Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Исследование показало, почему паутина не гниет
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. Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны. Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка. Как выяснили ученые, в основе создания различных типов паутины лежит явление альтернативного сплайсинга — формирование разных видов белка на основе одного и того же гена.
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.
Новый материал биосовместимый и биоразлагаемый: швы безвредно разрушаются сами. Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек. Потом ее промыли. Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным.
В статье в PLoS Biology авторы работы пишут, что кислотность среды по-разному влияла на разные концы молекулы спидроина. Если один из концов полипептидной цепи N-конец в кислой среде слипался с другими N-концами других спидроиновых молекул, и чем выше была кислотность чем ниже рН , тем стабильней была структура N-концов, то другой конец белка С-конец , наоборот, терял стабильность с понижением рН и оставался без какой-либо оформленной структуры до самого последнего момента, когда белок принимал окончательную «паутинную» структуру. То есть на разные участки одной и той же молекулы изменение химической среды действовало по-разному. Но это не всё — С-концевой конец паучьих спидроинов, как оказалось, похож на амилоидные белки, которые образуют белковые отложения в нервных клетках при нейродегенеративных болезнях синдроме Альцгеймера, например. Амилоидные белки образуют полимерные комплексы в виде длинных нитей, тяжей, оседающих в нервной ткани. Очевидно, в случае паутины механизм в чём схож: неструктурированный конец спидроина нужен, чтобы молекулы белков быстро слипались в нить. Однако, если бы молекулы спидроинов слипались, как им вздумается, то паутинной нити не получалось бы. Чтобы каждая молекула знала своё место, существует N-конец, который по мере возрастания кислотности только сильнее стабилизируется и крепче держится за соседние молекулы.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара. Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. 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. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
| Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные? | Аргументы и Факты | Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды. |
| Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные? | Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе. |
Откуда пауки берут паутину?
В итоге получался гибридный амилоидный белок с 128 повторяющимися единицами. Это меньше, чем 192 в предыдущей разработке ученых, но наличие бета-нанокристаллов с лихвой компенсирует этот недостаток высокой прочностью. Показатель предела прочности на разрыв составляет около 1 ГПа, а средняя ударная вязкость — 161 мегаджоуль на м3. В таком сочетании материал превосходит большинство искусственных волокон, а также естественных, включая нити паука-кругопряда. Более того, ученые убеждены, что запас для увеличения прочности материала еще большой: они работали всего с тремя амилоидными цепочками, а среди тысяч других могут скрываться еще более интересные комбинации. Тайну формирования сверхпрочных нитей из белка раскрыли в 2018 году исследователи из США, наблюдавшие за одним из самых ядовитых пауков — черной вдовой.
Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны. Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка. Как выяснили ученые, в основе создания различных типов паутины лежит явление альтернативного сплайсинга — формирование разных видов белка на основе одного и того же гена.
Можно сравнить это с изготовлением бутерброда из сыра, масла, салата, хлеба и ветчины — компоненты можно по-разному комбинировать, и из них будут получаться разные бутерброды, несмотря на одни и те же компоненты. По этому же принципу формируются различные паутинные белки: путем комбинации нескольких вариантов аминокислотных последовательностей организм паука составляет новые виды паутины из одних и тех же белков. Ученые считают, что расшифровка генома паутины — первый шаг к биотехнологиям на ее основе. Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics.
Липкие ловчие сети-спирали строятся немного по другому принципу. При её создании паук начинает плетение с края и постепенно продвигается к центральной части. В этом случае обязательно сохраняется одинаковый промежуток между всеми витками, в результате чего получается так называемая «спираль Архимеда». Нити на вспомогательной спирали специально обкусываются пауком.
Паутина для страховки Пауками-скакунчиками используются паутинные нити в качестве страховки при нападении на жертву. Пауками прикрепляется страховочная нить паутины к любому предмету, после чего членистоногое прыгает на намеченную добычу. Эта же нить, прикрепленная к субстрату, используется для ночлега и страхует членистоногое от нападения всевозможных природных врагов. Южнорусские тарантулы, покидая своё жилище-нору, тянут за собой тончайшую паутинную нить, что позволяет быстро найти при необходимости обратную дорогу или вход в убежище. 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.
Молекулы гликопротеидов могут образовывать жидкие кристаллы со стержневидными фрагментами, которые укладываются параллельно друг другу, что придает структуре прочность твердого тела при сохранении способности течь подобно жидкости. В паутине содержатся и неорганические вещества — гидрофосфат калия и нитрат калия. Их функции сводятся к защите паутины от грибков и бактерий и, вероятно, созданию условий для образования самой нити в железах. Отличительная особенность паутины — экологичность. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. 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.
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
А вот немецким ученым удалось превратить паутину в настоящую супернить, которая, вдобавок, превосходно растягивается. Они размочили паучью нить и внедрили в неё атомы металлов, которые «склеили» отдельные белки 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.
Для этих целей они, вновь таки, прибегли к особым модифицированным бактериям. Эта попытка создать искусственную паутину и привела к отличным результатам. Учёные модифицировали бактерии кишечной палочки.
В настоящий момент специалисты из Вашингтонского университета уже сообщили, что их открытие может позволить использование новых бактерий для того, чтобы производить другие аналогичные уникальные природные материалы. Паутина является совершенно удивительным материалом, сочетающим в себе повышенную прочность при чрезвычайной лёгкости.
Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды. После нескольких сот таких циклов каждый продолжительностью 1—2 минуты на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида — цинка, алюминия или титана соответственно. И механические показатели резко увеличивались. Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины. А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа. Как оказалось, важным был и сам процесс внедрения металла в белок. Ученые полагают, что атомы металлов помогают «склеивать» отдельные белковые молекулы, из которых состоит паучья нить. В натуральной паутине эту работу выполняют слабые водородные связи между атомами на концах параллельных друг другу молекул; именно обилие таких взаимозаменяемых связей и даёт паутине её силу.
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.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться.
Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов
| Ученые узнали, почему паутина не гниет | Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки. |
| Откуда пауки берут паутину? | Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара. |
| Паутина пауков – для чего и зачем нужна паутина | 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. |
| Как паук плетет паутину, состав паутины паука | Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды. |
| Как паук плетет паутину, состав паутины паука | В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя. |
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез.
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Ян говорит: «Шелк - удивительный материал». Может ли паутина удержать человека? 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.
Образующееся белковое вещество жидкое, но, едва выйдя на воздух, сразу же застывает, превращаясь в тончайшую нить. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. Когда паук тянет спидроин из своих желез, он быстро твердеет и становится нитью паутины. Паук использует свои ножки и усики, чтобы распределять и соединять эти нити в сложные капканы или спирали. Процесс плетения паутины уникален для каждого вида пауков и может быть связан с их способностями охотиться или создавать убежища.
Образующееся в них белковое вещество жидкое, но, едва выйдя на воздух, сразу же застывает, превращаясь в тончайшую нить. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Но самые сложные «колесообразные» конструкции для ловли добычи создают пауки-кругопряды. У них и паутинных желез больше, чем у других пауков, поэтому паутинная нить получается… шести разных типов. Комбинируя их, паук и строит свою ловчую сеть, находясь в постоянном движении. Вначале создается основа — тяжелые внешние нити, натянутые между ветками или стволами.
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.
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину.
Объект исследований - паутина
| Как паук плетет паутину, состав паутины паука | Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. |
| Наука в вопросах и ответах | "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон. |
| Клуб почемучек: Как паук плетет паутину? | Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. |
| Из чего сделана паутина? » Мурзим | Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. |
| Из чего сделана паутина? - Надо знать 2024 | Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. |