Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву.
Объект исследований - паутина
Однако в результате исследования, проведённого учёными из Тунхайского университета, была выявлена другая причина. Специалистами была изучена паутина трёх тропических пауков - Nephila pilipes, Cyrtophora moluccensis и Hippasa holmerae. В ходе эксперимента учёные поместили паутину в чашки Петри и вырастили на ней четыре вида бактерий, которые вступили в контакт с секретом. Так было доказано отсутствие антибактериальных свойств паутины.
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.
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. 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.
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. Она способна удержать не только своего «создателя», но и попавшую в сеть добычу, которая может многократно превышать вес паука. По утверждению специалистов, новое изобретение способно получить большой и стабильный спрос в таких отраслях промышленности, как медицинская, текстильная и, даже, аэрокосмическая.
Исследование показало, почему паутина не гниет
Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Чтобы разобраться, учёные тщательно изучили паутину и в дальнейшем даже создали искусственный аналог, который также обладал выдающимися "самонатягивающимися" свойствами.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Паутину могут выделять и другие паукообразные, например, паутинные клещи и ложноскорпионы. Однако подлинного мастерства в плетении паутины достигли именно пауки. Ведь важно не только уметь делать паутину, но и производить ее в большом количестве. Кроме того, «ткацкий станок» должен быть расположен в том месте, где им удобнее пользоваться. У ложноскорпионов и паутинных клещей сырьевая база паутины располагается... В условиях борьбы за существование преимущество получают животные, у которых голова утяжелена мозгами, а не паутиной. Такими и являются пауки. Брюшко паука - самая настоящая паутинная фабрика а прядильные устройства — паутинные бородавки — образованы из атрофированных брюшных ног на нижней стороне брюшка.
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.
Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Команда профессор Чжана Фучжона из Вашингтонского университета в Сент-Луисе работала с паутиной и раньше. В 2018 году его лаборатория создала бактерии, которые вырабатывали рекомбинантный паучий шелк, который не уступал природным аналогам по всем важным механическим свойствам. Но затем они задумались, нельзя ли синтезировать нечто более прочное. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Для этого они модифицировали цепочки аминокислот в белке шелка, чтобы добавить ему новые свойства, сохранив при этом некоторые полезные качества, пишет Phys. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации.
Шесть месяцев в отношениях: что мы уже должны знать о партнере Геномное редактирование Слишком много пауков вместе не уживаются, а вот с бактериями, которым ввели ген для производства паутины таких проблем нет. Вот вам и база для массового производства высокопрочного материала. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Эта спираль называется архимедова, в честь великого древнегреческого ученого Архимеда. Вот какой, оказывается, паук хороший математик! Задание 2. Определяем вид спиралей. Попросите малыша среди других кривых на рисунке найти все спирали. Какие из них логорифмические, а какие архимедовы? Задание 3.
Готовим руку к письму. А теперь предложите малышу самому сплести паутинку. Но ловчьи сети пауков бывают и другого вида. Например, пауки рода Argiope украшают свои сети зигзагообразными узорами, вплетенными в основные нити паутины. Эти узоры особенно хорошо видны в ультрафиолетовом свете, что привлекает насекомых, так как обычно ультрафиолетовым им видятся всякие сладкие фрукты и т. Паутина Argiope.
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.
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.
Благодаря N-концу белки знают своё место в формирующейся нити паутины, ещё не затвердев, она приобретает структурированность. Ну а скрепляющим «цементом» в конце концов служит С-конец. Инженеры давно хотят сделать лабораторную паутину; возможно, новые сведения относительно паутинных белков им в этом помогут. Понравилась статья?
Такой паучий шелк стал в 10 раз более прочным, и существенно эластичнее исходного природного материала. Точный механизм полученного эффекта ученым еще не известен. В то же время наиболее вероятным объяснением может служить гипотеза о том, что атомы металла заменяют водородные связи между белками, формируя более прочные взаимодействия в волокнах.
Результаты этого исследования, проведенного в Институте Микроструктурной Физики Макса Планка Max Planck Institute of Microstructure Physics, Германия , были благосклонно встречены научным сообществом и опубликованы в журнале Science. Ученые видят высокий потенциал нового метода упрочнения и повышения эластичности как конструкционных, так и биоматериалов.
Таким же образом врачи могут проверять, как проходит заживление ран после операции: если при световом тесте материал сохраняет флуоресцентные способности, всё в порядке, если нет — скорее всего, в тканях идёт воспалительный процесс», — объяснила автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева. Образцы паутинного шёлка без наноточек слева и с ними справа. NEWS Исследователи уже провели эксперименты в лабораторных условиях. Они нанесли на материал три самых распространённых патогена — кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре.
Учёные планируют внедрить свою разработку в производство. По их мнению, хирургические нити из нового материала помогут врачам оперативно выявлять появление патогенов на месте раны и вовремя останавливать развитие послеоперационной инфекции.
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает?
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
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].
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.
Наиболее часто пауки используют паутину для плетения липких ловчих сетей, что позволяет эффективно ловить добычу и обеспечивать членистоногому питание. Не менее известны так называемые яйцевые коконы из паутины, внутри которых появляются молодые паучки. Некоторые виды плетут паутинные страховочные нити, защищающие членистоногое от падения в процессе прыжка и для перемещения или ловли добычи. Паутина для размножения Для периода размножения характерно выделение самкой паутинных нитей, которые позволяют найти оптимальную пару для спаривания. Например, самцы-тенетники способны сооружать рядом с сетями, созданными самками, миниатюрные по размерам брачные паутинные кружева, в которые и заманиваются паучихи. Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Нанося по паутине сильные удары конечностями, самцы вызывают колебания сети и, таким необычным образом, приглашают самок на спаривание. Паутина для ловли добычи С целью поимки своей добычи многие виды пауков плетут специальные ловчие сети, но для некоторых видов характерно использование своеобразных паутинных арканов и нитей. Пауки, которые скрываются в жилищах-норах, расставляют сигнальные нити, которые тянутся от брюшка членистоногого до самого входа в его убежище. При попадании добычи в ловушку, колебание сигнальной нити моментально передаётся пауку. 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.
Паутина не является практичным техническим материалом, но материалы, которые пытаются разработать учёные, представляют собой искусственные волокна, которые имитируют её свойства. Если им это удастся, результатом могут стать сверхпрочные ткани. Еще нет комментариев, станьте первым коментатором! Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!