ЗАГАДКИ павутина

Наука і життя // Ілюстрації

Клейку речовину, що покриває нитка ловчої спіралі, рівномірно розподіляється по павутині у вигляді крапельок-бусинок. На знімку показано місце приєднання двох фрагментів ловчої спіралі до радіусу.

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Початкові етапи побудови ловчої мережі павуком-хрестовика.

Логарифмічна спіраль наближено описує форму допоміжної спіральної нитки, яку прокладає павук при будівництві колесовидним ловчої мережі.

Спіраль Архімеда описує форму клейкою ловчої нитки.

Зиґзаґоподібні нитки - одна з особливостей тенет павуків роду Argiope.

Кристалічні області шовкового волокна мають складчасту структуру, на зразок тієї, що зображена на малюнку. Окремі ланцюга з'єднані водневими зв'язками.

Юні павучки-хрестовики, тільки що вибралися з павутинного кокона.

Павуки сімейства Dinopidae spinosa плетуть сітку з павутини між своїх ніг і потім накидають її на жертву.

Павук-хрестовик (Araneus diadematus) відомий своїм умінням плести великі колесовидного ловчі мережі.

Деякі види павуків прилаштовують до круглої пастці ще й довгу "сходи", яка істотно підвищує ефективність полювання.

Наука і життя // Ілюстрації

Так виглядають під мікроскопом павутинні трубочки, з яких виходять нитки павутинного шовку.

<

>

Можливо, павуки - не найпривабливіші створення, але їх творіння - павутина - не може не викликати захоплення. Згадайте, як заворожує погляд геометрична правильність переливаються на сонці найтонших ниток, розтягнутих між гілками чагарнику або серед високої трави.

Павуки - одні з найдавніших мешканців нашої планети, що заселили сушу більше 200 мільйонів років тому. У природі налічується близько 35 тисяч видів павуків. Ці восьминогие істоти, що живуть повсюдно, впізнавані завжди і всюди, не дивлячись на відмінності в забарвленні і розмірах. Але найголовніша їх відмінна риса - це здатність виробляти павутинний шовк, неперевершене по міцності натуральне волокно.

Але найголовніша їх відмінна риса - це здатність виробляти павутинний шовк, неперевершене по міцності натуральне волокно

Павуки використовують павутину для самих різних цілей. Вони роблять з неї кокони для яєць, будують притулку для зимівлі, використовують в якості "страхувального каната" при стрибках, плетуть хитромудрі ловчі мережі і загортають спійману здобич. Готова до спаровування самка виробляє павутину нитка, позначену феромонами, завдяки чому самець, рухаючись вздовж нитки, легко знаходить партнерку. Молоді павуки деяких видів відлітають з батьківського гнізда на довгих нитках, підхоплені вітром.

Харчуються павуки в основному комахами. Ловчі пристосування, якими вони користуються для добування їжі, бувають самих різних форм і видів. Деякі павуки просто простягають кілька сигнальних ниток поруч зі своїм притулком і, як тільки комаха зачіпає за нитку, кидаються на нього із засідки. Інші - викидають нитка з клейкою краплею на кінці вперед, як своєрідний аркан. Але вершина конструкторської діяльності павуків - це все-таки круглі колесовидного мережі, розташовані горизонтально або вертикально.

Щоб побудувати колесовидним ловчих мережа, павук-хрестовик, звичайний мешканець наших лісів і садів, випускає досить довгу міцну нитку. Вітерець або висхідний потік повітря піднімає нитку вгору, і, якщо місце для побудови павутини вибрано вдало, вона чіпляється за найближчу гілку або іншу опору. Павук проповзає по ній, щоб закріпити кінець, іноді прокладаючи для міцності ще одну нитку. Потім він випускає вільно звисає нитку і до її середини прикріплює третю, так що виходить конструкція у формі літери Y - перші три радіуса з більш ніж півсотні. Коли радіальні нитки і рама готові, павук повертається в центр і починає прокладати тимчасову допоміжну спіраль - щось на кшталт "будівельних лісів". Допоміжна спіраль скріплює конструкцію і служить павуку доріжкою при побудові ловчої спіралі. Весь основний каркас мережі, включаючи радіуси, робиться з неклейких нитки, а ось для ловчої спіралі використовується подвійна нитка, покрита допомогою клею.

Дивно те, що ці дві спіралі мають різну геометричну форму. Тимчасова спіраль має відносно мало витків, і відстань між ними з кожним витком збільшується. Відбувається це тому, що, прокладаючи її, павук рухається під однаковим кутом до радіусів. Форма вийшла ламаної лінії близька до так званої логарифмічною спіралі.

