В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. — Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. ?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать.
Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов
Когда он удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто растягивается в быстро затвердевающие нити. Пауки используют паутину для самых разных нужд. В паутинном убежище паук находит благоприятный микроклимат, там же он укрывается от врагов и непогоды. Некоторые пауки оплетают паутиной стенки норки. Из паутины паук плетет липкие ловчие сети для поимки добычи. Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины.
Пуки используют паутину и для путешествий - из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. В зависимости от цели использования паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины.
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. Напомним, ранее сообщалось , что специалисты ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов.
Там на поверхности волокон паутины и синтезировали углеродные точки - класс наночастиц. Ученые уверены, что с таким материалом можно будет обнаружить патогенные микроорганизмы, провоцирующие различные заболевания. И уже провели эксперименты в лабораторных условиях - нанесли на материал три самых распространённых патогена: кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре.
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.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
| Из чего сделана паутина? | Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. |
| Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал | Учёный сделал паутину Спайдермена всего из четырёх ингредиентов. |
| Биологи определили молекулярную структуру паутины | Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. |
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
| Металлическая паутина: сделано в Германии | Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. |
| Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков - Российская газета | Результаты экспериментов показали, что паутину можно использовать в хирургии и в качестве пищевой экоупаковки. |
| Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов | ?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать. |
| Паутина: гены и перспективы использования в производстве материалов | Основной материал паутины — это два вида белков: более прочный спидроин I и более упругий спидроин II. |
| Исследование показало, почему паутина не гниет | ?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать. |
Паутина пауков
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. Компания отмечает, что, помимо этого, волокна напоминают шерсть тем, что они способны поглощать и передавать влагу, а также обладают антимикробными свойствами. Кроме того, волокна имеют высокую прочность и обладают эудермичными свойствами.
Ранее август 2017-го года ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину , сделав её намного сильнее. Но в том случае ученые использовали различные виды пауков и углеродные нанотрубки или графен. Дерево является одним из самых прочных природных материалов, но это не значит, что его нельзя улучшить. Недавно исследователи «уплотнили» материал, чтобы сделать так называемую «супер древесину», а предыдущие работы из команды KTH сделали древесные волокна такими же прочными, как сталь. Ключем к подобным метаморфозам стали целлюлозные нанофибриллы CNFs. Эти крошечные волокна собираются вместе, чтобы стенки клеток древесины были сильными и жесткими. Разобрав и собрав их по иному принципу, команда ученых получила столь необычный 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. Человек из паутины создан?
Усиков нет, около рта расположены две пары ротовых органов- верхняя челюсть и ногощупальцы. Дышат с помощью трахей либо легких. Размножаются откладыванием яиц. Развитие проходит без превращения. Есть паразиты животных и человека. Из паутинных бородавок выделяется жидкость. Паук плетёт свою паутину, используя шёлк. В животе у паука есть специальные железы. На конце желудка расположены вращающиеся органы, внутри них есть множество отверстий, через которые пропускается шёлк. Наружу он выходит жидким, но на воздухе мгновенно затвердевает. Эти нити служат разным целям. Паучьи нити бывают очень прочны. Иногда паутина может показаться брошенной на ней нет никого. На самом деле паук притаился где-нибудь по близости и ждёт. Он сразу узнает, когда в сеть попадает добыча. Об этом ему сообщает дрожание сигнальной нити, которая тянется от паутины к месту его засады. Приняв «сигнал», паук тот час устремляется к добыче. Нити смазаны клейким веществом. Паук плетёт паутину для достижения жизненно важных целей: ловли добычи, размножения, укрепления своих норок, страхование при падение, обмана хищников, облегчение передвижения по поверхностям. В брюшной полости пауков есть многочисленные паутинные железы. Их протоки открываются мельчайшими прядильными трубочками, которые находятся на концах шести паутинных бородавок на брюшке паука. У паука-крестовика, например, таких трубочек около 500-550. Паутинные железы вырабатывают жидкий вязкий секрет, состоящий из белка. Этот секрет обладает способностью мгновенно затвердевать на воздухе. Поэтому, когда белковый секрет паутинных желез выделяется через прядильные трубочки, он застывает в форме тонких нитей. Паук начинает прясть свою паутину так: он прижимает паутинные бородавки к субстрату; при этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к нему. Затем паук продолжает вытягивать вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног. Когда он удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто растягивается в быстро затвердевающие нити. Пауки используют паутину для самых разных нужд. В паутинном убежище паук находит благоприятный микроклимат, там же он укрывается от врагов и непогоды. Некоторые пауки оплетают паутиной стенки норки. Из паутины паук плетет липкие ловчие сети для поимки добычи. Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины. Паутина используется пауками также для путешествий - из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. В зависимости от цели использования паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины. Внешнее строение паука: 1 — ногощупальце; 2 — нога; 3 — глаз; 4 — головогрудь; 5 — брюшко 3. Виды паутины. Если самих пауков разглядывать неприятно, и многие даже их боятся, то паутина, созданная ими, невольно привлекает внимание и вызывает искреннее восхищение. Она напоминает изящное кружево. Изучив научную литературу и другие источники информации, я дала такое определение паутине. Паутина - это нити, производимые с помощью прядильного аппарата, который является индивидуальной особенностью пауков. Она представляет собой вязкою жидкость, застывая на воздухе, которая образует длинные тонкие нити, имеющие клейкие пузырьки. Откуда берется паутина? Итак, разберемся все же, как паук плетет паутину. На брюшке у «ткача» расположены паутинные железы, которые считаются трансформированными рудиментами ног. Ученым известно семь типов паутинных желез, производящих разные виды паутины, однако у одной особи одновременно может быть только от 1 до 4 типов желез. Внутри тельца вырабатывается особый секрет, который принято называть жидким шелком. На выходе через прядильные трубочки он начинает затвердевать. Одна такая ниточка настолько тонка, что ее трудно разглядеть даже под микроскопом.
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
Их размеры колеблются от 8 см до едва различимых. Однако большинство видов живут только один год. Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. 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.
Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину. Результаты исследования опубликованы в Journal of the Royal Society Interface и на сайте университета Киля. Группа изучила, как пять видов пауков прикрепляли свои нити к трем различным поверхностям: стеклу, тефлону и листьям белого клена. И заметили, что для каждой поверхности пауки использовали так называемые диски крепления, структура которых сильно зависела от того, к какой поверхности они прикрепляются.
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. Я очень рада, что нам удалось отыскать эту специальную конформацию».
Например, это листья некоторых растений, пустынные жуки. Но учёные обнаружили, что сама структура паучьего шёлка также отлично подходит для этих целей. В 2010 году была опубликована в журнале Nature статья, в которой китайские исследователи рассказали, в чём состоит особенность паучьего шёлка. Дело в том, что когда он намокает, то вдоль гладкого волокна шёлка начинают формироваться неровности с грубой структурой. В результате возникает разница в текстуре шёлка, которая и создаёт разницу в давлении и энергии, за счёт которых вода направляется к этим неровностям.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Текстура паутины появилась ещё в ранних версиях Survival Test, но не использовалась до Beta 1.5. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали.
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка. Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, — не получится! Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Это вязкая, сиропообразная жидкость, полимеризующаяся и затвердевающая на воздухе.
Гликопротеидные волоконца, диаметр которых может составлять всего несколько нанометров, могут располагаться параллельно оси фиброиновой нити или образовывать спирали вокруг нити. Гликопротеиды — сложные белки, которые содержат углеводы и имеют молекулярную массу от 15 000 до 1 000 000 а. При образовании паутины гликопротеидные волоконца соединяются между собой за счет водородных связей, а также связей между СО- и NН-группами, причем значительная доля связей образуется в паутинных железах паукообразных. 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.
Известно, что паутина не гниёт долгое время. Процесс разложения может длиться днями и неделями. Ранее специалисты предполагали, что долгое разложение паутины связано с её антибактериальными свойствами. Однако в результате исследования, проведённого учёными из Тунхайского университета, была выявлена другая причина.
Такие нити могут подвергаться рециклингу, имеют малую массу и характеризуются водонепроницаемостью даже несмотря на то, что для них характерна высокая степень обратимого водопоглощения. Пауки не подходят для разведения, а поэтому долгое время такие волокна невозможно было получать в промышленных масштабах. Поэтому с 1980-х годов ученые пытаются интегрировать общие сведения о паутине и использовать их при разведении микроорганизмов, выращиваемых в промышленных масштабах, таких как дрожжи или бактерии. Целью этих работ являлось получение протеинов паутины биотехнологическим способом. 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.
К тексту доклада были приложены изготовленные из паутины перчатки и чулки. Необычность представленных материалов не позволила провинциальному научному обществу самостоятельно оценить их значение, и потому они были направлены в Парижскую Академию наук, где в то время уже существовала практика экспертных оценок нетривиальных работ. В народной медицине паутину издавна применяют как кровоостанавливающее и ранозаживляющее средство во Франции энтузиасты-медики предпринимали попытки изготавливать кровоостанавливающие салфетки из паутинного «шелка». Действительно, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо они выражены у шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет находящиеся внутри него яйца не только от высыхания и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков. И от себя добавлю, что смотреть, как паук тщательно плетёт ловчую сеть - одно удовольствие.
Из чего сделана паутина?
Кроме того, волокна стали более эластичными, повысилась их тягучесть. Чтобы разорвать нить, теперь необходимо было предпринять в десять раз больше усилий в случае с титаном, в девять раз — с алюминием и в пять раз — с цинком. Группа исследователей полагает, что металлы взаимодействуют с белковой структурой паутины, образуя прочные ковалентные поперечные связи между аминокислотными полимерами внутри шёлка. Обычно эти полимеры соединяются только более слабыми водородными связями.
Для того чтобы ответить на вопрос о механизме образования волокон, исследователи решили обратить пристальное внимание на концевые домены белка паутины уже сравнительно давно известно, что концевые домены белка контролируют самоорганизацию других белков, как, например, коллагена. Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен. Различные концевые домены спидроина оказывают различные эффекты. Кесслер поясняет, что С-концевые домены образуют димеры за счет дисульфидных мостиков.
Для выяснения особенностей расплетения карбоксильных фрагментов исследователи изучили строение этих доменов в растворе методом ядерного магнитного резонанса. Было обнаружено, что при переносе белков из раствора хлорида натрия в раствор его фосфата такое изменение среды происходит при переходе спидроина из паутинной железы в прядильную трубочку в белке разрушается два солевых мостика, что позволяет молекулам спидроина изменить взаимное расположение и образовать волокна.
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. Происходит это под влиянием градиента рН в паутинных железах пауков: в одном их конце кислотность выше, чем в другом, и в какой-то точке перепад рН заставляет спидроины приобретать особо прочную укладку.
Детали процесса попытались выяснить Марлен Андерссон Marlene Andersson и её коллеги из Института сельскохозяйственных наук в Упсале и Каролинского института. Одновременно удалось выяснить, что в паутинном аппарате по мере приближения к выходу растёт концентрация бикарбонат-ионов остатков угольной кислоты и количество СО2. Дальнейшие эксперименты подтвердили предположение о карбоангидразе как создателе «паутинного» кислотного градиента. В статье в PLoS Biology авторы работы пишут, что кислотность среды по-разному влияла на разные концы молекулы спидроина.
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. В ближайшее время на основе паутины ученые планируют разработать ранозаживляющие повязки и пластыри, а также изготавливать умные материалы для упаковки.
Как паук плетет паутину, состав паутины паука
Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. © Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву. Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно.