из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках.
Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов
Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. Человек легко проходит сквозь паутину лишь потому, что каждая нить имеет толщину всего в три тысячных доли миллиметра в диаметре. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Основной материал паутины — это два вида белков: более прочный спидроин I и более упругий спидроин II.
Новости отрасли
Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Как паук делает паутину. Плетение паутины пауком.
Наука в вопросах и ответах
Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий.
Как пауки делают паутину и как ее используют люди? Наталья Носова
Целые десятилетия инженеры не прекращали свои попытки по созданию некоего синтетического имитатора. Он должен был формировать паутинные шёлковые нити из дрожжей, козьего молока или же генетически модифицированных бактерий. Некоторые попытки выглядели, как многообещающие, однако, не привели к ожидаемому успеху. Дело в том, что полученные в результате них продукты не отличались своей долговечностью. Да и с прочностью были значительные проблемы.
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 один из концов полипептидной цепи N-конец в кислой среде слипался с другими N-концами других спидроиновых молекул, и чем выше была кислотность чем ниже рН , тем стабильней была структура N-концов, то другой конец белка С-конец , наоборот, терял стабильность с понижением рН и оставался без какой-либо оформленной структуры до самого последнего момента, когда белок принимал окончательную «паутинную» структуру. То есть на разные участки одной и той же молекулы изменение химической среды действовало по-разному. Но это не всё — С-концевой конец паучьих спидроинов, как оказалось, похож на амилоидные белки, которые образуют белковые отложения в нервных клетках при нейродегенеративных болезнях синдроме Альцгеймера, например. 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.
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. Выделяя крибеллярный шелк, паук энергично расчесывает его каламиструмом одной ноги иногда при помощи другой , совершая ею ряд быстрых повторяющихся движений. Две или четыре осевые нити окружаются довольно широкой слизистой муфтой, или оболочкой.
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.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
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.
Ошибка в тексте?
По данным научного издания Science Alert , недавно ученые из Университета Джона Хопкинса использовали камеру ночного видения и искусственный интеллект, чтобы проследить за каждой из восьми конечностей пауков во время плетения сети. По словам исследователя Эндрю Гордуса Andrew Gordus , во время прогулки с сыном он задумался: как крошечный мозг пауков позволяет им плести настолько сложные узоры?
Расположение головного мозга паука В качестве подопытных животных они взяли шесть не ядовитых пауков вида Uloborus diversus. Они не вырастают больше нескольких миллиметров и обитают в США. Используя инфракрасные камеры они снимали процесс плетения паутины.
Так как обычному человеку было бы слишком сложно проследить за движением каждой конечности пауков, они обучили нейросеть отслеживать 26 точек: основание тела пауков, бедренную и большеберцовую кость каждой ноги, а также переднюю и самую заднюю точки тела. Паук вида Uloborus diversus Оказалось, что каждый паук плетет паутину по одному и тому же алгоритму. Объяснять каждое их движение нет смысла — это слишком долго и нудно, поэтому лучше просто посмотреть видео ниже.
То, что движения конечностей у пауков одинаковы, означает, что инструкция по плетению ловушек заложена в них на генетическом уровне. В будущем ученые хотят узнать, какие именно участки мозга активируются у пауков во время плетения паутины.
Созданные здесь бионические наноцеллюлозные волокна в восемь раз более прочные, чем натуральные шелковые паутины пауков-драглайнов. А это «золотой стандарт» прочности для биоматериалов. Удельная прочность нашего материала превосходит удельную прочность металлов, сплавов, керамики и стекловолокна. Даниэль Седерберг, соавтор исследования. Команда измерила жесткость растяжения материала, что составила 86 гигапаскалей, а его предел прочности на разрыв составляет 1,57 гигапаскаля.
Исследователи говорят, что эта техника может быть использована для создания прочных, легких материалов для строительства самолетов, автомобилей, велосипедов, мебели. Или искусственных органов , как сердце, например.
И заметили, что для каждой поверхности пауки использовали так называемые диски крепления, структура которых сильно зависела от того, к какой поверхности они прикрепляются. Так, их крепления было практически невозможно отделить от стекла. Диски, служащие для крепления к тефлону, многократно выдерживали вес паука. При этом диски-крепления, использовавшиеся для того, чтобы удержать паука на листе клена, часто могли быть легко сняты полностью.
Паутина пауков
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.
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. Ученые нашли 394 таких мотива.
Последовательности на втором уровне складываются в нечто вроде «кассет» уникальные варианты мотивов, повторяемых от двух до четырех раз , а на их основе на третьем уровне ученые выделили целые ансамблевые повторы. Такая трехуровневая организация белков паутины с повторяющимися элементами оказывается тесно связанной с функцией разных типов нитей. То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков.
Материал получил название Biosteel. Он разработан для использования при изготовлении высокотехнологичных тканей, например для сфер спорта, медицины и военной сферы. Пауки очень искусно плетут паутину. Каждый из 41 тыс. Паутина может иметь прочность большую, чем у стали, а также эластичность, сопоставимую с каучуками. 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.
Ученые узнали, почему паутина не гниет 31. 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.
Видео: Из чего сделана паутина?
- Отзывы и комментарии
- Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
- Из чего сделана паутина?
- Паутина пауков
- Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Структура, состав и виды паутины
| Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой | Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. |
| Новости отрасли | Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. |
| Откуда пауки берут паутину? | Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. |