Как сделать паутину человека паука химический состав

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 04.10.2024

Японские ученые разработали нейлоновые волокна, которые обладают уникальной липкостью. С помощью небольшого количества этого вещества человека можно прочно приклеить к потолку.

Исследование ученых Национального института материаловедения в Японии опубликовал журнал Communications Biology. На создание разработки специалистов вдохновили лапки мух, а именно цепкие структуры в форме лопаток.

Сначала ученые растянули нейлоновые волокна, сформировали наконечники в форме лопаток и покрыли их гелем для затвердевания. Когда волокно было готово, его вновь намочили для появления клейких свойств. Первые результаты превзошли ожидания исследователей.

Эксперимент показал, что волокно толщиной меньше человеческого волоса способно удерживать пластину из кремния массой 52,8 грамма. Как пояснили ученые, пучок из 756 подобных волокон с поперечным сечением в форме круга радиусом 1,7 сантиметра легко бы выдержал человека массой в 60 килограмм.

Примечательно, что вещество является очень прочным и не теряет своих свойств при многократном применении. По задумке разработчиков, их изделие могло бы использоваться в робототехнике.

Токио, Зоя Осколкова

Житель Дагестана о время ремонта в доме нашел подземелье со скелетами. / В Австралии вакцину от Covid-19 испытают на студентах и преподавателях вузов. / Широкое применение антисептиков грозит человечеству смертельной опасностью. Читать дальше

Общеизвестный факт, что пауки – хищники и охотятся с помощью паутины. Каждый из нас хоть раз видел изящную, невесомую сеть, сплетенную из тонких нитей, но мало кто знает, что же такое паутина, откуда она берется и для каких целей кроме ловли насекомых предназначена.

Что такое паутина?

Паутина – специальный жидкий секрет, выделяемый паутинными железами, который застывая, превращается в тонкую прочную нить. Вырабатывать паутину могут паукообразные (пауки, некоторые разновидности клещей, ложноскорпионы), а также губоногие многоножки.

Состав паутины

По химическому составу паутина схожа с шелком, который вырабатывают некоторые виды насекомых, например, тутовый шелкопряд. Однако по прочности вещество, вырабатываемое паукообразными, намного превосходит секрет гусениц.

Паутина состоит из двух видов веществ:

Основная нить состоит из фиброина. Это нерастворимый в воде белок, состоящий из комплекса простых белков. Именно он — то вещество, которое дает паутине высокую прочность и эластичность. Серицин – компонент, обеспечивающий паутине клейкость. Также в списке ингредиентов гидрофосфат и нитрат калия. Они обладают антисептическими свойствами и защищают нить от поражения грибками и бактериями.

Конструктивные особенности и виды паутины

Ловушки, созданные пауками разных видов, могут довольно заметно отличаться друг от друг по технологии плетения паутины и внешнему виду. Различают несколько основных типов ловушек:

Круглая. Самая распространенная. Из центра в стороны лучами расходятся утолщенные нити. Они соединены кругами различного диаметра, идущими от центра к краям. Интересный факт – расстояние между всеми окружностями примерно одинаковое. Плетение такой сети паук начинает с натяжения основных нитей. А после он тянет нить меньшей толщины, и начиная с внешнего края соединяет основу круговыми линиями, радиус которых по мере приближения к центру уменьшается. В процессе охоты паук либо остается в центре ловушки, либо сидит на конце сигнальной нити.
Зигзагообразная. Некоторые разновидности паукообразных формируют сеть в форме зигзагов. Такая конструкция привлекает внимание потенциальных жертв, а кроме того, выбраться из нее намного сложнее.
В форме конуса. По такой схеме ловушки плетут пауки из семейства воронковых. Чаще всего подобные воронки располагаются между стеблями растений, а хищник сидит на дне, поджидая добычу. Когда жертва приближается, паук затягивает ее внутрь конуса.
Бесформенная. Иногда встречается паутина, в которой сложно обнаружить хоть какое-нибудь симметричное строение. Это бесформенное нагромождение нитей. Такую паутину часто можно заметить в углах жилых помещений.
Капля на нитке. Пауки Mastophora cornigera ловят насекомых с помощью паутины уникальной формы. Это небольшой паутинный шарик, закрепленный на прочной нити. Шарик пропитан феромонами и очень липкий. Хищник спускает шарик на нити, размахивает им и таким образом ловит добычу. За такой способ охоты паука назвали Болас по аналогии с метательным охотничьим оружием.
Между ног. Особенность этой формы не в плетении паутины, а в ее расположении. Пауки-гладиаторы плетут небольшую сеть, размещая ее между передних ног. Готовой ловушкой они накрывают насекомых, оказавшихся поблизости.

