Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе. © Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Учёный сделал паутину Спайдермена всего из четырёх ингредиентов. Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов.
Как паутина может собирать воду
| Наука в вопросах и ответах | Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара. |
| Из чего сделана паутина? | — Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. |
| Металлическая паутина: сделано в Германии | Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. |
| Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины | Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. |
| Объект исследований - паутина | Нанотехнологии Nanonewsnet | [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины! |
Объект исследований - паутина
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. Последовательности на втором уровне складываются в нечто вроде «кассет» уникальные варианты мотивов, повторяемых от двух до четырех раз , а на их основе на третьем уровне ученые выделили целые ансамблевые повторы. Такая трехуровневая организация белков паутины с повторяющимися элементами оказывается тесно связанной с функцией разных типов нитей. То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков.
Помимо своих физических свойств, паутина обладает антибактериальными свойствами. Плюс ко всему, человеческий организм ее не отторгает. Она могла бы быть применена в хирургии, в качестве замены поврежденных сухожилий у человека. Получить ее в большом объеме естественным путем очень сложно. Многие ведущие компании принялись воспроизводить ее путем синтеза белка и внедрение в кишечную палочку. Долгое время этого не удавалось сделать. Это сделала компания AMSilk.
После скрещивания молекул кишечной палочки с генами садового паука-крестовика, они получили четыре вида паутины, с 20 степенями прочности.
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.
Основу паутинного шелка, как и шелка гусениц, составляет не растворяющийся в воде протеид фиброин. Это вязкая сиропообразная жидкость, затвердевающая на воздухе в прочную нерастворимую нить. Фиброин устойчив к действию органических растворителей, разбавленных кислот и щелочей, а также протеолитических ферментов. Его нити обволакиваются другим белком — серицином, который обладает склеивающими свойствами и растворим в воде. Хотя серицина в паутине несколько меньше, чем в шелке, можно ожидать, что время рассасывания паутины в тканях после операции не будет значительно отличаться от шелка. По последним данным американских исследователей, паутинная нить не меняет размера под действием органических веществ и не вызывает реакции отторжения в организме человека. В 1709 г. К тексту доклада были приложены изготовленные из паутины перчатки и чулки.
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых (например, гусениц тутового шелкопряда). Паутина удивительно прочна — только недавно люди научились делать нити, прочностью превышающие паутину.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом. Наша кафедра заинтересовалась именно натуральными свойствами этой паутины, поэтому сейчас мы развиваем это особое направление», — отметил магистрант химико-биологического кластера Университета ИТМО Дауддин Дауди.
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. Искусственно спряденные волокна шелка паука пока тоже таких результатов не достигли», — рассказала аспирантка химико-биологического кластера университета ИТМО Анастасия Крючкова.
Фото из Википедии Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут маленькую сеточку между своих ног и набрасывают ее на пробегающее под ними насекомое. Паук Dinopidae spinosa Некоторые виды пауков пристраивают к круглой паутине еще и длинную лестницу. Фото с сайта lifecity. Паук в ловушке-воронке. Фото с сайта macroid. Они размахивают одной из нитей с липкой капелькой на конце и из засады набрасывают ее как аркан на свою жертву. Норковые пауки прячутся в своей норке, предварительно растянув около нее сигнальные нити. Они набрасываются на добычу, как только та заденет одну из таких нитей. А есть пауки, которые плетут огромную беспорядочную паутину. Самые примечательные из них пауки вида Uloborus republicanus «общественные» — они совместными усилиями плетут общую сеть, которая достигает иногда гигантских масштабов. Ну а самая большая паутина в мире была обнаружена в 2007 году в национальном парке озера Тавакони США, штат Техас. Размер ее 180 метров! Сделали ее пауки нескольких разных видов, которые обычно не сотрудничают, а даже враждуют друг с другом. Гигантская паутина в Техасе. Фото с сайта blogga. А ваш малыш хочет построить гигантскую паутину? Дайте ему катушку ниток и предложите натягивать их между всеми предметами в комнате только позаботьтесь о том, чтобы он не прикреплял нити к предметам, которые могут упасть. А потом, когда ловчая сеть будет готова, поиграйте с ним в паучка и муху, устроив догонялки с препятствиями среди этих нитей. Игра в паутину Задание 5. Весело было? Чтобы успокоиться и немного отдышаться, предложите малышу нарисовать свои красочные узоры для паутины. Можно рисовать их просто из головы. А можно применить для этого специальную линейку — спирограф. С его помощью получаются очень интересные картинки. Но для того, чтобы их сделать, малышу понадобится терпение и умелые пальчики. Круг за кругом, как паук плетет паутину, надо плести узоры, вращая зубчатые колесики спирографа. Узоры на спирографе Задание 6. Азы английского языка.
