Паутина – застывшая жидкость, которую членистоногие вытягивают из концентрированного белкового раствора, образующегося в их особых паутинных железах. По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Как паук плетет паутину, этим вопросом часто задаются при виде удивительной ловчей сети.
Металлическая паутина: сделано в Германии
Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается.
Почему паутина такая липучая
Нанося по паутине сильные удары конечностями, самцы вызывают колебания сети и, таким необычным образом, приглашают самок на спаривание. Паутина для ловли добычи С целью поимки своей добычи многие виды пауков плетут специальные ловчие сети, но для некоторых видов характерно использование своеобразных паутинных арканов и нитей. Пауки, которые скрываются в жилищах-норах, расставляют сигнальные нити, которые тянутся от брюшка членистоногого до самого входа в его убежище. При попадании добычи в ловушку, колебание сигнальной нити моментально передаётся пауку. Липкие ловчие сети-спирали строятся немного по другому принципу. При её создании паук начинает плетение с края и постепенно продвигается к центральной части. В этом случае обязательно сохраняется одинаковый промежуток между всеми витками, в результате чего получается так называемая «спираль Архимеда». Нити на вспомогательной спирали специально обкусываются пауком. Паутина для страховки Пауками-скакунчиками используются паутинные нити в качестве страховки при нападении на жертву.
Пауками прикрепляется страховочная нить паутины к любому предмету, после чего членистоногое прыгает на намеченную добычу. Эта же нить, прикрепленная к субстрату, используется для ночлега и страхует членистоногое от нападения всевозможных природных врагов. Южнорусские тарантулы, покидая своё жилище-нору, тянут за собой тончайшую паутинную нить, что позволяет быстро найти при необходимости обратную дорогу или вход в убежище. Паутина как транспорт К осени некоторые виды пауков выводят молодь. Выжившие в процессе взросления молодые паучки стараются взбираться как можно выше, используя с этой целью деревья, высокорослые кустарники, крыши домов и другие строения, заборы. Дождавшись достаточно сильного ветра, маленький паучок выпускает тонкую и длинную паутинку. От длины такой транспортной паутины напрямую зависит расстояние перемещения. Дождавшись хорошего натяжения паутинки, паук откусывает её конец, и очень быстро взлетает.
Как правило, «путешественники» способны пролететь на паутине несколько километров. Пауками-серебрянками паутина применяется в качестве водного транспорта.
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. Кесслер добавляет, что изменение конформации и расплетение белка происходит также и под воздействием напряжения сдвига, которому подвергается спидроин при прохождении через прядильную трубочку.
Новое изобретение, по мнению ученых, представляет собой хорошую базу для разработки сверхпрочного текстиля, хирургических нитей, материалов для изготовления имплантов опорно-двигательного аппарата, а также легких и прочных корпусов летательных аппаратов. Паутина, или паучий шелк — это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Ее прочность в пересчете на один квадратный миллиметр сечения позволяет выдержать 260 кг, она прочнее и намного легче стали. И все же ученые предприняли попытку превзойти природные показатели этого материала. С помощью метода атомно-слоевой эпитаксии atomic layer deposition, ALD в структуру волокон были внедрены атомы металлов: цинка, титана и алюминия.
Это совсем не много, учитывая огромное количество задействованных бактерий, однако ученые отмечают, что даже эти результаты значительно лучше предыдущих попыток массового производства паутины, кроме того, они все еще работают над оптимизацией процесса. Если это исследование оправдает себя, НАСА уже заинтересованно выращиванием этих бактерий не только на Земле, но и в космосе, что позволит космонавтам получать материал для необходимого ремонта снаряжения, не завися от поставок с Земли.
Из чего сделана паутина? Как она устроена
- Как паутина может собирать воду
- Содержание
- Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
- Из чего сделана паутина? Как она устроена - - онлайн журнал
- Откуда пауки берут паутину? Как пауки плетут паутину? :: Ответы на вопросы юных почемучек
Прочность паутины
- Откуда пауки берут паутину? Как пауки плетут паутину? :: Ответы на вопросы юных почемучек
- Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
- Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
- Ученые узнали, почему паутина не гниет
- Исследователи раскрыли тайну паутины: Новости химии @
- Telegram: Contact @academicpavlov
Свежие записи
- Прочность паутины
- Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
- Прочность паутины
- Геномное редактирование
- Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
- Содержание
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка. Она появляется в виде жидкости, которая на воздухе тут же затвердевает. Существует несколько разновидностей волокон: липкие, необходимые для ловли добычи; крепкие, поддерживающие перекладины, к которым не прилипают; и для коконов, в которые откладывают яйца. Одни из них мягкие и пушистые, другие — твердые и жесткие. Из чего сделана паутина? Пауки могут плести все эти виды паутины. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Вначале создается «фундамент» — нижние внешние тяжелые нити, в форме неправильного четырехугольника.
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.
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. Видео от Университета Джона Хопкинса Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале.
Идея такого подхода была также позаимствована у природы: как известно, насекомые и некоторые другие организмы в составе прочных тканей ротового аппарата и когтей имеют существенные включения металлов, таких как цинк, марганец и медь. Обработка волокон по классической методике ALD с образованием оксидов металлов на поверхности не привела к существенному упрочнению материала. Тогда, несколько изменив методику, ученым удалось добиться проникновения ионов металлов внутрь волокна, а также встраивания металла в его белковую структуру. Такой паучий шелк стал в 10 раз более прочным, и существенно эластичнее исходного природного материала. Точный механизм полученного эффекта ученым еще не известен.
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей.
Материал прочнее паутины
Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. — Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
Начать хотя бы с того, что они приспособились к самым разным условиям обитания — живут на Земле буквально повсюду, от заполярных островов до тропических лесов, и даже на высочайших горных вершинах. Поражают они и своим многообразием: ученым известно свыше тридцати тысяч различных пауков. Ну и, конечно, не может не удивлять поразительное искусство, с каким они плетут свои сети — паутины. Сам материал, из которого эти ажурные конструкции сделаны, тоже удивителен. Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества.
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. 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.
Группа исследователей из университета Киля Германия под руководством Станислава Горба Stanislav Gorb давно занимается изучением того, как устроена кожа животных. Например, почему гекконы спокойно ползают по стенам или змея почти не снашивает свою шкуру, когда ползет. 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.
Первый — случайные катушки, составляющие 65 процентов; второй — конформация polyproline type II helix PPII helix , занимающая 24 процента. 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.
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны
| Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов | Текстура паутины появилась ещё в ранних версиях Survival Test, но не использовалась до Beta 1.5. |
| Как паук плетет паутину, состав паутины паука | Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. |
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Российские ученые создали материал, который помогает предотвращать бактериальные инфекции после операции. Они объединили паутину и наноматериал — углеродные точки. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Учёный сделал паутину Спайдермена всего из четырёх ингредиентов.