Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов?
Откуда пауки берут паутину?
Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться. Как паук делает паутину. Плетение паутины пауком. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Из чего сделана паутина?
У некоторых видов самка в период размножения выделяет нить, помеченную феромонами , которую самец использует при поиске партнёрши. В связи с этим, хотя даже среди наиболее архаичных членистобрюхих пауков есть представители формирующие для охоты сигнальные волокна, считается[кем? В качестве основного довода в пользу этой гипотезы рассматривают исходную приуроченность паутинных бородавок к области половых отверстий. Кроме того, многие пауки оплетают ей стенки норки. Наконец, одними из наиболее экстравагантных применений паутины оказывается формирование страховочных нитей, препятствующих неудачному падению при прыжках, и «парашютов», с помощью которых молодь может распространяться с потоками воздуха.
Тарантулы используют паутину для противостояния скольжению по поверхности клейкий материал выделяют прядильные трубки на лапках пауков [3].
Правда и с геномным редактором пришлось немало поработать. Ввести в геном бактерии полный ген, отвечающий за производство паутины, не удалось, и ученым пришлось «разрубить» этот ген на несколько частей и ввести его по кусочкам. Затем этот разделенный ген собрался уже непосредственно в геноме бактерии и изменил ее свойства и возможности.
Новое исследование позволило раскрыть тайну паутины. Часто бывает так, что листья и насекомые, угодившие в паутину, разлагаются гораздо быстрее, чем она сама. Что странно, если учесть, что паутина сделана из органического материала.
В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Структура нити неоднородна. Она составлена жесткими белковыми кристаллами, прочно соединенными эластичными связками. По химическому составу и свойствам паутина похожа на шелк тутового шелкопряда, но паучий прочнее. Нить сохраняет прочность при растяжении, не перекручивается даже при длительном вращении. Последнее свойство называется «шарнирность». Солнечный свет, жаркий и сухой воздух ослабляют прочность нити. Роль паутины в жизни паука Паутина — это не только ловчая сеть, которой паук опутывает свою жертву. Ее роль гораздо важнее. Самки используют ее для привлечения самца, оставляя на нитях феромоны. Самцы аранеоморфных пауков в преддверии брачного периода плетут особую сперматическую сетку, на которую выделяют семенную жидкость для последующего переноса в особый резервуар на передних конечностях-щупальцах педипальпы. Они же являются органом совокупления. Из паутины также ткутся яйцевые коконы. Некоторые из них имеют очень сложную барьерную структуру. Бактериостатические свойства паутины защищают яйца от воздействия плесневых грибков, бактерий и высыхания. Еще одна причина, зачем паукам нужна паутина — это защита. Взрослые особи прячутся в паутинных коконах в периоды линьки. В это время они наиболее уязвимы, а плотный воздухопроницаемый чехол надежно защищает от внешних факторов. Водяные пауки создают из паутинных нитей кокон для сбора пузырьков воздуха. Многие виды устилают волокнами стены своего жилища, оплетают вход в него. Из паутинных нитей пауки создают страховочные структуры в месте своего обитания и охоты, чтобы цепляться в случае падения. Пауки-кругопряды из паутины и мелкого мусора скатывают муляж и подвешивают его на ловчую сеть в качестве приманки. Паук периодически поедает паутину обычно при ремонте повреждений.
Наука в вопросах и ответах
Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации.
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
Основу паутинового шелка, как и шелка гусениц, составляет не растворяющийся в воде фиброин. Физические свойства паутины Физические свойства паутиновых нитей тоже близки к таковым гусеничного шелка. Однако шелк пауков отличается гораздо большей прочностью. Нагрузка в килограммах на 1 мм2, вызывающая разрыв и выражающая прочность нити, у разных пауков колеблется от 40 до 261 у некоторых Araneus , тогда как соответствующие цифры для гусеничного шелкового волокна варьируют от 33 до 43 Харитонов, 1945. По исследованиям Харитонова, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо выражены бактериостатические свойства шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет яйца не только от высыхания, от хищников и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков. Целому ряду семейств, объединяемых в группу Cribellatae и обладающих крибеллум и каламиструм, свойственны особые крибеллярные паутинные железы, которые открываются на крибеллярной пластинке. Последняя в покое лежит на одном, уровне с поверхностью брюшка, но наклоняется в сторону паутинных бородавок во время прядения паутины. Поверхность ее разделена тонкими ребрышками на сотни маленьких площадок, или полей.
В середине каждой площадки торчит очень тонкая паутинная трубочка с отверстием протока паутинной железы на вершине рис. Общее количество крибеллярных паутинных трубочек обычно очень велико и, например, у Dictyna arundlnacea достигает 600, а у Stegodyphus Uneatus — даже 9600. Самцы многих видов, однако, отличаются редукцией крибеллярного аппарата. С каждой трубочкой связана своя маленькая паутинная железа; число крибеллярных желез, таким образом, очень велико. Выделяя крибеллярный шелк, паук энергично расчесывает его каламиструмом одной ноги иногда при помощи другой , совершая ею ряд быстрых повторяющихся движений. Две или четыре осевые нити окружаются довольно широкой слизистой муфтой, или оболочкой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Такого рода слизистая паутина образует ловчие сети, которые имеют весьма характерный синеватый оттенок.