От конструкции сети будет зависеть, как именно и как долго паук плетет паутину между деревьями или другими опорами.

Откуда берется паутина у паука?

Если говорить очень обобщенно и образно, то паук делает паутину также как делают сахарную вату. В брюшке членистоногого собирается секрет, который образуется во внутренних паутинных железах. Есть 6 типов паучьих желез, в которых производятся нити, предназначенные для различных целей, например, для создания кокона, для плетения основы сети, для крепления паутины, для покрытия основы. Набор желез у пауков различных видов отличается.

Обматывание паутиной жертвы

В нижней части брюшка паука находятся паутинные бородавки – подвижные парные выросты, которые у некоторых видов выполняют также функцию органов осязания. Поверхность выростов покрыта мелкими волосками. Это паутинные трубочки, каждая из которых является внутренним протоком железы. Именно из этих трубочек и выходит паутина. Участок, на котором расположены трубочки, называется паутинным полем. Помимо трубочек, паутина выделяется через хитиновые конусы, которые также находятся на поверхности бородавок. Эти конусы имеют больший диаметр и являются протоками более крупных желез.

Выделение паутины контролирует нервная система паука, регулируя липкость, толщину, даже оттенок цвета.

Роль и значение паутины в жизни паука

Бесспорно, в первую очередь паутина нужна паукам для того, чтобы охотиться. В сплетенную сеть попадают насекомые, которые составляют основной рацион питания паукообразных. Но паутина – это не только средство для ловли добычи. В жизни пауков она выполняет множество самых разнообразных функций:

Создание кокона. Самка сплетает из паутины прочные и удобные коконы, в которые откладывает яйца. После вылупления маленькие паучки проводят в этом коконе первые недели своей жизни, чувствуя себя вполне защищенными от внешней среды и врагов.
Убежище. Паутина позволяет членистоногому укрыться от непогоды, спрятаться от врагов.
Размножение. В зависимости от видовой принадлежности самка либо самец пользуются нитью паутины для привлечения внимания противоположного пола. Либо самец прикрепляет к сети самки свою нить, сообщая ей о своих намерениях, либо самка выделяет нить, пропитанную феромонами, по которой ее можно легко отыскать.
Транспортное средство. Прочная и эластичная структура нити паутины делает ее прекрасным средством передвижения. С ее помощью пауки могут перемещаться между деревьями или кустарниками, и даже перелетать на большие расстояния, зацепившись за паутину, которую несет порыв ветра.
Защита. Некоторые виды пауков с помощью паутины склеивают мусор и делают муляж, который выглядит как паук. В случае опасности они дергают за нить, муляж шевелится, хищник отвлекается, а паук успевает покинуть опасное место.

У некоторых водных разновидностей пауков в мешке из паутины находится воздух, который позволяет им находиться под водой.

Сколько времени паук плетет паутину?

Сколько времени понадобится на создание ловчей сети из паутины зависит от размеров и конструкции ловушки, а также погодных условий. Обычно на создание ажурной западни членистоногое тратит от 30–40 минут до нескольких часов. Большинство разновидностей пауков плетет паутину ежедневно, тратя на это время в дневное или вечернее время в зависимости от образа жизни. Паук, плетущий сеть периодически отдыхает, так как выработка паутины отнимает много энергии.