Ученым давно известна аминокислотная последовательность для создания протеинов паучьего шелка. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Исследователи попытались воссоздать весь процесс и синтезировать синтетические волокна, однако те не обладали прочностью паутины. Используя новейшие технологии, в том числе спектроскопию ядерного магнитного резонанса, а затем электронную микроскопию, ученые смогли более точно установить, что именно происходит внутри паутинной железы. Оказалось, что мицеллы имеют более сложную структуру, а сборка белка происходит намного запутаннее, чем предполагалось ранее.
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых (например, гусениц тутового шелкопряда). Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Дело в том, что полученные в результате них продукты не отличались своей долговечностью. Да и с прочностью были значительные проблемы. Сейчас специалистам США удалось определение уникального генетического кода, для того, чтобы разрабатывать синтетическую шёлковую паутину. Для этих целей они, вновь таки, прибегли к особым модифицированным бактериям. Эта попытка создать искусственную паутину и привела к отличным результатам.
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. Первая в мире искусственная паутина была представлена в 2013 году и получила название Biosteel. Волокна Biosteel получаются в результате процесса прядения. Согласно информации AMSilk, такие бионические волокна с высокими эксплуатационными характеристиками являются полностью биоразлагаемыми.
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. 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. 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.
Другой вид паутины называется листовой паутиной. Это плоские воронкообразные или куполообразные поверхности волокон. 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.
Материал прочнее паутины
Пауки живут во всех климатических зонах в зависимости от вида, как в воздухе, так и на воде, на земле и в почве. Их размеры колеблются от 8 см до едва различимых. Некоторые виды могут обходиться целый год без воды, а один подвид — большой тарантул — питается птицами и живет около 15 лет. Однако большинство видов живут только один год. Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они принадлежат к группе, называемой «паукообразные». Они отличаются от насекомых тем, что имеют 8 ног вместо обычных шести, 8 глаз и только две части тела.
Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка.
По их словам, на основе паутины можно разрабатывать ранозаживляющие повязки и пластыри, написал Piter. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Главными качествами паутины являются эластичность и прочность, которым в природе нет аналогов. Реклама «Большинство других материалов либо очень прочные, при этом хрупкие, либо у них большая ударная вязкость, но при этом маленькая прочность на разрыв.
Композитный материал в пять раз прочнее паучьего шелка. Вместо досок пауки производят шелковые нити, чтобы плести свои сети. Шелк производится в шелковых железах с помощью паучьих фильер.
Он привязывает нить к какому-либо предмету - ветке, углу комнаты, дверному косяку - везде, где плетет свою паутину. Человек из паутины создан? Исследователи из Южной Кореи.
Как сообщает журнал International Immunopharmacology, долгое… Тема дня Среди противников России на Западе очередной раскол, на сей раз по живому. К тем, кто не хочет допус... Фото Командой специалистов из британского Института Фрэнсиса Крика и датского Ольборгского университета п...
Как паутина может собирать воду
Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки. В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. Среди ученых далеко не новость, что паутина состоит из нановолокон. Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы.