Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. 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.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
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]. Ловчие сети Паук-крестовик в центре своей ловчей сети Некоторые аранеоморфные пауки например, из семейства Uloboridae вплетают в свои ловчие сети хорошо видимые волокна, формирующие рисунок в форме спиралей, зигзагов или крестов.
Установлено, что добыча в такие сети попадется чаще [4]. Однако такими узорами на паутине также интересуются и хищники [5].
Идея исходит от многих созданий, которые обладают способностью прясть паутину, жала и когти которых усилены и укреплены металлами. Например, мандибула муравья-листореза и саранчи содержит цинк, а некоторые морские черви имеют медь в протеиновой матрице, которая составляет их челюсти. Галле, Германия, направляли лучи ионизированных соединений металла на шёлковые нити паука-кругопряда Araneus diatematus с помощью технологии атомно-слоевой эпитаксии ALD.
Каждое шёлковое волокно покрывалось тонким слоем оксида металла, некоторые ионы металла проникали сквозь волокно.
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.
По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых например, гусениц тутового шелкопряда. Согласно одному из предположений различия обусловлены тем, что пауки формируют волокно, свисая на нём. Пойманную добычу пауки также часто заворачивают в сеть. У аранеоморфных пауков с ловчими сетями связано очень сложное брачное поведение. Перед размножением самцы плетут сперматическую сеточку, на которую выделяют каплю семенной жидкости для переноса её в резервуары цимбиумов копулятивных органов на кончиках педипальп.
Развитие яиц и молоди проходит в паутинном яйцевом коконе.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. 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.
Как паук-крестовик плетет паутину: Паук выбирает место, выпускает нить и ждет, пока она в свободном парении зацепится за опору. Расстояние между точками крепления может достигать 2 м и более. Паук по наклонной нити возвращается вверх на опорную, одновременно выпуская новое волокно, но не закрепляя его.
Конец будет зафиксирован к опорной нити ближе к ее противоположному концу. Таким образом строится паутиновая рама в форме перевернутого треугольника. Могут быть варианты в виде квадрата или неправильного многоугольника. В плоскости рамы строятся внутренние радиусы от 30 до 50. Паук протягивает их не через единую точку в середине, а крепит к густому паутинному сплетению.
По завершении он возвращается в центр и начинает по кругу соединять радиусы временными вспомогательными перемычками провизорная спираль. У временной спирали витков мало, расстояние между ними при приближении к краю рамы увеличивается. Оказавшись на периферии, паук разворачивается и начинает плести уже постоянные перемычки ловчую спираль из клейкой нити , перекусывая временные и скатывая их в комочки. Движение происходит по сужающейся спирали от краев к центру. Расстояние между витками уже одинаковое «спираль Ахимеда».
Если подсчитать примерное время, сколько паук плетет паутину, то получится диапазон от 30 минут до часа. По завершении животное протягивает от сети сигнальную нить, за которую держится, выжидая добычу в стороне. Любой предмет, попавший в ловушку, тщательно обследуется, затем либо сбрасывается, либо закручивается в кокон. Сам паук не прилипает к клейким волокнам благодаря особым волоскам на лапах. Не все пауки плетут ловчую сеть.
Одни виды зависают на прочном паутинном волокне, выжидая жертву, затем набрасываются на нее и быстро опутывают. Другие сидят в норе и ждут, пока завибрируют растянутые неподалеку сигнальные нити. Некоторые плетут сети в виде навеса, располагая их горизонтально. Такая паутина держится на проходящих сквозь нее нитях, зафиксированных сверху и снизу. Это вещество, которое дает паутине паука повышенную прочность.
Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться. Таким образом врачи смогут проверять, как проходит заживление ран после операции», — объяснила ведущий автор исследования Елизавета Мальцева.
Специалисты обратили внимание, что паутина идеально подходит на эту роль по своим механическим и физическим свойствам, поскольку имеет высокую биосовместимость и биоразлагаемость. 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.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
| Исследование показало, почему паутина не гниет | В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. |
| Из чего сделана паутина? | Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? |
Почему паутина такая липучая
Почему паутина на портится очень долго, даже если находится во влажной и теплой среде? Ученые из Тунхайского университета Тайвань решили выяснить, в чем заключается секрет ловчих сетей пауков. Ранее ученые предполагали, что паутина содержит...
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. Наиболее важными для создания паутинной нити являются аминокислоты на концах полипептидной цепи, и у разных пауков концевые последовательности спидроинов сходны между собой.
Образуя нить, молекулы белков меняют пространственную структуру.
Фото Командой специалистов из британского Института Фрэнсиса Крика и датского Ольборгского университета п... Да, в самое ближайшее время - 44.
Это совсем не много, учитывая огромное количество задействованных бактерий, однако ученые отмечают, что даже эти результаты значительно лучше предыдущих попыток массового производства паутины, кроме того, они все еще работают над оптимизацией процесса.
Если это исследование оправдает себя, НАСА уже заинтересованно выращиванием этих бактерий не только на Земле, но и в космосе, что позволит космонавтам получать материал для необходимого ремонта снаряжения, не завися от поставок с Земли.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Поражают они и своим многообразием: ученым известно свыше тридцати тысяч различных пауков. Ну и, конечно, не может не удивлять поразительное искусство, с каким они плетут свои сети — паутины. Сам материал, из которого эти ажурные конструкции сделаны, тоже удивителен. Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества. Ну а само это слово — белок — подсказывает, что пауки сами же и производят паутину.
Лапки 3 , которых у паука 8 штук плетут поступающую из отверстий жидкость, делая из неё нить. Алгоритм плетения Мы надеемся, что сумели рассказать Вам немного о прочности паутины, а также из чего и как паук ее плетет. Если у Вас есть желание более подробно изучить особенности данного процесса, то предлагаем Вам зайти на сайт большой советской энциклопедии и прочитать статью про пауков.
Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Она не превышает 10 микрон, тогда как у гусеничного шелка колеблется в пределах 13—26, а у вискозного — не ниже 40. У большинства же пауков нить еще тоньше и составляет 2—3 микрона! Выделение паутинных нитей полностью контролируется центральной нервной системой паука. В зависимости от обстоятельств он может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета. Так, паутина, из которой изготавливается яйцевой кокон, никогда не бывает клейкой; она также имеет ряд и других особенностей, например, цвет. Паутина для ловчих сетей — иного свойства. Выделяя ее, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных бородавок, расположенных на задних сегментах брюшка.
Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. Оказалось, что ее свойства зависят от повторов аминокислотных последовательностей в ее составе. Белковые нити пауков прочны на разрыв и крепче стали той же толщины, а также способны проводить электричество. При помещении в организм человека паутина не вызывает иммунного ответа и способна подавлять рост бактерий, и это свойство крайне интересует врачей и биоинженеров, поэтому для ученых важно разобраться в составе и структуре паутины. В ходе исследования биологи из университетов Пенсильвании, Вермонта и Огайо изучали пауков-кругопрядов Nephila clavipes , чей геном не уступает по размеру геному человека. У пауков определили 28 генов, кодирующих 28 структурных белков паутины — спидроинов. Часть из этих белков уже была известна, часть ученые открыли впервые.
Новости отрасли
Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины! Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
| Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные? | Аргументы и Факты | Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? |
| Как паук плетет паутину: где она образуется, из чего состоит, зачем нужна | Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. |
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
Результаты экспериментов показали, что паутину можно использовать в хирургии и в качестве пищевой экоупаковки. Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез.
Ученые узнали, почему паутина не гниет
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]. Ловчие сети Паук-крестовик в центре своей ловчей сети Некоторые аранеоморфные пауки например, из семейства Uloboridae вплетают в свои ловчие сети хорошо видимые волокна, формирующие рисунок в форме спиралей, зигзагов или крестов. Установлено, что добыча в такие сети попадется чаще [4]. Однако такими узорами на паутине также интересуются и хищники [5].
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. Предлагаемый механизм формирования паутины. Источник: Nature Один из авторов исследования, Нур Алия Октавиани Nur Alia Oktaviani , объяснила процесс работы: «Нам повезло: мы использовали мощные инструменты для анализа белка, перед тем как он перевоплотился в бета-лист.
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.
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. Супернить толщиной в 1 мм сможет выдержать вес более 500 кг, она растягивается в полтора-два раза и обладает почти той же плотностью. Паутинку учёные добыли при помощи паука рода Araneus, наматывая её на медную скрепку.
Аранеусы — близкие родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой вид аранеусов использовался, не уточняется, но поскольку поймали его физики прямо во дворе своего института в Галле, в центре Европы, вряд ли это был экзотический экземпляр. Полученные от паука нити экспериментаторы поместили в вакуумную камеру. Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды.
Из чего сделана паутина?
[Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины! Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Паутина удивительно прочна — только недавно люди научились делать нити, прочностью превышающие паутину. Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает?
Металлическая паутина: сделано в Германии
| Telegram: Contact @academicpavlov | Вот точно так же делает паутину паук. |
| Из чего сделана паутина?. Все обо всем. Том 1 | Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает? |
| Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы | Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. |
| Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал | Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. |
| Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан | Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки. |