Липка ловча спіраль будується за іншим принципом. Павук починає з краю і просувається до центру, зберігаючи однакову відстань між витками, і виходить спіраль Архімеда. При цьому він обкушує нитки допоміжної спіралі.

Павутинний шовк виробляється особливими залозами, розташованими в задній частині черевця павука. Відомо принаймні сім типів павутинних залоз, які виробляють різні нитки, але ні в одного з відомих видів павуків невідомі всі сім типів відразу. Зазвичай у павука від однієї до чотирьох пар цих залоз. Плетіння павутини справа не швидка, і на побудову ловчої мережі середнього розміру йде приблизно півгодини. Щоб переключитися на виробництво павутини іншого виду (для ловчої спіралі), павуку потрібно хвилинна перепочинок. Павуки часто використовують павутину повторно, з'їдаючи залишки ловчої мережі, пошкодженої дощем, вітром або комахами. Павутина перетравлюється в їх організмі за допомогою спеціальних ферментів.

Структура павутинного шовку ідеально відпрацьована за сотні мільйонів років еволюції. Цей природний матеріал поєднує в собі два чудових властивості - міцність і еластичність. Мережа з павутини здатна зупинити комаха, що летить на повній швидкості. Нитка, з якої павуки плетуть основу своєї ловчої мережі, тонше за людську волосину, а її питома (тобто перерахована на одиницю маси) міцність на розрив вище, ніж у сталі. Якщо порівнювати павутину нитка зі сталевим дротом такого ж діаметру, то вони витримають приблизно однакову вагу. Але павутинний шовк в шість разів легше, а значить, в шість разів міцніше.

Подібно людського волосся, вовни вівці і шовку коконів гусениці шовкопряда, павутина складається в основному з білків. За амінокислотним складом білки павутини - спідроіни - щодо близькі до натурального, білків, з яких складається шовк, що виробляється гусеницями шовкопряда. І ті й інші містять незвично багато амінокислот аланіну (25%) і гліцину (близько 40%). Ділянки білкових молекул, багаті аланином, утворюють щільно упаковані в складки кристалічні області, що забезпечують високу міцність, а ті ділянки, де більше гліцину, являють собою більш аморфний матеріал, здатний добре розтягуватися і тим самим надає нитки еластичність.

Як же утворюється така нитка? На це питання поки немає повного і ясного відповіді. Найбільш докладно процес прядіння павутини був вивчений на прикладі ампуловидной залози павука-кругопря та Nephila clavipes. Ампуловидной заліза, що виробляє найміцніший шовк, складається з трьох основних відділів: центрального мішечка, дуже довгого вигнутого каналу і трубочки з вихідним отвором. З клітин на внутрішній поверхні мішечка виходять маленькі сферичні крапельки, що містять молекули білка спідроіна двох типів. Цей в'язкий розчин перетікає в хвостову частину мішечка, де інші клітини виділяють білки іншого типу - глікопротеїни. Завдяки глікопротеїну утворюється волокно набуває рідкокристалічну структуру. Рідкі кристали чудові тим, що, з одного боку, вони мають високу ступінь впорядкованості, а з іншого - зберігають плинність. Поки густа маса рухається до вихідного отвору, довгі молекули білків орієнтуються і шикуються паралельно один одному в напрямку осі формується волокна. При цьому між ними утворюються міжмолекулярні водневі зв'язки.

Людство скопіював багато з конструкторських знахідок природи, але такий складний процес, як прядіння павутини, відтворити поки не вдається. Цю непросту задачу вчені зараз намагаються вирішити за допомогою біотехнологічних прийомів. Першим кроком стало виділення генів, відповідальних за виробництво білків, з яких складається павутина. Ці гени були впроваджені в клітини бактерій і дріжджів (див. "Наука і життя" № 2, 2001 г.). Канадські генетики пішли ще далі - вони вивели генетично модифікованих кіз, молоко яких містить розчинені білки павутини. Але проблема не тільки в тому, щоб отримати білок павутинного шовку, необхідно змоделювати природний процес прядіння. А цей урок природи вченим ще належить вивчити.


Як же утворюється така нитка?
13.09.2011
Редизайн сайта
В 2011 году был проведен редизайн сайта нашей компании и его запуск в сеть Интернет. Услуги редизайна сайта и его продвижения оказала нам дизайн-студия Web Skill.
все новости
ОДО "Машиностроительный завод "БУРАН"© 2007-2011 | Все права защищены