Для этого ему понадобились искусственный шёлк, серная кислота, аммиак и малахит. Опыты Джей Ти начал с лаборатории Джей Ти перетёр минерал и добавил получившуюся крошку в раствор аммиака. Когда жидкость в колбе приобрела насыщенный синий цвет, он бросил в неё немного хлопка. Блогеру удалось создать нить из жидкости Затем блогер перелил получившуюся жидкость в шприц и выдавил её в колбу с серной кислотой. Джей Ти получил тонкую нить, вот только она оказалась не особо прочной. Блогер объяснил, что прочную «паутину» можно создать только в заводских условиях. Именно поэтому изобретатель решил обойтись покупным тросом из высокопрочного волокна. Джей Ти решил использовать высокопрочное волокно Дальше Джей Ти пообещал не хитрить, но перед ним встала новая задача: сделать так, чтобы его паутина была не только прочной, но и липкой. Десятки математических вычислений показали, что ни одна липучка не сможет дать нужный результат.
В паутине сочетаются оба этих свойства. И аналогов этому материалу нет в природе. Если сравнивать с искусственными полимерами, то есть кевлар, из которого делают бронежилеты. И все равно паутина превосходит его по этим свойствам.
Внутри такой «бочки» могут находиться небольшие органические молекулы и ионы. По словам ученых, такая структура позволяет формировать из гидрогеля длинные и очень тонкие — до микрона в диаметре — нити. Через примерно полминуты вода испаряется, оставляя крепкое эластичное волокно.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Исследование, опубликованное на портале Nature Communications NC , включало в себя анализ… SCMP: создана РЛС для обнаружения самолётов-невидимок Китайские ученые совершили прорыв в области обнаружения невидимых для радаров американских самолетов, таких как F-22, F-35 и B-21, что создает серьезную угрозу для военного превосходства США в регионе Тихого океана. Хотя некоторым удается ограничиться незначительным увеличением, для большинства это становится серьезной проблемой. Как сообщает журнал International Immunopharmacology, долгое… Тема дня Среди противников России на Западе очередной раскол, на сей раз по живому.
При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к этому месту. Затем паук продолжает вытягивать вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног. Когда он удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто растягивается в быстро затвердевающие нити.
Пауки используют паутину для самых разных нужд. В паутинном убежище паук находит благоприятный микроклимат, там же он укрывается от врагов и непогоды. Некоторые пауки оплетают паутиной стенки норки. Из паутины паук плетет липкие ловчие сети для поимки добычи. Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины.
В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Напомним, ранее сообщалось , что специалисты ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов. Согласно популярной научной теории, эти молекулы были предшественниками первых одноклеточных организмов и положили начало жизни на нашей планете.
Магнитные наночастицы способны нагреваться и высвобождать лекарственные препараты в зоне повреждения тканей. При этом волокна шёлка выполняют поддерживающую функцию для клеток. В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Напомним, ранее сообщалось , что специалисты ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов.
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
| Создана искусственная паучья железа: Наука: Наука и техника: | Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. |
| Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины | Если ученые смогут воспроизвести кристаллическую микроструктуру, которая делает паутину такой особенной, то это откроет множество возможностей в производстве новых синтетических материалов, например, волноводов, или материалов. |
Биологи определили молекулярную структуру паутины
| Паутина. Большая российская энциклопедия | Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. |
| Исследование показало, почему паутина не гниет | Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. |
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться. Основной материал паутины — это два вида белков: более прочный спидроин I и более упругий спидроин II. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. Результаты экспериментов показали, что паутину можно использовать в хирургии и в качестве пищевой экоупаковки.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
Чтобы разорвать нить, теперь необходимо было предпринять в десять раз больше усилий в случае с титаном, в девять раз — с алюминием и в пять раз — с цинком. Группа исследователей полагает, что металлы взаимодействуют с белковой структурой паутины, образуя прочные ковалентные поперечные связи между аминокислотными полимерами внутри шёлка. Обычно эти полимеры соединяются только более слабыми водородными связями. Паутина не является практичным техническим материалом, но материалы, которые пытаются разработать учёные, представляют собой искусственные волокна, которые имитируют её свойства.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины В перспективе его можно будет применять для таргетной доставки лекарств. Фото: wikimedia. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе вуза.
В перспективе материал можно будет применять для таргетной доставки лекарств, а также при операциях по восстановлению повреждённой хрящевой и суставной ткани.
У пауков определили 28 генов, кодирующих 28 структурных белков паутины — спидроинов. Часть из этих белков уже была известна, часть ученые открыли впервые. Спидроины были классифицированы по семи категориям в зависимости от их последовательностей и функций. Например, есть спидроины, которые делают паутину хорошо растяжимой, другие позволяют скреплять нити паутины друг с другом, а третьи делают ее особо липкой, чтобы ловить на нее добычу.
В основе нити паутины лежит особая белковая структура. Ее первичный повторяющийся «мотив» — аминокислотная последовательность. Ученые нашли 394 таких мотива.
Результаты исследования опубликованы в Journal of the Royal Society Interface и на сайте университета Киля. Группа изучила, как пять видов пауков прикрепляли свои нити к трем различным поверхностям: стеклу, тефлону и листьям белого клена. И заметили, что для каждой поверхности пауки использовали так называемые диски крепления, структура которых сильно зависела от того, к какой поверхности они прикрепляются. Так, их крепления было практически невозможно отделить от стекла.