Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез. В природных условиях паутина разлагается чрезвычайно медленно, и до сих пор биологи не понимали, почему так происходит. О том, из чего состоит (сделана) паутина, а также какова толщина, прочность и состав нити. [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины!
Началось массовое производство паутины в промышленности
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. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами.
Исследование показало, почему паутина не гниет
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. 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.
Паутины могут быть разными из-за различий в строении и функциях разных видов пауков. Каждый вид пауков имеет свою специфическую технику плетения паутины, которая определяется их физиологией, поведением и потребностями. Например, пауки-кругопряды плетут сложные и регулярные геометрические паутины, предназначенные для ловли добычи, в то время как пауки-лисицы часто плетут сплошные паутины, которые служат им как укрытия и убежища.
Кроме того, пауки могут менять свой стиль плетения в зависимости от внешних условий, таких как наличие добычи или уровень опасности. В результате каждая паутина может быть уникальной и адаптированной к конкретным условиям, что объясняет разнообразие форм и типов паутин, созданных различными видами пауков Понравилась статья?
Она могла бы быть применена в хирургии, в качестве замены поврежденных сухожилий у человека. Получить ее в большом объеме естественным путем очень сложно. Многие ведущие компании принялись воспроизводить ее путем синтеза белка и внедрение в кишечную палочку.
Долгое время этого не удавалось сделать. Это сделала компания AMSilk. После скрещивания молекул кишечной палочки с генами садового паука-крестовика, они получили четыре вида паутины, с 20 степенями прочности. Компания уже продает готовый продукт синтезированной паучьей нити, косметическим фирмам по производству шампуней и другой косметики. Шампуни, в которые входит такой элемент, делают волосы более гладкими, прочными, а заодно он и восстанавливает их.
Добыча в такие «расписные узоры» попадается чаще. 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.
Новости отрасли
| Как паук плетет паутину: где она образуется, из чего состоит, зачем нужна | Чтобы разобраться, учёные тщательно изучили паутину и в дальнейшем даже создали искусственный аналог, который также обладал выдающимися "самонатягивающимися" свойствами. |
| Началось массовое производство паутины в промышленности | В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. |
| Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы | Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. |
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
| Из чего сделана паутина? | Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. |
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. |
| Исследование показало, почему паутина не гниет | Известно, что паутина прочнее и легче, чем сталь, однако ученые из Института Микроструктурной Физики Макса Планка в Германии еще больше усилили ее. |
| Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой - новости экологии на ECOportal | Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. |
Новости отрасли
| Паутина — Википедия Переиздание // WIKI 2 | Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. |
| Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины | В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. |
Почему паутина такая липучая
Вначале создается основа — тяжелые внешние нити, натянутые между ветками или стволами. Потом намечается центр конструкции, от которого протягиваются «спицы» будущего колеса. И, наконец, появляются клейкие спирали, густо заполняющие всю эту созданную основу. К ним-то и прилипают насекомые, составляющие добычу паука. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям.
Там на поверхности волокон паутины были синтезированы углеродные точки класс наночастиц. NEWS В результате учёные получили гибридный материал с уникальными оптическими свойствами, который может применяться при создании нитей для хирургических швов. По словам специалистов, нити на основе такого материала будут экологичнее, функциональнее и эластичнее, чем те, которые сейчас используются в хирургии. Учёные отмечают, что материал также будет способствовать обнаружению патогенных микроорганизмов, провоцирующих различные заболевания.
Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается и оптический отклик не наблюдается. Обычно, когда мы светим на наш материал фонарём с синим светодиодом, мы видим, как он материал становится красным. Но после взаимодействия с патогенами он перестаёт светиться.
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. Работа затрагивает в первую очередь белковые структуры — уже появились идеи применить новый метод к коллагеновым волокнам — важным элементам костной ткани и кожи. Паук за работой Выделительные железы паука Различные виды паутины Безусловно, создание технологии получения промышленного количества высокопрочных материалов на основе природного паучьего шелка не входит в планы исследователей, однако тенденции применения нового подхода к упрочнению различных материалов, таких как искусственные кости и сухожилия, конструкционные материалы для авиа- и космических летательных аппаратов подразумевают высокую технологическую значимость открытия. Мария Костюкова.
Полученные белки имели меньше повторяющихся последовательностей аминокислот, чем у паутины, то есть бактериям было проще их создавать. 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.
Материал прочнее паутины
Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Если ученые смогут воспроизвести кристаллическую микроструктуру, которая делает паутину такой особенной, то это откроет множество возможностей в производстве новых синтетических материалов, например, волноводов, или материалов.
Паутина пауков
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины 15 марта 2023, 12:05 To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video Фото: unsplash. Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом.
В зависимости от обстоятельств он может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета. Так, паутина, из которой изготавливается яйцевой кокон, никогда не бывает клейкой; она также имеет ряд и других особенностей, например, цвет. Паутина для ловчих сетей — иного свойства. Выделяя ее, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных бородавок, расположенных на задних сегментах брюшка.