Почему паук не прилипает к своей паутине?

Для удачной охоты паук должен иметь возможность быстро и беспрепятственно передвигаться по сплетенной паутине. И ему это отлично удается. В отличие от своих жертв, охотник не прилипает к нитям и легко перемещается по ним.

Это ему удается благодаря нескольким факторам:

На лапках паука множество упругих волосков и коготки. Передвигаясь по паутине, членистоногое цепляется коготками, прижимая нить к волоскам. Когда паук поднимает ногу, коготок разжимается, волоски выпрямляются, отталкивая паутину.
Кончики ног паука покрыты специальным маслянистым веществом.
Хищник передвигается по сухим нитям, которые специально вплетает в сеть для облегчения своего перемещения.

Чаще всего в центре паутины есть безопасный участок, где паук поджидает жертву.

Заключение

Природа наградила пауков уникальной способностью плести паутину. На протяжении многих лет люди пытаются разгадать секрет прочности этих изящных и на первый взгляд таких ненадежных нитей. Но в точности воспроизвести состав и технологию воспроизводства ученым не удается и по сей день.

Паукообразные выделяются из всех насекомых способностью плести удивительные паутинные узоры.
Как паук плетет паутину — невозможно себе представить. Маленькое существо создает большие и прочные сети. Удивительная способность сформировалась 130 млн лет назад.

Зачем пауку нужна паутина

Все возможности у животных появляются и закрепляются при естественном отборе неслучайно. Каждое действие имеет строго определенное назначение.

Паук плетет паутину для достижения жизненно важных целей:

ловли добычи;
размножения;
укрепления своих норок;
страхования при падении;
обмана хищников;
облегчения передвижения по поверхностям.

Отряд пауков состоит из 42 тысяч видов, у каждого из которых есть свои предпочтения в использовании паутинной конструкции. Для удержания жертвы сетку используют все представители. Самцы — аранеморфы на сетке оставляют выделения семенной жидкости. Затем паук на паутине прогуливается, собирая выделения на органы совокупления.

После оплодотворения малыши формируются в защитном паутинном коконе. Некоторые самки на сетке оставляют ферромоны – вещества, привлекающие партнеров. Кругопряды обволакивают нитями листья, веточки. В результате получаются муляжи для отвлечения хищников. Серебрянки, живущие в воде, делают домики с воздушными полостями.

Как паук плетет паутину

Строение паутинных желез

На брюшке насекомого имеются выросты – паутинные бородавки с отверстиями в виде трубочек.
По этим протокам из паутинной железы наружу поступает вязкая жидкость. При попадании на воздух гель превращается в тонкие волокна.

Химический состав паутины

Уникальная способность выделяющегося раствора застывать объясняется структурными компонентами.

В состав жидкости содержится большая концентрация белка, содержащая следующие аминокислоты:

Четвертичная структура белка при выталкивании из протока изменяется таким образом, что в результате формируются нити. Из нитевидных образований впоследствии получаются волокна, прочность которых
в 4 – 10 раз больше прочности человеческого волоса.,
в 1,5 – 6 раз прочнее стальных сплавов.

Теперь становится понятно — как паук плетет паутину между деревьями. Тонкие прочные волокна не разрываются, легко сжимаются, растягиваются, вращаются без скручивания, соединяют ветки в единую сеть.

Конструктивные особенности паутины

Конструкции зависят от условий проживания насекомых, их видовой принадлежности.

Заключение

Выяснив — как паук плетет паутину, каковы ее особенности, остается восхититься этим творением природы, пытаться создать что-то подобное. В нежных узорах вязанных шалей мастерицы копируют узоры. По аналогичным схемам делают антенны, сети для ловли рыб и животных. Полностью смоделировать процесс человеку пока не удалось.

Видео: Паук плетет паутину

Биолог по образованию! Более 5 лет работает в сфере дезинфекции - специалист по уничтожению грызунов и насекомых!

