дихроизма и спектроскопия вибрационного кругового дихроизма.
Но этим занимаются далеко не все пауки, а только некоторые подвиды, так называемые аранеоморфные пауки. Добыча в такие «расписные узоры» попадается чаще. Прядильный аппарат паука На рисунке ниже представлен прядильный аппарат паука-крестовика, на котором наглядно представлено как пауки плетут паутину. На паутинных бородавках 1 , которые находятся на брюшке снизу расположены трубочки 2 , предназначенные для подачи паутины.
Говорят также, что стареющей британской королеве Виктории китайское посольство преподнесло целую мантию из такого материала. Трудно сказать, насколько этим легендам можно верить, и какую долю в этих тканях на деле составляла паучья нить, но смысл во всём этом есть.
В подходящих условиях паутинка может выдержать натяжение, в несколько раз большее, чем максимальное натяжение стальной нити того же диаметра, будучи при том в несколько раз легче. Например, паутинка толщиной в 1 мм должна, по идее, удерживать человека; как тут не порадоваться, что пауки не плетут такой паутины. Эластичность, прочность и лёгкость паутины заставляют многих инженеров мечтать о создании подобного ей синтетического материала — или хотя бы научиться производить натуральную паутину в промышленных масштабах. Более того, такие опыты уже проводятся: выведены козы, в ДНК которых есть гены паучьей паутины, а в молоке оказывается большое количество таких белков — правда, в не сплетённой в нить форме. Теперь группа немецких физиков и химиков из Института физики микроструктур имени Макса Планка показала, что паутину можно сделать ещё крепче и эластичнее. Особая обработка превращает натуральную паутину в супернить, которая прочнее в 5 раз и «растяжимее» втрое.
В последнюю очередь появляются густо заполняющие пустое пространство липкие спирали. Оно находится сверху. Европейские водяные пауки строят колоколообразные дома прямо под водой. Паук заполняет его воздухом, принося с поверхности с волосками брюшка. Между прочим, вовсе не все пауки плетут паутину.
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами.
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Паутина как транспорт К осени некоторые виды пауков выводят молодь. Выжившие в процессе взросления молодые паучки стараются взбираться как можно выше, используя с этой целью деревья, высокорослые кустарники, крыши домов и другие строения, заборы. Дождавшись достаточно сильного ветра, маленький паучок выпускает тонкую и длинную паутинку. От длины такой транспортной паутины напрямую зависит расстояние перемещения. Дождавшись хорошего натяжения паутинки, паук откусывает её конец, и очень быстро взлетает. Как правило, «путешественники» способны пролететь на паутине несколько километров. Пауками-серебрянками паутина применяется в качестве водного транспорта. Для охоты в водоёмах этому пауку требуется дыхание атмосферным воздухом.
При спуске на дно, членистоногое способно захватывать порцию воздуха, а на водных растениях из паутины сооружается своеобразный воздушный колокол, который удерживает воздух и позволяет пауку охотиться на свою добычу. Различие паутины по видам пауков В зависимости от вида, пауками может сплетаться разная паутина, которая является своеобразной «визитной карточкой» членистоногого. Круглая паутинка Такой вариант паутины смотрится необыкновенно красиво, но является смертоносной конструкцией. Как правило, круглая паутина подвешивается в вертикальном положении и имеет часть клейких нитей, что не позволяет выбраться из неё насекомому. Плетение такой сети осуществляется в определенной последовательности. На первом этапе изготавливается внешняя рамка, после чего выполняется прокладка радиальных волокон от центральной части к краям. Спиральные нити вплетаются в самом конце.
Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной. Информация о наличии добычи в такой ловушке поступает к «охотнику» посредством специально вплетаемых сигнальных нитей. Появление каких-либо разрывов в такой паутине вынуждает паука заниматься плетением новой сети. Старая паутина, как правило, поедается членистоногими.
Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. На сегодняшний день специалисты хотят создать недорогие биоматериалы, которые могли бы имитировать структуру натурального паучьего шёлка. Учёные при помощи этих материалов планируют собирать влагу, которая возникает из-за тумана в засушливых районах. Профессор Юнмей Чжэн и её коллеги изготавливают подобные материалы при помощи погружения гладкого искусственного волокна в полимерную жидкость. Эта жидкость затем высыхает таким образом, что на ней образуются выпуклости, подобные тем, которые есть на паутине.
Необычным свойством паутины является её внутренняя шарнирность. При подвешивании на паутинное волокно, любой предмет можно неограниченное количество раз вращать, без образования перекручивания. Первичные нити переплетаются пауком и становятся более толстым паутинным волокном. Показатели прочности паутины приближены к аналогичным параметрам нейлона, но значительно прочнее, чем секрет тутового шелкопряда. В зависимости от того, с какой целью предполагается использовать паутину, пауком может выделяться не только липкая, но также и сухая нить, толщина которой значительно варьируется. Вернуться к содержанию Функции паутины и ее назначение Паутина используется пауками в самых разных целях. Сотканное из прочной и надёжной паутины убежище позволяет создавать для членистоногих наиболее благоприятные микроклиматические условия, а также служит хорошим укрытием, как от непогоды, так и от многочисленных природных врагов. Многие членистоногие паукообразные способны оплетать своей паутиной стенки своей норки или делать из неё своеобразную дверку в жилище.
Некоторые виды используют паутину в виде транспорта, а молодые паучки покидают родительское гнездо на длинных паутинных нитях, которые подхватываются ветром и переносятся на значительные расстояния. Наиболее часто пауки используют паутину для плетения липких ловчих сетей, что позволяет эффективно ловить добычу и обеспечивать членистоногому питание. Не менее известны так называемые яйцевые коконы из паутины, внутри которых появляются молодые паучки. Некоторые виды плетут паутинные страховочные нити, защищающие членистоногое от падения в процессе прыжка и для перемещения или ловли добычи. Паутина для размножения Для периода размножения характерно выделение самкой паутинных нитей, которые позволяют найти оптимальную пару для спаривания. Например, самцы-тенетники способны сооружать рядом с сетями, созданными самками, миниатюрные по размерам брачные паутинные кружева, в которые и заманиваются паучихи. Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Нанося по паутине сильные удары конечностями, самцы вызывают колебания сети и, таким необычным образом, приглашают самок на спаривание.
Паутина для ловли добычи С целью поимки своей добычи многие виды пауков плетут специальные ловчие сети, но для некоторых видов характерно использование своеобразных паутинных арканов и нитей. Пауки, которые скрываются в жилищах-норах, расставляют сигнальные нити, которые тянутся от брюшка членистоногого до самого входа в его убежище. При попадании добычи в ловушку, колебание сигнальной нити моментально передаётся пауку.
Но есть и более интересный материал. Исследователи из Королевского технологического института KTH разработали новый биоматериал из древесных нановолокон, который превзошел прочность паутины. Ранее август 2017-го года ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину , сделав её намного сильнее.
Но в том случае ученые использовали различные виды пауков и углеродные нанотрубки или графен. Дерево является одним из самых прочных природных материалов, но это не значит, что его нельзя улучшить. Недавно исследователи «уплотнили» материал, чтобы сделать так называемую «супер древесину», а предыдущие работы из команды KTH сделали древесные волокна такими же прочными, как сталь. Ключем к подобным метаморфозам стали целлюлозные нанофибриллы CNFs.
Как паутина может собирать воду
Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутина в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее. Но едва ли не большая загадка — это как пауки её делают. Известно, что паутина состоит из белков, называемых спидроинами, которые изначально находятся в растворе, а потом как-то превращаются в твёрдую нить. Превращение происходит опять же в водном растворе то есть белки не обезвоживаются , при обычной температуре и при том довольно быстро. Что же заставляет растворённые паутинные белки превращаться в твёрдую и гибкую нить?
Спидроины — белки довольно крупные, состоящие в среднем из 3 500 аминокислот, большей частью организованных в повторяющиеся последовательности.
Паук живет с обратной стороны. Оно находится сверху. Это придает норе удобство, маскируя его под ветки и почву. Пауки-«волки» строят туннель в земле и соединяют его с волокнами.
Европейские водяные пауки строят колоколообразные дома прямо под водой. Паук заполняет его воздухом, принося с поверхности с волосками брюшка. Здесь он откладывает яйца и воспитывает малышей, пока они не смогут построить себе дом самостоятельно. Между прочим, вовсе не все пауки плетут паутину. Некоторые только строят однокомнатный дом в листочке и кусочке коры.
Так было доказано отсутствие антибактериальных свойств паутины. Во время второго эксперимента бактерии были помещены в разные питательные среды. В итоге организмы развивались на паутине только при содержании азота. В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий.
В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека.
Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни — для ловчих «сетей», другие — для собственного перемещения, третьи — для сигнализации и т. Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать. А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков. Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал?
Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара — арамидного волокна: получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям. Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики.
Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов. Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров каждая группа самостоятельно ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе. Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
| Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки? | Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. |
| Почему паутина такая липучая | В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. |
| Откуда пауки берут паутину? | Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. |
| Из чего сделана паутина? Как она устроена - - онлайн журнал | Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. |
Из Википедии — свободной энциклопедии
- Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
- Структура, состав и виды паутины
- Как пауки делают паутину
- Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков - Российская газета
Как пауки делают паутину
Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. Белки на основе паутины стали основой уникального крема, разработанного российским стартапом, повышает регенеративные свойства кремов 26.02.2023, Sputnik Казахстан.
Как пауки делают паутину и как ее используют люди? Наталья Носова
О том, из чего состоит (сделана) паутина, а также какова толщина, прочность и состав нити. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц.
Паутина пауков
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины 15 марта 2023, 12:05 To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video Фото: unsplash. Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом.
По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Это открытие поможет в создании крепких материалов, которые пригодятся в промышленности и медицине. Среди этих инструментов были: спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия дальнего ультрафиолетового кругового дихроизма и спектроскопия вибрационного кругового дихроизма. Я очень рада, что нам удалось отыскать эту специальную конформацию».
Пауки не подходят для разведения, а поэтому долгое время такие волокна невозможно было получать в промышленных масштабах.
Поэтому с 1980-х годов ученые пытаются интегрировать общие сведения о паутине и использовать их при разведении микроорганизмов, выращиваемых в промышленных масштабах, таких как дрожжи или бактерии. Целью этих работ являлось получение протеинов паутины биотехнологическим способом. Особенно интересным вопросом было то, как пауки плетут свои гнезда, в том числе и для профессора Томаса Шайбеля Thomas Scheibel. Биохимик занялся изучением химических и механических процессов, происходящих при плетении паутины. Специалист захотел найти способ технически скопировать эти процессы и достиг поставленной цели. Через два года ученые расшифровали молекулярную базу производства нитей паутины в фильере.
В 2011 году ученые наконец смогли продемонстрировать механизмы, за счет которых обеспечивается очень высокая жесткость паутины паука.
Ее прочность в пересчете на один квадратный миллиметр сечения позволяет выдержать 260 кг, она прочнее и намного легче стали. И все же ученые предприняли попытку превзойти природные показатели этого материала. С помощью метода атомно-слоевой эпитаксии atomic layer deposition, ALD в структуру волокон были внедрены атомы металлов: цинка, титана и алюминия. Идея такого подхода была также позаимствована у природы: как известно, насекомые и некоторые другие организмы в составе прочных тканей ротового аппарата и когтей имеют существенные включения металлов, таких как цинк, марганец и медь. Обработка волокон по классической методике ALD с образованием оксидов металлов на поверхности не привела к существенному упрочнению материала.