Делает он это при помощи задних ног, но чаще просто прижимает бородавки к субстрату. При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к нему. Когда затем животное удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто вытягивается в быстро затвердевающие нити. Этим можно воспользоваться, наматывая выделяющуюся пауком паутину на специальное приспособление.
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. Биологи искали повторяющиеся домены в структуре протеина и нашли два вида.
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. 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.
Структура, состав и виды паутины
Вскоре после формирования этих нитей покрывающий их слой слизистого вещества фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя маленькие сферические капельки, унизывающие нить на всем ее протяжении рис. Последние не видны простым глазом, но становятся заметными, когда на них конденсируется вода например, осенью во влажную холодную погоду. Пауки, не делающие тенет правильной геометрической формы, все же прядут клейкие ловчие сети паука. Состав паутиновых нитей Вещество паутины близко к щелку гусениц шелкопрядов тутового, дубового и др. Основу паутинового шелка, как и шелка гусениц, составляет не растворяющийся в воде фиброин.
Физические свойства паутины Физические свойства паутиновых нитей тоже близки к таковым гусеничного шелка. Однако шелк пауков отличается гораздо большей прочностью. Нагрузка в килограммах на 1 мм2, вызывающая разрыв и выражающая прочность нити, у разных пауков колеблется от 40 до 261 у некоторых Araneus , тогда как соответствующие цифры для гусеничного шелкового волокна варьируют от 33 до 43 Харитонов, 1945. По исследованиям Харитонова, паутина обладает антибиотическими свойствами.
Особенно хорошо выражены бактериостатические свойства шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет яйца не только от высыхания, от хищников и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков. Целому ряду семейств, объединяемых в группу Cribellatae и обладающих крибеллум и каламиструм, свойственны особые крибеллярные паутинные железы, которые открываются на крибеллярной пластинке. Последняя в покое лежит на одном, уровне с поверхностью брюшка, но наклоняется в сторону паутинных бородавок во время прядения паутины.
Поверхность ее разделена тонкими ребрышками на сотни маленьких площадок, или полей. В середине каждой площадки торчит очень тонкая паутинная трубочка с отверстием протока паутинной железы на вершине рис. Общее количество крибеллярных паутинных трубочек обычно очень велико и, например, у Dictyna arundlnacea достигает 600, а у Stegodyphus Uneatus — даже 9600. Самцы многих видов, однако, отличаются редукцией крибеллярного аппарата.
С каждой трубочкой связана своя маленькая паутинная железа; число крибеллярных желез, таким образом, очень велико.
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.
К такому выводу в результате исследований пришли ученые из университета ИТМО вместе с иностранными коллегами. По их словам, на основе паутины можно разрабатывать ранозаживляющие повязки и пластыри, написал Piter. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Главными качествами паутины являются эластичность и прочность, которым в природе нет аналогов.
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. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
По словам ученых, такая структура позволяет формировать из гидрогеля длинные и очень тонкие — до микрона в диаметре — нити. Через примерно полминуты вода испаряется, оставляя крепкое эластичное волокно. Хотя полученный материал не дотягивает по прочности до паутины, его ключевое отличие в других экспериментальных материалов в натуральности и нетоксичности всех его элементов.
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. Набор желез у пауков различных видов отличается. Обматывание паутиной жертвы В нижней части брюшка паука находятся паутинные бородавки — подвижные парные выросты, которые у некоторых видов выполняют также функцию органов осязания. Поверхность выростов покрыта мелкими волосками.
Это паутинные трубочки, каждая из которых является внутренним протоком железы. Именно из этих трубочек и выходит паутина. Участок, на котором расположены трубочки, называется паутинным полем. Помимо трубочек, паутина выделяется через хитиновые конусы, которые также находятся на поверхности бородавок.
Приятели устроили настоящий бой, воссоздав драку Спайдермена с условным преступником из Нью-Йорка. Джей Ти устроил настоящий бой К радости блогера, его паутина работала отлично. Она легко цеплялась за предметы в руках соперника и крепко связывала ему ноги. Паутина легко цеплялась за предметы Вторым этапом проверки паутины стали, конечно же, полёты. Джей Ти выбрасывал нить впереди себя, цеплялся за перекладину и спокойно пролетал над матрасами. Полёт на паутине После всех проверок Джей Ти признал, что тест паутины прошёл ещё лучше, чем он рассчитывал. Блогер собирается и в дальнейшем улучшать супергеройский гаджет, так что новое видео не за горами. А полный процесс создания паутины и её испытания можно посмотреть прямо сейчас. Запасайтесь попкорном.
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.
Как паутина может собирать воду
Вот точно так же делает паутину паук. Чтобы разобраться, учёные тщательно изучили паутину и в дальнейшем даже создали искусственный аналог, который также обладал выдающимися "самонатягивающимися" свойствами. Человек легко проходит сквозь паутину лишь потому, что каждая нить имеет толщину всего в три тысячных доли миллиметра в диаметре.