Американские и словенские биологи выяснили, что ловчие сети паука Дарвина превосходят по ударной вязкости кевлар благодаря ранее неизвестному белку, а также длине прядильных трубочек. Сеть становится прочнее и эластичнее благодаря аминокислоте пролину и тому, что по длинным трубочкам паутина выходит наружу дольше и потому успевает лучше кристаллизоваться.

Обитающий на Мадагаскаре паук Дарвина (Caerostris darwini) славится тем, что прядет невероятно прочные и большие ловчие сети. Сами пауки иногда достигают в длину 18 миллиметров, сети по площади могут быть до трех квадратных метров, а опорная нить — вытягиваться на 25 метров.

Пряжа эта уникальна еще по ударной вязкости, то есть способности поглощать механическую энергию при деформации. По этому показателю паутина Caerostris darwini превышает не только сети других пауков, но и кевлар, причем в 10 раз. В новой работе, опубликованной в журнале Communications Biology, ученые описали ген, который позволяет пауку Дарвина создавать один из самых прочных биологических материалов на планете.

Пауки выделяют паутину через прядильные трубочки. На воздухе она застывает и образует нити, которые состоят из белков спидроинов с добавлением разных аминокислот — глицина, аланина, пролина и других. Их соотношение определяет свойства нитей: растяжимость, прочность и так далее.

Ловчие сети пауков-кругопрядов (Araneidae), к которым относится и паук Дарвина, содержат в основном два вида спидроинов — MaSp1 и MaSp2. В предыдущих исследованиях ученые предположили, что необычные свойства паутины Caerostris darwini обусловлены еще одной, неизвестной разновидностью того же белка. Чтобы найти ее, авторы новой работы отсеквенировали гены, которые экспрессируют в паутинных железах пауков Дарвина, и действительно обнаружили несколько новых спидроинов.

Внимание ученых привлек один из них, MaSp4. Оказалось, что для него характерны несколько повторяющихся участков, в которых содержится много пролина и мало — аланина. Состав менее прочной паутины других видов кругопрядов иной: в них гораздо больше аланина (от 18 до 28% против 2,2-2,5% у пауков Дарвина), а пролина, соответственно, меньше (2—16% против 31-32%). Из предыдущих работ (1, 2) известно, что чем больше пролина в паутине, тем лучше она растягивается. Поэтому авторы делают вывод, что за выдающиеся свойства сетей пауков Дарвина отвечает именно эта аминокислота.

Чтобы проверить свой вывод, ученые посмотрели на то, как разные спидроины влияют на состав паутины. Для этого они проанализировали количество копий разных типов белков в паутинных железах одного из Caerostris darwini. Больше всего там оказалось спидроинов MaSp1a и MaSp2, однако MaSp4a тоже оказалось немало — около 11—16%. Ученые также подсчитали общее соотношение глицина, аланина и пролина в паутине пауков Дарвина, и их результат подтвердил выводы о роли последнего в уникальных свойствах этого биоматериала.

Еще одной причиной прочности ловчих сетей Caerostris darwini авторы работы называют необычное строение прядильных трубочек. Проходя через них, жидкая паутина посредством ионного обмена, обезвоживания и снижения pH твердеет и превращается в нить.

Строение паутинной железы и схема преобразования жидкой паутины в твердую и растяжимую нить. Wikimedia Commons

Прядильные трубочки пауков Дарвина в 1,5-1,8 раза длиннее, чем у их родственников — желтого садового паука (Argiope aurantia) или бананового паука (Trichonephila clavipes). Авторы работы считают, что благодаря такой особенности у паутины Caerostris darwini больше времени как на выравнивание своей структуры, так и на кристаллизацию, что повышает ее прочностные характеристики, не уменьшая при этом растяжимость. Впрочем, эти выводы ученых нужно будет проверить в дальнейших исследованиях.

В заключение авторы работы замечают, что их работа может быть полезна для создания новых сверхпрочных материалов на основе паутины.

Читайте также: