Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. В природных условиях паутина разлагается чрезвычайно медленно, и до сих пор биологи не понимали, почему так происходит. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной.
Материал прочнее паутины
Проблема в том, что нить получается из растворимых белков, которые очень быстро кристаллизуются в твердую форму. Японские специалисты преодолели эту трудность. Они сформировали растворимые протеины, используя генетически модифицированные бактерии пауков Nephila clavipes. Этот подход позволил изучить структуру растворимых белков.
Разобрав и собрав их по иному принципу, команда ученых получила столь необычный материал.
Исследователи использовали проточную методику сборки. Её суть заключается в том, что дистиллированная вода течет в крайне узких протоках, шириной всего лишь 1 мм. Течение помогает CNF выстраиваться в правильном направлении и самоорганизовываться в плотно упакованные пучки. Полученный материал является прочным, жестким, легким.
Также, технологию легко масштабировать для практического использования. Кроме того, это самый прочный биоматериал, полученный на сегодня.
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. Спидроины были классифицированы по семи категориям в зависимости от их последовательностей и функций.
Например, есть спидроины, которые делают паутину хорошо растяжимой, другие позволяют скреплять нити паутины друг с другом, а третьи делают ее особо липкой, чтобы ловить на нее добычу. В основе нити паутины лежит особая белковая структура. Ее первичный повторяющийся «мотив» — аминокислотная последовательность.
Видео по теме: паутина пауков Как пауки производят паутину Большое количество паутинных желез располагается в брюшной полости паука. Протоки таких желез открываются в мельчайшие прядильные трубочки, имеющие выход на концевую часть специальных паутинных бородавок.
Количество прядильных трубочек может варьироваться в зависимости от вида паука. К примеру, очень распространённый паук-крестовик имеет их пять сотен. Это интересно! В паутинных железах вырабатывает жидкий и вязкий белковый секрет, особенностью которого является способность практически мгновенно затвердевать под воздействием воздуха и превращаться в тонкие длинные нити. Процесс прядения паутины заключается в прижимании паутинных бородавок к субстрату.
Первая, незначительная часть выделившегося секрета застывает и надёжно приклеивается к субстрату, после чего паук вытягивает вязкий секрет с помощью задних ног. В процессе удаления паука от места прикрепления паутины, белковый секрет растягивается и быстро затвердевает. На сегодняшний день известно и достаточно хорошо изучено семь разных видов паутинных желез, которыми производятся разные типы нитей. Вернуться к содержанию Состав и свойства паутины Паутина паука является белковым соединением, в состав которого также входят глицин, аланин и серин. Внутренняя часть образуемых нитей представлена жесткими белковыми кристаллами, размер которых не превышает несколько нанометров.
Кристаллы объединяются при помощи очень эластичных белковых связок. Необычным свойством паутины является её внутренняя шарнирность. При подвешивании на паутинное волокно, любой предмет можно неограниченное количество раз вращать, без образования перекручивания. Первичные нити переплетаются пауком и становятся более толстым паутинным волокном. Показатели прочности паутины приближены к аналогичным параметрам нейлона, но значительно прочнее, чем секрет тутового шелкопряда.
В зависимости от того, с какой целью предполагается использовать паутину, пауком может выделяться не только липкая, но также и сухая нить, толщина которой значительно варьируется. Вернуться к содержанию Функции паутины и ее назначение Паутина используется пауками в самых разных целях.
Структура, состав и виды паутины
Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной.
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Чтобы разобраться, учёные тщательно изучили паутину и в дальнейшем даже создали искусственный аналог, который также обладал выдающимися "самонатягивающимися" свойствами. В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Часто бывает так, что листья и насекомые, угодившие в паутину, разлагаются гораздо быстрее, чем она сама. Что странно, если учесть, что паутина сделана из органического материала. Почему паутина на портится очень долго, даже если находится во влажной и теплой среде?
Прядильный аппарат паука На рисунке ниже представлен прядильный аппарат паука-крестовика, на котором наглядно представлено как пауки плетут паутину. На паутинных бородавках 1 , которые находятся на брюшке снизу расположены трубочки 2 , предназначенные для подачи паутины. 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.
На сегодняшний день специалисты хотят создать недорогие биоматериалы, которые могли бы имитировать структуру натурального паучьего шёлка. Учёные при помощи этих материалов планируют собирать влагу, которая возникает из-за тумана в засушливых районах. Профессор Юнмей Чжэн и её коллеги изготавливают подобные материалы при помощи погружения гладкого искусственного волокна в полимерную жидкость. Эта жидкость затем высыхает таким образом, что на ней образуются выпуклости, подобные тем, которые есть на паутине.
Такая конструкция привлекает внимание потенциальных жертв, а кроме того, выбраться из нее намного сложнее. В форме конуса. По такой схеме ловушки плетут пауки из семейства воронковых. Чаще всего подобные воронки располагаются между стеблями растений, а хищник сидит на дне, поджидая добычу. Когда жертва приближается, паук затягивает ее внутрь конуса. Иногда встречается паутина, в которой сложно обнаружить хоть какое-нибудь симметричное строение. Это бесформенное нагромождение нитей. Такую паутину часто можно заметить в углах жилых помещений. Капля на нитке. Пауки Mastophora cornigera ловят насекомых с помощью паутины уникальной формы. Это небольшой паутинный шарик, закрепленный на прочной нити. Шарик пропитан феромонами и очень липкий. Хищник спускает шарик на нити, размахивает им и таким образом ловит добычу. За такой способ охоты паука назвали Болас по аналогии с метательным охотничьим оружием. Между ног. Особенность этой формы не в плетении паутины, а в ее расположении. Пауки-гладиаторы плетут небольшую сеть, размещая ее между передних ног. Готовой ловушкой они накрывают насекомых, оказавшихся поблизости. От конструкции сети будет зависеть, как именно и как долго паук плетет паутину между деревьями или другими опорами. Откуда берется паутина у паука? Если говорить очень обобщенно и образно, то паук делает паутину также как делают сахарную вату. В брюшке членистоногого собирается секрет, который образуется во внутренних паутинных железах. Есть 6 типов паучьих желез, в которых производятся нити, предназначенные для различных целей, например, для создания кокона, для плетения основы сети, для крепления паутины, для покрытия основы.
Как паук плетет паутину, состав паутины паука
из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям.